“三階一體”學生創新能力系統培養與實踐

王續喬，　趙昌麗，　牛國臣，　董慧芬

(1. 中國民航大學 電子信息與自動化學院，天津 300300； 2. 天津中德應用技術大學 航空航天學院，天津 300350)

0　引　言

在國家創新驅動發展戰略背景下，《國民經濟和社會的發展第十三個五年規劃》對我國邁進創新型國家和人才強國行列提出了目標要求，從堅持創新發展看，創新驅動實質上是人才驅動，教育創新是為創新提供知識、技術和人才支撐，花大力氣抓好教育是創新發展的根本大計，尤其應著力培養學生的創新精神[1]。

大學生科技創新能力的培養通常貫穿于高等教育全過程[2]，當前針對大學生科技創新能力的培養主要有以下4種基本途徑，以學科課堂教學為中心的創新能力培養方式，以課外科技活動為中心的創新能力培養方式，以校外實踐為中心的創新能力培養方式[3]，以及以網絡課堂為中心的創新能力培養方式。① 課內培養途徑，多以面向受教群體的普適性能力培養；② 課外培養途徑，多見圍繞課題的師生自由選擇與互動；③ 校外培養途徑，多為學優群體的體驗式實踐活動；④ 網絡培養途徑，多是個體單項關鍵技能的實訓練習。課內培養和校外培養作為專業人才培養方案的組成環節，系統性實施與一致化管理相對較好，而課外培養環節的過程控制則通常相對松散[4]。

近年來大學生科技創新活動發展蓬勃，以各類各級別學科競賽和科技項目為目標驅動實施的實踐活動是課外培養方式的重要構成[5]，盡管我校大學生在該環節成績斐然，科技創新能力已然有一定提升，但在培養過程中也確存在一些問題，對師生造成了困擾。主要體現為：

(1) 師生互選在信息不對稱的情況下發生帶來了選題的盲目性，教師對于學生的技能掌握情況、學習的可塑程度了解不足，學生對于課題研究程度和教師指導風格理解不夠，使得課題研究啟動或推進緩慢；

(2) 課題的良性演進需要人員的持續性投入，而大學本科階段的通行培養模式決定了本科生能夠真正進行較好設計開發的時間有限，非持續性研究往往造成有較好立意價值的課題半途荒廢；

(3) 已初步取得一定研究成果的課題，學生或具備創業熱情但無創業思維，或具備創業條件卻摸不清創業路徑，或具備創業資源而不知如何整合，對創新應用和創業實踐的理解尚有待加強。

綜上所述，課外培養環節中盲目性選題、課題的非持續性研究、創新應用與創業實踐承接不暢已成為影響大學生科技創新能力提升的關鍵問題，亟待解決。

1　基本思路

針對大學本科階段制定的科技創新能力培養方式很多，國內很多高校都開展了這方面的研究工作。文獻[6]中提出了將課外科技活動和校外實踐納入教學管理體系，形成覆蓋教育全程的完整的大學生創新能力培養模式。文獻[7]中強調了第二課堂對學生創新能力培養的重要性，提出了以專業社團、課外科技活動、學科競賽、校企合作等方式規范建設第二課堂，用以作為學生實踐創新能力培養的活動平臺。同濟大學從實驗教學入手，結合創新性實驗計劃于實驗教學建設，建立了從理論知識儲備、到實踐探索、到創新訓練的創新能力培養體系，取得了較好效果[8]。文獻[9]中針對大學生知識結構、專業技能、綜合素質與社會需求存在的差距，特別是創新能力和實踐能力的培養及應用方面存在的較大缺陷，以科技競賽為載體，實施了淡化專業限制、改變考評機制、開設創新實驗班等系列措施，一定程度地改變了學生被動吸收知識、重理論輕實踐、團隊協作能力差的面貌。國防科技大學以全程能力培養為核心，構建了課內實踐能力、全程基本實踐能力、課外創新能力的多層次、全方位的創新實踐能力培養體系，經過4年多的教學實踐，效果顯著[10]。此外，中國地質大學、武漢科技大學、中國石油大學、華中科技大學、北京理工大學等在學生科技創新能力培養中進行了積極地改革嘗試，取得了一定效果[11-16]。

綜合我院實際情況，圍繞大學生創新實踐能力的培養，課外科技活動、校外實踐活動以及兩者的有效承接，從“產”入手，開展“學”“研”“用”三階于一體的學生創新實踐能力系統培養方案。建立“三階一體”進階模式，明確各階次目標、進階條件、工作內容；以學科競賽、科技項目為依托，吸納學生科技活動積極分子，開展課題研發工作，全程實施課外專題研討活動，選拔學生科技骨干；成立學生科技創新工作室，以學生科技骨干為主、指導教師為輔的方式對吸納進來的新一輪學生科技活動積極分子開展集中培訓工作，并選拔優秀學生進入各課題序列，跟隨進行課題研發工作。如圖1所示，高階次學生科技骨干進入“實踐應用、創業運作”階段，中階次科技骨干承接上一年度課題，進入“專項研究、多元創新”階段，并對低階次科技活動積極分子開展集中培訓工作，并依此常態化輪轉運行。

