“工科大學生創(chuàng)新基礎”課程案例同步教學模式

楊風開 李紅斌 尹仕

摘 要 分析了工程科研創(chuàng)新的一般步驟，提出了“工科大學生創(chuàng)新基礎”課程的案例同步教學模式，教師在教學過程中完成案例課題研究的各步驟，引導學生同步完成所選課題的相應步驟。課程充分利用各種電子產品和網(wǎng)絡平臺開展教學活動，課程成績考核注重導向性和過程性。初步的教學實踐表明，所提出的教學模式具有良好的教學效果。

關鍵詞 創(chuàng)新基礎 科研創(chuàng)新 案例同步教學 成績考核

中圖分類號：G424 ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2019.04.054

Abstract This paper analyses the general steps of engineering scientific research innovation， puts forward the case synchronization teaching mode of the course "Innovation Basis for Engineering College Students". Teachers complete the steps of case study in the teaching process， and guide students to complete the corresponding steps of the selected topic synchronously. The course makes full use of various electronic products and network platforms to carry out teaching activities， and the course performance evaluation focuses on orientation and process. The preliminary teaching practice shows that the proposed teaching model has good teaching effect.

Keywords innovation basis; scientific research innovation; case synchronization teaching; achievement examination

隨著教學改革的深入，工科專業(yè)課程出現(xiàn)兩個方面的趨勢，一是理論課教學環(huán)節(jié)出現(xiàn)越來越多的探究性教學內容，二是實踐教學環(huán)節(jié)出現(xiàn)越來越多的任務驅動式教學內容。此外，本科生課外參與教師的科研項目的人數(shù)日益增多，參與“大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目”已基本實現(xiàn)全員化。但是無論是課內教學還是課外開展科研活動或創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目大部分學生出現(xiàn)基礎知識欠缺、動手實踐能力較弱等現(xiàn)象，影響學生培養(yǎng)效果。

“工科大學生創(chuàng)新基礎”（以下簡稱“創(chuàng)新基礎”）課程基于工科大學生創(chuàng)新的特點，構建以傳授學生知識、培養(yǎng)創(chuàng)新能力、提高創(chuàng)新素質三位一體的課程模式，相當于一門訓練學生如何進行科研創(chuàng)新的課程。

國務院《關于推動創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)高質量發(fā)展 打造“雙創(chuàng)”升級版的意見》（國發(fā)[2018]32號）中要求：“在全國高校推廣創(chuàng)業(yè)導師制，把創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育和實踐課程納入高校必修課體系”，因此，針對工科學生的特點，開設“創(chuàng)新基礎”課程，借鑒先進的教育科學研究成果提升課程的教學效果，具有迫切的必要性和重要的現(xiàn)實意義。

本文在分析工程科研一般步驟的基礎上，提出了案例同步教學模式，即以一個小的模擬科研課題作為教學案例，同時設計若干與案例類似的模擬課題任務供學生選做，教師通過案例教學完成案例課題的各步驟，引導學生同步完成所選的課題任務到相應的步驟。介紹了案例同步教學模式所采用的課程成績考核方法，并在教學實踐中試行了案例同步教學模式。

1 “創(chuàng)新基礎”課程的案例同步教學模式

面向工科學生的“創(chuàng)新基礎”課程教學模式的設計，需要針對工程科研的特點，[1]適應工程技術發(fā)展的新趨勢，結合工程科研過程，將現(xiàn)代教育科學研究成果和現(xiàn)代計算機技術融入到教學模式中，盡可能地提高課程教學的效果，實現(xiàn)傳授創(chuàng)新方法和培養(yǎng)創(chuàng)新能力的基本教學目標。

