以科技竞赛为龙头构建机电类学生科技创新活动体系-

1、第27卷 第2期中 国 林 业 教 育2009年3月F or estr y Education in China以科技竞赛为龙头构建机电类学生科技创新活动体系田 野 钱 桦 陈 劭 张 健(北京林业大学工学院,北京 100083摘 要:高等学校素质教育的核心是培养大学生的创新意识和创新能力。该文介绍了北京林业大学工学院依据专业培养目标和大学生的身心特点,以科技竞赛为龙头,构建机电类学生科技创新活动体系的研究成果与实践经验;并对处理好课堂教学与科技活动、科技活动普及与竞赛选手选拔的关系等进行了分析,从课程系列化建设、教学方式和教学内容改革、科技创新活动体系构建及其组织保障和硬件支撑等方面提出了改

2、革措施。关键词:高等教育;科技竞赛;机电类;科技创新活动一、以科技竞赛为龙头构建机电类学生科技创新活动体系的意义机械制造业是我国国民经济发展中的重要支柱产业,随着制造行业的快速发展,对综合素质高、实践能力强的高技术人才的需求也日益增加。因此,重视机电类大学生工程师素质尤其是科技创新素质的培养是非常必要的1。机电类专业人才的培养目标是培养具有爱国主义精神和社会责任感,具备机电工程方面的基础知识和应用能力,能在制造业内从事设计、制造、科技开发、应用研究、运行管理和经营销售等工作,适应社会主义现代化建设需要的全面发展的高级工程人才。简言之,机电类专业人才的核心能力是机械设计和制造能力以及相关的自动化

3、控制能力。这些能力的培养要贯穿于4年的大学教育,而其中重要的培养环节是通过组织学生参加科技活动来加强其工程师素质的训练和科技创新能力的培养。只有依据大学的教育教学规律和大学生的身心特点来构建学生的科技活动体系,才能有效地完成创新能力的培养任务1 4。通过深入研究与实践,北京林业大学工学院逐步确立了以科技竞赛为龙头的机电类学生科技创新活动体系。大学生通常思想活跃、敢于创新,尤其是80后和90后大学生自信心强、勇于表现、富有竞争意识,所以选择以科技竞赛为龙头开展学生科技创新活动更能激发学生的参与性、挑战性、竞争性和成就感。各种科技竞赛项目,如 机器人竞赛,专业覆盖面广,既需要机械专业的学生也需要电

4、类专业(自动化专业的学生参与其中。工学院拥有机械设计制造及自动化专业、自动化专业和车辆工程专业,因此在开展机电类学生科技创新活动方面具备有利条件。近年来,机器人项目在国内外均有各种比赛,工学院通过组织学生参加相关竞赛,使学生走出校园、开阔了眼界。这不仅有利于学生机电综合能力的培养以及团队协作精神的培养,也增强了学生的自信心和荣誉感,提高了学校的知名度。二、加强课堂教学,为开展科技创新活动奠定知识和能力的基础(一系列化课程的建设科技竞赛活动是课内知识的综合运用和延伸,要保证活动的顺利进行,学生就必须具备坚实的理论基础。因此,在课程教学体系的建设中,工学院注重系列化机电一体化课程的建设,在大一、大

5、二以基础训练为主,主要开设了 机械CAD、 工程训练、 机械原理课程设计、 电工电子综合实验、 电子工艺实习等课程;在大三以综合性创新型训练为主,主要开设了 科技创新训练、 机电一体化系统等课程;在大四以专业课程训练为主,开设了 林业与园林机械设计等课程。随着系列课程的递进开设,学生的基本理论知识逐渐丰富,实践能力得到了系统性训练,自然就成为科技竞赛活动的骨干,从而保证了科技创新活动的顺利进行。例如,2008年工学院参加 亚太大学生机器人大赛国内选拔赛的学生就是以高年级正在进行毕业设计的学生为主。(二教学方式和教学内容的改革为了培养学生开展科技创新活动的综合素质,如团队协作精神、解决实际问题的

