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物理创客实验室的研发与构建

申报人:李炳秋 申报日期:2024-01-03

基本情况

2024年度大学生创新创业训练计划
物理创客实验室的研发与构建 学生选题
创业训练项目
理学
物理学类
教师科研项目选题
一年半期
在科技社会高度发展的今天,创客教育在教育界获得极大的推崇,创客理念改革课程内容与结构是新课程改革发展的重要趋势。当前我国的创客教育仍然需要大批具备综合素质、能够开设创客课程指导学生创客活动的专业人才。基于此背景下,提出物理创客实验室的项目非常有必要。该项目旨在建立完备的物理创客实验室,进行信息技术的融合,引入各种技术工具软件平台媒体素材,以活动为导向提高学生的动手实践能力,改变传统的教育模式。
负责人为华东理工大学物理学院大二在读学生,通过课程的学习,有基本的物理学知识体系。在学习过程中拥有了基本的实验素养和实验数据处理分析能力;担任物理学院学创部部长一职,参与多次科研讲座与学术创新活动;持续参与“多阅阅读桥”乡村孩童阅读项目,对于授课、制作PPT、进行教学有丰富的经验。
[1] 2020.01-2021.06 2020年度大学生创新创业训练计划 上海市级项目(S20090),基于“互联网+”线上金手指办公系统。
[2] 2021.01-2022.09 2021年度大学生创新创业训练计划 国家级项目(202110251112X),“生活中的趣味数学与物理”大学生科普兴趣课的设计与开发。
[3] 2021.01-2022.09 2021年度大学生创新创业训练计划 校级项目(X202110251340),新时代大学生的多层次领导力开发与研究。
[4] 2022.01-2023.09 2022年度大学生创新创业训练计划 校级项目(X202210251419X),基于网络媒体朋友圈的营销策略研究;校级项目(X202210251303),基于网络媒体朋友圈的育人机制研究。
[5] 2022.03-2024.03 2022年度教育部人文社会科学研究专项任务项目(高校辅导员研究),教育部项目,高校沉浸式党课的构建方法与实践路径研究。
[6] 2020.01-2021.12 2020年度上海学校德育实践研究课题 上海市级项目(M310-2D-2001),从“四维度”到“三效能”基于微信公众平台的高校网络育人机制研究。
[7] 2018.01-2018.12 2018年第十六届大学生课余研究计划,基于朋辈互助机制的优良学风创建。
[8] 2019.01-2019.12 2019年第十七届大学生课余研究计划,新时代大学生理想信念教育的探究与实践。
指导教师长期在物理学院思政工作一线,承担多项项目,且已发表多篇学术论文和专利。
1.发表论文情况
[1] Wang X, Zhang H, Wang Y, Yang S M. ELM-Based AFL–SLFN Modeling and Multiscale Model-Modification Strategy for Online Prediction[J]. Processes, 2019, 7(12): 893.
[2] Yang S M, Wang Y L, Xue Y, et al. Online Learning Neural Network for Adaptively Weighted Hybrid Modeling[C]// International Conference on Neural Information Processing. Springer International Publishing, 2016: 233-240.(CCF C 类,EI,CPCI检索).
[3] Yang S M, Wang Y L, Sun B, et al. ELM weighted hybrid modeling and its online modification[C]// Control and Decision Conference (CCDC), 2016 Chinese. IEEE, 2016: 3443-3448.(EI,CPCI检索).
[4] 杨少明,王雅琳,王晓丽,孙备,李灵. 改进k-近邻即时学习算法的研究及工业应用[C]. 第27 届中国过程控制会议(CPCC2016). 兰州,2016:1.
[5] 杨少明,王雅琳,王美蕴,何海明,李勇刚. 激励函数可学习神经网络[J]. 江南大学学报(自然科学版), 2015,(06):689-694.
[6] 卢青,王雅琳,彭凯,杨少明,周晓君. 基于级联图像序列的铝土矿精选泡沫颜色变化趋势预测[C]. 第35 届中国控制会议(CCC2016). 成都,2016:6.
[7] Zhang P, Wang Y, Peng X, Yang S M. An improved screening method based on standard Morris for learning neural network[C]//2018 13th World Congress on Intelligent Control and Automation (WCICA). IEEE, 2018: 88-92. (EI检索).
[8].黄文彬,陈伟杰,杨少明等.基于微信公众平台的高校网络育人实证调研及机制研究[J].长春工程学院学报(社会科学版),2022,23(01):18-21.
[9].杨少明,高玉洁,杨婧.新媒体时代高校思政工作的创新提升[J].福建广播电视大学学报,2021,(02):25-28.
[10]杨少明,高玉洁.基于朋辈互助机制的优良学风建设探讨[J].教育教学论坛,2019,(39):58-59.
[11].杨少明.新形势下高校辅导员工作创新[J].科教导刊(下旬),2018,(15):84-85.DOI:10.16400/j.cnki.kjdkx.2018.05.039

