基于科技创新训练项目的学生工程能力培养方案研究及实践

黎泽伦 黄虹锦 黄友均 陈 奎 万庆隆

（重庆科技学院<机械与动力工程学院>，重庆 401331）

0 引言

我国政府明确将“提高自主创新能力、建设创新型国家”作为国家和社会发展的中长期战略目标。近年来，国家实施了“创新驱动发展”和“中国制造2025”等一系列重大战略，相关政策和市场需求的激励直接使得各大科技企业和制造企业对具有较高水平工程能力人才的需求[1]。而在目前的教育体制下，众多高校的课程只能使学生对专业知识进行理论上的认知，或掌握最基本的实验操作方法，却难以使学生具备预期的工程能力。学生的工程能力无法满足企业的需求，导致了许多大学生在应聘时缺乏竞争力，或进入工程应用型岗位后无法胜任工作，同时也导致了企业难以找到足够的人才[2]。为强化创新能力训练，增强高校学生的创新能力，培养适应创新型国家建设需要的高水平创新人才，许多高校开展了创新训练计划。科技创新训练项目是培养学生具备合格的工程能力的重要途经之一。

1 基于科技创新训练项目的培养方案

1.1 开放性选题

与机械创新大赛等各类创新大赛对选题指定了应用领域或题目不同，创新训练计划项目的选题没有任何限制。这一特点使得学生可以根据所学专业和兴趣设立项目或参与教师的一部分科研项目。学生能选到自己感兴趣并且擅长的项目，在项目开展过程中能一直保持参与的积极性，使得项目能够快速地、有效地推进，从而很大程度上避免了学生因对所规定的选题不擅长或不感兴趣而使项目无法顺利进行甚至被放弃的情况的发生。

1.2 指导教师全程指导

对于很多机械类专业学生来说，参加创新训练计划是第一次接触到一个创新产品的开发。很多学生还不清楚前期的项目拟定和规划、市场调研、理论分析过程，不熟悉中期作品的设计、加工、装配的方法，项目后期不知道论文交稿和专利申请的具体流程。指导教师全程指导项目和在开展过程中鼓励学生便可扫清学生在项目流程上的障碍。同时，指导教师实时关注项目进展情况，能在学生专业能力不足，项目陷入停滞或项目进展偏离预期轨迹时及时给予帮助和纠正，确保项目的顺利进行。在此过程中，学生便能建立起对创新项目整个流程的具体认知，这就是培养学生在未来从事研发岗位时对项目统筹规划、有效推进的基本工程思维。

1.3 经费支持

除了专业技术问题外，经费问题也常常成为阻挠项目进行的外在因素。例如，设计并制作一个四足机器人的项目，在设计方案出来之后需要购买如机构板材、主控板、舵机等一系列零部件，后期的论文刊费和专利申请费用也往往需要学生自己承担。家庭经济情况不好的学生就会受限于此。创新训练计划实施过程中，政府部门或学校会配备一定的项目经费，这就为学生扫除了经济阻碍，大大激励了学生的创造热情。

1.4 开题、中期及结题答辩

创新训练计划要求学生分别在开题、项目进行中期和结题三个阶段分别做一次答辩。这有利于指导教师及学校相关专家掌握学生项目的进展情况，评价项目是否符合要求。学生可以在答辩的过程中、与专家教师的交流中获得项目下一步该如何进行、出现了问题该如何修正的信息。此外，三次答辩也可以对进展较慢的项目起到督促作用，同时，学生也能在答辩中锻炼口才，从而具备用专业术语准确表达自己设计理念的能力。

2 科技创新项目对工程能力的培养

工程能力主要包括工程设计能力、工程制造能力、系统集成和创新能力以及沟通与管理能力等方面。

2.1 工程设计能力

工程设计能力是工科教育的基础。以重庆科技学院国家级大学生创新训练计划项目“轮腿复合式四足机器人”为例，需要查阅文献，结合实际，分析轮式结构在机械腿运动模式，并把轮式运动的减震性能加入考虑。运用《机械原理》的知识设计机械腿的传动结构，使得机械腿能够把舵机臂的转动转化成机械腿的抬腿、落腿的运动，并且能够完成两种运动模式的切换。接下来进行主控板、舵机等需要购买的构件的选型，基于这些现有部件，运用《机械设计》知识，设计每个结构零件，将材料强度因素、螺栓等连接件链接强度因素、装配易操作性、结构合理性因素作为设计过程的指标。另外，需熟练运用三维建模软件建立每个零件以及装配体的三维模型。机器人主体结构设计完成后，运用D-H法对机器人进行运动学建模，通过模型解算出实现行走步态以及模式切换时，各个舵机旋转的角度参数，为控制程序设计打下基础。

2.2 工程制造能力

工程制造能力即通过工程中常见的易实现的机械加工方式完成零件的加工制造，然后将零件组合成装配体。加工制造是制造业企业的产出基础，学生未来进入专业岗位后无论是从事开发工作还是管理工作，都必然需要考虑产品制造过程。创新训练项目便可使学生具备合格的工程制造能力。

同样，以“轮腿复合式四足机器人”项目为例，由于机器人总体尺寸及质量不大，机器人结构件多为塑料材质，需要选择增材制造和激光切割为主要加工方式。运用3D打印制造机器人的较小尺寸且精度要求不高的零件；运用激光切割，以亚克力板为材料加工尺寸较大且需要精准孔位的零件。通过加工零件的过程，使学生掌握了3D打印和激光切割设备的操作方法，同时，了解了使用不同加工方式在加工同一零件时加工精度的区别以及零件的实际安装效果。

如何节省材料则是控制成本的重要途径。接下来采用先部分装配再整体装配的思想，将零件用螺栓等紧固件装配成部件最终成为机器人整体。

2.3 系统集成和创新能力

近年来，随着计算机技术、人工智能、通信技术等的快速发展，越来越多的专业融入了上述新兴学科。某个领域的一个产品里面往往会包含涉及其他领域的多个系统，如何将这些系统合理布置，有机结合便成了产品设计中必要的考虑因素。对于许多工科专业，系统集成与创新能力显得尤为重要。

2.4 沟通与管理能力

沟通与管理能力是项目按计划有序开展的重要保障，这是项目负责人必须具备的工程能力。该能力包括组织协调能力和交流沟通能力。组织协调能力即负责人在立项之初对团队成员的选择和分工中得以培养。由于团队成员有各自的优缺点和感兴趣的工作，因此，项目负责人在分配工作时需用一双慧眼发现成员各自的特点，取长补短，项目细化后的各项工作分别安排给擅长的成员，如此才能实现项目推进效率的最大化。

3 结语

综上所述，本文研究了基于科技创新训练项目的学生工程能力的培养方案及实践过程，科技创新训练项目以其独特的优点吸引着越来越多的学生参与。学生基于项目驱动的实践模式下，自然而然会在教师的指导下运用专业知识，提出设计方案、思考所遇到的问题，相互沟通协调，解决问题。因此，科技创新训练计划项目是一个全方位培养学生工程能力，提升高等学校教学质量的绝佳平台。