基于機械創新設計大賽的高校科研平臺構建研究

《國家大學生創新性實驗計劃指南》中指出“倡導以本科學生為主體的創新性實驗改革， 激發學生的創新思維和創新意識，提高其創新實踐的能力，推廣研究性學習和個性化培養的教學方式，形成創新教育的氛圍，建設創新文化，進一步推動高等教育教學改革，提高教學質量。”根據這一文件方針精神，普通高校加強本科生的科研創新能力勢在必行，除了要使學生掌握本專業的基本理論、方法以外，還應具備開拓創新思維、建立創新意識的能力。為進一步增強大學生科研創新能力，國內學者紛紛提出自己的觀點：提到了基地平臺、學科平臺、競技平臺等對于學生科研能力的提高作用；闡述了通過梯隊式學生科技競賽平臺建立學生科技水平的良性發展；提出了綜合科研實驗室平臺對學生科技能力的提升。從獲取的文獻看來，高校大學生的科研能力主要與學科競賽水平和所在高校的科研實驗能力密切相關。
1 機械創新設計大賽應用于大學生科研創新平臺的優勢
從現階段了解的高校本科生科研情況來看， 普通高校本科生的科研創新還是以精英化為主： 即一部分學有余力的同學在教師的指導下逐漸進入到一些科學研究中， 提升自身的科研水平。由于本科生在大二、大三階段，專業知識還不夠充分，直接參加難度很大的科研項目顯得先天不足： 既不具備一定的專業知識，只能進行一些簡單的無基礎工作，例如CAD 繪圖等，但是這些基礎技能并不能帶來科研能力的顯著提升， 而且本科階段課程任務較重，不能像研究生一樣有充足的時間跟進項目，導致不少老師對本科生參加科研的態度是拒之門外。
因此， 對于本科生的科研應用必須要找到一個合適的切入點：既使得本科同學在現有知識背景下能夠完成，而且需要有較長的時間能夠讓其緩慢成長各種能力， 一個比較合適的切入點就是大學生科技類競賽。在眾多大學生科技競賽中選擇大學生機械創新設計競賽作為本科生科研平臺的基礎， 而不是其他的理工科常見競賽，如數學建模競賽、電子設計競賽、力學競賽等，主要有以下幾點原因：
（1）機械創新設計競賽時間跨度長。全國大學生機械創新設計大賽在比賽的前一年4 月份就把競賽的主題發布出來， 中間有充分的時間讓大二、大三的同學進行準備與設計，再加上有很多和指導教師溝通的時間， 相較于電子設計競賽和數學建模競賽，都是集中時間段進行，時間較短導致了學生主要是跟著老師的思路進行，缺少創新和思維升華的時間。一年左右的時間，可以讓學生的設計靈感與驗證方式在指導教師的不斷引導之下，慢慢地介入到科研創新之中。
（2）機械類設計競賽一般有實物制作過程。一般的競賽如數學建模和力學競賽，一般都是虛擬的方案設計或者是解題，一般不考慮實際情況；電子設計競賽雖然也要做硬件，但是元器件這些都是現成品，主要以電路設計，單片機程序編寫為主進行功能實現。而機械類設計競賽需要將所學、所設計的物件加工成實物，期間涉及課程知識與實際情況的轉換，讓學生在實物制作過程中考慮得更多，了解虛擬設計和實物制作的區別，也能將基礎課程知識進行充分應用。
（3）機械類設計競賽創新度更高。此類設計競賽一般采用“半開放”的命題，相較于學生科技項目的完全自由申報，這類競賽命題一般旨在解決實際問題，在完成競賽要求的過程中，容易發現一些新的規律或者設計了新概念產品， 成果還能拓展到例如“互聯網＋”或者挑戰杯等其他比賽中，而且進一步在老師的指導下撰寫科研論文或者專利申請，逐步地切合到科研的軌道中。
綜上所述， 機械創新設計競賽是本科生科研創新的一個非常合適的切入點，具有培育時間足夠，解決實際需求，后續成果多樣化等諸多優點，再結合課程創新設置，嘗試建立本科生的科研創新平臺，實現學生創新能力培養，形成科研創新氛圍，提高教師科研與教研水平，有著很多的優越性和可行性。
2 機械創新科研平臺內容
國內學者進行了一些針對機械創新設計大賽提升學生綜合能力的研究：針對楊叔子“四論機械創新設計大賽”的觀點，采用學生主線、立足點、受眾面等進行了一定的分析；機械創新設計大賽對創新人才的成長作用，并提到了一些利弊；機械創新設計大賽對工科學生綜合能力的培養作用。
而文中的科研創新平臺主要是基于大學生機械創新設計大賽，集成互聯網信息化的優勢，強化實驗室開放，提高實驗設備的利用率，為教學、科研、社會服務提供基礎，打造全方位發展的高層次人才，并且以平臺建設、學科發展、學生科研水平等多線并進，打造特色的學生科研創新發展平臺，涵括了課程體系的理論教學模塊與課外創新實驗實踐兩大部分，主要內容如下：