2.国家发明专利
[1] 杨少明等。一种球磨过程的物料粒径分布预测方法[P],湖南:CN106874568A,2017-06-20(公开),2018-02-23(授权公布:CN106874568B)。
[2] 杨少明等。一种加氢裂化装置反应深度的实时预测方法及装置[P],湖南:CN106281431A,2017-01-04(公开),2018-02-16(授权公布:CN106281431B)。
[3] 杨少明等。一种非均质矿球磨破碎分布函数预测方法[P],湖南:CN107016454A,2017-08-04(公开),2017-08-29(授权公布:CN107016454B)。

指导教师长期在研究机器学习及转化应用方面,尤其是极限学习机ELM和BP神经网络等,目前已发表多篇学术论文和专利。
1.发表论文情况
[1] Wang X, Zhang H, Wang Y, Yang S M. ELM-Based AFL–SLFN Modeling and Multiscale Model-Modification Strategy for Online Prediction[J]. Processes, 2019, 7(12): 893.
[2] Yang S M, Wang Y L, Xue Y, et al. Online Learning Neural Network for Adaptively Weighted Hybrid Modeling[C]// International Conference on Neural Information Processing. Springer International Publishing, 2016: 233-240.(CCF C 类,EI,CPCI检索).
[3] Yang S M, Wang Y L, Sun B, et al. ELM weighted hybrid modeling and its online modification[C]// Control and Decision Conference (CCDC), 2016 Chinese. IEEE, 2016: 3443-3448.(EI,CPCI检索).
[4] 杨少明,王雅琳,王晓丽,孙备,李灵. 改进k-近邻即时学习算法的研究及工业应用[C]. 第27 届中国过程控制会议(CPCC2016). 兰州,2016:1.
[5] 杨少明,王雅琳,王美蕴,何海明,李勇刚. 激励函数可学习神经网络[J]. 江南大学学报(自然科学版), 2015,(06):689-694.
[6] 卢青,王雅琳,彭凯,杨少明,周晓君. 基于级联图像序列的铝土矿精选泡沫颜色变化趋势预测[C]. 第35 届中国控制会议(CCC2016). 成都,2016:6.
[7] Zhang P, Wang Y, Peng X, Yang S M. An improved screening method based on standard Morris for learning neural network[C]//2018 13th World Congress on Intelligent Control and Automation (WCICA). IEEE, 2018: 88-92. (EI检索).
2.国家发明专利
[1] 杨少明等。一种球磨过程的物料粒径分布预测方法[P],湖南:CN106874568A,2017-06-20(公开),2018-02-23(授权公布:CN106874568B)。
[2] 杨少明等。一种加氢裂化装置反应深度的实时预测方法及装置[P],湖南:CN106281431A,2017-01-04(公开),2018-02-16(授权公布:CN106281431B)。
[3] 杨少明等。一种非均质矿球磨破碎分布函数预测方法[P],湖南:CN107016454A,2017-08-04(公开),2017-08-29(授权公布:CN107016454B)
[1] 2020.01-2021.06 2020年度大学生创新创业训练计划 上海市级项目(S20090),基于“互联网+”线上金手指办公系统。
[2] 2021.01-2022.09 2021年度大学生创新创业训练计划 国家级项目(202110251112X),“生活中的趣味数学与物理”大学生科普兴趣课的设计与开发。
[3] 2021.01-2022.09 2021年度大学生创新创业训练计划 校级项目(X202110251340),新时代大学生的多层次领导力开发与研究。
[4] 2022.01-2023.09 2022年度大学生创新创业训练计划 校级项目(X202210251419X),基于网络媒体朋友圈的营销策略研究;校级项目(X202210251303),基于网络媒体朋友圈的育人机制研究。
[5] 2022.03-2024.03 2022年度教育部人文社会科学研究专项任务项目(高校辅导员研究),教育部项目,高校沉浸式党课的构建方法与实践路径研究。
[6] 2020.01-2021.12 2020年度上海学校德育实践研究课题 上海市级项目(M310-2D-2001),从“四维度”到“三效能”基于微信公众平台的高校网络育人机制研究。
[7] 2018.01-2018.12 2018年第十六届大学生课余研究计划,基于朋辈互助机制的优良学风创建。
[8] 2019.01-2019.12 2019年第十七届大学生课余研究计划,新时代大学生理想信念教育的探究与实践。
校级

