新工科背景下的創新工程實踐課程群構建與實施

楊秋萍，安金亮，石文昌，歐陽崇偉

（貴陽學院數控技術工程應用實驗室，貴州貴陽 550005)

1 背景

黨的十九大報告提出：“創新是引領發展的第一動力,是建設現代化經濟體系的戰略支撐，我國要繼續堅持創新發展理念,堅定實施創新驅動發展戰略，加快建設創新型國家。”為實現高校“立德樹人”的根本目標，主動應對新一輪科技革命與產業變革，教育部提出了新工科建設行動[1]。新工科的關鍵特征是充分體現學科交叉融合，旨在培養工程實踐能力強、創新能力強、具有國際視野的高素質復合型人才[2]。因此，加強對學生工程實踐能力和創新能力的培養既是服務國家創新驅動發展戰略的舉措,也是深化高等教育教學改革的重要途徑[3]。

自2015年《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》實施以來，創新創業教育在各高校受到重視，關于學生創新創業能力培養的研究開展得如火如荼，并探索出了很多成功經驗[4]。別玉濤[5]結合新工科建設宗旨,提出了以學生為中心、以培養學生自主創新實踐精神為原則的開放性創新實驗室建設措施。呂睿[6]針對創新創業工作中學生創新的主動性和能動性不足等問題，提出在設置專業培養方案、開展創新創業大賽、師資隊伍建設等方面的改革策略。宋景華[7]分析了我國創新創業教育面臨的困境，從人才培養目標、課程建設、教學方式等方面提出了促進我國創新創業教育改革的實施路徑。王洪才[8]指出缺乏合格的師資、合格的課程和有效的合作是大學開展創新創業教育的三大難點。陳建[9]指出工程訓練實踐活動是新型人才創新實踐能力培養的重要載體,提出了對現有工程訓練課程體系進行重構、融合和創新改革的方案。劉譯陽[10]指出目前創新創業教育理念缺失、能力素質不強、環境氛圍不濃厚等問題,并提出加強組織領導和政策引導,健全創新創業教育體系,激發學生創新創業活力,營造良好創新創業氛圍等改進措施。蘇克治[11]指出大學創新創業教育存在應用轉化能力不足、教學體系更新遲緩、教育實踐短板明顯和文化氛圍不夠濃厚等問題，提出應從提升治理能力、優化教學體系、強化實踐過程和加強文化渲染等方面建構大學創新創業教育機制。綜合上述文獻和實際情況，分析得出目前創新創業教育存在以下問題:

（1）創新創業課程體系不健全，學生缺乏對創新創業知識的系統學習。部分高校創新創業教育活動主要圍繞國家、地方行政教育管理部門組織各項活動，把學術講座、學科競賽、就業指導、技能培訓等同于創新創業教育，雖開設了通識性創新創業類課程，但缺乏系統性，學生的覆蓋面不廣。

（2）重創業教育，輕創新教育。高校的創新創業教育應該以創新為先，以創新引領創業。但多數高校的創新創業教育主要側重于創業基礎、商業模式設計、創業營銷、創業金融、企業管理、企業孵化等內容，創新意識啟發和創新能力培養方面反而被弱化。

（3）與實踐脫節。目前創新創業教育的形式大多缺乏實踐。實踐是創新的源泉，而目前多數高校的創新創業教育均以理論課程為主，缺乏實踐訓練，且與專業知識脫節，學生不能將知識進行實際應用。

2021年10月，教育部高教司吳巖司長在介紹第七屆中國國際“互聯網+”大學生創新創業大賽有關情況的新聞發布會上指出：高校在創新創業教育方面要建好體系。高校里面的創新創業教育絕不僅是大賽，而是要有一套完整的教育體系，要定好標準、抓好課程、建好師資，讓創新創業教育成為一個全覆蓋、多層次、個性化的體系。

對此，本文依托貴陽學院工程訓練中心的軟硬件資源和工作基礎，在新工科建設的理念下，構建創新工程實踐課程群，并在全校范圍實施，助推對學生創新能力和實踐能力的培養。

2 構建措施

課程群是指具有相互影響、互動、有序，相互間本可構成獨立完整的教學內容體系的相關課程，進行重新規劃、設計、構建的整合性課程的有機集群[12]。構建創新工程實踐課程群的目標是提升學生的創新能力、實踐能力和工程能力。按照學生中心、目標導向的OBE（（Outcome based education，OBE）教學理念，根據CDIO（Conceive, Design, Implement, Operate，CDIO）的工程教育方法，將“知識、能力、素質”的培養要求融入教學項目中，以創新項目的實施為主線貫穿教學始終，將教學內容項目化、工程化、實踐化[13-14]。

