基于机械创新设计大赛的高校科研平台构建研究

《国家大学生创新性实验计划指南》中指出“倡导以本科学生为主体的创新性实验改革， 激发学生的创新思维和创新意识，提高其创新实践的能力，推广研究性学习和个性化培养的教学方式，形成创新教育的氛围，建设创新文化，进一步推动高等教育教学改革，提高教学质量。”根据这一文件方针精神，普通高校加强本科生的科研创新能力势在必行，除了要使学生掌握本专业的基本理论、方法以外，还应具备开拓创新思维、建立创新意识的能力。为进一步增强大学生科研创新能力，国内学者纷纷提出自己的观点：提到了基地平台、学科平台、竞技平台等对于学生科研能力的提高作用；阐述了通过梯队式学生科技竞赛平台建立学生科技水平的良性发展；提出了综合科研实验室平台对学生科技能力的提升。从获取的文献看来，高校大学生的科研能力主要与学科竞赛水平和所在高校的科研实验能力密切相关。
1 机械创新设计大赛应用于大学生科研创新平台的优势
从现阶段了解的高校本科生科研情况来看， 普通高校本科生的科研创新还是以精英化为主： 即一部分学有余力的同学在教师的指导下逐渐进入到一些科学研究中， 提升自身的科研水平。由于本科生在大二、大三阶段，专业知识还不够充分，直接参加难度很大的科研项目显得先天不足： 既不具备一定的专业知识，只能进行一些简单的无基础工作，例如CAD 绘图等，但是这些基础技能并不能带来科研能力的显著提升， 而且本科阶段课程任务较重，不能像研究生一样有充足的时间跟进项目，导致不少老师对本科生参加科研的态度是拒之门外。
因此， 对于本科生的科研应用必须要找到一个合适的切入点：既使得本科同学在现有知识背景下能够完成，而且需要有较长的时间能够让其缓慢成长各种能力， 一个比较合适的切入点就是大学生科技类竞赛。在众多大学生科技竞赛中选择大学生机械创新设计竞赛作为本科生科研平台的基础， 而不是其他的理工科常见竞赛，如数学建模竞赛、电子设计竞赛、力学竞赛等，主要有以下几点原因：
（1）机械创新设计竞赛时间跨度长。全国大学生机械创新设计大赛在比赛的前一年4 月份就把竞赛的主题发布出来， 中间有充分的时间让大二、大三的同学进行准备与设计，再加上有很多和指导教师沟通的时间， 相较于电子设计竞赛和数学建模竞赛，都是集中时间段进行，时间较短导致了学生主要是跟着老师的思路进行，缺少创新和思维升华的时间。一年左右的时间，可以让学生的设计灵感与验证方式在指导教师的不断引导之下，慢慢地介入到科研创新之中。
（2）机械类设计竞赛一般有实物制作过程。一般的竞赛如数学建模和力学竞赛，一般都是虚拟的方案设计或者是解题，一般不考虑实际情况；电子设计竞赛虽然也要做硬件，但是元器件这些都是现成品，主要以电路设计，单片机程序编写为主进行功能实现。而机械类设计竞赛需要将所学、所设计的物件加工成实物，期间涉及课程知识与实际情况的转换，让学生在实物制作过程中考虑得更多，了解虚拟设计和实物制作的区别，也能将基础课程知识进行充分应用。
（3）机械类设计竞赛创新度更高。此类设计竞赛一般采用“半开放”的命题，相较于学生科技项目的完全自由申报，这类竞赛命题一般旨在解决实际问题，在完成竞赛要求的过程中，容易发现一些新的规律或者设计了新概念产品， 成果还能拓展到例如“互联网＋”或者挑战杯等其他比赛中，而且进一步在老师的指导下撰写科研论文或者专利申请，逐步地切合到科研的轨道中。
综上所述， 机械创新设计竞赛是本科生科研创新的一个非常合适的切入点，具有培育时间足够，解决实际需求，后续成果多样化等诸多优点，再结合课程创新设置，尝试建立本科生的科研创新平台，实现学生创新能力培养，形成科研创新氛围，提高教师科研与教研水平，有着很多的优越性和可行性。
2 机械创新科研平台内容
国内学者进行了一些针对机械创新设计大赛提升学生综合能力的研究：针对杨叔子“四论机械创新设计大赛”的观点，采用学生主线、立足点、受众面等进行了一定的分析；机械创新设计大赛对创新人才的成长作用，并提到了一些利弊；机械创新设计大赛对工科学生综合能力的培养作用。
而文中的科研创新平台主要是基于大学生机械创新设计大赛，集成互联网信息化的优势，强化实验室开放，提高实验设备的利用率，为教学、科研、社会服务提供基础，打造全方位发展的高层次人才，并且以平台建设、学科发展、学生科研水平等多线并进，打造特色的学生科研创新发展平台，涵括了课程体系的理论教学模块与课外创新实验实践两大部分，主要内容如下：
