面向“六創融合”的工科專業實驗實踐課程教學研究

張望　　白英　　李瑛

[摘 要]“六創融合”育人機制是大連海事大學在探索具有海事特色的創新創業人才培養過程中取得的重要成果，通過創新創業工作領導小組進行頂層設計，經創新創業學院統籌規劃，由各學院具體實施。課題組針對工科專業實驗實踐課程的特點，以提高實驗教師的工程實踐創新能力為突破口，促進教師“教”向學生“學”的轉變，設計多元化的教學內容和教學方法，將“六創融合”貫徹于新工科創新創業人才培養的各個環節。

[關鍵詞]六創融合;新工科;人才培養;實驗實踐

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2022）05-0053-04

在黨的十九大報告中，習近平總書記談到國家、民族的發展寄托于擔當實干、理想奉獻的青年一代，新時代的中國夢是全國人民的，但更屬于青年一代，其具有一定的歷史、現實和未來意義，相信經過各代青年人的不懈努力，實現中華民族偉大復興的中國夢將指日可待。李克強總理指出，中國地大物博、人才濟濟，鼓勵“大眾創業、萬眾創新”，引導越來越多的青年人尋求合適機遇，積極開展創業實踐活動，通過創業教育的普及，豐富創業理論知識和技能，使富有創業理想的大學生群體都能積極自主創業，充分發揮自身價值，助力中國早日實現中國夢[1]。大連海事大學秉持“培養社會、行業優秀人才，助力國家建設海運和海洋強國”的人才培養使命，通過建立“六創融合”的育人機制，培養出一批又一批具備專業理論知識、創新意識與能力、國家民族精神與國際眼光、身體健康與品格健全的綜合高素質優秀青年。

一、“六創融合”與實驗實踐教學改革

創新創業人才培養是一個系統工程，創新創業教育必須納入人才培養的每一個環節。大連海事大學高度重視創新創業教育，實施多方聯動的協同體系，推進“專創融合”“思創融合”“實創融合”“企創融合”“科創融合”和“就創融合”的“六創融合”育人體系，將創新創業與專業技術、思想政治、教學實踐、科學研究等多方面結合起來，廣泛聯合校友、企業共同參與，切實促進畢業生社會就業質量的持續提高[2]。

實驗實踐是將創新創業教育融入新工科人才培養體系的關鍵環節，實驗實踐教學則是提高學生創新技能、激發學生創業熱情的關鍵過程。目前，實驗實踐教學仍是部分高校人才培養過程中普遍存在的薄弱環節，一些高校實驗實踐課程仍按照以往的教學內容和教學方法上課，學生在按照書中的規定步驟做完實驗后難以得到更多收獲[3]。因此，有必要對原有的人才培養模式進行改革，在實驗實踐教學中強化創新創業教育，在培養創新創業人才、推動教師科研創新中切實發揮實驗室功能，使學生創新創業精神的培養依托實驗實踐而獲得落實[4]。特別是改變程式化的實驗驗證為實現特定目標而進行的實驗設計，支持學生依托實驗室完成包括項目調研、方案制訂、項目研究、創業籌劃等內容在內的多項流程，使學生的被動學習轉變為主動學習，切實調動學生的自主創新意識和主觀能動性，使學生自主創新創業實踐能力不斷提升。

二、提高實驗教師的工程實踐創新能力

在“六創融合”人才培養理念的落實過程中，開展教學活動必不可少的一環就是實驗實踐教學，這離不開實驗教師的引導和輔助[5]。驗證理論知識、探索新問題與方法的關鍵就是實驗實踐，需要利用實驗實踐活動串聯理論知識，啟發學生的創新創業思維，提高學生的創新創業能力，這對實驗教師掌握的專業知識和教學方法提出了較高要求。在實驗教學前，實驗教師要提前進行課堂組織設計;在實驗教學中，實驗教師要引導學生積極主動開展實驗，使實驗從驗證性層面過渡到自主創新設計型層面，充分貫穿學生所學專業課程知識;在實驗教學后，實驗教師要多方面評價學生的理論推演、方法運用、數據記錄、結果分析、實驗總結等，從而實現問題分析解決與課程知識運用的相互融合，逐步培養學生提出創新性解決方案的能力。

