專業核心課程教學助推大學生創新創業實踐

劉曉宙 李灝天

[摘 要] 以南京大學為例，分析了我國大學生創新創業培養體系現狀，提出了當前創新創業培養存在的三個問題：一是學生知識儲備不足;二是學生功課繁重，興趣不足;三是學生創新意識缺乏。結合大學生創新創業訓練計劃“超聲相控陣實現三維實景成像算法的研究”項目實踐，針對當前創新創業教育存在的問題，創新性地提出聯動專業核心課程助推大學生創新創業實踐的解決思路，結合項目取得的成效，驗證了該思路的正確性。

[關鍵詞] 創新創業教育;項目實踐;教育教學

[基金項目] 2020年度國家重點研發計劃課題“微納結構非線性聲學器件研發”（2020YFA0211404）;2016年度國家重點研發計劃課題“陣列超聲三維透視成像檢測關鍵技術研究及儀器研制”（2016YFF0203001）;2021年度國家自然科學基金項目“聲輻射力實現藥物顆粒定向輸運的理論和實驗研究”（12174192）;2021年度大學生創新創業訓練計劃“超聲相控陣技術實現三維實景成像算法的研究”（202110284062Y）

[作者簡介] 劉曉宙（1966—），男，江蘇無錫人，理學博士，南京大學物理學院教授，博士生導師，主要從事非線性聲學、生物醫學超聲、超聲無損檢測研究;李灝天（2000—），男，天津人，南京大學物理學院2019級物理學專業本科生，研究方向為超聲無損檢測。

[中圖分類號] G647.38 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）21-0121-04 [收稿日期] 2022-02-24

引言

隨著經濟的發展，創新創業逐漸成為實現個人價值的重要途徑。在國家“雙創”政策的指引下，全國各高校創新創業教育經歷了從無到有、從零散到系統化的過程。在此基礎上，隨著社會的發展和政策的引導，大學生成為“雙創”的主力軍，創新創業的熱情不斷高漲。但是，“雙創”教育也面臨著深化發展的機遇和挑戰，主要面臨三個問題：（1）學生知識儲備不足;（2）學生功課繁重，興趣不足;（3）學生創新意識缺乏。因此，通過教育內容、課程設置、實訓和管理機制等多維度聯動，探索構建完善的“雙創”教育和教育生態體系，推動“雙創”教育升級發展，對于提高創新創業質量和人才培養質量具有現實意義[1，2]。

本文以大學生創新創業訓練計劃（2021）“超聲相控陣實現三維實景成像算法的研究”項目為例，通過學生專業核心課程內容與創新科研項目的聯動，結合項目實踐過程中的經驗，針對當前問題，創新性地提出聯動專業核心課程助推大學生創新創業實踐的解決方案[3]。

一、創新創業培養體系現狀

創新創業教育是人才培養體系結構性改革的重要內容之一，以本校為例，在學校的多份建設方案及規劃中，均將創新創業教育工作列為重中之重，如《一流大學建設高校建設方案》《“十三五”發展規劃》等。通過對綜合性大學創新創業教育改革路徑的探索，南京大學已成為國內最早構建起完整的創新創業人才培養體系的高校之一。其具體機制可以被簡要概括為三大舉措：（1）“五位一體”的教學體系;（2）“四創融合”的支撐平臺;（3）“三個協同”的育人機制。其具體細節如下。

一是課程、講堂、訓練、競賽和成果孵化“五位一體”的教學體系，可分為三個層次，其細節如表1所示。二是建立“四創融合”的支撐平臺。所謂“四創”，指的是創新、創意、創造和創業四類活動。具體舉措為構建豐富的校院兩級創新創業實訓平臺和眾創空間，充分挖掘綜合性大學獨特的培養優勢，全方位支持學生創新創業。三是建立校校協同、校地協同、校企協同“三個協同”的育人機制。學校與國際知名高校、地方政府和行業、企業專家等開展合作，進行“雙創”理論和應用研究，構筑了“雙創”人才的培養基礎，成為科技成果轉化的有效助力。

以南京大學為代表，全國各地各高校的創新創業教育活動取得了豐碩的成果。但是，通過對歷年來的大學生創新訓練項目的執行情況進行回顧與分析，發現學生的創新創業實踐仍存在以下問題[4]。

（一）學生知識儲備不足

按照本校的大學生培養方案，在大學生進行“雙創”項目實踐時，相關專業核心課程（“計算物理”“聲學基礎”“固體物理”等）尚未開始，學生缺乏項目實踐過程中所需要的知識儲備，需要進行大量的課外學習，難以實現知識的系統化，導致項目實踐過程推進困難，一些人數較多的項目還會面臨分工混亂的問題。

（二）學生功課繁重，興趣不足

一些學生對相關的創新訓練項目缺乏興趣。參加大創訓練計劃的學生往往需要同時兼顧比較繁重的課業學習，這導致一些項目的研究工作難以持續進行。有些學生在項目實踐過程中敷衍或半途而廢，不但沒能培養合作意識，反而導致成績下降，對“雙創”項目產生抵觸情緒。