2.1 課程設置

學生要完成一個創新工程實踐項目，必須具備創新思維、基礎知識和實踐技能、工程實踐能力、語言和文字表達能力。因此，如表1 所示開設了創意啟發、創新技術、項目實踐、知識產權保護、演講與表達五個方面的課程。

表1 創新工程實踐課程群列表

（1）創意啟發：在項目的構思階段，主要目標是培養學生的創新思維，啟發學生的創新意識。因此開設了《創新思維和方法》課程，對創新與思維的關系、創新設計的流程、創新設計思維的方法和工具、TRIZ 創新方法等主題進行介紹，讓學生了解創新的流程、方法和工具。在此過程中引導學生逐步建立批判性思維和創造性思維，打破固有的思維模式去學習、觀察和思考，發現生活中的問題和痛點。通過組織頭腦風暴，激發學生的創新意識，各種不同學科的學生組合在一起，圍繞提出的問題各抒己見、相互碰撞、相互補充，繼而產生新的觀點或解決問題的方法。本門課結束后要求學生萌發一個創意種子[15]。

（2）創新技術：在項目設計階段，主要目標是培養學生的創新能力，讓學生掌握創新實踐所必須具備的知識和技能。開設了《創客電子設計與制作》《二維設計與激光切割》《三維設計與3D 打印》《機器人技術》《工廠自動化》《數字信息技術》《機電產品設計》等課程，學生可根據自身需要選修其中的課程。本階段結束后要求學生團隊形成項目方案，對作品的功能、結構、外形進行設計。

（3）項目實踐：在項目實踐階段也就是原型制作階段，主要培養學生的工程實踐能力。開設了《創新工程項目綜合實踐》課程，讓學生了解項目組織實施和管理的基本方法，并對前期設計的項目提出詳細的技術和實施方案，在規定的時間和有限的成本內完成項目的原型制作，同時不斷進行性能改進和迭代。

（4）知識產權保護：在成果轉化階段，主要目標是培養學生團隊對知識產權的保護意識。通過《知識產權保護與成果轉換》課程，讓學生了解知識產權涉及的內容和專利的本質，如何避免不正當競爭，以及如何進行創新成果轉化，讓智力創造帶來經濟效益。課程結束要求團隊按照專利說明書的要求，對前期的創新成果撰寫專利說明書。

（5）演講與表達：在成果展示階段，主要目標是培養學生的文字和口頭表達能力。通過開設《創新成果展示與項目路演》，指導學生如何高效、精準、巧妙地展示自己的創新成果，輸出自己的觀點和理念，打動評委和觀眾。本課程要求每個團隊完成一張作品宣傳海報的制作和一次項目路演。

2.2 實施方式

貴陽學院綜合工程訓練中心是全校公共創新實踐平臺，下設有1 個齒輪創客空間，齒輪創客空間常年有活動會員400 余名，覆蓋全校各個學院、專業、年級學生的創新愛好者。創新工程實踐課程群的授課對象主要為齒輪創客會員，根據課程的特點和教學特點，采用校級公共選修課與第二課堂相結合的方式開設，目前除創新技術類課程采用公共選修方式外，其余課程均以第二課堂完成教學。由于課程群以一個創新工程實踐項目的構思、設計、實施和成果展示為主線，所以在課程群的實施過程中要求保持學生團隊的穩定性和課程的連續性。

如圖1 所示，學生加入齒輪創客空間后，首先參加創意啟發課程，萌發創意種子，跨學科組建創客團隊，做好團隊成員分工，根據創意需要團隊成員分別選修創新技術類課程，學習結束后設計出創新實踐項目方案，并填報項目申報書，根據創客空間提供的經費、材料、設備進行項目實踐，實踐完成后撰寫項目說明書，制作宣傳海報，參與項目路演和成果展，項目結題，發放齒輪創客會員合格證，完成整個周期需要三個學期。

