通過科技制作培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力——以光導(dǎo)瀑布制作為例

李仁芮，馮法軍，李 莉

(1.承德石油高等?？茖W(xué)校社科與數(shù)理部，河北承德 067000;2.承德石油高等?？茖W(xué)校機(jī)械工程系，河北承德 067000)

1 培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力的意義

創(chuàng)新能力是運(yùn)用知識和理論，在科學(xué)、藝術(shù)、技術(shù)和各種實(shí)踐活動領(lǐng)域中，不斷提供具有經(jīng)濟(jì)價值、社會價值、生態(tài)價值的新思想、新理論、新方法和新發(fā)明的能力。創(chuàng)新能力是民族進(jìn)步的靈魂，經(jīng)濟(jì)競爭的核心，建立創(chuàng)新型國家，培養(yǎng)創(chuàng)新性人才是重中之重。

高等院校作為培養(yǎng)造就創(chuàng)新型科技人才的重要基地，如何更有效地培養(yǎng)和造就具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的高技能人才，不斷地為國家輸送高素質(zhì)的科技人才，這是我們的使命和責(zé)任。在培養(yǎng)和造就具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的高技能人才過程中，大學(xué)生科技制作是培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力的一種有效途徑，而“挑戰(zhàn)杯”科技制作大賽則成為有效地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力的重要載體。

2 大學(xué)生科技制作與科技創(chuàng)新教育國內(nèi)外現(xiàn)狀

我國大學(xué)生科技創(chuàng)新教育始于上世紀(jì)80年代初，期間經(jīng)歷了啟動、正規(guī)和深化三個發(fā)展階段?，F(xiàn)如今以“崇尚科學(xué)、堅(jiān)持真理、勤奮學(xué)習(xí)、迎接挑戰(zhàn)”為宗旨的全國大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”競賽已成為大學(xué)生科技創(chuàng)新教育的一面旗幟，成為高校人才智力資源與社會需求整合的一個平臺［1］?！疤魬?zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽是由共青團(tuán)中央、中國科協(xié)、教育部、全國學(xué)聯(lián)和地方政府共同主辦。大賽每兩年舉辦一屆，在促進(jìn)青年創(chuàng)新人才成長、深化高校素質(zhì)教育、推動經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展等方面發(fā)揮了積極作用。借力于“挑戰(zhàn)杯”大賽，大學(xué)生科技制作無論是科技產(chǎn)品的創(chuàng)新還是大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)都已經(jīng)取得了豐碩的成果。實(shí)踐證明:大學(xué)生科技制作是培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力的一種有效途徑。

國際上圍繞科技創(chuàng)新教育開展了多項(xiàng)措施，創(chuàng)業(yè)計劃競賽是20世紀(jì)80年代在美國高校興起的一種以推動成果轉(zhuǎn)化為目標(biāo)的活動。在青少年DI創(chuàng)新思維大賽中中國代表隊(duì)取得了7項(xiàng)國際大獎。20世紀(jì)80年代初，日本就提出要重視科學(xué)創(chuàng)造性的研究。德國則完成了一系列有關(guān)創(chuàng)新教育的測試量表的編制，英國也一直在深入探討創(chuàng)造性和智力及個性的關(guān)系。

3 光導(dǎo)瀑布的制作與創(chuàng)新能力培養(yǎng)

光導(dǎo)瀑布是通過水流傳導(dǎo)光束，將激光與水流融合在一起，直觀效果好像紅色的激光順?biāo)碌囊粋€科技制作作品。

為了更好的培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，在光導(dǎo)瀑布制作團(tuán)隊(duì)的組建、制作方案的設(shè)計與確定、制作材料的選購、安裝調(diào)試各個階段都以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標(biāo)進(jìn)行精心設(shè)計。

1)按創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)要求組建光導(dǎo)瀑布的制作小組，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)精神

