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摘要：科技创新能力培养是大学教育的重要任务，结合本科教学实际，详细研究了大学科技创新存在的问题；提出了融合OBE教学理念的科技创新能力培养体系，构建了基于节点分层的能力金字塔，并详细研究了不同能力层的内容组成、影响关系及对科技创新的作用；以新型鸭式布局无人机、无人机在线参数采集器两个科技创新活动为例进行了探索实践，验证了研究内容的正确性。
关键词：科技创新；OBE；飞行器设计；互联网+
本文引用格式：田秋丽，等.面向OBE理念的科技创新能力培养体系探索与实践[J].教育现代化,2020,7(35):47-49.
一引言
2018年以来，习近平主席在教育大会上的讲话精神、新高教四十条指导文件中均充分肯定和确立了高校教育的创新培养要求和目标。当前的本科类院校，科技创新主体是从事科研的教师和少数部分学生，而科技创新载体一般为从事科研开发的实验平台或创新平台，对一般类的本科院校尤其是专业基础较弱的部分工科院系，在科技创新发展上具有更大难度。结合当前教育改革需求，融合OBE（Outcome based education，成果导向教育）即能力导向教育理念，基于专业发展和科技创新实际情况，有步骤有方案提升大学生科技创新能力和思维意识具有重要研究价值[1,2]。
二 大学生科技创新存在问题
为提高科技创新能力，高校大多设置了科技创新基金、创新创业训练项目、各级不同门类的科技竞赛支持基金等，结合创新实验室、教师科研项目及其它平台，构建了高校学生参与科技创新的基础条件。但从科技创新能力培养和实体角度来看，依然存在以下几个重要问题：
1.科研方向盲目性：科研方向的选择和定位对科技创新而言至关重要，在当前发展形势下，信息的获取途径和方式多样，已突破传统形式，具有典型的“互联网+”特性。但在大一、大二阶段，更多偏重于理论课学习，从科技创新来说，大学生往往对专业知识认知度有限，或依赖于兴趣爱好，造成在科研方向选择上的困难、目标不明确性，容易引起盲目跟从或闭门造车。
2.科研内容局限性：由于大学阶段是基础知识的学习和积累过程，而科技创新要求对本学科或专业具有较为前瞻的研究，并保持与现代科技快速发展的同步性甚至领先性，科技新发展、新技术、新工艺、新概念等必然要求从事科技人员具有足够的科研经验和研究基础，对大学生来说，具有较高难度，造成科研内容简单、科技创新意识散乱等问题，与现有的科技创新要求的多学科融合、高关联性相矛盾。
3.科研方法单一性：科技创新的顺利开展离不开研究方法的可靠性，科技创新可以包含技术理论创新、产品创新、工艺方法创新、应用创新、研究思想创新、管理方法创新等。对理工类大学生来说，尤为关注技术理论创新、产品创新和工艺创新。一般来说技术理论创新对大学生来说有较大难度，形成比较深厚的方法论可行性较低。相对而言，产品创新、工艺创新、应用创新更有可行性，就其研究方法来说，受限于内容影响，大学生科技创新更关注本学科、本项目内容，引起研究方法的单一性。
三 融合OBE理念的科技创新能力培养体系
针对以上存在问题，依托飞行器创新实验室，以从事教师、学生科技创新活动为基础，基于成果导向考虑，融合飞行器设计科技创新过程，实现科研方向、科研内容、科研方法和持续性上的综合性，一般应包含基本理论知识能力、数学应用分析能力、专业基础知识能力、路演展示交流能力、项目过程质量监督和管理能力、专业知识运用能力、试验仿真分析能力、新概念飞行器设计能力、实践创新应用能力、科技创新创业能力等，为分析方便，将以上各能力称为能力节点。其基本逻辑关系如图1所示。
如图1，将科技创新过程中所涉及到的各种能力采用能力金字塔形式相联系，各能力层分为基础能力层、专业知识扩展层、创新设计应用层、科技创新双创层。其中底层即基础能力层包含基本理论知识能力、数学应用分析能力、专业基础知识能力、路演展示交流能力等，主要构建科技创新体系的基础知识和基本分析、应用、交流能力。基本理论知识能力一般可包含与自然科学相关的高等数学、画法几何、机械设计、机械制图、电工电路、计算机基础、软件设计、普通物理学、普通化学、微机原理等，甚至应该包含对这一类知识的应用能力，增加知识的宽广性，提高后期科技创新过程的多学科应用能力；数学应用分析能力是指工程数学及实际应用分析能力，工程数学可包含线性代数、矢量分析与场论、泛函分析、数值分析等，其实际应用分析能力可应用以上数学处理飞行器设计中的相关问题，如借助于Matlab、Fortran、C语言等实现结构性能、力学性能的数值迭代求解能力等；专业基础知识能力是与学科方向相关的理论力学、材料力学、飞行器制造工艺学、复合材料工艺学、流体力学基础等，为飞行器设计涉及的专业基础知识；基于以上基础能力层，受当前“互联网+”发展趋势下的创新创业发展带动，一个科技创新团队还应具备优秀的路演展示交流能力，快速完成项目总结和分析，起内部革新作用，也可在路演中接受专家在方向、方法、应用上的指导建议，起外部推进作用。基础能力层是科技创新中所有能力层的基础，对科技创新的成功实施、多学科融合、工程实现均有重要支撑作用。
