大学生创新训练实践对科研素质能力提高的探讨

张亚虎，田 甲，余依林，宁传彬，胡奥繁，姚 凯

（滁州学院 机械与电气工程学院，安徽 滁州 239000）

1.引言

创新可以激发青年的上进心，促进社会发展。如何拓展大学生创新性思维，将专业知识运用到实践创新中去，一直是高等教育的不可忽视的主题。滁州学院为积极推动提升学生创新能力，锻炼学生创新创业技能、拓展学生创新思维，开展了大学生创新训练相关的系列活动比赛［1］。本文以滁州学院大学生创新训练项目“智能升降移动桌开发”（项目编号：2020CXXL099）的开发过程为例，并基于滁州学院校级质量工程项目（项目编号：2020jyc024）平台，深度探讨了创新训练项目对大学生综合素质培养的效果和意义。

2.项目简介

2.1 项目的选定与申请书的撰写

滁州学院教师充分利用大学生创新训练项目，结合学生的专业特长，为攻克传统桌子功能单一，久坐腰肌劳损等问题，成立了智能升降移动桌开发小组。小组成员来自不同专业，优势互补，团结协作，来自市场营销专业的组员利用敏锐的市场洞察力，搜集市场升降桌的最新行业信息，提供创新建议；来自数学学院的组员利用严谨的数据分析能力，为本次智能桌研发工作提供数据处理计算；机电学院的队员们结合本专业机械、自动化、编程相关课程的学习知识，着重开展新结构及新系统的开发和设计。项目成员通过多种渠道，搜集当前国内外智能桌子设计的最新信息，深入了解本项目的背景，确立项目课题，归纳研究内容及创新点，提出可实施的技术设计方案、实验方法以及项目立项实施方案，独立撰写了智能升降移动桌开发项目申报书，并提交申报。在此期间，项目组成员不仅加深了对本项目课题的认识，提炼出了清晰的逻辑思路，还深化了对团队协作精神的理解，同时科研写作能力也得到了极大地提升。

2.2 智能桌创新设计

为了增强移动升降桌的智能性、实用性，项目组成员确定了三个创新点：

桌面自由升降高度，桌面倾斜0-50°：可满足身高各异、坐立不同需求的工况，便于阅读和书写，常规的书桌高度和斜度是固定的，无法根据使用者的实际高度有效调节，从而使用者不得不俯身弯腰，造成使用体感差。这一创新点可以很好地解决这一问题。

人体自动感应系统：该功能可以根据人体坐立高度，自动调节桌面高度和倾斜度。这一功能采用的智能模式，该模式下，运用传感器智能控制系统，通过红外线扫描使用者的身高等特征，自动调节相应的高度，并根据室内光线，自动调节灯光强度。

语音识别功能：通过语音呼叫功能，实现语音识别，使灯光关闭、桌子高度和斜度自动调解，大大提高了使用便捷性。

2.3 机械结构方案的实现

移动升降桌升降和倾斜方案的设计，对项目组成员具有一定挑战。方案需模拟各传动机构的运动轨迹，设计各零部件的尺寸，绘制传动机构的三维及二维图纸，制作样件并组装完成。由于零件较多，且存在相对运动关系，项目组成员构思了多种设计方案，并筛选优化，最终选择运动可靠，性能稳定的四连杆机构传动方案。

此外，项目组成员花费精力，查询大量文献，优化筛选机构运动连接方式，自学三维制图及编程软件，投入精力测绘三维结构图、调试系统程序，最终实现升降桌高度自由升降、桌面任意位置倾斜。该模块工作增强了项目组成员逻辑分析和解决实际问题的能力，发扬了坚持不懈，精益求精的精神，同时培养了学生管理时间的和独立学习的能力。

2.4 材料选择

针对桌面材料以及五金材料的选择，小组成员经过市场调研，理论分析，确定了合适的材料。桌面材料首先排除了采用普通塑料材料的方案，主要原因在于，在高温着火情况下，塑料桌面会出现异味、释放有毒气体、桌面软化等情况，而且塑料桌面会出现难擦洗、易磨损的问题。经过市场调研、理论分析，小组成员决定采用性价比较高的实木颗粒板以及环保三聚氰胺饰面。此种材料平滑、耐刮、耐热、无刺激无异味，且结构表面凹型设计，更符合人体仿生学，桌面边缘全部采用圆角过渡功能，可有效防止意外刮伤碰上。以上功能满足了用户对于桌面材料的需求。五金支撑机构材料，小组成员选用了性价比较高的Q235 材料，连杆采用折边结构，不仅节约材料成本，而且机构的强度得到大大提高。通过对桌面材料以及五金材料的研究选择，增进了了小组成员市场信息调研能力、理论联系实际的能力，增进了学生的团队合作意识，也培养了学生严谨细致、不断探索的科研精神。