隨著人的知識更新速度的加快，一項(xiàng)創(chuàng)新，一項(xiàng)成果，很多時候已經(jīng)不是一個人的力量可以完成的了，而是一個團(tuán)隊(duì)協(xié)作的結(jié)果。因此，優(yōu)良的團(tuán)隊(duì)精神是創(chuàng)新的基本條件和必要保證。大局意識、協(xié)作精神和服務(wù)精神的集中體現(xiàn)。團(tuán)隊(duì)精神的基礎(chǔ)是尊重個人的興趣和成就。核心是協(xié)同合作，最高境界是全體成員的向心力、凝聚力，反映的是個體利益和整體利益的統(tǒng)一，并進(jìn)而保證組織的高效率運(yùn)轉(zhuǎn)。光導(dǎo)瀑布的與制作成功也說明了揮灑個性、表現(xiàn)特長保證了成員共同完成任務(wù)目標(biāo)，而明確的協(xié)作意愿和協(xié)作方式則產(chǎn)生了真正的內(nèi)心動力。

2)通過自主學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生自行設(shè)計光導(dǎo)瀑布的制作方案，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

光導(dǎo)瀑布是利用光由光密介質(zhì)傳到光疏介質(zhì)角度合適時會發(fā)生全反射的而形成的。

如果激光在水流中形成全反射，激光就可以沿彎曲的水流傳播，看上去就像是水流具有了顏色，即構(gòu)成了光導(dǎo)瀑布。

在引導(dǎo)學(xué)生自行設(shè)計光導(dǎo)瀑布的制作方案的過程中，恰當(dāng)?shù)奶岢鰡栴}可以激發(fā)學(xué)生的求知欲和創(chuàng)新欲望。例如，通過提出“為什么光能沿曲線傳播”啟發(fā)學(xué)生聯(lián)想到光沿直線傳播，遇到界面會反射折射;又如通過提出“如何讓光反射的多，甚至是全反射，需要什么條件”，“如何使光在水流中傳的更遠(yuǎn)”，“如何使水流傳播激光，當(dāng)水流不是直線時，激光怎樣才能沿曲線傳播”等問題來激發(fā)學(xué)生求知和創(chuàng)新積極性。在此過程中，特別強(qiáng)調(diào)自主學(xué)習(xí)、自行查閱資料，并及時鼓勵學(xué)生堅(jiān)定信心、克服困難。學(xué)生以飽滿的熱情學(xué)習(xí)了光的全反射原理及激光器的有關(guān)知識。搞清了激光打向水柱，要使光線沿水流經(jīng)多次全反射而傳播，激光入射角要大于水的臨界角，并計算出水的臨界角c=48.6°。小組經(jīng)過查閱資料、共同研究、反復(fù)計算、不斷優(yōu)化，克服了種種困難，完成了設(shè)計方案。通過自主學(xué)習(xí)提高了創(chuàng)新能力。

3)通過制作材料的選購，培養(yǎng)學(xué)生的成本意識

任何一項(xiàng)創(chuàng)造發(fā)明都離不開經(jīng)濟(jì)效益，事實(shí)上，許多發(fā)明創(chuàng)造都是圍繞提高經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行的。本次光導(dǎo)瀑布的制作總經(jīng)費(fèi)為800元人民幣，如果不精打細(xì)算就很難完成制作任務(wù)。在放手讓學(xué)生自主選購制作材料之前，以及采購過程中，時刻提醒學(xué)生樹立成本意識，要盡可能提高經(jīng)費(fèi)使用效率，這樣所制作的產(chǎn)品才有可能被市場接受，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生了成本意識。

4)在光導(dǎo)瀑布的安裝調(diào)試過程中培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

創(chuàng)新是要在實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)。沒有實(shí)踐就不能檢驗(yàn)設(shè)計的好壞，更不能評價該設(shè)計是否創(chuàng)新。學(xué)生沒有實(shí)踐機(jī)會，缺乏動手能力，也就談不上創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

根據(jù)設(shè)計，瀑布水柱弧線為60 cm，水流近平拋弧形，使激光與水柱達(dá)到最大程度的融合，“彩色水柱”弧長為40 cm，多個“彩色水柱”組成“彩色瀑布”。