（三）學生創新意識缺乏

大學生創新訓練計劃項目的目的是培養學生的五大能力：（1）自主能力;（2）學習能力;（3）實踐能力;（4）創新能力;（5）交往能力。其主要要求包括：（1）思想新穎;（2）技術先進;（3）創新性強。然而，由于對相關領域的研究進展認識有限，對相關實驗的了解僅僅來源于文獻調研等間接途徑，對實驗目的、原理及關鍵技巧不了解，缺乏實踐基礎，因此，無法產生新的思路，難以創新。

二、創新創業計劃項目過程與成果

本文中項目來源為2021年大學生創新創業訓練計劃，學校發布課題為“超聲三維成像的研究”，學生在前期研究過程中將選題拓展、細化為“超聲相控陣實現三維實景成像算法的研究”。后續研究過程中采用分階段實施的方法，學生在預立項答辯前對項目涉及的超聲相控陣成像過程進行了有限元仿真，并自行對《聲學原理》等相關教材開展了學習，補全自身知識儲備的不足，而且對后續項目進行詳細規劃，執行期為2020年12月至2021年12月，主要分為兩個階段：2020年12月至2021年6月查詢資料、確定研究方案，對比二維三維成像之間的差異;2021年7月至2021年12月基于超聲相控陣實驗儀器進行二維成像實驗并獲取數據，對三維實景體繪制算法進行了設計，并進行了相關軟件的開發。

在中期答辯前，學生基本完成了軟件框架的編寫，實現了項目希望達成的基本功能，并且結合專業課程的學習進度對項目進行了進一步深化及拓展，最終取得的成果主要包括以下三項：（1）以C++作為編程語言，混合VTK、QT等第三方庫，開發了能夠進行三維重建的軟件，并為用戶提供利用標尺對缺陷進行測量的功能;（2）以Python3.8作為編程語言，利用閾值分割、深度優先搜尋和卷積神經網絡（CNN）等算法，編寫了提取超聲檢測成像中缺陷圖像的程序;（3）在Matlab環境下，利用HOG+SVM機器學習方法編寫了對超聲成像圖像進行處理并提取得到缺陷半徑的程序。總結而言，項目具備以下創新點及特點：（1）通過設置閾值，消除了成像中的噪聲干擾，得到了邊界清晰的三維圖像;（2）增加標尺以定量顯示大小，提供了更豐富的人機交互功能;（3）采用卷積神經網絡等算法對超聲檢測成像進行了缺陷識別;（4）采用HOG+SVM機器學習算法得到了缺陷半徑。

可以看出，本次大創活動具有較好的實踐效果，學生反饋良好。本次大學生創新創業訓練活動使學生對科研生活有了一個初步的認識，并為接下來選擇努力的方向起到了很大的指導作用。在本次大創活動中，學生第一次進入實驗室、第一次參加專業的項目答辯、第一次嘗試解決沒有明確答案的問題，這些經歷使學生對科研有了更加清晰具體的認識。學生認識到了科研不是做題，沒有一個標準答案，同時還需要自己給自己出題，需要自己規劃下一步的前進方向。除了更加清晰地了解科研之外，學生還掌握了一些基礎的科研能力。在大創實踐過程中，經過了實驗測量、理論構建、數值模擬等多個階段。在每個階段，學生最終都通過多種途徑掌握了所需的相關技能，對相關儀器的操作、模擬軟件的使用有了基本的了解，并能夠使用它們來實現需要的功能。同時，這次大創經歷也促進了學生綜合能力的提升，學生學會了查找文獻，學會了通過查閱文獻來了解科研最新進展，學會了怎樣進行匯報和答辯，學會了怎樣用科學而專業的方式表達觀點。在合作中，學生認識到分工與合作的重要性及交流對科學研究的意義，最重要的是，學生的創新意識得到了提升。

三、創新創業計劃項目實踐

當前，學校在公共必修課、公共選修課中設立了通識類課程，如創新創業素質培養的一系列課程或者專題。同時，鼓勵學生利用各種創新創業大賽或者其他學術競賽進行創新創業實踐訓練[4，5]。但是現有的教學體系存在“雙創”課程與專業課程不兼容的問題，往往只是在課程中加入創新創業的內容，或者簡單開設額外課程，學生需要占用大量時間進行“雙創”項目實踐，難以取得良好的成效。

采用聯動專業核心課程助推大學生創新創業實踐的方式，將專業核心課程的學習與大創訓練項目實踐進行有機融合，解決了當前“雙創”活動存在的問題，取得了較好的項目實踐成效。結合案例，專業核心課程聯動大學生創新創業實踐的細節及成效如下。

（一）夯實項目所需專業基礎

鼓勵學生關注專業核心課程教學中習得的知識技能對創新項目的助力，實現項目實踐與專業學習的融合，既能激發學生的學習熱情，又能培養學生的創新精神與團隊精神，以教學實踐的方式助推學生的大創項目實踐，使學生在學習中體驗創新創業科研過程，實現真正的“學以致用”。

