基于STEM教育和科教融合的大學創新型人才培養模式研究與實踐

王志凌 高素美 楊慶鳳

摘要培養人才，發展科技和服務社會是大學培養學生的主線，如何加快推進人才培養體系改革，培養新時期有擔當的一流創新型人才，培養全面發展的社會主義合格建設者和可靠接班人具有重要的戰略意義。針對大學期間創新型人才培養知識與科技發展需求不相匹配及STEM教育方式應用不足的問題，構建了一個以STEM教育和產教融合為主導、適應高校本科工科專業創新型人才培養的良性機制，為新工科背景下國內院校工科專業應用型人才培養模式優化提供借鑒。

關鍵詞 STEM教育；科教融合；創新型人才；培養模式

中圖分類號：G642文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2022.02.002

STEM教育旨在通過科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）與數學（Mathematics）四個方面的跨學科綜合實踐能力培養，非常適合當今大學培養適應現代社會發展的高級技術人才的培養目標。美國在20世紀80年代，基于它的競爭意識和危機意識提出了STEM教育，[1]90年代以來STEM教育迅速成為國內外學術界的研究熱點，基礎教育、工科教育、計算機網絡技術等方面是大多數研究者研究的關注點，特別是STEM教育的教學方法、課程建構、師資儲備、法律政策等。新工科背景下的STEM課程建設在大學本科教育中的研究和實踐得到了促進和發展，但是如何實現其在大學本科創新型人才培養中的應用還需得到進一步的研究和落實。[2]

目前大學本科創新型人才培養還沒有很好的應用STEM教育方式的主要原因有：

創新教育觀念落后。我國2003年開始STEM教育研究，2016年以來呈快速上升勢態，但在此之前，家庭和社會并未意識到要進行創新精神和意識的培養，而且學校和老師也大多認為培養學生研究與科研能力是研究生的主要培養目標，往往忽視了本科生自主創新、科研能力的培養，現如今大學本科生缺乏創新精神也有部分原因來源于此。

創新教育師資力量薄弱。教師是做好創新人才培養工作的關鍵，指導創新教育的老師，應該具有扎實寬泛的專業知識和很強的創新思維及創新能力，最好有過創新研究或是創業的經歷，而本科高校中的老師，大多數主要從事教學和學術，創新經歷不足。STEM教育模式強調的不是學生分別學好科學、技術、工程和數學等學科知識，它更注重的是學科之間的整合和交叉聯系，應用相關知識來解決實際問題。對教師在教育教學活動中發揮示范引領作用提出了更高的要求。

沒有權威的創新教育教材體系，科研和教學相分離。在我國，對本科生創新理論、創新實踐和經典案例的教材還沒有成型，創新科創教學資源、教育方法和評估標準還不成熟。本科教育發展呈現出教學、科研趨于分離的態勢，教學和科研崗的劃分使得從事教學工作的老師基本不搞科研，而搞科研的老師也不參與平時的專業教學。學生往往只是學習紙面上的一般基礎知識，無法與實際科研項目相結合，難以真正意義上得到創新意識、創新思維和創新技能的培養和鍛煉。

缺乏創新教師團隊。各學校學生創新活動培養過程基本上就是靠每個老師自己的經驗來指導培養學生的實踐創新能力，每個老師受專業知識、科研項目和精力所限，很難達到基于STEM教育理念培養的跨學科、跨領域的綜合創新型人才培養的目標。

創新活動難以落地實現。大多數本科院校每年都會舉辦相應的大學生創新活動大賽，但許多學生只是去構想創新計劃，并沒有真正去做、去實現創新計劃。學校層面多數只是響應國家號召，而不是去建立長期、系統的培養大學生創新理念和能力的相關舉措。教師也是“教學、科研兩張皮”，不能將研究思維貫穿于教育的全過程，不能將科研資源、科技成果轉化為促進創新人才培養的優質教學資源。[3-5]

高校應該從理論、實踐、應用多個維度來培養創新型人才，通過創新實驗室、虛擬創客班等多種形式，將多學科融合教育和科教融合應用于本科學生的創新培養過程中，推動科研育人和教書育人的統一。