落實“思創融合”，加強對實驗教師的新教學理念、新教學模式的培訓，打破思政教育與專業教育長期以來相互隔絕的“孤島效應”，將立德樹人貫徹到高校課堂教學的全過程。根據新工科工程教育的要求，我們要側重培養學生勇于拼搏、團結協作的意識，培養學生善于創新、無懼挑戰的能力，展現學生服務社會的精神，讓學生在邊學習、邊實踐、邊思政的過程中，提高自身的創新創業能力，樹立包括愛國、敬業、誠信、友善在內的社會主義核心價值觀[6]。

落實“專創融合”，發揮青年實驗教師在學習和傳授專業科學知識方面的優勢，以及在科研與教學相結合、掌握并傳授前沿科學知識方面的獨到之處[7]。利用計算機教學、網絡教學、電子課件制作等，使傳統課堂的專業知識教學內容更加生動、直觀、多維地展現在學生的面前。同時，利用創新創業實踐過程讓學生更加深刻地體會專業知識的效用，提升專業知識的傳授效果。

落實“企創融合”，支持實驗教師參加校企聯合科研團隊，讓實驗教師深入參與到工業產品的技術研發中，從而在創新研發過程中切實增強其創新研發技能[8]。同時，實驗教師可向企業征求企業研發、生產、經營等方面存在的問題，將企業問題分解細化為學生能夠達成的項目，使學生在合理教學目標內，整合課程所學理論知識，自主完成實驗實踐題目擬定。實驗教師要指導學生在創新實訓平臺支持下，運用專業知識自主完成實驗實踐內容，加強創新創業能力向工業應用價值的有效轉化。

三、促進教師“教”向學生“學”的轉變

創新教育的理念和教學思路是將課程思政元素和創新創業意識融入實驗實踐教學和考核的實施過程中，通過建立更加多樣化和個性化的工程教育模式，深化改革現有的教學內容、方法以及手段，引導學生樹立科學的價值觀、具備自主創新創業技能。在傳統教學中，教學重點在教師的“教”，忽視了學生作為學習主體的功能。教師應在教學中充分發揮學生的自主學習能力，將理論知識與實踐運用相融合，促使學生提升自主創新創業能力。教師應緊跟社會發展步伐，及時更新前沿性教學內容，引導學生逐步形成創新創業意識。教師應在教學中融入科研成果以及工程實踐經驗，不斷提升教學效果[9]。學校應加大實踐訓練平臺的建設力度，鼓勵教師開發虛擬仿真實驗平臺，與學生共同探討工程實踐案例，進而發現潛在的工程問題，并探索出切實可行的應對方案，使學生掌握扎實的工程實踐技巧，將創新活動逐漸轉化為創業實踐。

落實“實創融合”，轉變傳統的實驗實踐教學思路，依托專業實驗中心的實驗場地、實驗設備，打造用于開展實踐訓練、仿真實驗的創新性平臺。教師應充分調動學生學習的積極性，利用計算機建模的方式，對不同工程情況下的實驗內容進行仿真實驗，驗證工程設計方案的實踐效果，讓學生深入理解和全面掌握理論知識[10]。學生通過自主參與仿真實驗和實踐操作，形成科學高效的學習方法，體會學習和創新的快樂，培養創新和創業的意識。

落實“科創融合”，在實驗實踐課程外有計劃地開展課外創新活動，潛移默化地增強學生的科技創新信心，不斷提升學生的創新實踐能力。鼓勵學生充分發揮自身的興趣優勢，有序開展與實驗教學相關的科技創新項目。教師則以導師角色提供指導和幫助，指導學生將工程項目的運作規范引入科技創新項目中，幫助學生科學合理地分配項目資源、有條不紊地執行項目計劃，使學生掌握規避創新創業過程中多種潛在風險的方法[11]。

相應地，應深入推動實驗教學考核方式改革。在學生考核評價過程中，教師應適當擴大創新性實驗及設計內容的考核比重，引導學生自主進行實驗方案設計，必要時給予學生方向指導，促使學生切實提升實驗教學水平。教師對學生實驗效果的評價，需綜合考量實驗設計方案、實驗操作規范度、實驗記錄及報告等多元化指標，有效規避評價形式化的問題。通過跟蹤調查的方式評估多元化創新實踐過程在提高學生創新實踐能力方面所起到的作用，特別是關注其對于促進學生參加科技創新競賽和創新創業實踐所起到的積極作用。

