基于多學科融合進行創新工程實踐教學改革初探

伍馮潔 黃文愷

摘要：針對目前實踐教學的現狀，提出了一種基于多個學科融合的跨學科創新工程實踐教學新方法，以跨學科工程項目為主線貫穿實踐教學的整個過程，同時引入3D打印與電子積木技術，從而打通了實踐教學的各環節，實現了多個學科知識結構的有機融合及系統化，培養了學生的創新意識和創新能力。

關鍵詞：跨學科；創新工程；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）40-0106-02

本文將打破常規教學的方式方法，提出實行靈活的培養機制對學生進行跨學科的創新教育，包括對教學模式、實現方式、實訓體系、運行機制、可持續發展機制的研究，同時引入3D打印與電子積木技術，快速物化學生的設計思想，同時激發了他們的想象力和創造力，從而有助于打通跨學科實踐教學的各個環節，促進跨學科創新工程實踐教學的改革和進一步深化。

一、主要方法

本文擬從教學模式、實現方式、實訓體系、運行機制及可持續發展機制等方面對跨學科創新工程實踐教學展開研究。如下圖：

（一）跨學科創新工程實踐教學模式研究

據了解，目前的創新工程實踐方式一般存在嚴格按學科劃分、創新課題缺乏、普及面低等不足，為解決存在的問題，本文擬以創意、創新或現實工程產品設計為導向，包括主題式項目、教師命題、學生自選課題、創意與創新課題改進等，運用項目式教學法，將來自不同學院、不同專業的學生組合成項目組，充分發揮其專業優勢，采用模塊化設計方式，以產品開發的標準來設計出各種形式的創新創意性作品，加強創新工程項目開展過程中的設計與實現環節，掌握主流開發方式，加強行業對接，讓學生在項目實踐中培養解決各種工程問題的綜合能力。

（二）基于3D打印技術開展創新工程實踐教學的實現方式研究

從創新教育的現狀看，存在有好創意，但驗證及實踐起來困難的問題。為了解決這一問題，本文提出了在跨學科創新工程實踐教學中引進電子積木與3D打印技術，通過兩者的有機結合，降低了項目的實現難度，達到了“做中學習，做中創新”的教學效果。

3D打印作為一種新型的快速成型技術，能自動、快速地將設計思想物化為具有一定結構和功能的原型或直接制造零部件，可縮短產品開發周期與降低生產成本，同時激發了人們的想象力，實現所見即所得。電子積木技術憑借其成本低、簡單易用、開放性和擴展性強等優勢，在機器人等先進領域取得了廣泛地應用，并且我單位已成功研制出基于AVR單片機的多功能電子積木模塊。在深入了解現有技術及3D打印技術特性的基礎上，我們將在創新工程項目控制器設計階段主要采用電子積木技術，而在項目的機械架構設計、任務導向設計、外觀設計、道具設計等階段則采用3D打印技術。

（三）跨學科創新工程實訓體系的建立

考慮到跨學科創新工程實踐教學改革是以創意型工程產品設計作為實踐教學的載體，那么，隨著項目的推進與日趨完善，項目的類型、數量，以及參與各個項目的學生人數將急速上升，對所有的跨學科創新實踐項目進行統一管理，建立一個完備的項目體系具有重要的意義。

本文擬從課程建設、配套教材編寫、跟蹤機制建立這三個方面來建立一套跨學科的創新工程實訓體系：（1）整理與歸類跨學科創新實訓所有作品相關的資料，并編寫作品說明書、宣傳冊、實驗教材、指導書、教案等，以構建完備的課程體系；（2）編寫專門的配套教材，該類教材資源非常豐富，并且同時適用于科普與工程實踐活動；（3）建立所有跨學科創新實訓項目的跟蹤機制，及時了解各個項目的實踐情況，并記錄存在的問題與建議，從而為本項目的發展與整改提供重要的參考意見。

（四）以服務學生為目標的運行機制研究

跨學科創新工程實踐教學將面向多個學院不同專業的學生，如何有效開展及管理一系列的創新實踐活動，既能激發不同專業學生的學習興趣，又能發揮各自專業優勢呢？本文擬建立一套以服務學生為目標的運行機制，一方面為對創新工程實踐教學感興趣的校內學生提供為期兩周的創新實習訓練，并跟蹤記錄他們的實習表現；另一方面擬從該創新實習中選拔出優秀的學生進行集中培養，為各學科競賽，從事本科生科研項目活動或協助教師完成科研項目做儲備。

