以实践项目为依托的大学生科技创新实施方法

王文明 刘云梯 王春萌 彭鹤

摘要：为规范大学生科技创新过程，论文进行了基于实践项目的科技创新方法探索。在科技创新过程中，给定一系列科技创新项目，以学生为主体，引导学生开展科技创新，对题目设置与教学过程做出讨论与探索。以软体章鱼机器人的设计为例，以项目为依托，以课程知识为基础，说明了科技创新的过程和注意事项。

关键词：科技创新探索研究；实践项目；大学生；课外科技创新

中图分类号：TH111 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）08-0091-02

加强大学生创新能力的培养是教育体制改革的核心，是建设创新型国家、促进经济快速发展的必然要求。创新教育是以培养人们创新精神和创新能力为基本价值取向的教育，其重要性已在学术界达成了共识。但是，在现在较为程式化的过程中，缺少创新意识的培养，学生极易敷衍了事，存在设计题目单一、考核制度不完善等弊病[1]。为了调动学生参与的积极性，培养整体设计意识和创新意识，增强学生解决实际问题的能力[2-5]。本文针对科技创新的实践内容进行了新的探索，加入了创新课题设置与三维软件教学等，探索了大学生科技创新的注意事项。

一、科技创新项目实施方法

1.项目选题。在通常的科技创新过程中，教师确立题目后对学生缺乏指导。此次科技创新探索，贯穿机械设计课堂日常教学中，“以学生为主体、以教师为辅助；以规范为指导、以创新为目的”，由教师制定若干实践项目题目，例如：双足机器人设计、无人机设计、智能教具设计等。设计过程以《高等机械设计课程实践与创新设计》为依据，学生3人一组，任选一个主题。平时在课间，学生就可以得到教师的技术指导，鼓励新想法、新创意，开展实践项目的设计。

2.科技创新的指导方法。在大学生科技创新探索过程中，增加的教学环节与方法如下：（1）教师指导方法探讨。在课间，教师和学生进行项目的讨论，有助于弥补学生在理论知识上的不足，并且可以增加学生对科技创新的认知。（2）科技创新工程项目技术背景讲座。教师增加科技创新项目工程背景的讲座和对实践项目技术背景的介绍，让学生明确所选题目的技术现状与优缺点。（3）現代设计理念。教师增加对三维建模软件的讲解，除了应用AutoCAD二维绘图软件外，鼓励学生使用SolidWorks、PROE等三维建模软件。同时，教师增加对3D打印机、激光切割机等设备的介绍，学生可以亲手操作仪器制作零部件，在组装中反思设计上的不足，让学生体会到机械加工的过程，对科技创新有更深的理解。

二、软体章鱼机器人的科技创新设计

下面以软体章鱼机器人[6-8]为例来说明大学生科技创新的新方法和注意事项。

1.题目设置。现如今软体仿生机器人受到了越来越多人的研究，这对于大学生的科技创新研究又是一个新的课题，扩大了学生的创新研究范围。以软体章鱼机器人的研究为课题，用于探索学生科技创新的注意事项，有利于促进学生创新能力和专业技能的培养。在科技创新实践环节中，将软体章鱼机器人的研究作为项目，由学生设计制作较为简单的软体章鱼机器人模型。提供申请书模板，规范学生填写科技创新申请书的过程。

2.三维模型设计。科技创新实践之初，教师向学生讲授了SolidWorks三维绘图软件的使用方法，软体章鱼机器人通过该软件进行结构设计。通过虚拟装配，对尺寸结构、零件外形、装配关系、外观外形进行及时地修改，软体章鱼机器人触手结构图如图2所示。

3.运动原理分析。记忆合金为触手的核心部件，由它作为触手的运动动力。事先给记忆合金加热弯曲，让它记忆下在这个温度之下的形状之后再将它恢复到原来的形状。在触手的第一节的一端接上电源并且连成一个回路，使得记忆合金中有电流通过。由于合金存在电阻，当有电流流过时就会产生热量。当热量到达一定之时，记忆和温度升高到原来设定的温度值而发生形变，从而带动触手实现弯曲、伸缩等运动。控制触手每一节的加热状况便可实现触手的不同运动。选择运用单片机来控制各个节的电流通断情况，从而实现触手运动的自动化控制。在触手的整体结构中弯曲部分并不仅仅是由一根记忆合金构成的，这样会使得软体章鱼机器人的触手动力不足，从而显得触手没有“活力”。为了解决这个问题，采用多根记忆合金共同作为驱动部分。中间连接部分作为前后两节弯曲部分的连接载体，选择橡胶材料。作为软体机器人，为使其具有更好的灵活性，因此中间部分的材料选择形变能力较强的橡胶材料，而且还具有一定的强度，能满足一定的冲击，并且使得机器人能更好的在狭小的空间下进行工作。而连接部分的四个空则是用来连接弯曲部分的四个弯曲组。每一节的弯曲部分由四个弯曲组构成，每个弯曲组控制一个方向。通过单片机控制电路中电流的通断进而控制每一个弯曲组的弯曲与伸缩，并且实现触手在空间上的运动，如旋转、扭曲等复杂运动。

4.测试调试。在测试过程中，软体章鱼机器人实现了适应环境的功能，具有以下特点：（1）用记忆合金实现触手运动自动化控制，如同章鱼的触手。（2）采用多根记忆合金共同作为驱动部分，使章鱼触手动力充足。（3）用橡胶材料作为中间部分连接载体，使软体章鱼机器人更具灵活性。（4）提高学生的动手能力，新颖的课题使学生更有兴趣。

5.加工制作。利用3D打印机、激光切割机将零部件制作出来，根据三维模型图进行装配。根据装配关系选择螺栓、销或PVC胶水粘接固定等连接方式。

6.答辩环节。提供科技创新结题报告模板，规范学生科技创新结题报告，采用答辩的方式，进一步指导学生创新成果的改进。

三、结论

在软体章鱼机器人研究的创新探索中，学生积极性高，选题踊跃，完成任务出色。学生们首先了解了章鱼的运动原理与运动模式，再借助自己了解到的资料制作出了章鱼触手，锻炼了动手能力。此次项目的作品可应用于后续课程教学中学生们对于软体章鱼机器人的再次研究。本次科技创新探索，以项目为依托，探究了大学生课外科技创新的新方法，培养了学生的动手能力，提升了创新思维。

参考文献：

[1]唐锐，党玉春.机械设计课程设计的教改探索[J].攀枝花学院学报：自然科学研究，2004，21（6）：112-120.

[2]向晓东，张榜生，刘晓云.构建大学生科技创新活动的长效机制[J].实验技术与管理，2012，（5）：19-20，24.

[3]马新飞，郑晓红.大学生科技创新工作的现状及思考[J].扬州大学学报（高教研究版），2013，（6）：48-51.

[4]殷树娟.关于大学生科技创新实施效果的思考[J].实验技术与管理，2013，（9）：35-37.

[5]周全厚.对大学生科技创新教育的思考[J].攀登，2007，（4）：170-171.

[6]金虎.一种可模块化组装柔体机器人的柔性智能模块化结构[D].合肥：中国科学技术大学，2016.

[7]袁文婷.基于章鱼仿生的柔性臂建模与控制[D].杭州电子科技大学，2016.

[8]李昆.长臂式仿生软体机器人及其运动学研究[D].杭州：浙江工业大学，2016.