四、設計多元化的教學內容和教學方法

研究面向“六創融合”的實驗實踐所涉及的教學內容、教學資源、教學方法、教學評價。教學內容的設計應針對專業的特點，突出專業核心的能力培養，應遵循有效教學的基本原則開展設計[12]。教學內容的實現需要以教學資源為基礎，學校可通過開發整合現有實驗實踐教學資源，彌補專業實驗設備欠缺的不足。教學方式及方法能夠為教學活動開展提供方法論參考，也影響著實踐教學效果。評價方法的選擇則具有指向性作用，多元的評價方法應注重學生個性的差異，對實踐過程和能力以及隱性知識進行評價。

引進虛擬仿真平臺和線上線下互動教學，面向“六創融合”加大實驗室的開放力度。教師應加快項目運作步伐，依托重點研究課題立項，以獲得資金扶持;指導學生進行實驗室操作，讓學生掌握科學的實驗技能;借助學校對外合作實踐教育基地，落實好特色實驗課、工程實踐、專業實習等校外教學實踐工作。在以人為本的教學理念及精神的指引下，教師可利用學分制模式落實開放實驗室教學，優化實驗教學模式，創新實驗教學體系，促使學生自主參與到實驗教學中，積極展開實驗實踐探索，保證實驗實踐內容的創新性和全面性，培養學生形成自主思考、創新實踐的科學探究精神，讓學生具備優異的社會實踐技能、科學的探究技能。

落實“就創融合”，積極組織學生開展實驗室試驗探究學習，有序參與到校級、市級及省級大學生科創項目申報及開展中，充分激發學生探究學習的積極性和自主性，引導學生自主完成設計實驗工作，形成問題質疑能力和創新思維，讓學生具有良好的團隊合作、操作實踐、創新研發及創新能力，更好地發現自身的潛能和興趣，對行業、職業及崗位有更加全面深刻的認知，全面洞察掌握創業的潛在特征，及時發現創新創業機會和機遇。

評估面向“六創融合”的實驗實踐改革效果，應量化實驗實踐在提高工科專業學生創新實踐能力方面所起到的實際作用，特別是關注其對于促進學生參加科技創新競賽和創新創業實踐所起到的積極作用。可通過“雨課堂”、微信小程序、在線論壇等多種形式構建學生對教學內容和方法的多種反饋渠道，重點考查多元化專項實踐技能在創新創業過程中所起的作用，及時跟蹤創新創業實踐對教學內容和教學方法所提出的新要求[13]。

五、光電專業綜合實踐課程的教學試行

以光電信息科學與工程專業的綜合實驗實踐課程為試點，進行教學模式、內容、方法的改革試行，面向“六創融合”建立多元化的教學評價方法。在實驗實踐教學過程中教師要重視學生之間智能的差異，依據學生的智力特點實施教學[14]。可分別在與專業相關的項目探索與系統設計、機械設計與快速制造、電路設計與模塊調試、系統控制與信息處理等方面有重點地進行創新實踐訓練，使具有相同教育背景的學生獲得不同專項實踐技能的強化，便于學生根據自身特長組建知識體系較全面的創新團隊，以應對科技創新競賽和創新創業過程可能遇到的多方面挑戰。同時，全面推行實驗實踐教學，利用不同形式的教學資源、方法等，匹配多元全面發展理論，進而實現培養創新創業型工程人才的教學目標。

開展以項目探索與系統設計為主要內容的教學研究。項目探索主要是通過信息檢索確立正確的研究目標和研究方法，也可為既定的研究目標提供切實可行的技術路線。為項目探索服務的信息檢索，在兼顧檢索技巧講解的同時，將側重點放在知識洞察及創新、信息管理及分析方面。在文獻檢索教學環節，應逐步將重點從文獻查詢與獲取，過渡到依托文獻助力問題的解決上。系統設計主要是為實現研究目的而設計能夠進行功能驗證的硬件和軟件解決方案，特別是要根據創新實踐過程中的階段性目標，合理分配不同階段所能獲得的資源。綜合實踐環節強調以實現項目研究目的為核心，以光電專業的相關課程為主干，通過硬件和軟件系統設計，融會貫通理論知識，形成層次化、循序遞進、開放式的解決方案。

