大学生创新训练计划的实践与思考

覃明明，李建闽，李马杰，李双龙，刘义林

(湖南师范大学工程与设计学院，湖南长沙 410081)

大学生创新训练计划项目（“大创”项目）作为高等学校本科教学的重要内容，是国家深化高等学校创新创业教育改革的重要载体，旨在为高等教育的高质量发展奠定坚实基础。大学创新训练项目秉承“探索和发现问题、思考并解决问题”的宗旨，倡导以大学生为主体，通过“兴趣驱动、自主实践”的项目制教学模式，激发学生主动运用所学知识解决新问题的积极性和创造性，加深学生对所学专业理论知识的理解，达到提高学生实践能力、提升学生综合能力、挖掘学生创新能力的目标，以培养具有高度综合性、高度灵活性、高度实用性、高度延续性的创新型人才[1,2]。 因此，高校学生应该积极参与大学生创新训练计划，以提高自身的创新和实践能力。 本文结合笔者参与的国家级大学生创新训练计划项目，论述了运用该项目——多功能电能质量分析仪的试制对大学生创新实践技能的培养。

1 大学生创新训练计划的实践

笔者与项目组学生根据自身兴趣爱好参与了2020年国家级大学生创新训练项目——多功能电能质量分析仪的立项申请、设计、调试和测试工作。 我们于大一下学期（2020年3月）申报了湖南师范大学大学生创新训练计划，在成功立项之后，被进一步推荐并获批为国家级大学生创新训练计划。 整个项目组在指导教师的带领下，分工合作，项目稳步推进，目前项目研究已接近尾声。在整个项目的实施过程中，我们既了解了电能质量分析仪的具体工作原理，又熟悉了相关仪器的使用和测试方法，还学会了将所学理论知识用于解决实际工程问题，极大地提高了自身的创新实践能力。

1.1 自学能力与解决问题的能力得到锻炼

在项目执行初期，囿于所学知识的局限性，大部分参赛学生会对所参与课题产生一定的畏惧心理。 以笔者为例，尽管电能质量与人们日常生活息息相关，但电能质量有哪些相关标准？ 电能质量分析仪软硬件如何设计？电能质量相关参数如何测量？种种类似的问题会让只学习了相关理论基础知识的学生感觉比较迷茫。此时，需要学生与指导教师进行经常性的互动交流，寻求教师对相关问题进行引导以及思维火花的碰撞。 笔者所在项目组指导教师在充分了解组员各自情况后，建议我们把项目细化并合理分工，每个人依据自身特长去完成相应工作。 因为只有在自己熟悉和擅长的领域，每个参赛学生才能够明确学习目标、 激发学习兴趣，进而加快项目执行效率。 此外，“大创”项目均会涉及一些之前没有学过的知识点，需要学生不断查阅文献资料、自行进行软硬件整体设计、熟悉相关测量仪器使用方法以及团队协作精神的培养。

在多功能电能质量分析仪的研制过程中，项目组遭遇了许多挫折。 例如：转PCB 板的过程中网络表莫名其妙地出现错误； 信号调理电路的电阻和电容封装选错，导致买来的器件安装不上；晶振的起振电容选错了容值，使得芯片无法正常工作；在进行谐波仿真分析时，信号模型不知在MATLAB 中该如何构建。 在与指导教师持续地互动学习和思维碰撞过程中，我们经历了基础知识、基本技能、设计能力、综合技能以及创新实践能力的逐步升华。通过项目的历练，项目组成员的主动性和创造性被不断调动，创新思维以及创新意识被持续激发，自身探索问题、发现问题、思考问题和解决问题的能力得到极大提升。

1.2 实践能力与创新意识得到提升

“大创”项目大都具有一定的工程背景且与生产实践密不可分。只有亲自动手实践，才能够更好地理解和掌握课本所授理论知识，整个参赛过程也是把学生所学的各个学科知识点融合在一起的过程。 在整个项目实施过程中，许多事情可能都是参赛学生第一次经历。比如：第一次写项目申请书；第一次写专利申请书；第一次设计完整电路；第一次选购元器件；第一次焊接电路板；第一次编写项目代码等。相较于平时专业理论知识和实验课的学习而言，“大创” 项目正是通过这许许多多的“第一次”，让学生明白自己能够学以致用，真正体验到理论结合实际所带来的乐趣，使得个人的实践能力和创新意识得到稳步提升。

“大创”项目的整体过程均由项目组成员自行独立完成，主动权由学生掌握，进而能够最大程度地发挥学生的主观能动性。此外，“大创”项目对参赛学生的要求并不只是简单地根据数据进行验证以及演示，而是让学生能运用所学知识对项目涉及的具体实际问题进行方案设计、数据分析、实验验证和具体实现。 通过对项目的原理分析、电路设计、硬件实现、软件编写、算法移植、系统调试、测试和改进以及项目报告的撰写等实践过程，不仅能够让学生将课堂上所学知识加以利用，还能够使其对科技前沿动态有一定涉猎，接触本专业一些先进理念，这些对学生实践能力的训练大有裨益，同时也在潜移默化中锻炼学生的创新思维。