2.5 系统整体调试

智能移动升降桌作为一个整体系统，不仅要完成机械结构设计、电路设计以及控制策略编程，还要进行必要的系统调试，调试过程中，会遇到多方面的问题，如机构安装不良、控制的精度不足、数据通讯的实时性欠缺等，很多问题需要多个成员协作配合解决。其中在机构装配调试中，出现了机构零部件安装不畅的问题，螺杆与螺帽在安装过程中出现了松动现象，两者有间隙问题，间隙尺寸把握不住，间隙过大则产生松动，发生异响，而间隙过小，虽然松动消除，但是在升降过程中，很费力，严重影响了使用体验。面对如此棘手的问题，小组成员积极寻找解决办法，尝试了十多种解决方案，努力的实验验证，期间也面临多次失败。在多次失败的基础上，小组成员积极整合各种方案的闪光点，最终选择在螺杆的底部加橡胶的方法，解决了间隙问题难以把握的难题，从而也从另一个角度诠释了科研方式的多样性，即一条路走不通，可以开辟多条道路进行优化设计，进而实现目的。

在调试功能以及解决问题的过程中，一定程度上培养了学生其发现问题、分析问题、解决问题的能力，并从失败教训中不断吸取经验，复盘总结的能力，而且整个过程提升了团队合作意识，也增强了学生的创新思维力。

3.项目开发的效果和意义

项目经过半年多地研发，进展顺利，研究成果达到了预期目标，项目组成员综合素养得到了提升。

3.1 知识学以致用，掌握科研思路与方法

通过本次项目，学生能够将课堂上所学的理论知识有机融合到项目实际需求中[2]。参加项目之前，学生学到的只是简单的理论知识，相应的实践技能以及解决生活实际问题的方式方法掌握不足，遇到实际问题时无从下手，缺乏思路，而且个人主义风气较重。做事完全没有章法、没有计划，基本处于任性散漫的程度。因此在项目实施初期，大量工作需要完成，这些工作需要足够的耐心和毅力，小组成员很多不知所措。这就造成了项目一度中断的情况。随着科研套路理论的不断教导和培养，小组成员做事有章法，有依据，实验方案也有很大的起色，遇到问题也不慌乱，积极地思考和解决问题。项目开展期间，小组成员积极地进行文献资料收集与整理，力学及三维模型建立，理论数据分析计算、实验调试验证等规范流程的培训和实践，摒弃了以往无从下手、做一步算一步的不良习惯，科研素养有意识初步建立。通过一系列的指导和培养，小组成员科研的积极性大幅度提高，做事效率以及实验方案的准确性也大大提高。

3.2 团队协作意识增强，团队素养提升

项目开展初期，项目组成员需要对整个项目进行规划，构建任务脉络，项目组成员各尽其责，责任到人，培养其责任心及团队意识，项目组成员根据各自分工，合理安排时间攻克各自任务，并积极开展互帮互助，通过小组讨论、头脑风暴集思广益，寻求解决方法。3D 制图能力欠缺，安排专人积极学习；移动升降桌创新不足，全员参与探讨并取得一致；整体系统项目中遇到棘手问题，安排专人解决，攻克不了，发动组员组织资源解决。通过项目的全方面深入合作，团队成员协作的能力大幅度提升，关系更加融洽，团队合作精神得到传承[3]，为以后激烈的职场竞争打下坚实的基础。此外，项目组成员有效地沟通，互相协调，共同进步。小组成员在项目的开展中不断磨练和超越自己，学习了更多的新知识，也提升了个人综合能力。

3.3 学生知识视野开阔，思维得到发展

智能移动升降桌开发项目是面向大学生的创新创业训练实践，在项目实施中项目成员不仅要深入了解项目的研究背景，确定项目研究内容和创新点，还要通过各种渠道，搜集国内外智能桌子设计的发展状况以及技术参数学生的视野得到广泛拓展，搜集信息的能力得到提高，思维创新能力得到全面发展[4]。项目的开展，需要项目组成员运用所学知识，理论联系实际，从而进一步拓展了知识的深度及广度。项目成员通过与指导教师定期交流，项目开发方向的准确性得到保证，同时通过交流，教师会将开发思路、实验方法以及数据分析方法传递给学生，学生从中受益良多[5]。

4.结语

大学生创新训练项目的开展，加深了学生对理论知识的理解与领悟，促进了其理论联系实际的能力，学生在实践中发现问题、分析问题、解决问题的能力得到显著提升。其次，项目的开展，培养了学生严谨规范的科研方式方法，避免了盲目性，并在实践中不断积累经验，优化改进科研套路，最后创新训练项目，使得学生的团队合作意识得到加强，为以后的学习和工作打下坚实的基础。