提升工科生工程創新能力和團隊合作精神的師生課外互動人才培養途徑

倫淑嫻 李春杰

摘要：針對工科大學生普遍存在創新能力不足，綜合設計、研究開發能力差，缺乏團隊合作精神等顯著問題，提出一種師生課外互動教學模式。該模式積極激勵學生參加教師及教師團隊的科研項目，參加各種學科競賽，設計創新作品并展示、書寫發明專利等，采用基于問題的學習理論，借助各種途徑和媒介實施師生課外互動，有效培養了工科生的工程創新能力、實踐能力和團隊合作精神。

關鍵詞：師生課外互動；工程創新能力；實踐能力；團隊合作精神

中圖分類號：G640 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）38-0213-02

引言：

我國在“十二五”規劃中提出了“創新教育方式，突出培養學生科學精神、創造性思維和創新能力”。2015年5月4日，國務院辦公廳印發了《國務院辦公廳關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》（國辦發〔2015〕36號），全面部署深化高校創新創業教育改革工作。航空工程的先驅者馮·卡門有句名言“科學家研究已有的世界，工程師創造未有的世界”。然而，目前工程師的技術創新能力不足，在企業設備升級改造與生產優化中的影響力降低。這與當前的高校工科教育有關。一方面，工科教育的教學培養計劃變得系統化、學科化；另一方面，大多數工科教師逐漸遠離工程實踐變得學術化[1]。為了提升工程師的創新能力，高校必須深化工科教育創新改革。

一、工程創新能力內涵

在工程師素質模型中，國外比較有影響的有美國工程和技術鑒定委員會頒布的《工程準則2000》的素質模型、澳大利亞工程師協會的雙層素質模型[2]。《工程準則2000》確定了當前企業工程技術人員應當具備的11個素質要求，波音公司對工程師的素質提出十條要求。創新型的工程技術人員是在企業生產實踐中進行創新性研究和開發，對企業的生產過程優化和利潤的提升起到關鍵作用的創新性人才。現代的工程技術往往是多學科交叉與融合，需要多個具體技術領域的工程技術人員相互協作，溝通交流，主動學習，實現知識更新和拓展，完成科技攻關。對于一個具有工程創新能力的工程技術人員而言，喬兵提出須具有七個方面的能力[3]。汪晶晶在對S汽車企業598名工程技術人員進行問卷調查，分析了影響工程創新能力的個人素養、企業文化與環境[2]。筆者認為工程技術人員具備工程創新能力必須包括：（1）對從事工程技術領域的熱愛和興趣；（2）具有扎實的專業基礎知識；（3）具有項目經驗、熟悉項目整體流程；（4）主動學習能力；（5）團隊合作能力。只有具備這五種能力，才能對企業的復雜工程問題發現、分析和高效解決。

然而，工科大學生普遍存在專業知識的應用和創新能力不足，綜合設計、研究開發能力差，缺乏團隊合作精神等顯著問題。因此，這對高校的工科教育提出了新的要求，需要改進教學培養計劃，更新教學方法和教學資源等，以適應企業對工程創新人才的需求。周東一等人提出利用校企合作培養學生工程創新能力[4]，許宜申等人以蘇州大學光電測專業為例，提出大學生工程創新能力培養措施[5]。為了培養本科學生的工程創新能力，在教學過程中要善于引導學生思考問題、分析問題、發現問題、主動學習、解決問題。一是要實現以教為主向以學為主轉變，使學生成為學習的主人。二是以課堂教學為主向課內外結合轉變，使學生充分利用課外時間鍛煉自己。三是以結果評價為主向結果與過程并重轉變，使學生的綜合能力得到客觀評價。

在此背景下，自2010年以來，筆者在本科教學工作中摸索出一套行之有效的師生課外互動教學模式，并進行實踐應用。該模式積極激勵學生參加教師及教師團隊的科研項目，參加各種學科競賽，設計創新作品并展示、書寫發明專利等，利用PBL（基于問題的學習，Problem Based Learning）理論，借助各種途徑和媒介實施師生課外互動，有效培養了工科生的工程創新能力、實踐能力和團隊合作精神。

二、基于PBL理論的課外師生互動特點

PBL理論是20世紀60年代由加拿大麥克馬斯特大學首創的，成為國際醫學教育改革的熱點和趨勢。PBL是建立在建構主義學習理論之上的[3]，具有如下特色：以問題為基礎、以學生為中心、以小組為單位的自我導向式學習。強調學生在知識構建過程中的主體地位，重視自主學習、終身學習、潛能挖掘、創新精神、實踐應用等能力的培養。基于PBL理論的課外師生互動應具有如下特點：

1.是基于問題的課外互動教學。問題是積極思考的結果，也是深入探究的動因，更是調動學生學習動機和思維主動性的最好刺激物。問題要難易適中，可望可及。問題可以來自日常生活，也可以來自某個工程領域，可以來自教師正在從事的研究課題。問題可以由教師提出，也可以由學生提出。