圖1 創新工程實踐課程群實施流程圖

2.3 師資團隊

創新工程實踐涉及的領域較廣，實踐性較強，重點培養學生利用多學科知識創造性解決實際問題的能力。課程的實施過程始終堅持“以學生為中心”，教師只是創新工程實踐學習流程的設計者、教學活動的組織者、資源的提供者和實踐技能的指導者。這不僅要求教師具有較寬的知識面、扎實的專業技術，還需要有豐富的實戰經驗，才能對學生提供相應的指導和幫助。單個教師無法獨立完成指導，必須依靠跨學科的教師團隊共同參與。工程訓練中心組織9 名由機械、電子、軟件、控制、管理等專業年輕教師組成的團隊，為學生提供全過程、全方位指導。

2.4 保障措施

為保障創新工程實踐課程群的實施效果和可持續性，必須在制度、經費、資源上給予充分保障。

（1）在制度方面：在貴陽學院創新學分認定辦法中，對學生參加創新創業活動、學科技能競賽、課外實踐活動給予1-8 個學分認定，且要求學生最少不能低于4 個學分。在貴陽學院教師教學工作量計算辦法中，對教師指導學生創新創業訓練項目、組織和指導學科競賽、指導學生第二課堂等均給予相應的工作量認定，激發了學生和教師的主動性和積極性。

（2）在經費方面：學校平均每年投入200 萬元資金，用于改善工程訓練中心實驗室的硬件條件，保障了創新工程實踐課程群實施所需的3D 打印、激光切割、開源硬件等設備資源。學校平均每年投入10 萬元，用于創客空間的運行維護，保障了創新工程實踐項目的耗材需求，同時學校還為在各類創新實踐活動中成績突出的團隊發放獎金。

（3）在資源方面：齒輪創客空間下屬的實驗室和實驗設備全天候向會員開放，為學生提供線上、線下交流空間和大量學習資源，營造了創新實踐的學習氛圍，為學生的學習、交流和實踐提供了條件和空間。

3 實施效果

貴陽學院綜合工程訓練中心2017年9月開始建立創新工程實踐課程群，已開展了三個周期的教學實踐，以下從課程群的實施數據、學科競賽成果和其他相關創新成果三個方面對教學效果進行分析。

（1）課程群實施情況：如表2 所示，2017年9月-2020年12月期間合計161 名創客會員完成了課程群學習，完成創新實踐項目41 項，少數學生團隊因各種原因中途放棄了項目。

表2 創新工程實踐課程群實施情況

（2）學科競賽成果：創新工程實踐課程群實施后，齒輪創客空間的學生團隊參加學科競賽的積極性得到了激發，2017～2021年期間，齒輪創客空間組織指導學生在“互聯網+”大學生創新創業大賽、中國大學生工程實踐與創新能力大賽、“挑戰杯”大學生創新創業大賽、中美青年創客大賽、貴州省大學生機器人大賽、貴州省3D 打印設計大賽等多項學科賽事中共獲獎113 項，其中在“2021年中國大學生工程實踐與創新能力大賽”智能+賽道水下管道智能巡檢項目中獲全國總決賽銀獎。

（3）其他創新成果：創客團隊通過對創新工程實踐項目進行改進和迭代，申報了大學生創新創業項目6 項，其中國家級1 項，成功申請專利18 項。2 個學生團隊已在貴陽學院大學科技產業園注冊成立公司，進入創業階段。

從以上數據可以看出，創新工程實踐課程群的實施取得了諸多成果，尤其在學生學科競賽上取得的成績較為突出，而學科競賽正是檢驗學生創新意識、創新能力和實踐能力等綜合能力的一把尺子。因此創新工程實踐課程群對培養學生的創新意識、創新能力和工程實踐能力有著不可忽視的作用。

4 結語

本文按照工程項目的實施路徑，建立相應的配套課程，形成創新工程實踐課程群，解決了創新教育課程缺失、不成體系的問題，依托創客空間公共創新實踐平臺，通過校級公選課和第二課堂的方式進行全面實施，打破了專業壁壘，在團隊組合和實踐內容上均強調學科交叉融合，促進學生跨學科學習和解決實際問題。通過整個創新工程實踐的系統學習，學生的創新意識得到了激發，創新能力和工程實踐能力得到了極大提升，創業精神也得到了啟發，為學生創業實踐奠定了堅實基礎。但目前缺乏相應的激勵機制，教師和學生參與的積極性不高，輻射面較小，為保障課程群實施的可持續性和實施效果，后續還需要建立配套的人、財、物保障和激勵機制，擴大受益面，讓創新創業教育成為一個全覆蓋、多層次、個性化的體系。