（1）架构创新理论课程模块。在原有培养秩序下，改革一部分机械创新设计大赛相关的现有课程内容， 打造学生的创新思维与理论方法，发掘学生的创新潜力。构建一个创新型的课程体系，打造包括“机械设计基础、机械设计课程设计、飞行器制造工程综合课程设计、CAD 技术”等课程的创新理论课程模块，与本科毕业设计相结合， 贯彻科学教育、人文教育与因材施教的原则，做到有意识地培养学生，为开展创新人才的培养打下了良好的基础。
（2）构建学生创新能力培养发展平台。以机械创新设计、开放实验室建制为主线，机械基础实验室和金工实习中心为支撑，改革了教学方法和教学手段， 形成实践教学体系及课外学分活动等更加科学的教学体系。发展平台给学生的实践提供了一个崭新的环境，为实施创新人才培养提供重要活动场所。平台的构建为创新能力的培养提供硬件支撑，提高起点，注重基础与专业实验交叉，加强通识教育，强化开放实验实训环节。同时还可进一步依据学生创新能力的差异，从创新能力培养的规律出发，创新实验教学中为不同能力的学生设置了分层次（基础层次、创新层次和提高层次）的实验教学体系，以适宜实践教学的规模效应和特优培养。
（3）依托实验基地，开展学科竞赛与激励机制建设。实验室的开放可以激发学生创新意识、深化课程体系和教学内容改革方面发挥了积极的作用， 同时也改变了学生科技创新活动单独进行的局面，为善于思考、勤于实践的学生提供了交流平台。同时可结合机械创新设计大赛等学科竞赛，大学生创新创业项目、学分互认等方式建立适宜于创新人才培养的激励机制， 激发学生的主观能动性与创新潜力。
与此同时，该机械创新科研平台为教师、学生、课程改革、实验室教学等多方面提供较大的进阶优势，主要特点如下：
（1）该平台为我校教师提供更大的实践空间，在辅导学生创新的同时也进一步提高教师个人能力与思考方式， 借助创新平台的建设与学科竞赛，加强学校老师与其他高水平高校的联系，进一步发展教师的个人素养与教学能力。
（2）机械创新设计平台为优秀学生提供了一个更高能力的展示空间，以及较长的创新设计时间与既成体系的培养，为学生能力提升规划了循序渐进的发展路径。
（3）让学校现有与平台相关课程与环节有了更多的实践内容，改变原有“重教学、轻实践”的不合理现象，改变了课程设计中千篇一律的设计内容，真正做到教学与实际创新息息相关。
（4）在实验室教学中，进一步改革实验教学内容，减少验证性实验，增设设计性、综合性实验，增加现有实验室的利用程度与不同水平学生的接受度。
3 高校大学生创新科研发展平台实施流程
本研究的高校大学生科研创新发展平台基本贯穿了整个本科学习阶段，包括大一大二的准备阶段、大三的竞赛阶段与大四的提升阶段，如图1 所示，每个阶段的详细论述如下：
（1）准备阶段。在本科学生的大一、大二上学期阶段，进行前期准备工作，包括CAD 软件熟悉，学会搜集查找最新资料，当机械创新设计竞赛题目出来以后， 在老师的指导下对半开放性题目进行分析和研究。
（2）设计阶段。根据设计好的想法在大三上学期进入初始设计阶段， 此时我校的机械专业的同学开始学习重要课程——机械设计基础， 并可将该设计作为机械设计课程设计的内容进行功能和CAD 设计，并进行一些可行的简易验证，确定设计能够实现。期间锻炼了同学的CAD 绘图，设计产品，验证可靠性能多项科研的基础能力。
（3）制作阶段。在设计完成之后，进入实物制作阶段，一般是在大三下学期开始，由于涉及到产品加工和装配，一般都会有多次根据实物制作的调整方案，制作完成之后，进行相关的视频介绍和图纸输出，准备参赛。这阶段对同学的能力培养最大，因为和实物相结合，和实际结合，考虑的会更加成熟。
（4）参赛阶段。去比赛现场多观察其他高校的作品，研究分析各自的优劣，总结经验，并且在参赛的过程也锻炼了答辩、组织文字等多项能力。
（5）提炼阶段。对整个设计、制作过程进行升华考虑，研究其中可以进一步的内容，如验证规律的方法撰写文章，制作的实物申请专利等，此时已在大四阶段，可以将此段内容作为本科毕业设计同时进行，撰写优秀的毕业论文。此时对于学生而言，无论工作还是进一步深造都有较为实际的研究实践能力展示。
4 结论与展望
文中基于机械创新设计大赛对普通高校本科生的科研创新发展平台进行了论述，涵括了课程模块创新改革、科研实验室平台构建、制度流程规范化等多方面的内容，并重点分析了机械创新设计大赛对本科生的准备阶段、设计阶段、制作阶段、参赛阶段、提炼阶段等多环节步骤，全方位有序地对学生综合科研实践能力的提升，后续也可以针对诸多相关竞赛进行针对性地排布，确保在机械创新设计大赛的空档年份也有其他相应比赛可以参加，为学生的综合实力成长提供更多的选择和舞台。