1學校的引領和支持

學校應該堅定不移的秉持人才興校戰略，積極響應國家的號召，尊重人才成長規律和科研活動的自身規律，布局建設前沿創新型人才培養方式，打破學科專業壁壘，促進學科之間、專業之間的交叉融合，鼓勵支持教師跨專業創新團隊的建設，并給予實驗室、智慧化教室、創新基地和各類資金的支持，還要出臺對教師創新培育的評價及獎勵機制，給予教師充分的信任和鼓勵，使得教師們放開手腳，大膽探索跨學科教學模式。

2制定科學的創新STEM教育課程體系和階梯型培養計劃

STEM的核心還是工程（Engineering），是項目，要圍繞項目實際指導學生做什么，怎么做。堅持以問題為基礎，成果為導向、學生為中心。實踐表明，學生的創新能力是可以“被教”出來的，只要制定出合理、適合學生各個時期的創新培養的課程體系和訓練計劃，學生的創新精神和科研能力是可以被訓練和激發出來的。

以金陵科技學院凌云科創團隊學生培養為例，該團隊依托于江蘇省一流專業、江蘇省實驗教學師范中心、江蘇省工程技術研究中心、金陵科技學院首批校級“大人網云”虛擬實驗班等教學科研創新項目平臺，由多位經驗豐富的專職教師、企業教授共同指導建設。采用的是STEM學科之間的整合和聯系的教育模式，科創團隊的成員包括建筑電氣與智能化、電氣工程及其自動化、車輛工程和機械設計制造等專業的學生，不同學科專業之間交叉融合、互相補充，為學生提供更加廣泛和全面的創新創意實踐以及團隊協作的機會，教師也是圍繞學生的培養目標和未來自身發展的需要，開展以解決項目實際工程問題為導向的實踐活動，[6]四年不間斷的對學生進行創新科創階梯型培養，學生每年都會參加10個以上的競賽項目，獲獎率達90%以上。主持3-4項國家級、省級大學生創新創業訓練計劃項目，參與教師科教融合項目、橫縱向課題和企業項目。

第一學年第一學期，以創新課程為基礎，融合物理、數學、計算機、電子、機械等多方面知識開設初級培訓課程，由培養團隊各個專業教師共同設計和教授，學生可以直接學到電路、模擬電子技術、數字電子技術、C語言和單片機等方面相結合的實際應用的知識。并且創新科創學習內容及方式有別于傳統的課堂教學，它注重的是學生創新能力的培養及實際操作，課堂上會充分利用現代化工具，線上線下混合教學以及虛擬現實等方式激發學生的興趣。教師組織學生開展形式多樣的探究式和研討式學習，同時鼓勵學生自由表達，為學生提供實操環境及硬件平臺，學生可以邊學邊做，學生在解決工程問題的過程中，他們的實踐技能、工程素質和創新能力就會被不斷培養和開發出來；第一學年第二學期，教學活動進一步和實際項目相聯系，圍繞第一學期初級培訓知識開展項目學習及訓練，分為電子電路搭建、軟件程序編寫仿真和機械外形設計和物聯網技術等初級項目。同時鼓勵學生大膽思考，把自己設計的創意轉化為對應專利，并參加創意設計類的競賽項目。第二學年，實踐活動與科研、競賽相結合，以導師科研項目和國家級省級競賽項目為引領，組建多專業融合小組，發揮各專業特長，進行專業項目和競賽項目的實踐，在實踐過程中牢牢把握以工程（Engineering）為中心，以科學（Science）為基礎，以技術（Technology）為方法，以準確的計算（Mathematics）為過程，最終產品或項目能夠更符合人們的要求、讓人們獲得更好的體驗。第三學年，結合各專業知識，進行高階科研項目的實踐，加強專利申報和論文撰寫的訓練。同時鼓勵、支持和指導學生參加高校本科大學生競賽排行榜內具有挑戰性和難度的各類競賽，以促進學生實踐綜合能力的提升；第四學年，導師指導學生完成科研項目和畢業設計等，也同時為學生考研及就業提供有力的支持和幫助。

3創新導師的培養

教師是創新人才培養工作的關鍵，教師要有創新理念，要具備信息化素養。教師團隊以一些實踐經驗豐富的教師為主體，他們能準確把握數字化、網絡化和智能化為特征的信息化技術，可以帶領多學科年輕的教師們開展創新實踐活動，促進教師將信息化技術準確和快捷的運用到本學科的教學設計、教學實施過程當中。教師也積極參與到企業項目中，擴展自己的實際創新、工程應用的能力，創新培養教師都具有雙師資格證書。

