大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃的實(shí)踐與思考

覃明明，李建閩，李馬杰，李雙龍，劉義林

(湖南師范大學(xué)工程與設(shè)計學(xué)院，湖南長沙 410081)

大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目（“大創(chuàng)”項目）作為高等學(xué)校本科教學(xué)的重要內(nèi)容，是國家深化高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的重要載體，旨在為高等教育的高質(zhì)量發(fā)展奠定堅實(shí)基礎(chǔ)。大學(xué)創(chuàng)新訓(xùn)練項目秉承“探索和發(fā)現(xiàn)問題、思考并解決問題”的宗旨，倡導(dǎo)以大學(xué)生為主體，通過“興趣驅(qū)動、自主實(shí)踐”的項目制教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生主動運(yùn)用所學(xué)知識解決新問題的積極性和創(chuàng)造性，加深學(xué)生對所學(xué)專業(yè)理論知識的理解，達(dá)到提高學(xué)生實(shí)踐能力、提升學(xué)生綜合能力、挖掘?qū)W生創(chuàng)新能力的目標(biāo)，以培養(yǎng)具有高度綜合性、高度靈活性、高度實(shí)用性、高度延續(xù)性的創(chuàng)新型人才[1,2]。 因此，高校學(xué)生應(yīng)該積極參與大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃，以提高自身的創(chuàng)新和實(shí)踐能力。 本文結(jié)合筆者參與的國家級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目，論述了運(yùn)用該項目——多功能電能質(zhì)量分析儀的試制對大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐技能的培養(yǎng)。

1 大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃的實(shí)踐

筆者與項目組學(xué)生根據(jù)自身興趣愛好參與了2020年國家級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目——多功能電能質(zhì)量分析儀的立項申請、設(shè)計、調(diào)試和測試工作。 我們于大一下學(xué)期（2020年3月）申報了湖南師范大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃，在成功立項之后，被進(jìn)一步推薦并獲批為國家級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃。 整個項目組在指導(dǎo)教師的帶領(lǐng)下，分工合作，項目穩(wěn)步推進(jìn)，目前項目研究已接近尾聲。在整個項目的實(shí)施過程中，我們既了解了電能質(zhì)量分析儀的具體工作原理，又熟悉了相關(guān)儀器的使用和測試方法，還學(xué)會了將所學(xué)理論知識用于解決實(shí)際工程問題，極大地提高了自身的創(chuàng)新實(shí)踐能力。

1.1 自學(xué)能力與解決問題的能力得到鍛煉

在項目執(zhí)行初期，囿于所學(xué)知識的局限性，大部分參賽學(xué)生會對所參與課題產(chǎn)生一定的畏懼心理。 以筆者為例，盡管電能質(zhì)量與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)，但電能質(zhì)量有哪些相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)？ 電能質(zhì)量分析儀軟硬件如何設(shè)計？電能質(zhì)量相關(guān)參數(shù)如何測量？種種類似的問題會讓只學(xué)習(xí)了相關(guān)理論基礎(chǔ)知識的學(xué)生感覺比較迷茫。此時，需要學(xué)生與指導(dǎo)教師進(jìn)行經(jīng)常性的互動交流，尋求教師對相關(guān)問題進(jìn)行引導(dǎo)以及思維火花的碰撞。 筆者所在項目組指導(dǎo)教師在充分了解組員各自情況后，建議我們把項目細(xì)化并合理分工，每個人依據(jù)自身特長去完成相應(yīng)工作。 因?yàn)橹挥性谧约菏煜ず蜕瞄L的領(lǐng)域，每個參賽學(xué)生才能夠明確學(xué)習(xí)目標(biāo)、 激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而加快項目執(zhí)行效率。 此外，“大創(chuàng)”項目均會涉及一些之前沒有學(xué)過的知識點(diǎn)，需要學(xué)生不斷查閱文獻(xiàn)資料、自行進(jìn)行軟硬件整體設(shè)計、熟悉相關(guān)測量儀器使用方法以及團(tuán)隊協(xié)作精神的培養(yǎng)。

