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摘要：创新性实验是旨在引导、开发大学生自主创新的实验。实践是检验真理的唯一标准，在大学校园所学到专业的科学文化知识，但由理论到实践之间有一个过程，大学生创新性实验就给我们这个实践的平台，给我们实现自我的机会。
关键词：创新实验；能力培养；启示
作者简介：张喆（1989-），男，黑龙江宝清人，东北石油大学机械科学与工程学院，主要研究方向：机械设计制造及其自动化；王金东（1964-），男，山东潍坊人，东北石油大学机械科学与工程学院，教授，工学博士，主要研究方向：机械设备故障诊断。（黑龙江 大庆 163318）
创新是民族进步的灵魂，是国家兴旺的不竭动力。大学生作为国家建设的人才后备军，其素质高低对国家未来发展具有十分重要的影响。《国家教育事业发展“十一五”规划纲要》把提高教育质量作为今后高等育发展的重点，提出了要深化教育教学改革，探索创新型人才的培养模式，着力培养大学生的创新精神和创新思维，增强学生的实践能力，通过创新活动，即引导学生自己动脑设计实验方案并动手完成实验的办法，激发学生的创新思维，锻炼其动手能力。
一、课题的提出
纳米复合镀层是由特征维度尺寸为纳米数量级（1～100nm）的不溶性固体粒子（如TiN、SiC、AlN等）镶嵌于一种或多种基体金属中所形成的金属基纳米复合材料。纳米复合镀层由于具有较高的显微硬度、优良的耐磨性能和耐腐蚀性能以及抗高温氧化等性能，因此受到国内外学者越来越广泛的关注和研究。
“纳米镍-氮化钛复合镀层的超声-电沉积研究”项目首先是为解决普通金属镀层在硬度、耐磨性能以及耐腐蚀性能等方面存在的问题而提出的，其次是利用纳米复合镀层对大型设备重要的零部件进行修复。通过现场调研和查阅相关文献，笔者发现普通金属镀层的显微硬度不高、其耐磨性能和耐腐蚀性能都相对较低，不利于显著改善金属零部件表面的综合性能。针对纳米复合镀层具有优良综合性能的特点，本项目采用超声-电沉积喷涂的方法，在金属零部件表面沉积纳米镍-氮化钛复合镀层。利用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、显微维氏硬度计及X射线衍射仪等仪器对纳米镍-氮化钛复合镀层的组分、显微组织及耐磨性能等进行分析。最后，利用软件对纳米镍-氮化钛复合镀层的沉积过程进行动态仿真研究。因此，开展纳米镍-氮化钛复合镀层超声-电沉积的研究，对延长金属零部件使用寿命具有重要的意义。
本项目采用超声-电沉积喷涂的方法，在金属零部件表面沉积纳米镍-氮化钛复合镀层，并研究纳米镍-氮化钛复合镀层的显微硬度、耐磨性能以及耐腐蚀性能等。该创新试验具有一定的创新性和实用性，不仅能为提高金属零部件表面的综合性能提供一种实用、高效、可行的方法，而且还能为大型设备重要零部件的修复奠定基础。
二、研究过程
1.查阅国内外相关资料以及收集数据
实验小组每个成员针对实验过程中的要求分别掌握了部分技能。如：实验设备、仪器的应用、工艺流程、实验药品的配制方法。因实验要求，研究小组自己动手制作了一个实验器材，经过大家集思广益，反复调试，最终制作出一个方便调节、美观实用的实验器材。在药品配制时，遇到了很多问题，经小组成员多次试验最终逐一解决了这些问题。在这一过程中，实验小组各成员初步掌握了本实验涉及到的各方面基础知识和实验技能。
2.设计实验方案，研制复合镀液的配方
有了上一阶段的精心准备，实验小组针对预期的实验结果制定了多套理论上可行的实验方案，但在实践检验下，很多方案都失败了。实验失败后，老师建议学生召开讨论会，目的是找出失败的原因和确定下一步的方案。会议分析了失败的可能原因有：药品质量不好，PH调节不够精确等等。下一步的工作是：确定实验的详细参数。在老师的指导下，实验小组对一些参数进行了修正。这时，学生自发召开了第二次讨论会，会议决定延长变频电源的通电时间，但导通比不变。参考所查资料上的方法，并根据实验室的条件，制定出了切实可行的方案。