水槽采用“透明水槽”，在水槽下方安裝有發(fā)光二極管的電路板，實(shí)現(xiàn)各色彩燈分時亮滅，使“透明水槽”成為彩色水槽，整個瀑布看起來有一種斑斕奪目的奇異效果。在把事先準(zhǔn)備好制作材料(激光器，噴水水箱，接水水槽，水泵，彩燈、彩燈控制電路等)進(jìn)行組裝時，出現(xiàn)了彩色光柱過短等不滿足設(shè)計要求的現(xiàn)象。此時，指導(dǎo)教師及時提示學(xué)生思考光導(dǎo)瀑布的理論依據(jù)，以及要重點(diǎn)考察影響理論數(shù)值效果的重要因素，鼓勵他們不畏困難，堅(jiān)持就是勝利。制作小組經(jīng)過反復(fù)安裝調(diào)試，研究出其水流由一定高度水平方向噴出，水流強(qiáng)度會受重力、空氣阻力等各種因素的影響而減弱。進(jìn)而，得出了制作要點(diǎn)為:多個激光器聯(lián)排;上水箱的噴水孔要與激光很好的對應(yīng)，激光排的每個激光頭要與每個出水孔分別對齊;設(shè)計水下彩色燈光控制電路;調(diào)整噴水孔角度;水泵的功率要合適，泵入水箱的水面要超過噴水孔一定高度，但不能滿，以防爆箱。水泵的功率調(diào)整，取決于上容水箱和接水容器的尺寸等等。經(jīng)過反復(fù)安裝調(diào)試，不但實(shí)現(xiàn)了光導(dǎo)瀑布的設(shè)計要求，還進(jìn)一步提高了學(xué)生對影響光導(dǎo)瀑布諸因素的全面認(rèn)識。正是制作過程的反復(fù)安裝調(diào)試，不但鍛煉學(xué)生的動手能力，而且提高了學(xué)生創(chuàng)新能力。

該作品獲“挑戰(zhàn)杯”河北省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技制作競賽一等獎。

4 啟示

1)培養(yǎng)學(xué)生大膽創(chuàng)新，勇于突破的能力

制作過程會遇到一個個棘手問題，理論問題、制作問題等等，最后要一一攻克。鼓勵學(xué)生敢于幻想，勇于大膽創(chuàng)新。教師在教學(xué)活動中啟發(fā)學(xué)生用知識、技能、方法去分析解決新問題，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、思維能力和創(chuàng)新能力。

2)創(chuàng)造條件、把握機(jī)會，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神培養(yǎng)。

教師在科學(xué)教學(xué)活動中多方創(chuàng)造條件，讓學(xué)生在活動中探索規(guī)律，把握機(jī)會，發(fā)現(xiàn)真理。

3)開展科技制作，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)習(xí)的積極性

制作一個科技作品需要的知識不是單一的，促使同學(xué)要掌握更多的相關(guān)知識，需要查大量的相關(guān)知識和材料，激發(fā)了求知欲，增加了學(xué)習(xí)興趣。

4)通過科技制作，將所學(xué)知識用于實(shí)際，提高創(chuàng)新能力

科技制作需要學(xué)生通過思考和動手完成，制作過程堅(jiān)持以實(shí)踐性為主的原則，所以能夠引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、自己動手解決問題，掌握基本技能，獲得必要的科學(xué)經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)新思維，提高創(chuàng)新能力。

5)通過科技制作，培養(yǎng)同學(xué)的自信心和成就感

既然是創(chuàng)新，必然存在很大的難度，當(dāng)同學(xué)完成作品時，回想制作過程，會覺得沒有克服不了的困難，增強(qiáng)了自信心，由然升起一種成就感，會對今后的工作和學(xué)習(xí)產(chǎn)生很大的動力。

6)通過科技制作，培養(yǎng)學(xué)生綜合能力

通過科技制作，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、組織能力和豐富的想象能力，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的作風(fēng)，有助于培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。

為了更好地研究如何通過科技創(chuàng)新制作培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，由本人主持的省教育科學(xué)規(guī)劃項(xiàng)目“以科技制作為載體培養(yǎng)高職院校學(xué)生的創(chuàng)新能力的研究與實(shí)踐”正在研究和實(shí)施階段，課題研究如何調(diào)動學(xué)生參加科技制作的積極性、開展創(chuàng)新選題、研究在科技制作過程中教師的指導(dǎo)方法。研究如何強(qiáng)化學(xué)生制作過程的設(shè)計、制作、技術(shù)、創(chuàng)新理念。通過該課題的研究與實(shí)踐，建立一整套吸引和激勵大學(xué)生參與科技制作的政策和實(shí)施方案。

［1］單耀軍，張小升.論高校大學(xué)生科技創(chuàng)新教育的問題及對策——從全國大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”競賽看高?？萍紕?chuàng)新教育的新發(fā)展［J］.教學(xué)研究，2008，31(2):140 －142.