（1）架構創新理論課程模塊。在原有培養秩序下，改革一部分機械創新設計大賽相關的現有課程內容， 打造學生的創新思維與理論方法，發掘學生的創新潛力。構建一個創新型的課程體系，打造包括“機械設計基礎、機械設計課程設計、飛行器制造工程綜合課程設計、CAD 技術”等課程的創新理論課程模塊，與本科畢業設計相結合， 貫徹科學教育、人文教育與因材施教的原則，做到有意識地培養學生，為開展創新人才的培養打下了良好的基礎。
（2）構建學生創新能力培養發展平臺。以機械創新設計、開放實驗室建制為主線，機械基礎實驗室和金工實習中心為支撐，改革了教學方法和教學手段， 形成實踐教學體系及課外學分活動等更加科學的教學體系。發展平臺給學生的實踐提供了一個嶄新的環境，為實施創新人才培養提供重要活動場所。平臺的構建為創新能力的培養提供硬件支撐，提高起點，注重基礎與專業實驗交叉，加強通識教育，強化開放實驗實訓環節。同時還可進一步依據學生創新能力的差異，從創新能力培養的規律出發，創新實驗教學中為不同能力的學生設置了分層次（基礎層次、創新層次和提高層次）的實驗教學體系，以適宜實踐教學的規模效應和特優培養。
（3）依托實驗基地，開展學科競賽與激勵機制建設。實驗室的開放可以激發學生創新意識、深化課程體系和教學內容改革方面發揮了積極的作用， 同時也改變了學生科技創新活動單獨進行的局面，為善于思考、勤于實踐的學生提供了交流平臺。同時可結合機械創新設計大賽等學科競賽，大學生創新創業項目、學分互認等方式建立適宜于創新人才培養的激勵機制， 激發學生的主觀能動性與創新潛力。
與此同時，該機械創新科研平臺為教師、學生、課程改革、實驗室教學等多方面提供較大的進階優勢，主要特點如下：
（1）該平臺為我校教師提供更大的實踐空間，在輔導學生創新的同時也進一步提高教師個人能力與思考方式， 借助創新平臺的建設與學科競賽，加強學校老師與其他高水平高校的聯系，進一步發展教師的個人素養與教學能力。
（2）機械創新設計平臺為優秀學生提供了一個更高能力的展示空間，以及較長的創新設計時間與既成體系的培養，為學生能力提升規劃了循序漸進的發展路徑。
（3）讓學校現有與平臺相關課程與環節有了更多的實踐內容，改變原有“重教學、輕實踐”的不合理現象，改變了課程設計中千篇一律的設計內容，真正做到教學與實際創新息息相關。
（4）在實驗室教學中，進一步改革實驗教學內容，減少驗證性實驗，增設設計性、綜合性實驗，增加現有實驗室的利用程度與不同水平學生的接受度。
3 高校大學生創新科研發展平臺實施流程
本研究的高校大學生科研創新發展平臺基本貫穿了整個本科學習階段，包括大一大二的準備階段、大三的競賽階段與大四的提升階段，如圖1 所示，每個階段的詳細論述如下：
（1）準備階段。在本科學生的大一、大二上學期階段，進行前期準備工作，包括CAD 軟件熟悉，學會搜集查找最新資料，當機械創新設計競賽題目出來以后， 在老師的指導下對半開放性題目進行分析和研究。
（2）設計階段。根據設計好的想法在大三上學期進入初始設計階段， 此時我校的機械專業的同學開始學習重要課程——機械設計基礎， 并可將該設計作為機械設計課程設計的內容進行功能和CAD 設計，并進行一些可行的簡易驗證，確定設計能夠實現。期間鍛煉了同學的CAD 繪圖，設計產品，驗證可靠性能多項科研的基礎能力。
（3）制作階段。在設計完成之后，進入實物制作階段，一般是在大三下學期開始，由于涉及到產品加工和裝配，一般都會有多次根據實物制作的調整方案，制作完成之后，進行相關的視頻介紹和圖紙輸出，準備參賽。這階段對同學的能力培養最大，因為和實物相結合，和實際結合，考慮的會更加成熟。
（4）參賽階段。去比賽現場多觀察其他高校的作品，研究分析各自的優劣，總結經驗，并且在參賽的過程也鍛煉了答辯、組織文字等多項能力。
（5）提煉階段。對整個設計、制作過程進行升華考慮，研究其中可以進一步的內容，如驗證規律的方法撰寫文章，制作的實物申請專利等，此時已在大四階段，可以將此段內容作為本科畢業設計同時進行，撰寫優秀的畢業論文。此時對于學生而言，無論工作還是進一步深造都有較為實際的研究實踐能力展示。
4 結論與展望
文中基于機械創新設計大賽對普通高校本科生的科研創新發展平臺進行了論述，涵括了課程模塊創新改革、科研實驗室平臺構建、制度流程規范化等多方面的內容，并重點分析了機械創新設計大賽對本科生的準備階段、設計階段、制作階段、參賽階段、提煉階段等多環節步驟，全方位有序地對學生綜合科研實踐能力的提升，后續也可以針對諸多相關競賽進行針對性地排布，確保在機械創新設計大賽的空檔年份也有其他相應比賽可以參加，為學生的綜合實力成長提供更多的選擇和舞臺。