3.纳米镍-氮化钛复合镀层的超声-电沉积制备
在此阶段，实验小组成员按照商定的工艺流程：（冷轧45钢片→打磨→化学除油→化学除锈→超声→电沉积复合镀层→水洗→测试）进行实验。每组实验结束，小组成员都对镀层性能进行检测并分析实验结果。采用PM-I型平磨机，载荷为1000g，经500次平磨，用精度为0.1mg的分析天平（德国Sartorius，BS210S）测量试样磨损量，以其作为耐磨性能的考核指标。根据实验所要达到的预期目标，实验小组分析了纳米TiN浓度对复合镀层耐磨性能的影响、阴极电流密度对复合镀层耐磨性能的影响、超声功率的大小对复合镀层耐磨性能的影响，最后进行正交试验的分析。
4.Flash软件的动态仿真研究
对整个实验过程用动画软件进行模拟，可以更加形象地反映出本次试验的工艺流程及实验原理，方便研究纳米镍-氮化钛复合镀层的超声-电沉积共沉积过程，为纳米镍-氮化钛复合镀层的性能测试提供过程分析。
三、本次实验对培养大学生创新能力的启示
通过“纳米镍-氮化钛复合镀层的超声-电沉积研究”的创新实验活动，实验小组成员和指导教师得到了许多有利于大学生创新能力培养的启示。
1.培养创新能力要以基础知识为根据
一个人的创新意识可以在短时间内建立起来，但是创新能力的提高却是一个日积月累、循序渐进的过程。创新不是空洞的，而总是依托一定的知识和经验的。几乎不存在所谓无知识的创新，也不存在能够脱离知识而存在的单纯的能力。就知识与能力来讲，两者实际上是内容与形式的关系，知识为创新提供了原料，创新是知识的转化与整合。创新需要理论基础，一些世界级的重大科技成果都是从基础研究开始的。
创新活动首先要从教材上的基础知识找突破口，这是因为创新需要一个起点，这个起点必须是学生已掌握的知识点，这样学生较容易入门且有信心，如本文“纳米镍-氮化钛复合镀层的超声-电沉积研究”的实例，它的基本原理在课堂上已讲过并有一定的工艺流程可参考。如果以学生不熟悉的内容为起点，那么学生将会花费大量精力和时间，再遇到困难或挫折就可能挫败自信心。以基础知识为根据还有一个优点，就是创新活动可以促进课堂教学，使课堂教学气氛活跃，激发学习兴趣，促进理论知识与实践相结合，深化和拓展课堂教学内容。
2.创新活动所涉及的知识面有一定的广度
本文“纳米镍-氮化钛复合镀层的超声-电沉积研究”的实验，涉及到的知识面就比较广，有化学的电镀，机械的表面处理，设备的制作、改装和维修，统计学的正交分析等。当操作中遇到困难时，小组成员还跑到化工厂去请教工程技术人员，并从中获得了生产规模的操作知识。创新需要一个知识层面，只有较广阔的知识层面，才能使学生的思维通达活跃且兴趣盎然。已经掌握了相对广泛的基础知识，考虑起新问题来思路会较开阔，不至于感到太难，从这个意义上说，掌握了基础知识和一定专业知识的同学搞创新活动较合适，而且能从中发现很多创新的乐趣。
3.团队精神是小组成员间的纽带，是项目走向成功的桥梁
参加国家大学生创新性实验项目的实践锻炼，对培养严谨的科学态度、全面的创新能力、团队合作和艰苦奋斗的精神以及锲而不舍的作风都有着重大的意义。只有在和谐的氛围当中，能力才会自由地舒展，才会有思维的活跃与激荡，进而才有创新潜能的迸发。
随着人类知识更新速度的加快，一项创新或成果往往已经不是一个人的力量可以完成的，而是需要一个团队。团队创新要求大家必须要有协作精神、沟通技巧、开放的胸怀。在这次实践过程中，实验小组采用“头脑风暴”的形式来建立沟通机制，针对某些棘手的问题，让大家坐在一起天马行空、各抒己见，共同解决问题的同时也培养了我们换位思考的能力，提升了团队精神和团队战斗力。