项目成员

序号 学生 所属学院 专业 年级 项目中的分工 成员类型
李炳秋 物理学院 光电信息科学与工程 2022 研究组长,负责项目整体进度把握,对项目作出预期并进行统筹安排
赵茜茹 物理学院 光电信息科学与工程 2022 测项目进行的可行性,分析评估产品的市场价值
程彪 物理学院 光电信息科学与工程 2021 确定项目选题,与其他组员相互协助完成相应问题
马千惠 物理学院 光电信息科学与工程 2022 对产品就行分析,制定将产品和专业学习结合的计划
吕悦嘉 物理学院 应用物理学 2022 总结和汇报研究内容和研究方向
杨丰帆 物理学院 光电信息科学与工程 2022 制定项目实施计划和时间安排,同时与组员进行沟通,以此安排项目活动时间

指导教师

序号 教师姓名 教师账号 所属学院 是否企业导师 教师类型
徐亚飞 08550 党委宣传部
杨少明 08547 科学技术发展研究院

立项依据

随科技创新不断发展,创客建设行业市场越来越受到关注,受到政府政策的支持与推动,行业不断壮大。行业需求相对较大,主要来自:国家人才培养需求、社会创新创业需求。目标市场主要投向自幼儿园至大学各类学校及相关教培企业,学生综合素质培养等。竞争优势以项目成员均为相关专业学生且针对性强。随着国家逐步加大对中小学素质教育与基础学科教育的重视,且现阶段校园内的创客实验室尚属于起步阶段,市场需求高且持续时间长,因而市场前景广阔,市场规模将不断扩大。行业的竞争对手可能主要来自各种教学培训机构,各种市场上帮助青少年培养动手实践能力和创新性思维的培训班。 但在学校内进行创新性实验,更加符合教学实际;对于家庭的资金压力会比校外的辅导机构更小。因而在市场上具有良好的竞争优势,未来市场销售规模会不断扩大,利润也会随之逐步增长。 

创新点与项目特色:

项目情况:我们的物理创客教育课程是基于市场需求和学生兴趣开发的,主要针对中学生和大学生开设。我们拥有一支经验丰富的学生团队,具备扎实的基础知识和丰富实践经验,能够提供高质量的教学服务。

技术水平:我们将运用先进的教学技术和设备,如虚拟实验室、在线教学平台等,以提供更多样化的学习资源和实践机会。通过这些技术手段,学生可以进行虚拟实验,模拟真实物理实验的过程,提高实验技能和科学素养。