2.是教師主導和學生主體的實現過程。教師的主導性表現在：教師是問題的設計者、學習形式的組織者、學習的指導者和學習效果評估者。學生的主體性表現在：主動地把教師的教學意圖變成自己的學習意圖和行動要求，不斷深度內化知識。PBL評估結果來自教師對學生、學生對學生、學生自評。評價形式采用作品展示考核、報告考核、答辯考核等。

3.是團隊協作學習。PBL采用小組的形式將問題進行分解和分配，每個學生都成了特定子問題的“專家”。小組分配要根據學生的性別、成就、智力、性格、理論理解能力和實踐動手能力等進行靈活搭配。組內成員的分工要清楚。PBL小組培養了教師與學生、小組內部成員的小組間的合作精神。

4.是不拘一格形式的教學。針對不同的問題內容、不同的學生或小組，采用不同的課外互動教學方法，如討論式、學導式、案例式、啟發式、項目驅動式、探究式及其多種方法融合等。

三、師生課外互動的教學實施途徑

課外互動取消了時間及空間的約束，可以在教室里，可以在網上，可以是全部學生，可以是少數學生。

1.積極鼓勵學生參與教師的科研項目。自從2010年以來，借助團隊和省級工程中心“遼寧省光伏發電控制與集成工程技術研究中心”，積極鼓勵學生（包括申請者的授課對象、導師制的學生）參與團隊的科研項目。筆者負責的科研團隊積極設計問題。如：如何實現光伏電池板的自動清潔及除雪功能？如何實現光伏電池板像向日葵一樣總是跟著太陽走？如何解決大型光伏電站的電池板故障檢測？為了激勵學生完成問題的分析與解決，對每一個問題，至少安排三組同學來分別完成，達到競爭和知識面的有效拓展效果。在團隊成員和研究生的引導和指導下，制作完成的光伏電池板的智能清潔裝置、光伏發電系統的智能跟蹤裝置等分別入選國家大學生創新創業項目。

2.引導學生完成課程創新實踐作品的設計與展示。以課程《風力發電技術》為例，PBL課外互動教學模式簡介如下：

教學目標：培養學生風能資源利用與評估能力、風電場選址建設能力、風力發電機組選型與設計能力、風電場安全運行與維護能力等，具有創新設計高效風力發電設備能力，具有標準化意識、工程意識、團隊合作精神等。

定位：風力發電技術課程涉及多學科知識，采用學科內PBL教學模式和跨學科并行的PBL模式實現課外師生互動。筆者負責的科研團隊是由不同學科專業背景的教師組成，角色轉變為教學團隊，分擔課程的不同模塊，主導師生課外互動。

教學方法：借鑒了小組討論、案例教學、項目驅動式等教學方法的理念，有效推行PBL模式的師生課外互動教學。設計的問題綜合性強、真實感強、易于激發學習興趣和動力。

學生學習成果及評價：學生以小組方式提供創新實踐作品，并進行答辯。教師引導學生設計創新實踐作品教學過程如下：

如以問題“如何提高風力發電場的發電效率？”為任務，啟發了同學們思路，如從提高風能捕獲角度，設計多層風力葉片、利用樹葉原理設計風力發電樹等；從風光互補發電、減小棄風現象、設計小型風力發電機組和移動電源等角度給予同學啟發。并同時教授學生如何查找資料，如在渤海大學主頁圖書館中查找論文、專利等，如何書寫專利等。經過四周時間準備，進行創新設計作品答辯階段。答辯內容按照背景、基本思路、關鍵技術、推廣價值等準備。特別強調的是，在這個教學流程中強調做人，強調創新作品不要抄襲，要遵守學術道德，舉例說明知名人士因為抄襲而身敗名裂的事件。在創新作品答辯過程中，由教師和每組選派的代表組成評委團，其他學生旁聽但可以在答辯過程中對作品提問或質疑。提問質量高的可以獎勵加分，提問者可以與答辯者同臺進行辯論。同學們表現非常積極，準備相當充分。每名學生答辯時，其他學生積極提問，有的竟然問出10多個問題，有的竟要站在講臺上與答辯者共同探討。另外，對優秀的創新實踐作品，指導改進，并申請發明專利或以論文形式發表。

3.鼓勵學生參加各種學科競賽。積極組織學生參與學科競賽，如全國大學生電子設計大賽、飛思卡爾杯智能車比賽、挑戰杯、全國大學生創新創業訓練項目等。

參考文獻：

[1]陸小華.工程創新能力的認識和培養方法[J].高等工程教育研究，2008，（Z1）：14-18.

[2]汪晶晶.工程技術人員創新能力開發研究——以S汽車集團為例[D].華東師范大學碩士學位論文，2009.

[3]喬兵，王志瑾.基于問題的學習與工科大學生工程創新能力培養[J].南京航空航天大學學報：社會科學版，2012，14（2）：88-93.

[4]周東一，石楚平，袁文華.校企合作培養能源與動力工程專業人才工程創新能力的研究與實踐[J].高教學刊，2016，（2）：175-177.

[5]許宜申，吳迪，陳大慶，顧濟華，陶智，高雷.大學生工程創新能力培養探索與實踐——以蘇州大學光電測專業為例[J].當代教育理論與實踐，2015，7（11）：44-46.