4.提升实践能力
创新实验最为重要的是增强学生的实践能力和动手能力。虽然本次实验经历了成百上千次的失败，但小组成员却深刻的感受到对于新事物动手操作能力的不足。例如，进行实验设计的时候，要特别注意各种因素对实验结果的影响，尽量减少对实验结果的误差，以达到预期的精确度。
大学生普遍具有创新意识和敏捷的思维，但缺少必备的创新技能。这就需要指导老师的诱发和引领，使我们产生灵感。然而灵感往往是短暂的，此时如果有较强的创新技能，就会使灵感成为现实。创新的灵感大部分来源于现实生活，大学生只有通过参与一些科技创新活动，参与社会实践，进行实地研究与调查，开展实实在在的工作，才有可能提高创新能力。这个充满机遇与挑战的年代，对大学生来说，是挑战也是实现自我全面发展的机遇。积极参与创新项目对提高自身的创新能力很有益处。
参加项目的实践锻炼对培养严谨的科学态度、全面的创新能力、团队合作和艰苦奋斗的精神以及锲而不舍的作风都有着重大的意义。当代大学生处于瞬息万变的社会环境之中，生存压力很大。独生子女的一代，独立生活能力差，依赖性强，情感脆弱，稍遇挫折和困难就悲观失望，甚至发生过激行为。大学创新实验也培养了当代大学生的团队合作精神，使之懂得交流与沟通。在项目研究过程中，同学间相互依存，逐步认识到团结、协助的重要性和必要性。
5.创新活动完成后要做好总结
在此实验过程中遇到了哪些困难，这些困难产生的原因以及解决这些困难的途径等，都是有必要在项目结束后进行总结的。此外，实验中涉及的知识，接触的人以及心得、体会等也都应及时进行总结。
本文“纳米镍-氮化钛复合镀层的超声-电沉积研究”的实验完成后，实验小组做了很好的总结，列出的总结项目，活跃了大家的思维，创新热情更加高涨。由此可以看出，总结本身是创新活动的重要组成部分，因为它不仅把创新活动推向高潮，而重要的是更大限度地开启了创新思维和激发了创新热情。
（责任编辑：李海静）
关键词：创新实验；能力培养；启示
作者简介：张喆（1989-），男，黑龙江宝清人，东北石油大学机械科学与工程学院，主要研究方向：机械设计制造及其自动化；王金东（1964-），男，山东潍坊人，东北石油大学机械科学与工程学院，教授，工学博士，主要研究方向：机械设备故障诊断。（黑龙江 大庆 163318）
创新是民族进步的灵魂，是国家兴旺的不竭动力。大学生作为国家建设的人才后备军，其素质高低对国家未来发展具有十分重要的影响。《国家教育事业发展“十一五”规划纲要》把提高教育质量作为今后高等育发展的重点，提出了要深化教育教学改革，探索创新型人才的培养模式，着力培养大学生的创新精神和创新思维，增强学生的实践能力，通过创新活动，即引导学生自己动脑设计实验方案并动手完成实验的办法，激发学生的创新思维，锻炼其动手能力。
一、课题的提出
纳米复合镀层是由特征维度尺寸为纳米数量级（1～100nm）的不溶性固体粒子（如TiN、SiC、AlN等）镶嵌于一种或多种基体金属中所形成的金属基纳米复合材料。纳米复合镀层由于具有较高的显微硬度、优良的耐磨性能和耐腐蚀性能以及抗高温氧化等性能，因此受到国内外学者越来越广泛的关注和研究。