产品或模式的创新性:我们的物理创客教育课程将注重培养学生的实践能力和创新思维,通过引入实验教学、问题解决和项目设计等教学方法,使学生能够在实际操作中学习物理知识,培养他们的实践能力和创新意识。首先开创“一个故事+一个实验+一个总结报告”的教学模式,让同学们直观感受物理的魅力,既学习了物理知识,又激发了对物理的兴趣。同时,我们还将提供个性化的学习计划和辅导,根据学生的兴趣和能力,量身定制学习内容,提供个性化的学习体验。

先进性和独特性:我们的物理创客教育课程将结合最新的物理研究成果和前沿技术,使学生了解最新的物理发展和应用。同时,我们还将引入国际化的教学资源,为学生提供与国际接轨的学习体验,提高他们的全球竞争力。

竞争优势:我们的物理特色课程具有以下竞争优势:一是创新的教学模式和教学内容,能够激发学生的学习兴趣和积极性;二是先进的教学技术和设备,提供丰富多样的学习资源和实践机会;三是个性化的学习计划和辅导,能够满足学生的不同需求和能力水平;四是国际化的教学资源,提供与国际接轨的学习体验。这些优势将使我们的物理特色课程在市场上具有较强的竞争力。

创建物理创客实验室需要仔细规划生产和运营方案,确保高效、可持续的运作。以下是一个综合的方案,覆盖了生产、运营方式、材料、劳动力、设备需求、质量保证和生产成本等方面。

1. 生产方式和流程

a. 创客空间设计

确保实验室的布局满足安全和高效的工作需求。包括工作台、仪器设备摆放、通风系统等。

b. 制定标准操作程序

包括实验步骤、安全操作规程、材料管理等,以确保一致性和质量。

c. 更新并改进课程

本项目首次开创“一个故事+一个实验+一个总结报告”的教学模式,通过结合最新的物理研究,更新新的课程,完善教学体系,不断丰富教学内容。

2. 材料

a. 采购策略

建立稳定的供应链,与可靠的供应商合作,保障原材料的质量和及时供应。

b. 质量控制

实施严格的质量控制程序,包括定期的材料检测、工艺控制和成品检验,确保产品符合规格。

3. 劳动力需求

a. 培训计划

为员工制定培训计划,确保他们具备必要的技能和知识,了解课程情况和设备使用说明。

4. 设备需求

a. 选择适当设备

根据实验室的需求,选择适当的设备和工具,确保其性能符合生产要求。

b. 定期维护

建立设备维护计划,定期检查和维护设备. 

5. 质量保证

a.购买前对需要购买的设备进行考察,确保其质量;对于课程,提前开放给一部分学生,分析内测情况以提高课程质量

b.多方面反馈:建立反馈机制,持续监测和改进设备和课程质量。及时接收学生对于课程的反馈并做出改进

6. 生产成本

a. 成本分析

进行详细的生产成本分析,包括直接成本和间接成本,以确保产品定价合理。

b. 成本优化

寻找降低生产成本的途径,如提高生产效率、优化材料使用等。

1、政策性的基金

政府会为大学生提供的创业基金,其优势在于利用政府资金不用担心投资方的信用问题,而且,政府的投资一般都是免费的,进而降低或免除了筹资成本,但申请创业基金有严格的申报要求。

2、亲情方面的融资

个人筹集创业启动资金比较常见,而且简单有效的途径就是向亲友借钱,这种方式属于负债筹资的一种,其优势在于向亲友借钱一般不需要承担利息,也就是说向亲友借钱没有资金成本。

3、合伙人融资

寻找合伙人投资是指按照共同的创业原则,直接吸收单位或者个人投资合伙创业的一种融资途径和方法。优势是有利于对各种资源的利用和整合,增强企业信誉,能尽快形成生产能力,有利于降低创业风险。

4、金融机构的贷款

大学生创业可以选择向金融机构贷款,由于银行财力雄厚,而且大多具有政府背景,因此在创业者中很有群众基础。银行贷款的优点是利息支出可以在税前抵扣,融资成本低,运营良好的企业在债务到期时可以续贷。

