大学生开放创新实验实践与探索

武栎楠 杨昌海 张召

摘 要：大学生开放创新实验作为实验、实践教学的重要环节，是培养学生自主学习、团队协作、创新能力的有效途径。文章在分析开放创新实验内涵及开展和评价方式的基础上，以“汽车人机工程学关键参数测量”为例，详细介绍了实验项目的组织实施过程，探讨了通过该实验所获取的开放创新实验教学经验。

关键词：开放创新实验；实验教学；实践教学

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2018）09-0044-03

Abstract： As an important part of experiment and practice teaching， the open innovation experiment is an effective way to cultivate the autonomous learning， teamwork and innovation ability. This thesis firstly analyzes the connotation， development and evaluation methods of the open innovation experiment. Taking the "measurement of key parameters of automotive ergonomics" as an example， the process of organization and implementation of this project are introduced in detail. Meanwhile， the teaching experiences of the open innovation experiment obtained by this project are discussed.

Keywords： open innovation experiment； experiment teaching； practice teaching

大學生实验、实践教学是培养高素质复合型人才的重要手段，是建设“双一流”大学的重要组成部分[1-3]。吉林大学作为综合类高等院校，尤其注重对本科生实验和实践教学的建设，从2013版到2018版本科生培养方案，实验、实践教学所占学分和比重逐渐增大。大学生开放创新实验作为实验、实践教学的重要环节，是培养学生自主学习、团队协作、创新能力的有效途径。吉林大学于2016年颁布《吉林大学开放性创新实验管理办法》， 每学期为学生开设几百项实验项目（其中2017年秋季学期共开设640项），加强学生实践与创新能力的培养，为建设好双一流大学奠定基础。

吉林大学汽车工程学院车身实验室于1988年成立，实验室建筑面积约2000m2，拥有实验仪器设备约200台套，总价值约7000万元。其中主要教学设备包括：微机控制电子万能试验机、动态信号测试分析系统、三维光学扫描测量系统、3D打印机、汽车油泥模型操作制作平台等。车身实验室作为省级实验教学示范中心，承担车身专业实验、实践教学任务，每年接待约300名本科生做实验，完成约900学时的课内实验及课外实践，是培养卓越工程人才的重要支撑。

本文基于开放性创新实验平台，以车身实验室开设的开放创新实验为例，探讨实验项目实施过程以及所获得的经验。

一、开放创新实验的内涵

传统的实验教学主要是以配合理论课讲授为主，让学生通过实验加深对理论知识的理解并向学生展示课堂上无法呈现的知识[4]。实验类型可分为演示型、验证型、研究型等。传统的实验教学缺少学生独立思考的机会，不利于培养创新型人才。随着我国高等教育事业的发展，高校越来越重视学生自主创新能力的培养，开放创新实验是近年来各高校为实现本科生实验、实践教学改革的重要手段。

开放创新实验定位于实践教学体系中的综合训练层次，是以问题为基础的研究性实验。实施开放性创新实验项目教学，旨在推进以问题为核心的课外探究性实践性学习，激发学生学习兴趣及研究问题的主动性[5]。

二、开展与评价方式

（一）实验项目出题与选题

开放创新实验项目的题目多与科研、生产、社会实践相结合，具有一定的创新性和探索性。实验项目的难度高于本科生课程设置的研究性实验，主要目的是启发学生发现问题与研究问题。

开放创新实验项目选题分为学生预选、教师确认、正式选做三个步骤。预选阶段，学生根据实验项目及指导教师介绍，选择自己感兴趣的实验项目；教师确认阶段，指导教师了解学生的专业背景与实验基础，确认学生选做资格；最后学生正式确认选做实验项目[5]。

（二）实施过程管理与成绩评定

开放创新实验项目选题确认后，学生即可进行实验。指导教师可根据实际情况将学生分为若干小组，每组3-6人，实验项目的实施以小组为单位进行。指导教师负责对学生整个实验过程给予指导、督促。

实验完毕后学生以小组为单位撰写实验报告，指导教师负责对实验报告进行批改，并综合考虑实验过程及报告撰写情况给出学生成绩。开放创新实验成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五档。取得及格以上成绩的学生可获得1学分，计入“课外培养计划”环节。

整个过程均在吉林大学开发创新实验系统中完成。

三、开放创新实验教学案例分析

身实验室2017年秋季学期获批开放创新实验项目3项：“白车身主断面测量与分析”、“薄壁梁结构冲击力学特性测试”以及“汽车人机工程学关键参数测量”。其中共有33名学生选择“汽车人机工程学关键参数测量”实验，主要为工业设计（汽车车身）、车辆工程、能源与动力工程等工科类汽车方向专业。实验分11个小组分别进行，每组实验时间约4学时。以该实验为例，详细介绍实验项目的实施过程以及经验总结。

（一）实验意义及目的

汽车人机工程学主要解决汽车设计中“空间几何”和“人机界面问题”，是汽车类本科生的必修课。H点测量装置（H-Point Machine，HPM）是用于建立车辆关键基准点和尺寸的物理装置，对于进行驾驶室人机工程学设计和参数测量、辅助进行驾驶室内部基准点的定位具有重要意义[6-8]。

“汽车人机工程学关键参数测量”实验承接于汽车人机工程学课程，目的是利用H点测量装置对汽车座椅H点进行测量，使学生掌握H点装置的使用及三维坐标测量的基本方法，了解H点对汽车人机工程学设计的意义和作用。