1.1 工程科研的一般步驟和能力需求

一般來說，“科研”被定義為“研究與開發(fā)”（research and develop，R&D），是指創(chuàng)造知識、發(fā)展知識、開拓知識用途的探索性工作。科研類型按研究內容可分為基礎研究、應用研究和開發(fā)研究，按研究性質可分為探索性研究和發(fā)展性研究，工程科研大多數(shù)為應用、開發(fā)類的發(fā)展性研究。概而言之，工程科研工作主要是分析問題以及創(chuàng)造、運用方法解決問題的工作，工程科研能力主要是指分析問題能力和解決問題能力，工程科研的一般步驟及能力需求為：

（1）任務分析。承擔一項工程科研課題或任務后，首先要做的工作是分析任務，要通過對課題或任務的詳細了解，分析研究對象及其特性，找到需要解決的問題，并抓住其中主要的關鍵性問題，這就需要具有較強的發(fā)現(xiàn)和分析問題的能力。當然，對于問題的分析，僅靠已有的知識和經(jīng)驗，多數(shù)時候是不夠的，還需要查閱文獻或其他調研活動，以進一步確認對問題的把握。

（2）文獻查閱。發(fā)現(xiàn)主要問題后，要通過文獻查閱，了解對類似問題現(xiàn)有研究已經(jīng)提出的解決方法，分析已有研究成果的適用性或不足，在此基礎上提出自己新的解決問題方法或改進前人的方法。文獻查閱過程，實際上貫穿科研過程的始終，這里之所以特地列出來，是因為在分析任務后，提出解決方法時文獻查閱的工作量最大，并且在這個教學環(huán)節(jié)中，需引導學生學會常見的文獻資料檢索和分析方法。

（3）方法的原理分析。初步提出解決問題的方法后，需要從原理上分析、解釋擬采用方法的可行性，所涉及到的有些知識可能研究者是不具備的，需要進一步學習。在這個過程中，要求具有較強的知識運用、知識學習的能力。

（4）方法的仿真測試。通過理論分析后，還要采用計算機仿真的方式，測試擬采用方法的可行性，并盡可能利用仿真結果完善和改進解決問題的方法。這個過程中需要熟悉本專業(yè)常用仿真軟件的特點和使用方法，具有建立仿真模型的能力，并具有較強的仿真結果分析能力。

（5）實驗驗證。由于仿真結果是在計算機虛擬環(huán)境下得到的，有些條件是理想化的，真實環(huán)境下問題可能更復雜，多數(shù)情況下，仿真測試通過的方法還要利用實體實驗進一步驗證。這個過程需要較強的硬件和軟件設計能力，以及實驗設計和操作能力。

上述5個步驟，只是大概的劃分，實際科研過程中不一定有明確的步驟劃分，也不一定完全包含這5個步驟，但是科研過程始終包含著創(chuàng)新能力的要求，每一個步驟都需要利用創(chuàng)新思維的方法進行思考和分析。[2]因此，對于“創(chuàng)新基礎”課程來說，就是要引導學生完成工程科研的過程，實現(xiàn)創(chuàng)新思維的學習和訓練。

1.2 案例同步教學模式

“創(chuàng)新基礎”課程分為兩個階段，第一階段為預備階段，引導學生了解創(chuàng)新的基本概念，掌握創(chuàng)造性思維的一般方式和常見的訓練方法，為第二階段做準備;第二階段為案例同步教學實施階段，教師以一個小的模擬科研課題作為教學案例，同時設計若干與案例類似的模擬課題任務供學生選做，教師通過案例教學引導學生創(chuàng)新性地完成科研任務的各個步驟。

（1）預備階段。創(chuàng)造性思維是科研過程所必需的基本素質，在“創(chuàng)新基礎”課程開始前，先培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維意識，對于“創(chuàng)新基礎”課程本身和學生的后續(xù)學習過程都至關重要。

通過預備階段的學習，讓學生在探究的過程中掌握創(chuàng)造性思維的基本知識和訓練方法，為第二階段各教學步驟能夠用創(chuàng)新思維方式進行思考打下基礎;同時讓學生初步嘗試自己查閱資料，為后續(xù)“文獻資料的檢索和分析方法”的教學環(huán)節(jié)，形成先期的體驗。