1.3 团队意识和合作精神得到培养

大创项目往往难以由个人独自完成，需要团队的通力协作。在项目实施过程中，团队合作精神显得尤为重要。以笔者所在团队为例，每个人都有自己擅长的方向，每个人也都有自己做事的方法和节奏，如何协调组员合作方式、 如何分配项目任务是整个团队需要首先解决的问题。 此时需要扬长避短、集体协作，团队合作才能变得顺畅，团队工作才会变得高效，最终发挥出团队的最大优势。

项目组的每个成员在整个项目的研发过程都是不可或缺的一部分。驱动程序没有数据输入，需要做硬件的学生协助排查问题；参数检测输出结果不对，需要研究算法的学生合力解决问题。整个项目下来，组员之间的相互协作必不可少。 如果有组员因为其他事情导致时间协调不过来，则应有其他组员暂时接手其任务，以确保项目的实施进度。 只有充分发挥团队意识和团队精神，遇到问题集体攻关、联合攻坚，“大创”项目才能得以最终顺利完成。

1.4 科研精神与科研意识得到提高

作为未来国家科技创新的主力军，大学生创新精神和科研意识的提高迫在眉睫。 创新创业教育不但要重视提升学生的创新创业能力，也要培育学生的创新创业意识[3]。 通过参与多功能电能质量分析仪这一“大创”项目，让我们深刻了解科研项目的实施过程，切身认识到科研项目的艰难曲折，着实提高了自身的科研创新意识。

在项目开展初期，正好遭遇新冠肺炎疫情，学校暂未开学，因此项目被搁置了一段时间。待第二个学期开学后，为了弥补疫情期间学校的各种课程、实验，项目组成员的学习任务都非常繁重。 但组员们对“大创”项目依旧保持着饱满的热情，都心甘情愿地牺牲自己的休息时间，利用一切可以利用的空闲时间来进行项目设计和调试。每到周末，大家会为了解决相关问题而自觉地待在实验室，项目也常常会因为一个问题所困扰而迟迟没有进展，组员们的内心难免孤独、 单调和乏味。而这带来的不仅是身体上的不适，更多的是心理上的考验。 如今项目接近尾声，我们愈加深刻地体会到，这份孤独、单调和乏味，恰恰是做科研必需的，只有耐得住寂寞，才可以在科研这条道路上越走越远而不至于半途而废。“大创”项目不仅锻炼了我们的毅力，更打磨了我们的心智，培养了我们持之以恒、不畏艰难的科研态度，为我们今后进入更为深入的高层次研究打下了坚实的基础。

2 大学生创新训练计划的思考

2.1 项目难度要适中

大学生是否参与创新创业项目往往不是随机行为，而是学生对个人情况进行评价后做出的选择[4]。 在项目选题阶段，我们充分考虑了项目成员各自的特点，并结合大家的共同兴趣爱好，选择了和人们日常生活息息相关的多功能电能质量分析仪作为我们本次研究的课题。 一些学生选择超过本科生实际能力的高端和前沿课题。在该类课题的实践过程中，由于学生自身能力水平和知识储备不足，使得这些学生始终停留在大量新概念和新知识的入门学习阶段，以至于他们一直在课题外围徘徊而难以快速找到适合锻炼自己创新和实践能力的突破口。如此反复，在耗费了大量时间和精力的情况下，这些学生往往表现出畏难和沮丧情绪而使得项目难以结题。 极大地挫败感让这些学生的自信心备受打击，甚至让他们一度认为科研工作高不可攀。

在本项目的实施过程中，通过与指导教师的积极互动和交流，我们将项目整体细分为多个子任务，而后根据项目组成员擅长的方向对子任务进行层次划分，最后逐个击破。事实证明，这样的任务安排使得每个项目组成员都有施展自己能力的空间，擅长硬件的学生绘制硬件电路原理图和设计印刷电路板，焊接电路并进行初步调试；擅长软件的学生则查阅芯片数据手册，编写模块驱动程序并进行操作系统的移植。 每个子任务都是自己能够完成且感兴趣的内容，大家参与的积极性和主动性得到了最大限度的激发，从根本上保证了项目的顺利实施。 当然，不管项目最终结果如何，参赛者都应该摆好心态并清楚地认识到参加大学生创新项目的根本目的是为了锻炼自己的创新和实践能力，只要我们在项目过程中得到锻炼、能力得到提升，经历项目过程本身就是一种成功。

此外，大学生创新项目的相关审核部门也应该严把审题关，要依据申报项目是以大学生“自主实践”这一特点，确保大学生自身对项目的可操作性，把能够真正锻炼大学生创新实践能力的可行性项目放在优先位置，而不是一味地把热门性和前沿性作为项目评判标准。只有学生能够真正参与到项目中，才能让学生深切感受到自己所学知识能够运用到项目开发的各个具体环节，确保他们在项目实践过程中得到创新能力的提升，让大学生创新训练项目宗旨真正回归本质。