“纳米镍-氮化钛复合镀层的超声-电沉积研究”项目首先是为解决普通金属镀层在硬度、耐磨性能以及耐腐蚀性能等方面存在的问题而提出的，其次是利用纳米复合镀层对大型设备重要的零部件进行修复。通过现场调研和查阅相关文献，笔者发现普通金属镀层的显微硬度不高、其耐磨性能和耐腐蚀性能都相对较低，不利于显著改善金属零部件表面的综合性能。针对纳米复合镀层具有优良综合性能的特点，本项目采用超声-电沉积喷涂的方法，在金属零部件表面沉积纳米镍-氮化钛复合镀层。利用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、显微维氏硬度计及X射线衍射仪等仪器对纳米镍-氮化钛复合镀层的组分、显微组织及耐磨性能等进行分析。最后，利用软件对纳米镍-氮化钛复合镀层的沉积过程进行动态仿真研究。因此，开展纳米镍-氮化钛复合镀层超声-电沉积的研究，对延长金属零部件使用寿命具有重要的意义。
本项目采用超声-电沉积喷涂的方法，在金属零部件表面沉积纳米镍-氮化钛复合镀层，并研究纳米镍-氮化钛复合镀层的显微硬度、耐磨性能以及耐腐蚀性能等。该创新试验具有一定的创新性和实用性，不仅能为提高金属零部件表面的综合性能提供一种实用、高效、可行的方法，而且还能为大型设备重要零部件的修复奠定基础。
二、研究过程
1.查阅国内外相关资料以及收集数据
实验小组每个成员针对实验过程中的要求分别掌握了部分技能。如：实验设备、仪器的应用、工艺流程、实验药品的配制方法。因实验要求，研究小组自己动手制作了一个实验器材，经过大家集思广益，反复调试，最终制作出一个方便调节、美观实用的实验器材。在药品配制时，遇到了很多问题，经小组成员多次试验最终逐一解决了这些问题。在这一过程中，实验小组各成员初步掌握了本实验涉及到的各方面基础知识和实验技能。
2.设计实验方案，研制复合镀液的配方
有了上一阶段的精心准备，实验小组针对预期的实验结果制定了多套理论上可行的实验方案，但在实践检验下，很多方案都失败了。实验失败后，老师建议学生召开讨论会，目的是找出失败的原因和确定下一步的方案。会议分析了失败的可能原因有：药品质量不好，PH调节不够精确等等。下一步的工作是：确定实验的详细参数。在老师的指导下，实验小组对一些参数进行了修正。这时，学生自发召开了第二次讨论会，会议决定延长变频电源的通电时间，但导通比不变。参考所查资料上的方法，并根据实验室的条件，制定出了切实可行的方案。
3.纳米镍-氮化钛复合镀层的超声-电沉积制备
在此阶段，实验小组成员按照商定的工艺流程：（冷轧45钢片→打磨→化学除油→化学除锈→超声→电沉积复合镀层→水洗→测试）进行实验。每组实验结束，小组成员都对镀层性能进行检测并分析实验结果。采用PM-I型平磨机，载荷为1000g，经500次平磨，用精度为0.1mg的分析天平（德国Sartorius，BS210S）测量试样磨损量，以其作为耐磨性能的考核指标。根据实验所要达到的预期目标，实验小组分析了纳米TiN浓度对复合镀层耐磨性能的影响、阴极电流密度对复合镀层耐磨性能的影响、超声功率的大小对复合镀层耐磨性能的影响，最后进行正交试验的分析。
4.Flash软件的动态仿真研究
对整个实验过程用动画软件进行模拟，可以更加形象地反映出本次试验的工艺流程及实验原理，方便研究纳米镍-氮化钛复合镀层的超声-电沉积共沉积过程，为纳米镍-氮化钛复合镀层的性能测试提供过程分析。
三、本次实验对培养大学生创新能力的启示
通过“纳米镍-氮化钛复合镀层的超声-电沉积研究”的创新实验活动，实验小组成员和指导教师得到了许多有利于大学生创新能力培养的启示。
1.培养创新能力要以基础知识为根据
一个人的创新意识可以在短时间内建立起来，但是创新能力的提高却是一个日积月累、循序渐进的过程。创新不是空洞的，而总是依托一定的知识和经验的。几乎不存在所谓无知识的创新，也不存在能够脱离知识而存在的单纯的能力。就知识与能力来讲，两者实际上是内容与形式的关系，知识为创新提供了原料，创新是知识的转化与整合。创新需要理论基础，一些世界级的重大科技成果都是从基础研究开始的。