（2）案例同步教學實施階段。以學生前修的基礎課程和專業(yè)基礎課程的知識為起點，教師設計一個模擬科研課題作為案例，然后按科研過程的一般性步驟，逐步演示案例課題的完成過程。同時設計若干模擬課題作為學生的選做任務，學生以團隊的形式共同完成選做課題，團隊由學生自由組合，每個團隊2～4人。教師案例課題每完成一步，學生自選課題也同步完成到相應的步驟。教師在完成案例課題的過程中，主要通過案例進行方法性的引導和啟發(fā)，不講解具體的知識，也沒有指定的教材。[3]以小班的形式教學，集中布置任務、提示要點;教學過程中大量開展分組討論，為便于討論和實踐，教學活動主要在實驗室而不是教室實施。[4]

2 案例同步教學模式的成績評定方法

“創(chuàng)新基礎”課程不是一門普通的知識傳授課程，也不是一般的方法傳授課程，而是一門培養(yǎng)科研創(chuàng)新能力、打下創(chuàng)新思維方法基礎的課程。這樣的課程，顯然不適合以常規(guī)的課程考試的方式來評定課程的成績，需要創(chuàng)新性地設計成績評定方法來評定課程成績。課程成績評定方法，也是案例同步教學模式的一個有機組成部分。

2.1 創(chuàng)新課程成績評定的原則

基于課程的目標和案例同步教學模式的特點，我們認為課程成績評定，需要遵循以下三個主要的原則：

（1）導向性原則。課程成績的評定方法，應有利于調動學生完成任務的主動性和積極性，提升自主發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力，進而培養(yǎng)科研能力和創(chuàng)新能力。評分體系和評分方法必須對學生的學習過程具有良好的導向性，充分體現(xiàn)課程任務的自主性、創(chuàng)新性和應用性，能夠不斷提升學生參與教學過程的成就感，激發(fā)學生的自主創(chuàng)新意識。

（2）過程性原則。過程性原則，是指課程成績評定時的過程優(yōu)先原則。在各階段成績評定時，優(yōu)先考慮任務完成過程中的表現(xiàn)，特別是創(chuàng)新能力訓練方面的表現(xiàn)。科研任務的完成，是在前人工作與經(jīng)驗的基礎上，通過研究所涉及的對象，對未知因素進行大膽探索的過程。學生所做的任務，存在一定的未知性，如果“創(chuàng)新基礎”課程像傳統(tǒng)的教學模式那樣，以任務完成的結果作為評定課程成績的主要指標，既不合理，又不利于提高學生參與課程學習的積極性。因此，課程成績評定方法，注重考察學生在完成任務的過程中所付出的努力以及所展現(xiàn)出的創(chuàng)新素質和創(chuàng)新能力。

（3）主體性原則。主體性原則是指學生不僅作為學習的主體，在成績評定過程中還作為成績評定的主體，參與對他人成績的評定，并且對自己成績的評定有答辯、申訴的機會。傳統(tǒng)課程教師都是成績評定的主體，“創(chuàng)新基礎”課程以學生作為成績評定的主體，使得成績評定的過程本身也成為課程學習活動的一個組成部分，通過參與課程成績的評定，提升學生的判斷能力，培養(yǎng)學生的公正性素質。教師在課程成績的評定過程中，僅起到導向和把關的作用。

2.2 課程成績的評定方法

由于“創(chuàng)新基礎”課程以創(chuàng)新能力作為主要考查指標，不容易進行量化，需要采用管理學上先進的科學方法進行量化處理。層次分析法（AHP法）是一種對定性問題進行定量分析的決策方法，其特點是把復雜問題中的各種因素通過劃分為相互關聯(lián)的有序層次，利用數(shù)學方法計算反映每一層次因素的權重，綜合各層次因素之間的相對權重得到總的量化評分。[5]由于“創(chuàng)新基礎”課程的成績評定具有綜合性和多準則性，因此我們采用AHP法評定課程成績。