6、能力等,工学院加强了教学方式和教学内容的改革。例如, 机械设计、 科技创新训练等课程以小组学习的模式组织43田 野等:以科技竞赛为龙头构建机电类学生科技创新活动体系教学。教师通过课堂教学讲授必要的基础知识,并随着学习进程布置相关的设计题目,或结合教学内容要求学生自选题目;学生则分成若干个学习小组来完成设计任务。学生在学习小组中进行资料查找、设计方案讨论、设计图纸绘制等,教师随时答疑解惑。最后,通过各学习小组的答辩和组内成员的相互评定,学生获得课程学习成绩。这种教学方式既激发了学生开展研究性学习的热情,又培养了其团结协作的精神。例如,机械专业2006级学生在教师提出的 设计一个连杆机构书写北京林

7、业大学校名题目的基础上,提出了 雨伞设计中机构的巧妙运用、 火车餐桌的改进设计、 煤气灶点火自动保护装置设计、 多功能机械式扫雪车设计和 无动力落叶清扫车设计等丰富多彩的设计题目。其中,参加 煤气灶点火自动保护装置设计和 多功能机械式扫雪车设计的学生继续了他们的研究,并参加了2008年的 机构创新设计大赛,分别取得了北京赛区的二等奖和三等奖,设计成果还申请了专利。在 机电一体化系统课程教学中,教师对课程内容进行了改革。教师不再是照本宣科地一味讲理论,而是在教授基本理论的基础上为学生提供一组由易到难的设计题目,从而以设计题目难度的逐渐提高促进教学内容学习的不断深入,使学生的能力不断增强。这组设计

8、题目,开始可以是较简单的 烘手机模型设计,要求学生根据烘手机的工作特性进行功能分析;然后据此确定系统的组成和设计方案,并根据方案选择系统组件,通过组件的搭建完成模型;最后进行实验,以验证方案的可行性、查出设计的不足和提出修改方案;进而可以是较复杂的设计题目,如 压垛机模型设计,要求学生在确定系统的构成后进行系统设计。其中,在机械部分,要求学生利用M ATLAB仿真模块和三维软件建立机械系统模型,并对其运动轨迹、速度、加速度、力要求等进行分析与计算;在控制部分,要求学生考虑动作过程的实现及操作中的安全。上述这些设计题目的完成,都要求学生开展深入的调查,熟悉相关的要求。只有这样,才能制订合理的设计

9、方案,并最终通过模型得到验证。由于这些设计题目是进阶式的,所以只有攻下最难的题目或设计出优秀的设计方案,学生才有望取得优秀成绩。这增加了学生学习成绩评定的自然区分度。而且,课程的学习形式是小组式的,各个学习小组之间形成竞争。这极大地激发了学生的竞争意识,激励了学生的创造性,使许多优秀学生脱颖而出。这也有利于选拔参加各种科技创新竞赛的选手。例如,参加 挑战杯竞赛并获得三等奖的 剪草机器人设计者就是在课程学习中表现突出的学生。三、围绕专业培养目标,合理定位,以科技竞赛为龙头构建科技创新活动体系课内学习的知识,需要通过学生的科技创新活动得到进一步的强化和综合应用。因此,工学院围绕专业培养目标,合理定

10、位,以科技竞赛为龙头构建了学生科技创新活动体系。为了处理好科技创新活动的普及与竞赛选手的选拔的关系,在科技创新活动体系的建设中,首先确立了竞赛体系的层次性构建,把科技竞赛分为学院级和国家级2个层次。学院级的竞赛主要包括 结构设计大赛和 机器人大赛,主要是为了在学生中普及科技创新活动,使更多的学生参与其中;同时也为选拔优秀选手参加国家级竞赛提供后备人才。国家级的竞赛主要包括 电子设计大赛、 机械机构创新设计大赛和 亚太大学生机器人大赛国内选拔赛,主要是为了进一步培养优秀学生,培养创新型的拔尖人才;也是为了提高专业和学校的知名度,进一步增强学生的荣誉感和成就感。学院级的 结构设计大赛,要求参赛者使

11、用规定材料(木条或扑克牌构建一款建筑结构(房屋或桥梁等,以被破坏前承重最大或同等承重下结构重量最轻为优胜标准。该竞赛项目富有趣味性和竞争性,且难度恰当,是适合于普及的科技创新活动。目前,该竞赛已经举办了5届,在工学院学生中的普及度达到50%,在校内的知名度也越来越高,许多其他院系的学生也参与其中,所以正逐步成为校团委支持的校级竞赛。学院级的 机器人竞赛普及率也很高。这2年的竞赛题目分别是 机器人取易拉罐和 机器人取球入洞,要求每个参赛队必须由不同年级和不同专业的学生组成,每队要有自己的名称和口号、要对自己的作品进行讲解。学生参加该竞赛的积极性空前高涨,全院组成了几十个竞赛队,有一百多人参加。许