圖1“三階一體”學生創新能力培養體系結構圖

2　培養體系設計

2.1　建立“三階”方案，形成遞進階次

低階次培養環節，旨在培養廣泛的科技創新積極分子群體，主要面向大學本科一二年級學有余力且對課外科技活動有濃厚興趣的學生，開展“集中培訓”活動，系統化的方式使學生掌握科技課題研究的基本要素，形成一定的基本實踐技能；開展“分類體驗”活動，短時進駐各類型課題組，完成指導團隊指定的任務，達標者可自行確定科技活動興趣方向。

中階次培養環節，旨在培養術有專攻的學生科技創新骨干，主要面向低階次培養環節中的優質學員，以創新訓練計劃項目、企業基金等各類型科技課題和電子設計競賽、挑戰杯、交通杯等各層次學科競賽為依托，開展“分類研究、多元創新”活動，培養其具備基本的科學研究素養，形成一定的科技研發成果。

高階次培養環節，旨在培養以需求為導向進行設計開發的學生科技創業骨干，主要面向中階次培養環節中已具備一定科技創新研究成果的學員，以創業訓練計劃項目、創新創業大賽、企業外協項目、創業實踐活動等為依托，開展“實踐應用、創業運作”內容，重點著眼成果應用工作，對于實施較好的，指導團隊協助其對接企業孵化器，持續扶植其開展創業運作工作。

2.2　創立創新實體，實施系統培養

成立學生科技創新工作室，系統開展科技實踐基本技能培訓、專題研討活動，建立良好的傳幫帶承接體系，為后續開展的各專項課題持續提供優秀學生科技骨干。由教師、具有項目經驗的研究生和高階次本科生科技骨干組成的指導團隊進行嵌入式系統開發、感知技術與應用示例、系統建模與仿真等多項理實一體化系列課程，期間穿插非例常性的新觀點與新技術專題報告，系統化的方式使學生掌握科技課題研究的基本要素，形成一定的基本實踐技能；經過集中培訓后，學員可最多選擇兩項意向課題進行“分類體驗”活動，短時進駐各類課題組，完成指導團隊指定的任務，任務達標者可自行選擇科技活動興趣方向。

2.3　凝練科技成果，開展應用研究

對于已開展到一定階段、形成一定技術積累且有一定應用推廣前景的科技課題，工作室做人員、場地、經費的定向投入，開展面向實際應用的專項研究，并形成一定的應用成果。現行課題依據研究平臺分類及教師研究方向確定，主要為地面機器人平臺應用類、空中機器人平臺應用類、無線傳感器網絡類、虛擬現實類等，每項大類下分若干具體課題及子項課題。

2.4　對接市場需求，運作創業實踐

對于已形成一定應用成果的課題，工作室將根據成果階段、推廣運作難易度等因素進行分類，積極指導其參與申報各類型創新訓練項目、各層次創業大賽、入駐企業孵化器及對接校外企業，進行產品化轉化工作。

3　實施成效與分析

(1) 整體學研分布情況。 當前在該體系下參研科技項目和學科競賽的學生35人，按階次劃分，三階層次7人，二階層次11人，一階層次17人；按課題方向劃分，主要集中在圖2所示4個方向，地面機器人類主要以地面輪式機器人為載體平臺開展的各類安全監控、缺陷檢測及服務保障課題；空中機器人主要以旋翼類飛行器為平臺的本體控制及民航應用課題；無線傳感器網絡主要以基于位置的服務為背景的室內定位相關課題；虛擬現實類課題由早期的單一3D呈現正逐步向以結合穿戴設備的浸入感較強的虛擬現實演進。以地面機器人類某一課題為例，2015屆課題學生負責人梁某畢業，其下一屆學生何某，同時也是課題原課程組的主力成員承接負責人職責，對課題所涉及系統進行了多處優化，帶領新老成員將課題做得有聲有色，驗收優秀，隨后積極參與了全國的創新創業大賽地區階段的比賽，獲得了不俗的成績；隨后積極聯系校外企業進行專利技術轉讓與成果推廣；在外地畢業工作后，仍時時關注課題進展，為課題組出謀劃策。從課題視角看，人員接續得以保障，梯隊層次已經成形，課題推進持續有度。

圖2當前工作室整體學研分布情況

(2) 個體創新能力成長。“三階一體”學生創新能力系統培養歷經5年改革試行，已初見成效。學生從一階層次開始即有目標性地進行意向興趣課題相關技術內容的學習，轉入二階層次已能夠進行針對性地技術研究與開發，升入三階層次則已然可帶領小組成員完成成果轉化或推廣的部分工作。以當前畢業設計同一課題方向的余某、張某、趙某3人為例，大一、大二期間3人學習績點大體相當，余某從大一下學期即進入工作室參與某一方向課題(非其畢業設計課題方向)的學習，現為工作室三階層次成員，大二、大三期間學科競賽獲省部級以上獎項3項，參研科技項目4項，發表學術論文1篇；而張某趙某按既定專業培養計劃學習；1人考研已被錄取、1人已確定出國留學深造，但現在同一方向課題研究的表現上，余某課題技術路線的梳理更加清晰、關鍵技術的把握相對準確、創新方法的運用更為合理、工作更能做到有的放矢。與此同時，余某在參與校企聯合推廣項目中表現突出。從個體視角看，學生創新意識漸序增強、創新思路愈發清晰、創新能力得以逐步提升。