開展以計算機輔助設計與快速制造為主要內容的教學研究。機械設計以光電系統所涉及的功能件、結構件、殼體等為主要研究內容，以機械制圖課程為主要技術支撐，以Solid Works為主要實現手段，構建“基礎知識→創新設計→快速制造→評估改進”全鏈條實踐環節。將傳統的二維圖紙快速轉換為直觀的三維模型，可快速將設計思想轉變為具有一定功能的原型或直接制造零件。還可借助專業實驗室的3D打印設備完成零件制作，為學生搭建“創新設計”與“快速制造”之間的橋梁。電路設計以光電系統所涉及的控制、檢測、分析電路等為主要研究內容，以電路理論、低頻電子線路、數字系統與邏輯設計、微機原理與應用、EDA技術等多門課程為技術支撐，以Altium Designer為主要實現手段，側重實現電子電路的設計仿真和快速加工。特別是借助專業實驗室的PCB制版機完成電路板的直接加工，快速實現光電系統的控制與檢測功能，并對裝置的性能進行測試和評估分析。

開展以系統控制與信息處理為主要內容的教學研究。系統控制主要是通過軟件控制各硬件模塊間的協調運作，實現系統設計中提出的各項功能。以微機原理與應用、DSP原理及應用、C++程序設計基礎等課程為技術支撐，以實現模塊與模塊之間、模塊與主機之間、主機與用戶之間的信息交互為主線，重點培養學生在過程控制、數據采集、人機交互等方面的實踐能力。信息處理主要是對采集到的信號進行數值化分析，提取信號所傳遞和表達的信息，從而實現對被探測物理量的感知，或進而產生反饋信號實現閉環控制。對于更偏重于原理性驗證的創新實踐環節，強化利用OpenCV、MATLAB、Origin等應用軟件進行分析和處理的技能，關注根據實驗現象尋找物理規律或得出所需結論的方法。

在指導學生進行研究的過程中，將實驗實踐教學過程與思政目標和思政任務緊密結合，特別強調教學內容的設計應針對專業的特點，突出專業能力與思政元素的融合。遵循有效教學的基本原則開展設計，將實驗實踐過程中所涉及的教學內容、教學資源、教學方法、教學評價作為一個整體考慮，使整個教學過程不但能傳授專業技術知識，提高學生的創新創業實踐能力，還能更好地貫穿思政思想和觀念。在考核學生的研究進展過程中，通過邀請業界同行、企業專家點評學生的設計方案和完成情況，充分展現學生知識掌握、專業技能及思想政治覺悟水平。為社會主義建設培養優秀人才是教育的重要目標，這要求學生在掌握創新創業技能、專業綜合素養的基礎上，樹立科學的價值觀，具有承擔社會責任的覺悟[15]。應通過優化創新現有的學生考核評價要求、內容及方法，重點突出創新性任務完成、團隊合作、目標階段性完成情況考核，及時動態掌握學生潛在的缺點并給予專業性指導，了解當前評價結果情況，以便對后續實驗教學的方法及內容進行優化調整。

六、結語

具有創新創業能力的新工科人才將成為“大眾創業、萬眾創新”洪流中的弄潮兒，創新創業教育需要通過“六創融合”的方式納入人才培養的各個環節，特別是使實驗實踐成為創新創業精神的著力點和落腳點。在面向“六創融合”的實驗實踐教學環節，教師需要不斷提高自身的工程實踐創新能力，將更多的驗證性實驗拓展到設計性、創新性實驗。要進一步促進教師“教”向學生“學”的轉變，將課程思政元素和創新創業意識培養融入實驗實踐教學體系中，把更多的科研成果和工程實踐經驗引入實驗實踐教學環節中。相應地，教師應設計多元化的教學內容和教學方法，遵循有效教學的基本原則，培養學生的專業核心能力，使學生能夠把握專業和行業發展趨勢，通過思維創新、科技創新和模式創新發掘創業機會。

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[責任編輯：陳 明]