12、多小组放弃了暑假休息来设计作品、调试作品。竞赛取得了圆满成功,在学校引起了强烈反响。在学院级竞赛普及化的基础上,学院很容易选拔出一批优秀选手参加国家级竞赛。2008年7月,工学院首次组队参加了 2008年亚太大学生机器人大赛国内选拔赛,我们的选手与许多知名工科院校的学生同场竞技,并顺利通过了初赛,进入了32强。44田 野等:以科技竞赛为龙头构建机电类学生科技创新活动体系这在全国林业院校中尚属首次。这次参赛使学生走出了校园、开阔了眼界、增强了自信,也提高了学校的知名度。现在工学院每年都有约60%的学生参加到各类科技创新活动中,并取得了优异成绩。例如,在2007年的 电子设计大赛中取得北京赛区一等

13、奖1项、二等奖2项;在2008年的 机构创新设计大赛中取得北京赛区二等奖1项、三等奖2项,并已申请了2项设计专利。为了提高科技创新活动的实效,工学院在科技创新活动体系的建设中,还特别强调所开展活动的针对性。目前,有许多大学生科技竞赛项目,如果参加过多,一方面是投入太大,学院和学校都难以支撑;另一方面是指导教师的精力被分散,参与活动的学生容易各自为战,最后的结果就会演变成单纯为了竞赛而参赛。如果学生为了获取素质认定成绩、指导教师为了完成工作量而参赛,就背离了开展学生科技创新活动的主旨!通过开展科技活动加强对学生进行工程师素质的训练和科技创新能力的培养。因此,工学院在选择或设立竞赛项目时,始终坚持

14、以工学院机电类专业的特点为依据,以机电类专业的培养目标为导向,坚持科技竞赛活动是课内知识的综合运用和延伸、是课程体系和教学体系的一部分的定位。目前,工学院参加或设立的科技创新竞赛主要包括:体现机械、车辆专业特色的 全国机构创新设计大赛,以自动化专业学生参赛为主的 全国电子设计大赛,以全院学生参赛为主的、体现机电一体化特点的 机器人大赛。这几项赛事,以 机器人大赛为龙头,彼此相辅相成,既体现了机械类、自动化类专业各自的特点,又具有综合性、集成性等特点。这些赛事的开展,不仅有效地提高了学生参与科技创新活动的程度,也有效地集中了学院的资源和优势;更是对课程教学的进一步延伸和补充,使实践教学体系更加完

15、善。四、加强科技创新活动体系建设的组织保障与硬件支撑为了确保科技创新活动的有效开展,必须要有一定的组织保障。通过实践探索,工学院建立了一套行之有效的组织模式。一是确保指导教师到位,即确定竞赛项目或活动项目的负责人,明确任务和工作量以及相关经费,构建科技创新活动指导教师队伍。二是通过立项,保证实验、模型制作等一条龙服务。三是建立教研室与团学组织的联动机制,即教研室负责委派指导教师,团委和学生会负责组织学生。例如,工学院学生会的 开拓者机器人协会在承办 机器人竞赛的过程中,充分发挥了其强大的组织功能,从组织学生组队报名参加学院的初赛、决赛到参加国家级赛事的人员组织、现场安排以及争取社会赞助等,都发

16、挥了重要作用。这样的组织模式,既锻炼了学生的组织才能,又使教师摆脱了事务性工作,从而便于集中精力进行技术指导。硬件条件是开展学生科技创新活动的基础性保障。几年来,在学校的大力支持下,工学院连续投入500余万元,建立了 机器人创新及综合创新实验室、 金工实习基地等。硬件条件的改善使学生的科技创新活动得到了长足的发展。与此同时,工学院还建立了配套的实验管理制度和开放制度。目前,相关实验室能够全方位开放,节假日和周末都可供学生使用,为课程教学和科技竞赛活动提供了有力的支持。硬件条件的改善不仅有助于学生在多项竞赛中取得优异成绩,也有利于学生科技活动项目的申请。2007年以来,工学院学生连续申请到近40项国家级和校级大学生科技创新活动资助项目,获得总经费近30万元。这都得益于实验条件的完善和有效利用。而通过这些科技创新项目,又会培养一大批具有创新素质的优秀学生,从而使高等教育人才培养目标