利用AHP法分析課程成績評定的問題時，先對所分析的問題進行層次化，構造了一個多層次的結構模型。在結構模型中，各種因素按屬性及相互關聯(lián)度形成若干層次，上一層次的因素作為準則對下一層次的因素具有支配作用。

然后根據(jù)結構模型，由任課老師和學生團隊主要成員作為“專家”，采用“背靠背”評分方法，給各層次因素的權重系數(shù)打分，分別構建判斷矩陣，并取各“專家 ”判斷矩陣的平均值作為最終的判斷矩陣，計算矩陣的最大特征值以及相應的特征向量，并進行一致性校驗，得到各層因素的權重系數(shù)。

最后，由學生小組（一般包含5個團隊）的學生作為評委，對各底層因素進行評分，求取各評委評分的平均值，再結合各因素的權重得到具體學生的最終評分。

教師在學生評分的過程中，需要發(fā)揮導向和把關作用，引導學生客觀公正地按評分體系進行打分，注意對學生進行公正性教育，強化學生的責任意識。

3 結束語

基于工程科研的一般性步驟和特點，設計出“創(chuàng)新基礎”課程的模擬科研課題案例和任務，融合采用任務驅動式教學法、探究式教學法和泛在式學習法，將課程成績評定活動作為課程學習活動的一個有機組成部分，實施案例同步教學模式，面向我院2016級、2017級約300多名學生試行以來，主要有以下三方面的成效：

（1）有利于提高課程本身的學習效果。通過案例同步教學模式的實施，提升了學生的創(chuàng)新能力。學生熟悉了工程科研的一般性步驟和方法，能夠在完成模擬科研課題任務的過程中，融入創(chuàng)造性思維方式，工程意識、專業(yè)興趣、責任意識得到明顯的提高。

（2）為后續(xù)課程創(chuàng)新性教學內容的教學打下基礎。未上過“創(chuàng)新基礎”課程的學生，很多人認為科研創(chuàng)新是需要等知識積累到一定程度才能做的事。在專業(yè)課學習過程中，面對一些科研性、創(chuàng)新性的教學內容，由于不知道從何下手，往往采取混的態(tài)度。結果到本科畢業(yè)甚至碩士研究生畢業(yè)，有些學生的科研創(chuàng)新能力仍存在嚴重的缺陷。通過“創(chuàng)新基礎”課程的案例同步教學模式的學習，普遍提升了學生利用已有的知識開展科研創(chuàng)新活動的信心，消除了學生“等知識足夠了才能搞科研”的思維定式，為后續(xù)專業(yè)課程創(chuàng)新性教學活動的開展，從能力、方法和意識上初步打下了基礎。

（3）為學生開展課外科研活動打下基礎。目前學生開展課外科研創(chuàng)新活動的積極性和熱情都很高，我院僅2017～2018學年，本科生申報立項的“大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目”就有137項，參與項目的學生人數(shù)約500人。以往由于方法和能力的基礎不足，學生開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目時不知從何下手，影響了項目的完成質量和實施效果，也挫傷了學生參與項目的熱情和積極性。開展“創(chuàng)新基礎”課程教學后，幫助學生掌握了入門的方法和技能，提升了學生的信心、熱情和積極性。

參考文獻

[1] 孫德剛，吳欣桐.工程類專業(yè)大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)素質實證研究[J].高教探索，2016（05）：124-128.

[2] 馮林.大學生創(chuàng)新基礎[M].高等教育出版社，2017.

[3] 馮露，亢一瀾，王志勇，等.基于問題學習的探究式教學改革實踐[J].高等工程教育研究，2013（04）：176-180.

[4] 張鵬，黎小沛.綜合型任務驅動教學模式在大學計算機基礎課程中的研究與應用[J].高教學刊，2018（01）：111-112.

[5] 邱文教，趙光，雷威.基于層次分析法的高校探究式課堂教學評價指標體系構建[J].高等工程教育研究，2016（06）：138-143.