以大學生創新創業訓練項目“超聲相控陣實現三維實景成像算法的研究”項目為例，除必要的背景知識需要學生自行學習外，鼓勵參與項目的學生在“計算物理”等課程的學習中獲得項目的靈感，學生在學習中了解到多種機器學習算法，鍛煉了針對不同場景，綜合采用多種編程語言進行混合編程的技能，將學習得到的知識應用于項目實踐中，取得了良好的成效。

（二）項目實踐反哺專業學習

鼓勵學生將大學生創新創業訓練計劃中習得的知識與專業課程相結合，實現大創項目實踐反哺課程學習的效果。大創項目實踐中學生獲得的知識技能對課程學習很有助益，能夠激發學生對專業課程的學習熱情。學生難以兼顧專業核心課程學習與大學生創新創業訓練項目的問題得到解決后，學生開展大創項目的興趣得到激發，從而形成良性循環。

以上文項目為例，實驗方面，學生在創新創業項目實踐中習得超聲成像儀器的基本原理及操作方法;理論方面，學習了有限元仿真算法、聲線法等聲學仿真手段;技能方面，學生鍛煉了自身軟件設計的能力。學生將這些知識技能應用于大學物理實驗等課程的學習中，實現了對課程學習的反哺，取獲得了較好的成績。

（三）專業核心課程與創新創業實踐融合聯動

融合開展專業核心課程與大學生創新創業訓練項目的實踐，除了利用專業核心課程填補學生知識空缺，利用大創項目反哺學生專業課程外，通過二者的聯動，培養學生的創新意識，學生專業核心課程中設置拓展研究項目，結合學科競賽等活動，實現“1+1>2”的結果，給予學生更多的創新機會。

在上文項目中，學生除利用課程知識采用創新方法開展項目研究以外，還通過大創訓練項目實踐中獲得的知識技能，在大學物理實驗中開展拓展實驗，既實現對知識技能的綜合拓展應用，又助推學生自主創新能力的提升。

結語

從社會層面，通過創新創業教育鍛煉學生的創新創業能力，能夠緩解當前嚴峻的就業壓力。從國家層面，創新型國家的發展需要各高校廣泛開展創新創業教育;從世界層面，廣泛開展創新創業教育符合高等教育改革的趨勢。當前，我國的創新創業教育事業剛剛起步，進一步深化創新創業培養體系改革，培養學生的創新創業意識，是時代的需求。

以大學生創新創業訓練計劃（2021年）“超聲相控陣實現三維實景成像算法的研究”項目為例，結合項目實踐過程中的經驗，針對當前問題，創新性地提出聯動專業核心課程助推大學生創新創業實踐的解決方案，提出了以專業核心課程教學助推大學生創新創業的思路，鼓勵學生綜合運用專業核心課程中學習得到的知識，通過二者相互促進、融合開展，從而實現創新創業能力的提升。

參考文獻

[1]裴曉敏，劉英為，唐明生，等.高校創新創業教育生態體系的構建與實踐[J].創新創業理論研究與實踐，2021，4（6）：21-24.

[2]宋萍，王云澍.高校創新創業教育生態系統設計研究[J].設計，2021，34（21）：128-130.

[3]劉志紅，劉媛.高職院校“互聯網+”創新創業項目實踐探索——以“多功能生態兒童床”為例[J].教育教學論壇，2021（44）：126-129.

[4]馮東東.淺談我國研究生創新創業教育的現狀與對策[J].科技創業月刊，2015，28（13）：24-26.

[5]管雅靜.以學科競賽為平臺，促進教學改革和創新人才培養[J].科技風，2021（33）：101-103.

On the Promotion of Innovation and Entrepreneurship Practice of College Students by the Teaching of Professional Core Courses： Taking College Students’ Innovation and Entrepreneurship Training Programs as Examples

LIU Xiao-zhou1，2， LI Hao-tian2

（1.School of Physics， Key Laboratory of Modern Acoustics， Nanjing University， Nanjing， Jiangsu 210093， China; 2.School of Physics， Nanjing University， Nanjing， Jiangsu 210093， China）

Abstract： Firstly， taking Nanjing University as an example， the current situation of the innovation and entrepreneurship training system for college students in China is analyzed in this paper， and three problems in the current innovation and entrepreneurship training system are put forward： （1） knowledge reserve of college students is insufficient; （2） students have heavy homework to do and lack of interest; （3） students lack of innovation consciousness. Combined with the practice of the project of “study on ultrasonic phased array to realize 3D imaging algorithm”， and aiming at the current problems existing in the current innovation and entrepreneurship education， the solutions of connecting professional core courses and innovation and entrepreneurship training are put forward to promote college students’ innovation and entrepreneurship practice. The success of the project has confirmed the correctness of the solution.

Key words： innovation and entrepreneurship education; project practice; education and teaching