（二）实验所用设备及原理

本次实验用到的主要设备包括：HPM-II型H点测量装置、三坐标测量机以及被测车辆1台（丰田RAV4），其他辅助工具包括多功能坡度测量仪、推力杆等。

HPM-II型H点测量装置主要由背板、座板、大腿杆、小腿杆和T型杆等组成，如图1所示，能够反映成年人外形轮廓和体重，通过将装置安装到被测座椅上并逐步加载，可以检测和测量座椅和车内硬点[6]。

（三）实验过程

“汽车人机工程学关键参数测量”实验以锻炼学生动手操作、独立思考及团队协作能力为主。在指导教师讲解完实验内容和注意事项之后，由学生自己动手进行HPM装置的摆放、加载以及H点坐标的测量，具体操作过程如下：

1. 确定整车坐标系，原点为车辆前轴中心，车头指向车尾为x轴正方向，驾驶员侧指向副驾驶侧为y轴正方向，由右手定则确定z轴正方向。

2. 调整座椅，将被测车辆的驾驶员侧座椅调到最低最后位置，座椅靠背角调至20度左右。

3. 安装HPM的座板和背板，并将背板与坐板连接，与乘员中心面重合，调平座板上的水平仪，同时调整背板位置，使之与座椅靠背贴合[9，10]。

4. 使用多功能坡度测量仪测量躯干角，并记录数据。

5. 对座板、背板依次施加腿部、臀部和躯干载荷。

6. 使用三坐标测量机测量H点坐标，记录H点坐标数据，如图2所示。

7. 依次撤去HPM装置的配重块、背板、座板。

8. 重复测量三次，取三次实验平均值作为最终H点坐标。

上述实验过程均由学生独立操作完成，指导教师从旁引导并答疑。实验共分为11组进行，每组3人，每人分别进行一次实验。

（四）实验数据处理及实验报告撰写

实验完毕后学生对数据进行处理，在CATIA软件中建立整车坐标系，量得H点的坐标值，取三次实验的平均值作为最终实验结果，其中一组学生所得的实验数据如表1所示。

每组学生上传一份实验报告，报告主要包含以下几个部分：实验目的、实验原理、主要仪器设备、实验过程（拍照附图）、实验数据记录（座椅位置、躯干角、左、右H点坐标等）以及本次实验的心得体会以及意见建议。指导教师根据学生实验过程中的表现以及实验报告给出学生成绩。

四、开放创新实验经验总结

“汽车人机工程学关键参数测量”实验经过学生和指导教师的共同努力最终顺利完成，对本次开放创新实验所获得的经验总结如下：

1. 开放创新实验的选题要吸引学生兴趣。实验项目题目的拟定是保证实验顺利进行的关键一步。选择实验的学生主要为大一、大二本科生，本次实验的出题方向充分考虑了此阶段的学生所储备的知识，并结合学生的实际情况最终拟定实验项目。

2. 指导教师职责定位于引导和辅助。开放创新实验以培养学生动手能力和创新意识为主要目标。本次实验过程中形成了以学生自主实验为主，指导教师从旁引导为辅的教学模式。

3. 实行实验室开放制度。实验室开放是保证实验项目有条不紊进行的重要措施。由于实验学生存在专业、年级、班级差异，综合考虑学生时间、人数等因素，车身实验室面向本次开放创新实验实行开放制度。在某一教学周内，每天上午和下午各安排一次实验，每组学生可根据自己的实际情況自由选择实验时间。

4. 锻炼了学生自主学习和独立思考解决问题能力。学生自主学习能力的培养是当前教学改革的重要目标之一。本次实验将学生自主学习能力的培养为首要目标，实验前由学生查阅文献了解实验项目背景，实验过程中遇到的问题首先由学生自己动脑思考寻找解决途径，指导教师只起引导辅助作用，实验报告不拘泥于固定格式，在满足基本要求前提下学生可自己设计报告格式和内容，展示自己的学习成果。

5. 获得了宝贵的学生反馈意见。本次实验实行教学反馈制度，学生可在实验报告中写出实验心得体会及意见建议。学生给予的反馈意见对日后完善该实验，提高教学水平至关重要。

五、结束语

针对当前本科生实验和实践教学越来越重视学生自主学习与创新能力培养的趋势，基于开放性创新实验平台开展实验教学，探讨了开放创新实验的内涵以及开展和评价方式。以吉林大学车身实验室开出的“汽车人机工程学关键参数测量”实验项目为例，详述了实验过程及获得的教学经验。实验项目选题切合实际，教学模式行之有效，达到了预期的教学效果，可为大学生实验和实践教学提供方法和经验借鉴。

参考文献：

[1]马万里，刘丽艳，齐虹，等.本科生创新实验教学的探讨与实践[J].教育教学论坛，2016（6）：248-249.

[2]臧立娟，王凤艳，夏自进.开放性创新实验教学模式探索与实践[J].实验室研究与探索，2014，33（4）：207-209.

[3]訾学红，夏云生，陈永宝，等.开放创新实验的教学实践研究[J]. 中国现代教育装备，2010（1）：106-107.

[4]唐俊，黄林生.开放实验室与大学生创新能力培养[J].考试周刊， 2012（8）：147-148.

[5]吉林大学开放性创新实验管理办法[EB/OL].吉林大学，2016.

[6]任金东.汽车人机工程学[M].北京大学出版社，2010.

[7]王胜，韩志峰.人机工程学在汽车设计上的应用[J].工程技术：引文版，2017（1）：25.

[8]卢小菊.人机工程在汽车设计中的应用[J].机械工程与自动化， 2017（6）.

[9]周勇，马国清，杨震，等.汽车驾驶员座椅H点位置的测量[J].汽车实用技术，2015（1）：114-115.

[10]翟岁团，周亚旭，王伟，等.三维H点装置及其安装简介[J].摩托车技术，2015（12）：52-56.