2.2 理论与实践要协同

以笔者项目组所选课题为例，电能质量分析仪的设计和实现是一个实践性很强的项目。 在项目初始阶段，组员们只有前修课程基础，并没有实际参与过软硬件开发，而这些在整个项目开发过程却都需要自己独立完成。 于是，大家慢慢学会了检索相关文献、看懂芯片数据手册、绘制电路原理图和PCB 以及算法的仿真和嵌入式移植等新知识，还具备了一定的软硬件调试和解决实际问题的能力。 在使用10M 以太网控制器CS8900A 时，我们发现通过ARM 处理器读取该芯片的ID 始终不正确。 我们首先怀疑是芯片引脚太密而出现虚焊现象，为此我们对两个芯片的相关引脚进行加焊处理，然而令人失望的是故障现象并未消除。项目组成员在接下来的几天被这个问题折磨得寝食难安。 最后还是在请教教师后的一句话点醒了我们“硬件没有问题，会不会是软件出了问题？”之后，我们开始排查软件故障，经过项目组成员仔细阅读芯片手册、核对芯片时序逻辑，终于发现是网上下载的参考代码关于CS8900A 地址空间的Bank3 总线配置没有设置正确，修改完成后芯片ID 读取正常，问题得以顺利解决。

以上仅仅是我们整个项目过程中解决问题的一个缩影。 在整个项目实施过程中，由于实际操作经验匮乏，我们碰到的问题总是千奇百怪，在解决后才发现问题并不是很难。整个项目过程让我们深刻地体会到“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”。 而正是得益于这一个个问题的磨砺，让我们的创新实践能力得到了极大提升。从项目开始时的无从下手，到现在项目结题时的得心应手。通过大学生创新项目的历练，我们完成了从“萌新小白”到同学们口中“高手大牛”的完美蜕变。

大学生在学习了课程相关理论知识后，一定要积极参与大学生创新训练项目之类具有实践环节的科研课题，培养自己软硬件以及相关应用方面的设计和动手能力，进一步深化理论知识的理解、激发自我创新潜能，做到理论和实践相得益彰、 创新实践能力逐步提升，达到学以致用的目的。

2.3 支持机制要完善

大学生创新训练项目的有效实施需要学校提供有力的软硬件平台和教师的科学指导作为保障。 缺乏学校和教师的支持，让学生独自完成一个大学生创新训练项目是十分困难的[5,6]。

创新训练项目的顺利开展与学校的积极支持密不可分。 本项目的顺利开展即得益于笔者所在学校对创新训练计划的大力支持。 笔者所在湖南师范大学工程与设计学院有专门的嵌入式系统和电路实验室，实验室具备高精度可调电压（流）源、六位半高精度数字万用表、数字存储示波器、函数发生器、计算机、嵌入式系统开发装置等实验设备、相关开发软件和仿真平台，并长期面向本科生免费开放。 学校还将项目经费全权交由项目组组员自行管理，方便我们自主购买项目相关书籍、开发板和元器件等资源。

指导教师对整个项目的顺利完成起着举足轻重的作用，是培养学生创新实践能力的引路人。我们的指导教师在整个项目过程中都对我们进行了细致的指导，给我们讲解电能质量分析仪的相关概念、 整体工作流程和技术指标以及各个功能模块之间的分工协作关系，帮我们理清项目的整体脉络，让我们能够从纷杂的内容中快速上手。 指导教师还会定期通过QQ 群、微信群和组会的方式与项目组学生进行互动式与跟进式交流，让我们能够快速进入项目角色、主动思考，破除畏难情绪，激发我们做项目的兴趣，给我们营造了一个积极、活跃和宽松的科研氛围。 此外，教师还会不定期检查项目进展情况，并根据项目进度完成情况进行针对性辅导。在项目遇到技术性问题时，教师不会直接给出答案，而是积极指导我们查阅相关的技术文档、手册，努力引导让我们自己去找出问题的答案，授我们以“渔”；在遇到方向性问题时，指导教师则会给予我们正确引导，避免我们走太多弯路。 在整个项目实践过程中，指导教师让我们把所遇到的问题记录成册，培养了我们积累知识和经验的好习惯，使我们的创新实践能力得到快速提升。

3 结语

通过这次大学生创新训练计划项目的锻炼，我们学会了如何运用所学知识去解决实际遇到的问题，不仅提高了自身的自学能力、创新能力等各项技能，也培养了大家的团队意识及科研意识。 “大创”项目的切实有效实施，能够让我们切身感受到科研的无穷魅力和团队协作的积极优势，更让我们深刻体会到“坚持不懈、善于思考、积极总结”的“大创”精神。 实践表明，国家级大学生创新训练计划能够有效提升学生参与科研项目的主动性、积极性和创造性，高校也应总结该计划实施以来的各种经验和教训，以进一步完善相关的政策和制度，加大对该计划的支持力度，激发学生的创新意识和思维，以实现培养创新型国家建设需要的高水平创新人才的目标。