（五）跨學科創新工程實踐教學的可持續發展機制研究

隨著創新工程項目往深度、廣度方面的發展，如何保持創新工程實踐教學的延續性、發展性，值得我們深入研究。

本文擬從以下幾方面來促進創新工程實踐教學的可持續發展：（1）每個項目組采取新老學員搭配的方式，通過高年級帶低年級開展項目，一直延續下去，杜絕了項目組成員間的斷層現象；（2）建立一套跨學科的創新工程實訓體系，包括完備的課程體系、配套教材、跟蹤機制等，使跨學科創新工程實踐教學更規范化、正規化；（3）參照企業工程技術人員培養規范，加強培養學生開展創新工程項目的能力，特別注重工程項目設計報告的撰寫等，以實現項目的可持續性。

二、方法特色及創新之處

1.培養模式創新。以跨學科創新工程實踐項目為培養主線，以工程項目促進教學效果，逐漸將工程教育的實踐環節由“科學主導工程”的人才培養方式轉變為“工程教育回歸工程”的培養方式，以提高人才培養質量，進一步適應社會經濟發展的需要。

2.教學內容創新。以創意、創新或現實工程產品設計作為教學實訓對象，學生可長足發揮自身的創造能力，以產品開發的標準來設計出各種形式的創新創意性作品，加強創新工程項目開展過程中的設計與實現環節，掌握主流開發方式，加強行業對接，讓學生得到鍛煉的機會。

3.開展形式創新。通過建立以服務學生為目標的實訓體系及運行機制，運用項目式教學法，將多個專業的學生整合成項目組，每個項目組由一名指導教師跟蹤培養，并設立一個項目負責人，以負責整個項目的實施與進度。各項目組成員充分發揮專業優勢，從而有效完成作品創意、開發、包裝與推廣等一系列工作。

4.技術手段創新。在跨學科創新工程實踐教學中引入先進的3D打印技術，能快速物化學生的設計思想，利用3D打印技術可以設計及制作多種零部件、連接件、外觀及道具等，同時激發了他們的想象力和創造力，在技術方面取得了創新。

三、方法取得的效益分析

基于3D打印技術的跨學科創新工程實踐教學改革，課賽結合，涵蓋電子信息、通信工程、機械、電氣、計算機、數學、土木、交通、美術、工業設計等多個專業，將不同專業的學生進行有機整合，以工程項目開發為主線，充分發揮專業優勢，可有效推進工程系統和應用創新能力的培養。

本文的預期成果在電類、非電類的跨專業創新工程實踐教育教學中均有積極的應用價值，一方面，通過跨學科創新工程實踐環節，再配以“工程教育回歸工程”為指導思想的實驗指導書，加深了大學生對工程的認識；另一方面，通過以工程任務為導向的實驗內容，訓練了大學生解決實際的工程問題，不斷提高個人的綜合能力，特別是科技創新能力。

本文以創意型工程產品設計作為實踐教學的載體，涵蓋了電子電路設計、嵌入式系統、自動化機電設計、機器人、智能車、物聯網、云計算等學科，具有多學科交叉和融合的特點，是一種行之有效的培養跨學科復合型工程人才的途徑，能為新一輪的產業升級提供合格的技術人才。

完成跨學科創新工程實踐的學生，他們大部分能夠具備扎實的工程實踐能力和科技創新能力，同時具有良好的團隊合作與自主學習能力，在就業筆試、面試環節能夠表現出更高的專業素養和工程能力。

利用本單位優質科技教育資源為本校不同學院及其他兄弟院校服務，建設布局合理、定位準確、功能齊全、開放高效、體系和機制健全的資源共享平臺，實現大學生開展科技活動的軟硬件資源的最大跨度共享，以提高優質科技教育資源的使用效益。

四、結語

本文分析了創新工程實踐教學的現狀，提出了跨學科創新工程實踐教學的新理念，并從教學模式、實現方式、實訓體系、運行機制及可持續發展機制等方面進行了探索，達到了“做中學習，做中創新”的教學效果，從而加強了學生的自主學習能力、工程系統能力和組織協調能力，使學生在工程項目實踐中循序漸進、系統地掌握各項技能，實現綜合培養的目標。

參考文獻：

[1]黃炳超.斯騰伯格創造力理論對大學生創新能力培養的啟示[J].繼續教育研究，2015，（1）：94-96.

[2]王孫禺，趙自強，雷環.國家創新之路與高等工程教育改革新進程[J].高等工程教育研究，2013，（1）：14-22.

[3]黃文愷.跨學科CDIO教學改革實踐與探索[J].科教文匯，2013，（10）：53-54.

[4]文藝，康紅娜.3D打印技術對高校工業設計教育的啟示[J].大眾文藝：學術版，2015，（4）：56.