专业知识扩展层包含专业知识运用能力、实验仿真分析能力、过程监督管理能力等，为科技创新能力培养体系中的核心能力，对专业知识运用能力，应掌握的相关知识包含飞行器总体设计、空气动力学、飞行器结构力学、计算电磁学、无人机工程设计、飞行器控制、飞行力学等，一个完整的飞行器科技创新项目大多包含以上知识运用能力及分析处理能力；实验仿真分析能力大多与学科特性相关，以飞行器设计为例，可分为两部分：实验和仿真，试验应包含与专业知识相关的风洞试验、结构力学性能试验、材料性能测试、飞行器控制率试验等学科试验，需要较强的专业基础铺垫和数据分析处理能力，仿真分析研究内容与实验相似，但大多用于概念设计阶段来缩短设计周期和节省设计制造成本，可借助于工程分析软件或自行设计软件进行分析，较多的与数学应用、专业知识应用相融合；过程监督和管理能力关乎科技创新项目的成败，尤其是新概念飞行器的开发和制造，可结合专业特点统一开展。
创新设计应用层包含新概念飞行器设计能力、实践创新应用能力等，是科技创新的标志性能力，依据现有或未来军用、民用需求，针对性研究在总体布局、气动设计、动力布置、结构设计、应用方向等方面具有或部分具有新颖设计概念的飞行器，以提高飞行器性能或实现适应性改进等；飞行器设计离不开实践能力，其制造工艺、试验能力、飞行试验、数据处理均为实践能力的具体表现，对以上方面的创新设计也是科技创新的重要组成。科技创新创业能力是科技创新项目实施和开展的最终成果及重要的能动力，契合当前国家发展对科技创新、双创能力、创新驱动的迫切需求，构建完成后，将形成科技创新项目的标志性成果，形成若干新概念飞行器、新型研究理论和分析技术、高效的实验技术和分析方法等，进一步促进和改进科技创新过程。
在科技创新实施过程中，以上每个能力节点均为OBE培养过程中的需要掌握的能力，根据实际项目区别，各种能力可能会有一定偏重。同时，并非要求科技创新团队中每个团队成员均需具有以上所有能力节点，但团队整体应具备以上所有能力，团队成员之间可出现能力重叠，以提高成员间的配合和工作效率。实际过程中，可根据团队、方向、内容不同，对各项能力调整，优化科技创新过程。
四科技创新能力培养实践
基于以上研究内容，以郑州航空工业管理学院航空工程学院在校大学本科生各专业学生为科技创新主体，以飞行器创新实验室为平台，建立了学生科技创新团队，针对新概念飞行器、在线数据采集，开展科技创新研究[3]。
研究方向一：新型鸭式布局高速侦察无人机。研究团队以吴登宇同学为负责人，飞行器设计与工程专业5人参与，职责分明，通过总体设计、结构设计、气动设计、材料强度校核设计等，成功完成了该鸭式布局飞行器设计、制作及试飞。依据能力金字塔关系，构建了研究内容体系，研究团队初步具备以上各能力节点，互相补充，成员以团队形式具备了基础能力层、专业知识扩展层、创新设计应用层、科技创新双创层的相关能力，经过路演模拟，完整展示了科技创新具备的各知识点能力，锻炼了学生的科技创新意识及实践动手能力。方案试飞及CFD仿真结果如图2。
研究方向二：中小型无人机动态气动参数采集器。一般的，由于相对成本较高，且一般高校或企事业单位并无相关科研或教学型风洞，因此在中小型无人机研究过程中较少采用风洞试验进行初期概念研究，主要根据设计经验和数值仿真来完成。为弥补以上阶段不足，以李俊林同学为负责人的科技创新团队针对以上问题，提出了在无人机试飞过程中在线采集飞行参数、气动参数的办法来解决这一问题，并设计制作出了无人机飞行参数在线采集器，成功完成了压力分布、表面速度等重要参数的采集和传输，具有较强的创新性。研究过程中，要求团队同样具备各层能力，尤其是专业知识、新概念设计和实践创新能力。安装于无人机机翼内的采集器如下图3。
五 结论
以本科大学生科技创新能力培养为目标，结合本科高校实际，详细分析了大学生科技创新存在的几个问题：科研方向盲目性、科研内容局限性、科研方法单一性等[4]。针对以上问题，融合OBE教育理念，提出并建立了科技创新能力培养体系，建立了科技创新能力金字塔关系图，理清了科技创新过程中应具备的知识能力。结合航空工程学院飞行器设计专业科技创新团队实践情况，简要分析了科技创新各能力对实际过程的影响关系。通过科技创新团队的初步科研实践，证明了融合OBE理念的必要性和正确性，明确了科技创新中各能力关系及轻重点。
参考文献
[1]张涛,牛金星,魏巍.基于OBE理念的机械控制理论课程教学研究[J].河南教育(高教),2018(05):92-94.
[2]耿晓伟.基于OBE理念的实践教学体系改革——以安全工程专业为例[J].实验技术与管理,2019,36(07):192-196.
[3]刘战合,田秋丽,王菁.高校科技活动的创新意识内涵分析——以水上无人机研究为例[J].河南教育(高教),2018(10):12-14.
[4]刘战合,田秋丽,王晓璐,等.面向创新思维培养的大学科研活动及演化[J].长沙航空职业技术学院学报,2019,19(01):1-5.
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