在多功能電能質(zhì)量分析儀的研制過程中，項目組遭遇了許多挫折。 例如：轉(zhuǎn)PCB 板的過程中網(wǎng)絡(luò)表莫名其妙地出現(xiàn)錯誤； 信號調(diào)理電路的電阻和電容封裝選錯，導(dǎo)致買來的器件安裝不上；晶振的起振電容選錯了容值，使得芯片無法正常工作；在進(jìn)行諧波仿真分析時，信號模型不知在MATLAB 中該如何構(gòu)建。 在與指導(dǎo)教師持續(xù)地互動學(xué)習(xí)和思維碰撞過程中，我們經(jīng)歷了基礎(chǔ)知識、基本技能、設(shè)計能力、綜合技能以及創(chuàng)新實(shí)踐能力的逐步升華。通過項目的歷練，項目組成員的主動性和創(chuàng)造性被不斷調(diào)動，創(chuàng)新思維以及創(chuàng)新意識被持續(xù)激發(fā)，自身探索問題、發(fā)現(xiàn)問題、思考問題和解決問題的能力得到極大提升。

1.2 實(shí)踐能力與創(chuàng)新意識得到提升

“大創(chuàng)”項目大都具有一定的工程背景且與生產(chǎn)實(shí)踐密不可分。只有親自動手實(shí)踐，才能夠更好地理解和掌握課本所授理論知識，整個參賽過程也是把學(xué)生所學(xué)的各個學(xué)科知識點(diǎn)融合在一起的過程。 在整個項目實(shí)施過程中，許多事情可能都是參賽學(xué)生第一次經(jīng)歷。比如：第一次寫項目申請書；第一次寫專利申請書；第一次設(shè)計完整電路；第一次選購元器件；第一次焊接電路板；第一次編寫項目代碼等。相較于平時專業(yè)理論知識和實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)而言，“大創(chuàng)” 項目正是通過這許許多多的“第一次”，讓學(xué)生明白自己能夠?qū)W以致用，真正體驗(yàn)到理論結(jié)合實(shí)際所帶來的樂趣，使得個人的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識得到穩(wěn)步提升。

“大創(chuàng)”項目的整體過程均由項目組成員自行獨(dú)立完成，主動權(quán)由學(xué)生掌握，進(jìn)而能夠最大程度地發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。此外，“大創(chuàng)”項目對參賽學(xué)生的要求并不只是簡單地根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證以及演示，而是讓學(xué)生能運(yùn)用所學(xué)知識對項目涉及的具體實(shí)際問題進(jìn)行方案設(shè)計、數(shù)據(jù)分析、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和具體實(shí)現(xiàn)。 通過對項目的原理分析、電路設(shè)計、硬件實(shí)現(xiàn)、軟件編寫、算法移植、系統(tǒng)調(diào)試、測試和改進(jìn)以及項目報告的撰寫等實(shí)踐過程，不僅能夠讓學(xué)生將課堂上所學(xué)知識加以利用，還能夠使其對科技前沿動態(tài)有一定涉獵，接觸本專業(yè)一些先進(jìn)理念，這些對學(xué)生實(shí)踐能力的訓(xùn)練大有裨益，同時也在潛移默化中鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新思維。

1.3 團(tuán)隊意識和合作精神得到培養(yǎng)

大創(chuàng)項目往往難以由個人獨(dú)自完成，需要團(tuán)隊的通力協(xié)作。在項目實(shí)施過程中，團(tuán)隊合作精神顯得尤為重要。以筆者所在團(tuán)隊為例，每個人都有自己擅長的方向，每個人也都有自己做事的方法和節(jié)奏，如何協(xié)調(diào)組員合作方式、 如何分配項目任務(wù)是整個團(tuán)隊需要首先解決的問題。 此時需要揚(yáng)長避短、集體協(xié)作，團(tuán)隊合作才能變得順暢，團(tuán)隊工作才會變得高效，最終發(fā)揮出團(tuán)隊的最大優(yōu)勢。

項目組的每個成員在整個項目的研發(fā)過程都是不可或缺的一部分。驅(qū)動程序沒有數(shù)據(jù)輸入，需要做硬件的學(xué)生協(xié)助排查問題；參數(shù)檢測輸出結(jié)果不對，需要研究算法的學(xué)生合力解決問題。整個項目下來，組員之間的相互協(xié)作必不可少。 如果有組員因?yàn)槠渌虑閷?dǎo)致時間協(xié)調(diào)不過來，則應(yīng)有其他組員暫時接手其任務(wù)，以確保項目的實(shí)施進(jìn)度。 只有充分發(fā)揮團(tuán)隊意識和團(tuán)隊精神，遇到問題集體攻關(guān)、聯(lián)合攻堅，“大創(chuàng)”項目才能得以最終順利完成。