(3) 課題研究與競賽情況。工作室依托校機器人研究所師資、場地、硬軟件等條件資源，自2012年開始至今，已累計面向本科階段學生群體開展“三階一體”學生創新能力系統性培養160余人次，獲得學科競賽獎項和參研各類科技項目人員127人次，其中獲得全國創新創業大賽天津賽區二等獎1項；全國電子設計競賽天津市各級獎項3項；華北5省機器人競賽華北賽區各級獎項12項，天津賽區各級獎項15項；獲“盛群杯”單片機應用競賽各級獎項4項；獲“北斗杯”全國青少年科技競賽各級別獎項2項；獲批各級別創新創業項目18項；參研企業合作基金項目5項；部分成員參與了中航工業杯國際無人飛行器創新大獎賽、國際空中機器人大賽部分技術工作；此外部分骨干成員受邀為合作校航空俱樂部做自主飛行控制相關技術講座，并與該校課題組協作獲相關省部級以上競賽獎項2項。

4　結　語

面向大學本科階段學生，開展了“三階一體”學生創新能力系統培養的改革活動，改變了以往大學生科技活動中學生盲目性選題、課題的非持續性研究、創新應用與創業實踐承接不暢的面貌，形成了凝聚力較強的科技活動工作室，參與課題的學生人數不斷擴大，課題種類不斷豐富，課題研究逐步深入。經過5年有余的試行實踐，取得了良好的實施效果。與改革前相比，學生對科技項目的研究思路、技術路線及工作保障的理解更為清晰透徹，對如何開展技術創新工作越發熟練，已初步形成創新慣性。“三階一體”學生創新能力系統培養長效機制的試行實踐為電子信息與自動化創新創業基地的團隊建設積累了寶貴經驗，進一步為通信導航監視天津市實驗教學示范中心及虛擬仿真實驗中心中學生課外科技活動建設內容提供參考。

參考文獻(References)：

[1]袁貴仁.提高教育質量[J].中國教育報，2015，11(1): 1-4.

[2]牛慶瑋，劉永紅，黃保.以科教融合育人觀為指導培養大學生科技創新能力[J].實驗技術與管理,2015, 32(1): 34-38.

[3]苑迅，郭輝，秦昌明.地方高校應用型人才培養與實踐教學體系構建的探索與實踐[J].實驗技術與管理，2011,28(8):1-4.

[4]楊曉慧. 我國高校創業教育與創新型人才培養研[J]. 中國高教研究，2015,31(1):39-43.

[5]劉夢琴，鄺代治，馮泳蘭，等. 以創新能力培養為核心構建多元化實踐教學體系[J].實驗室研究與探索，2014,33(3):189-193.

[6]段成芳.培養大學生創新能力的教學管理改革[D].長沙：湖南農業大學，2005,6.

[7]許志山.第二課堂建設與工科大學生創新能力培養研究[D].福州：福建師范大學，2012.

[8]匡翠萍，劉曙光，鐘桂輝等. 實驗教學改革與學生創新能力培養[J]. 實驗室研究與探索，2012, 31(9): 86-88.

[9]丁珠玉，樊利，周勝靈.以科技競賽為載體培養工科學生創新能力[J].西南師范大學學報(自然科學版)， 2012,37(4):205-208.

[10]徐小軍，尚建忠，潘存云，等.以全程實踐能力培養為核心的機電類大學生創新能力培養體系研究[J].高等教育研究學報，2010,33(3):111-113.

[11]任佳，王杰，梁勇. 多途徑加強大學生創新能力培養初探[J]. 實驗室研究與探索，2014,33(2):183-185.

[12]程磊，戚靜云，蘭婷，等. 基于“學科競賽群”的自動化卓越工程師創新教育體系[J]. 實驗室研究與探索，2016,35(6):152-156.

[13]張冬至，劉潤華，王平，等. 電類課程研究型教學模式與學生創新能力培養研究[J]. 實驗技術與管理，2014,31(3):17-19.

[14]周錦蘭，王宏，聶進. 多層次大學生創新實驗平臺的構建與實踐[J]. 實驗技術與管理，2011,28(4):17- 21.

[15]孫智杰，李勤，鄧玉林. 加強實驗教學示范中心建設為創新人才培養搭建平臺[J]. 實驗技術與管理，2014, 31(3):128-131.

[16]鄭秋梅,李華昱,崔學榮，等. IT類創新人才“學生自由發展”培養模式探究[J]. 實驗室研究與探索, 2017(2):222-225.