5、高校创业基金

高校在大学生创业期间起到一种鼓励、促进的作用,大多数高校都有设立相关的创业基金以鼓励本校学生进行创业尝试。除了创业基金以外,也会提供很多的创业平台和渠道,给予大学生创业机会。

团队意在创立创客实验室和创客社区,创客实验室和创客社区的实际掌管权在创客团队和指导老师,包括运营、管理、资金筹备等,为此设立相应机构,并允许校方、合作学校的监督。

一个创客实验室的机构设置可以包括以下几个部门和职位:

1. 管理层:

- 实验室总监/创始人:负责整体运营和管理实验室,制定发展战略和目标。

- 行政人员:负责实验室的行政事务管理,包括人力资源、财务、采购等。

2. 研发部门:

- 研发经理:负责领导研发团队,管理项目进展和资源分配。

- 工程师/技术专家:负责进行技术研发和产品设计,例如机械工程师、电子工程师、软件工程师等。

- 创意设计师:负责产品外观设计和用户体验设计。

3. 制造部门:

- 制造经理:负责制定制造流程和管理生产线。

- 生产工人:负责实际制造和组装产品。

4. 市场营销部门:

- 市场营销经理:负责市场调研、品牌推广和销售管理。

- 市场专员:负责市场推广、市场活动和客户沟通等工作。

5. 教育培训部门:

- 教育培训经理:负责制定教育培训计划和课程设计。

- 教育培训师:负责培训学员,教授创客技能和知识。

6. 设施维护部门:

- 设施经理:负责保持实验室设备和软硬件设施的正常运行。

- 设施维护人员:负责设备维护、保修和场地管理。


建立创客实验室是为了搜集整合各类实验资料,优化观赏课和实验课,以分别达到对初中以下的学生群体普及物理知识和兴趣,激发高中以上学生群体对物理知识的探究欲主动探究和学习物理知识的目的;

在各类学校用已经设计好的课程进行试点教育,同时和这些学校合作建立共同的线上创客社区以及时了解学生对课程的反馈方便改进课程;同时,对社会宣传,以得到公益组织、教育机构等在经济等方面的支持和二次宣传,并用这些支持来细化优化针对各个层级的学生群体的课程完成闭环,最后将这些课程售出推广。

将售出课程得到的收益用于运营、管理创客实验室和社区以及作为进行新实验和开展新课程的经费,以此来达到持续的正反馈。

这是创客实验室主要售卖课程的销售策略:

1. 定义目标市场和受众:确定创客实验室的目标市场和目标客户群体——确认主要为学生群体

2. 制定多样化的课程:根据目标受众的需求,设计和开发多样化的创客课程,确保课程内容具有实用性和吸引力,能够满足学员的需求。

3. 设计吸引人的课程包和优惠:制定各类课程包和优惠,例如按课时计费、阶段性报名优惠、团体报名优惠等,吸引学员参与。

4. 建立合作关系:与学校、教育机构等合作,推广创客课程,共同开展活动,并通过他们的渠道宣传实验室的课程。

5. 品牌宣传和市场推广:通过各种渠道进行品牌宣传和市场推广,包括社交媒体、线下活动、口碑营销等。展示实验室的教学实力和学员的创作成果,提高知名度和口碑。

6. 提供试听和体验课程:开设试听和体验课程,让潜在学员能够亲自体验实验室的教学环境和课程内容,从而增加转化率。

7. 培养口碑和客户关系:通过提供优质的教学服务、个性化辅导和良好的客户关系管理,培养学员和家长的口碑,以获取重复购买和推荐的机会。

8. 持续创新和跟进:不断根据市场需求和学员反馈,改进和创新课程内容,确保创客实验室的教学内容和方法与时俱进,保持竞争优势。


设备损坏:由于进行创客实验室的过程中,需要用到相关的物理设备进行试验,可能会造成物理设备在使用或运输过程中的损坏,是一个较大的风险;
应对措施:定期进行设备检查和维护,确保设备处于良好状态;在运输过程中应该多加小心,避免碰撞损坏;
安全风险:实验可能存在各种安全隐患,如电路短路、化学物品泄漏等。
应对措施:进行定期的安全检查和培训,确保学生和工作人员了解并遵守安全规定;配备必要的安全设备,如灭火器、急救箱等。

