基于工程训练实践项目的学生创新能力培育模式探究

孔德刚,李浩铭,王晶,李文胜,董高明

摘要：工程实践能力的培养有助于提高学生的创新设计意识、综合设计能力、动手能力以及团队协作精神。在教学环节中有意识的将课程与工程训练实践活动相结合有利于学生理论联系实际，将所学知识应用到实践环节创作当中，为学生后续的工作研究打下坚实基础。本文针对工程训练实践环节的模式改革要求，结合学生工程实践项目“智能图像识别式分类垃圾桶”，对学生的创新实践活动进行了阐述，分析了学生创新实践活动对于教学活动的重要性。教学活动要充分与工程实践相结合，将学生所学专业知识和技能付诸于实践应用环节中，调动学生的创造力，正确的进行思维分析，开拓创新视野，培养创新意识和工程训练能力。

关键字：工程训练；垃圾分类；教学模式；创新思维

1 引言

工程训练实践环节能够提高学生运用所学专业知识和技能解决实际问题的能力，是培养学生科技创新能力的重要举措，同时也是当前我国高校亟待加强的重要任务之一。学生实践动手能力的培养有助于学生理论与实践相结合，巩固所学专业知识，真正做到学以致用。大学生工程训练教学环节以“重在实践，鼓励创新”为指导思想，旨在加强大学生工程实践能力、创新意识和合作精神的培养，激发学生投身于实践活动中去。加强学生动手能力的培养和实践技能的训练，推动高等教育人才培养模式和实践教学的改革，不断提高人才培养的质量。

2 工程训练项目实践

结合“智能图像识别式分类垃圾桶”项目，学生根据项目任务要求开展创新实践活动。智能图像识别式分类垃圾桶主要由视觉识别系统、分类装置、满载报警装置、显示屏、电源等组成。视觉识别系统：当垃圾放到垃圾投放平台时，装在垃圾桶投放平台前方的摄像头会对所投放的垃圾进行识别；装置配备有数据库，数据库中有着大量的垃圾类模型，通过与数据库中丰富的模型进行对比从而确定所投放垃圾的种类当识别成功后maixbit开发板将会给驱动舵机电信号使舵机转动一定角度将垃圾准确投放到对应的垃圾桶当中。从而实现垃圾的自动识别与分类；在垃圾桶的外侧有一块显示屏，给显示屏可以播放垃圾分类宣传动画并且当垃圾投放成功后会显示相应的信息。当垃圾桶满载后将会触动红外传感器，此时将会进行满载报警。

项目团队以maix-bit板子为核心，开发了一套包括电源模块，二自由度舵机与LED显示模块，红外模块的硬件电路。以SD卡为基础建立数据库，系统误差范围小于1%，大大提高了分类的准确性。设计的智能垃圾桶可以实现可回收垃圾、厨余垃圾、有害垃圾和其他垃圾的识别和投放，其识别度可达95%，属于中小型垃圾桶，结构简单，用几个核心部件连接即可实现其功能，本团队使用maixpyide软件进行编程。除此之外，本垃圾桶配有一个高亮显示屏可以显示垃圾投放的各种数据，比如每个垃圾桶投放个数，是否成功投放，并且还可以进行环保宣传片播放，当垃圾桶容量达到设计值75%时会自动报警提示垃圾桶满载。其价格便宜，功能多样，居民直接把垃圾从垃圾口投放即可实现智能分类，省去人工分拣过程，符合当前垃圾分类标准，符合智能化设计，市场前景广阔。设计结构图如图1所示：

  

图1 垃圾分类整体结构图

3 项目创新点

1）创新性的使用了配备有maix-bit视觉识别开发板的视觉识别系统满足了垃圾类别的自动识别。

2）改进了传统笨重的大体积塑料外壳的外观设计思路，采用了新型小体积的外壳，小巧高效且轻便。

3）可以实现垃圾满后的满载报警，不会出现乱分级分类的现象，保证了分类的准确性。

4）安装了电子显示屏播放垃圾分类的教育知识，对垃圾分类做出了宣传，对垃圾分类意识差的同学起到了教育作用。

4总结

借助工程训练实践项目有助于培养学生的独立自主知识产权的设计和研发能力，是激发学生创新实践的内在动力。教学活动要充分与工程实践相结合，将学生所学专业知识和技能付诸于实践应用环节中，使其成为培养学生创造力的重要途径。这就需要在教学过程中将创新设计过程中涉及到的课程知识在教学体系中要得到充分的体现，既丰富了教学内容，又加深了学生对知识应用的切身感受。

参考文献

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基金项目：河北省大中学生科技创新能力培育专项项目《智能图像识别式分类垃圾桶》（项目编号：22E50495D）；教育部高教司2021年第二批产学合作协同育人项目：基于创新创业能力培养的机械工程专业产教融合课程建设（编号：202102003002）

作者简介：孔德刚，男，讲师，1986.08.15，硕士，主要从事机械设计制造方面的教学与研究工作。