1.4 科研精神與科研意識得到提高

作為未來國家科技創(chuàng)新的主力軍，大學(xué)生創(chuàng)新精神和科研意識的提高迫在眉睫。 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育不但要重視提升學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，也要培育學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識[3]。 通過參與多功能電能質(zhì)量分析儀這一“大創(chuàng)”項目，讓我們深刻了解科研項目的實(shí)施過程，切身認(rèn)識到科研項目的艱難曲折，著實(shí)提高了自身的科研創(chuàng)新意識。

在項目開展初期，正好遭遇新冠肺炎疫情，學(xué)校暫未開學(xué)，因此項目被擱置了一段時間。待第二個學(xué)期開學(xué)后，為了彌補(bǔ)疫情期間學(xué)校的各種課程、實(shí)驗(yàn)，項目組成員的學(xué)習(xí)任務(wù)都非常繁重。 但組員們對“大創(chuàng)”項目依舊保持著飽滿的熱情，都心甘情愿地犧牲自己的休息時間，利用一切可以利用的空閑時間來進(jìn)行項目設(shè)計和調(diào)試。每到周末，大家會為了解決相關(guān)問題而自覺地待在實(shí)驗(yàn)室，項目也常常會因?yàn)橐粋€問題所困擾而遲遲沒有進(jìn)展，組員們的內(nèi)心難免孤獨(dú)、 單調(diào)和乏味。而這帶來的不僅是身體上的不適，更多的是心理上的考驗(yàn)。 如今項目接近尾聲，我們愈加深刻地體會到，這份孤獨(dú)、單調(diào)和乏味，恰恰是做科研必需的，只有耐得住寂寞，才可以在科研這條道路上越走越遠(yuǎn)而不至于半途而廢?！按髣?chuàng)”項目不僅鍛煉了我們的毅力，更打磨了我們的心智，培養(yǎng)了我們持之以恒、不畏艱難的科研態(tài)度，為我們今后進(jìn)入更為深入的高層次研究打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

2 大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃的思考

2.1 項目難度要適中

大學(xué)生是否參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目往往不是隨機(jī)行為，而是學(xué)生對個人情況進(jìn)行評價后做出的選擇[4]。 在項目選題階段，我們充分考慮了項目成員各自的特點(diǎn)，并結(jié)合大家的共同興趣愛好，選擇了和人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)的多功能電能質(zhì)量分析儀作為我們本次研究的課題。 一些學(xué)生選擇超過本科生實(shí)際能力的高端和前沿課題。在該類課題的實(shí)踐過程中，由于學(xué)生自身能力水平和知識儲備不足，使得這些學(xué)生始終停留在大量新概念和新知識的入門學(xué)習(xí)階段，以至于他們一直在課題外圍徘徊而難以快速找到適合鍛煉自己創(chuàng)新和實(shí)踐能力的突破口。如此反復(fù)，在耗費(fèi)了大量時間和精力的情況下，這些學(xué)生往往表現(xiàn)出畏難和沮喪情緒而使得項目難以結(jié)題。 極大地挫敗感讓這些學(xué)生的自信心備受打擊，甚至讓他們一度認(rèn)為科研工作高不可攀。