创新活动首先要从教材上的基础知识找突破口，这是因为创新需要一个起点，这个起点必须是学生已掌握的知识点，这样学生较容易入门且有信心，如本文“纳米镍-氮化钛复合镀层的超声-电沉积研究”的实例，它的基本原理在课堂上已讲过并有一定的工艺流程可参考。如果以学生不熟悉的内容为起点，那么学生将会花费大量精力和时间，再遇到困难或挫折就可能挫败自信心。以基础知识为根据还有一个优点，就是创新活动可以促进课堂教学，使课堂教学气氛活跃，激发学习兴趣，促进理论知识与实践相结合，深化和拓展课堂教学内容。
2.创新活动所涉及的知识面有一定的广度
本文“纳米镍-氮化钛复合镀层的超声-电沉积研究”的实验，涉及到的知识面就比较广，有化学的电镀，机械的表面处理，设备的制作、改装和维修，统计学的正交分析等。当操作中遇到困难时，小组成员还跑到化工厂去请教工程技术人员，并从中获得了生产规模的操作知识。创新需要一个知识层面，只有较广阔的知识层面，才能使学生的思维通达活跃且兴趣盎然。已经掌握了相对广泛的基础知识，考虑起新问题来思路会较开阔，不至于感到太难，从这个意义上说，掌握了基础知识和一定专业知识的同学搞创新活动较合适，而且能从中发现很多创新的乐趣。
3.团队精神是小组成员间的纽带，是项目走向成功的桥梁
参加国家大学生创新性实验项目的实践锻炼，对培养严谨的科学态度、全面的创新能力、团队合作和艰苦奋斗的精神以及锲而不舍的作风都有着重大的意义。只有在和谐的氛围当中，能力才会自由地舒展，才会有思维的活跃与激荡，进而才有创新潜能的迸发。
随着人类知识更新速度的加快，一项创新或成果往往已经不是一个人的力量可以完成的，而是需要一个团队。团队创新要求大家必须要有协作精神、沟通技巧、开放的胸怀。在这次实践过程中，实验小组采用“头脑风暴”的形式来建立沟通机制，针对某些棘手的问题，让大家坐在一起天马行空、各抒己见，共同解决问题的同时也培养了我们换位思考的能力，提升了团队精神和团队战斗力。
4.提升实践能力
创新实验最为重要的是增强学生的实践能力和动手能力。虽然本次实验经历了成百上千次的失败，但小组成员却深刻的感受到对于新事物动手操作能力的不足。例如，进行实验设计的时候，要特别注意各种因素对实验结果的影响，尽量减少对实验结果的误差，以达到预期的精确度。
大学生普遍具有创新意识和敏捷的思维，但缺少必备的创新技能。这就需要指导老师的诱发和引领，使我们产生灵感。然而灵感往往是短暂的，此时如果有较强的创新技能，就会使灵感成为现实。创新的灵感大部分来源于现实生活，大学生只有通过参与一些科技创新活动，参与社会实践，进行实地研究与调查，开展实实在在的工作，才有可能提高创新能力。这个充满机遇与挑战的年代，对大学生来说，是挑战也是实现自我全面发展的机遇。积极参与创新项目对提高自身的创新能力很有益处。
参加项目的实践锻炼对培养严谨的科学态度、全面的创新能力、团队合作和艰苦奋斗的精神以及锲而不舍的作风都有着重大的意义。当代大学生处于瞬息万变的社会环境之中，生存压力很大。独生子女的一代，独立生活能力差，依赖性强，情感脆弱，稍遇挫折和困难就悲观失望，甚至发生过激行为。大学创新实验也培养了当代大学生的团队合作精神，使之懂得交流与沟通。在项目研究过程中，同学间相互依存，逐步认识到团结、协助的重要性和必要性。
5.创新活动完成后要做好总结
在此实验过程中遇到了哪些困难，这些困难产生的原因以及解决这些困难的途径等，都是有必要在项目结束后进行总结的。此外，实验中涉及的知识，接触的人以及心得、体会等也都应及时进行总结。
本文“纳米镍-氮化钛复合镀层的超声-电沉积研究”的实验完成后，实验小组做了很好的总结，列出的总结项目，活跃了大家的思维，创新热情更加高涨。由此可以看出，总结本身是创新活动的重要组成部分，因为它不仅把创新活动推向高潮，而重要的是更大限度地开启了创新思维和激发了创新热情。
（责任编辑：李海静）