4科研競賽導師責任制和科教融合

根據學生的興趣、專業及導師科研、競賽項目雙向選擇進入相應的教師科研團隊，導師對學生的學習、科研、品德、生活等各方面全面負責，學生可參與自己喜歡的競賽項目和導師的科研項目。創新導師在育人過程中起主導作用，具有科研和教育的雙重身份，教師在從事科研和競賽指導過程中實現育人，培養學生樹立正確的人生觀、世界觀及科學觀。以科研、競賽促教學，讓學生接觸學術前沿，嚴謹調研、大膽創新、小心求證，交流研討研究成果，參與學科競賽，綜合所學知識，培養創新思維和創新創業能力。學生從中獲得了成就感，對待學習也更加自信，學生也會把創新的思維和成果反饋于教師。教師將自己的創新性思維不斷地融入教學中，將自己的學術前沿成果不斷向創新教學內容轉化，加強科教融合，通過師生之間的有效互動，使得學生知識更全面、視野更開闊、科研技能更科學，從而真正實現創新型人才培養目標。

5學生個性化及導師學生合作培養

以學生為中心，開展個性化一對一培養，最大限度地促進個性化學習，滿足學生個性化成長的需求。低年級學生可以在導師的指導下選擇適合自己的個性化成才通道，通過了解創新培養方式和多種形式課程來掌握基本的科創知識，并學會與同學和導師進行有效的交流和討論，激發自己的創新意識，順利跨越剛起步的“迷茫期”；入門之后的學生可以通過導師的引領、高年級同學的傳承逐步接觸到自己感興趣的科研研究課題和競賽項目，從而能較快確立自己的“目標”；發揮高年級學生對低年級學生的導學促學作用，傳遞學生團隊合作和堅持不懈的正能量，同時通過指導師弟師妹，高年級同學也鍛煉了自身的語言表達，提高了自己發現問題、分析問題和解決問題的能力。

6學生成果的培養產出和獎勵機制

導師在培養學生創新能力的同時，也進行系統、科學的實踐創新成果設計，鼓勵引導學生在參與科研和競賽項目的整個過程中，不斷提煉總結成果。第一階段可以根據分析調研的實際問題，提出大膽的構思和設計，撰寫申請相應的專利。第二階段，隨著項目的開展和深入，可以撰寫報告和論文。第三階段，項目實際制作和調試，最終形成樣機和成品。導師在平時給予學生參與項目津貼的補助，同時學生撰寫專利、參與的項目和競賽得獎都可以獲得學校評優評獎的加分及獎勵基金。這些不但是對學生努力付出的肯定，更是對他們進行創新活動的鼓勵。

創新培養是個長期不斷摸索和改革的工程，需要創新培養導師們的辛勤努力和付出，盡管培養過程會比較艱辛，但是事實證明在學校的大力引領下，在老師的多學科交叉和科教融合的推動下，一定可以培養出一批批素質良好、熱情高的創新型人才。他們在大學本科階段不但可以參與很多綜合性競賽項目，同時也能參加導師的科研項目，通過實踐他們各方面的能力都將得到質的飛躍，不論他們后期進一步深造還是就業，都將成為社會的棟梁。

基金項目：江蘇省現代教育技術研究課題（項目編號：78056），金陵科技學院高層次人才啟動資助項目（項目編號：JIT-B-201823）。

參考文獻

[1]孫剛成，楊晨美子.美國STEM教育發展經驗及其對中國的啟示[J].教育與教學研究，2020，4（12）：32-43.

[2]莫甲鳳，黃渙，楊樂平，等.新工科背景下的STEM課程建設：理論、經驗與策略[J].中國人民大學教育學刊，2020（4）：11-22.

[3]成洪波.論科教融合與應用型創新人才培養[J].高等工程教育研究，2017（4）：141-145.

[4]吳德星.科教融合培養創新型人才[J].中國大學教學，2014（1）：4-7.

[5]蘇志剛，尹輝.科教產教融合建設高水平應用型本科師資隊伍[J].中國高校科技，2018（11）：8-11.

[6]鞠全勇，高素美，牟福元，等.STEAM+應用型人才培養模式的研究與實踐[J].教育現代化，2019，6（104）：4-8.