资金不足:实验室的建设和维护需要大量的资金支持。
应对措施:积极寻找资金来源,如申请政府补助、企业赞助等;同时,合理规划预算,确保资金的高效利用。

课程设置和教学装备不合适:不恰当的课程设置或教学装备可能导致学生的学习效果不佳。
应对措施:根据学生的需求和兴趣,定期更新课程内容;选择与课程相匹配的教学装备,确保教学效果。

师资能力不足:没有足够的专业人才来指导学生,可能会影响学生的学习体验。
应对措施:加强对授课教师的培训;鼓励教师进行持续学习,提高其教育教学能力。

空间不足:随着学生数量的增加和实验项目的扩展,实验室的空间可能会变得不够用。
应对措施:合理规划实验室的空间布局,确保每个学生都有足够的实验空间;考虑扩展实验室或与其他单位合作共享空间。

设计面向不同阶段的学生的不同趣味性的物理实验课程,可以极大地提高学生的学习兴趣和动手能力,同时也设计面向不同阶段的学生的不同趣味性的物理实验课程,可以极大地提高学生的学习兴趣和动手能力,同时也有助于培养学生的创新思维和实践能力。以下是关于这一项目的效益预测:

1. 销售收入预测:

在未来三年至五年内,随着课程的推广和口碑的形成,预计每年的销售收入将呈现稳定增长的趋势。假设第一年以一周一次的频率向多个教育基地投放物理实验课程(按课时收费,一课时500元),预计销售收入为10万元,随着课程的精进与开展,预计未来三年至五年的销售收入为30万元到50万元。

2. 利润预测:

在扣除成本(包括课程开发、教材制作、实验器材购置,宣传成本等)后,预计每年的净利润将逐年增长。假设第一年的净利润为7万元,未来三年至五年的利润预计为40万元。 

3. 资产回报率预测:

资产回报率(ROA)是衡量企业盈利能力的重要指标,计算公式为:ROA = 净利润 / 总资产。假设第一年的总资产为10万元,第二年为20万元,第三年为30万元,第四年为40万元,第五年为50万元。根据上述净利润预测数据,计算得出未来五年的资产回报率分别为:7%、9%、9%、9.6%和9.6%。

综上所述,面向不同阶段的学生设计不同的趣味性的物理实验课程在未来三年至五年内具有较好的市场前景和盈利能力。通过不断优化课程内容、提高教学质量和扩大市场份额,有望实现更高的销售收入、利润和资产回报率。


经费预算

开支科目 预算经费(元) 主要用途 阶段下达经费计划(元)
前半阶段 后半阶段
预算经费总额 14000.00 用于创新实验室的研发与构建过程中所需要的一切资源 8500.00 5500.00
1. 业务费 11000.00 6000.00 5000.00
(1)能源动力费 0.00 0.00 0.00
(2)会议费 2000.00 用来打印文件、准备茶水 1000.00 1000.00
(3)差旅费 7000.00 用于购买来返车票 3500.00 3500.00
(4)文献检索费 0.00 可以利用校园网浏览知网、检索文献 0.00 0.00
(5)论文出版费 2000.00 用于在万方维普等网站上发表论文 1500.00 500.00
2. 仪器设备购置费 2000.00 用于购买创新实验所需要的小型仪器设备 2000.00 0.00
3. 材料费 1000.00 用于购买创新实验所需要的材料 500.00 500.00

项目附件

  • 大学生创新创业训练计划项目申报书-创业训练类-关于物理创客实验室的研发与构建.doc
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结束