在本項目的實(shí)施過程中，通過與指導(dǎo)教師的積極互動和交流，我們將項目整體細(xì)分為多個子任務(wù)，而后根據(jù)項目組成員擅長的方向?qū)ψ尤蝿?wù)進(jìn)行層次劃分，最后逐個擊破。事實(shí)證明，這樣的任務(wù)安排使得每個項目組成員都有施展自己能力的空間，擅長硬件的學(xué)生繪制硬件電路原理圖和設(shè)計印刷電路板，焊接電路并進(jìn)行初步調(diào)試；擅長軟件的學(xué)生則查閱芯片數(shù)據(jù)手冊，編寫模塊驅(qū)動程序并進(jìn)行操作系統(tǒng)的移植。 每個子任務(wù)都是自己能夠完成且感興趣的內(nèi)容，大家參與的積極性和主動性得到了最大限度的激發(fā)，從根本上保證了項目的順利實(shí)施。 當(dāng)然，不管項目最終結(jié)果如何，參賽者都應(yīng)該擺好心態(tài)并清楚地認(rèn)識到參加大學(xué)生創(chuàng)新項目的根本目的是為了鍛煉自己的創(chuàng)新和實(shí)踐能力，只要我們在項目過程中得到鍛煉、能力得到提升，經(jīng)歷項目過程本身就是一種成功。

此外，大學(xué)生創(chuàng)新項目的相關(guān)審核部門也應(yīng)該嚴(yán)把審題關(guān)，要依據(jù)申報項目是以大學(xué)生“自主實(shí)踐”這一特點(diǎn)，確保大學(xué)生自身對項目的可操作性，把能夠真正鍛煉大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的可行性項目放在優(yōu)先位置，而不是一味地把熱門性和前沿性作為項目評判標(biāo)準(zhǔn)。只有學(xué)生能夠真正參與到項目中，才能讓學(xué)生深切感受到自己所學(xué)知識能夠運(yùn)用到項目開發(fā)的各個具體環(huán)節(jié)，確保他們在項目實(shí)踐過程中得到創(chuàng)新能力的提升，讓大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目宗旨真正回歸本質(zhì)。

2.2 理論與實(shí)踐要協(xié)同

以筆者項目組所選課題為例，電能質(zhì)量分析儀的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)是一個實(shí)踐性很強(qiáng)的項目。 在項目初始階段，組員們只有前修課程基礎(chǔ)，并沒有實(shí)際參與過軟硬件開發(fā)，而這些在整個項目開發(fā)過程卻都需要自己獨(dú)立完成。 于是，大家慢慢學(xué)會了檢索相關(guān)文獻(xiàn)、看懂芯片數(shù)據(jù)手冊、繪制電路原理圖和PCB 以及算法的仿真和嵌入式移植等新知識，還具備了一定的軟硬件調(diào)試和解決實(shí)際問題的能力。 在使用10M 以太網(wǎng)控制器CS8900A 時，我們發(fā)現(xiàn)通過ARM 處理器讀取該芯片的ID 始終不正確。 我們首先懷疑是芯片引腳太密而出現(xiàn)虛焊現(xiàn)象，為此我們對兩個芯片的相關(guān)引腳進(jìn)行加焊處理，然而令人失望的是故障現(xiàn)象并未消除。項目組成員在接下來的幾天被這個問題折磨得寢食難安。 最后還是在請教教師后的一句話點(diǎn)醒了我們“硬件沒有問題，會不會是軟件出了問題？”之后，我們開始排查軟件故障，經(jīng)過項目組成員仔細(xì)閱讀芯片手冊、核對芯片時序邏輯，終于發(fā)現(xiàn)是網(wǎng)上下載的參考代碼關(guān)于CS8900A 地址空間的Bank3 總線配置沒有設(shè)置正確，修改完成后芯片ID 讀取正常，問題得以順利解決。

以上僅僅是我們整個項目過程中解決問題的一個縮影。 在整個項目實(shí)施過程中，由于實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)匱乏，我們碰到的問題總是千奇百怪，在解決后才發(fā)現(xiàn)問題并不是很難。整個項目過程讓我們深刻地體會到“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”。 而正是得益于這一個個問題的磨礪，讓我們的創(chuàng)新實(shí)踐能力得到了極大提升。從項目開始時的無從下手，到現(xiàn)在項目結(jié)題時的得心應(yīng)手。通過大學(xué)生創(chuàng)新項目的歷練，我們完成了從“萌新小白”到同學(xué)們口中“高手大?！钡耐昝劳懽儭?/p>

大學(xué)生在學(xué)習(xí)了課程相關(guān)理論知識后，一定要積極參與大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目之類具有實(shí)踐環(huán)節(jié)的科研課題，培養(yǎng)自己軟硬件以及相關(guān)應(yīng)用方面的設(shè)計和動手能力，進(jìn)一步深化理論知識的理解、激發(fā)自我創(chuàng)新潛能，做到理論和實(shí)踐相得益彰、 創(chuàng)新實(shí)踐能力逐步提升，達(dá)到學(xué)以致用的目的。

2.3 支持機(jī)制要完善

大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目的有效實(shí)施需要學(xué)校提供有力的軟硬件平臺和教師的科學(xué)指導(dǎo)作為保障。 缺乏學(xué)校和教師的支持，讓學(xué)生獨(dú)自完成一個大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目是十分困難的[5,6]。

創(chuàng)新訓(xùn)練項目的順利開展與學(xué)校的積極支持密不可分。 本項目的順利開展即得益于筆者所在學(xué)校對創(chuàng)新訓(xùn)練計劃的大力支持。 筆者所在湖南師范大學(xué)工程與設(shè)計學(xué)院有專門的嵌入式系統(tǒng)和電路實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室具備高精度可調(diào)電壓（流）源、六位半高精度數(shù)字萬用表、數(shù)字存儲示波器、函數(shù)發(fā)生器、計算機(jī)、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)裝置等實(shí)驗(yàn)設(shè)備、相關(guān)開發(fā)軟件和仿真平臺，并長期面向本科生免費(fèi)開放。 學(xué)校還將項目經(jīng)費(fèi)全權(quán)交由項目組組員自行管理，方便我們自主購買項目相關(guān)書籍、開發(fā)板和元器件等資源。

指導(dǎo)教師對整個項目的順利完成起著舉足輕重的作用，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的引路人。我們的指導(dǎo)教師在整個項目過程中都對我們進(jìn)行了細(xì)致的指導(dǎo)，給我們講解電能質(zhì)量分析儀的相關(guān)概念、 整體工作流程和技術(shù)指標(biāo)以及各個功能模塊之間的分工協(xié)作關(guān)系，幫我們理清項目的整體脈絡(luò)，讓我們能夠從紛雜的內(nèi)容中快速上手。 指導(dǎo)教師還會定期通過QQ 群、微信群和組會的方式與項目組學(xué)生進(jìn)行互動式與跟進(jìn)式交流，讓我們能夠快速進(jìn)入項目角色、主動思考，破除畏難情緒，激發(fā)我們做項目的興趣，給我們營造了一個積極、活躍和寬松的科研氛圍。 此外，教師還會不定期檢查項目進(jìn)展情況，并根據(jù)項目進(jìn)度完成情況進(jìn)行針對性輔導(dǎo)。在項目遇到技術(shù)性問題時，教師不會直接給出答案，而是積極指導(dǎo)我們查閱相關(guān)的技術(shù)文檔、手冊，努力引導(dǎo)讓我們自己去找出問題的答案，授我們以“漁”；在遇到方向性問題時，指導(dǎo)教師則會給予我們正確引導(dǎo)，避免我們走太多彎路。 在整個項目實(shí)踐過程中，指導(dǎo)教師讓我們把所遇到的問題記錄成冊，培養(yǎng)了我們積累知識和經(jīng)驗(yàn)的好習(xí)慣，使我們的創(chuàng)新實(shí)踐能力得到快速提升。

3 結(jié)語

通過這次大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目的鍛煉，我們學(xué)會了如何運(yùn)用所學(xué)知識去解決實(shí)際遇到的問題，不僅提高了自身的自學(xué)能力、創(chuàng)新能力等各項技能，也培養(yǎng)了大家的團(tuán)隊意識及科研意識。 “大創(chuàng)”項目的切實(shí)有效實(shí)施，能夠讓我們切身感受到科研的無窮魅力和團(tuán)隊協(xié)作的積極優(yōu)勢，更讓我們深刻體會到“堅持不懈、善于思考、積極總結(jié)”的“大創(chuàng)”精神。 實(shí)踐表明，國家級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃能夠有效提升學(xué)生參與科研項目的主動性、積極性和創(chuàng)造性，高校也應(yīng)總結(jié)該計劃實(shí)施以來的各種經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，以進(jìn)一步完善相關(guān)的政策和制度，加大對該計劃的支持力度，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和思維，以實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)創(chuàng)新型國家建設(shè)需要的高水平創(chuàng)新人才的目標(biāo)。