新工科背景下遞進式工程實踐模式的大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)

蔣書波，于莉莉，張印強，楊道業(yè)，王曉榮

（南京工業(yè)大學(xué) 電氣工程與控制科學(xué)學(xué)院，江蘇南京 211816）

為適應(yīng)科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，2018年10月，教育部、工業(yè)和信息化部、中國工程院印發(fā)《關(guān)于加快建設(shè)發(fā)展新工科實施卓越工程師教育培養(yǎng)計劃2.0 的意見》，要求“以新工科建設(shè)為重要抓手，持續(xù)深化工程教育改革，加快培養(yǎng)適應(yīng)和引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的卓越工程師科技人才”，這對新工科大學(xué)生的培養(yǎng)提出了新的要求[1-2]。

新工科大學(xué)生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)業(yè)意識及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)都需要實踐教學(xué)的引導(dǎo)，科技的進步和商品生產(chǎn)的現(xiàn)代化對實踐能力和綜合素質(zhì)也提出了更高更新的標準和要求[3]。當前，工程教育下應(yīng)用型人才的培養(yǎng)必須通過實踐教學(xué)來實現(xiàn)，高校要培養(yǎng)“用得上、干得好”的應(yīng)用型人才，就需要采用合理的實踐教學(xué)模式[4]。

1 專業(yè)實踐教學(xué)模式面臨的問題

1.1 面臨的主要問題

近年來，受構(gòu)建主義學(xué)習(xí)理論、以學(xué)生為中心理念等的影響，國際工程科技人才培養(yǎng)方法發(fā)生了根本性的變化，呈現(xiàn)出“以主動學(xué)習(xí)為根本、以目標為導(dǎo)向、以真實問題為基礎(chǔ)”的發(fā)展態(tài)勢。在新工科建設(shè)背景下，我國的工程教育轉(zhuǎn)向強調(diào)學(xué)生主動學(xué)習(xí)和主動實踐的“以學(xué)生為中心”的教育模式[5]。

工程實踐性作為新工科教育的內(nèi)在要求和本質(zhì)屬性，其人才培養(yǎng)過程的核心是專業(yè)實踐。因此，在校本科生的培養(yǎng)要以工程實踐為宗旨，將以課程教學(xué)為中心轉(zhuǎn)向課程教學(xué)與實踐環(huán)節(jié)有機結(jié)合，其中實踐環(huán)節(jié)是培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力和創(chuàng)新能力的有效方式。高校應(yīng)積極探索并實施多元化的實踐教學(xué)，讓學(xué)生進行理論與實踐一體的“做中學(xué)”[6]。

高校應(yīng)利用企業(yè)、行業(yè)的實踐教學(xué)資源開展實踐教學(xué)，同時利用新一代實踐教學(xué)平臺，將實踐教學(xué)與真實的工程應(yīng)用相結(jié)合；應(yīng)倡導(dǎo)“合作教育”模式，充分利用校企合作資源，將學(xué)習(xí)與工作實踐相結(jié)合。

1.2 專業(yè)實踐教學(xué)現(xiàn)狀

部分工科畢業(yè)生的實踐能力不強，與學(xué)校未根據(jù)社會的需求及時調(diào)整實踐教學(xué)方式有關(guān)[7]。因此，工科專業(yè)必須加大實踐教學(xué)的改革力度，采取有效的措施，切實增強大學(xué)生的實踐能力，培養(yǎng)應(yīng)用型專業(yè)人才。

經(jīng)過調(diào)研[8-10]，建議從三個方面著手加強實踐教學(xué)：（1）加強實踐教學(xué)的制度建設(shè)及考核，通過健全教學(xué)環(huán)節(jié)的各項機制，保障實踐教學(xué)的正常開展及考核；（2）建立穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)的校內(nèi)外實習(xí)實訓(xùn)基地，學(xué)生在課余時間根據(jù)興趣到校內(nèi)實訓(xùn)基地進行學(xué)習(xí)；（3）除了常規(guī)的參觀實習(xí)、企業(yè)工程技術(shù)人員現(xiàn)場講解外，探索利用多媒體教學(xué)、計算機虛擬仿真等輔助教學(xué)方式，根據(jù)實習(xí)企業(yè)特點、產(chǎn)品類型、管理方式等，綜合使用上述實習(xí)方式，能達到良好的實習(xí)效果。

2 遞進式工程實踐方案

按照“瞄準目標、明確功能、有序?qū)嵤钡脑瓌t，以南京工業(yè)大學(xué)測控技術(shù)與儀器專業(yè)學(xué)生為培養(yǎng)對象，按照以下三個階段設(shè)計學(xué)生實踐能力培養(yǎng)方案[11]。

認知階段：學(xué)生入學(xué)后的第二學(xué)年開展認識實習(xí)，主要了解行業(yè)特點和企業(yè)運營方式，學(xué)習(xí)觀察問題、分析問題，學(xué)習(xí)并構(gòu)建解決工程實際問題的思維方法。利用“口袋”嵌入式創(chuàng)新實踐和電子系統(tǒng)設(shè)計與創(chuàng)新訓(xùn)練，通過對具體傳感和控制單元的初步實踐，對專業(yè)工程背景及行業(yè)特點有初步認知。

應(yīng)用階段：學(xué)生入學(xué)后的第三學(xué)年開展工程應(yīng)用，進行工程項目應(yīng)用實踐（課程實習(xí)、課程設(shè)計、實踐訓(xùn)練），學(xué)生要了解企業(yè)生產(chǎn)工藝、技術(shù)路線、管理制度，通過一系列實踐環(huán)節(jié)，理解并掌握工程所涉及的相關(guān)專業(yè)知識、影響因素、道德倫理等，在解決問題的過程中豐富知識，提高思辨、創(chuàng)新能力。

創(chuàng)新階段：學(xué)生入學(xué)后的第四學(xué)年開展應(yīng)用創(chuàng)新實踐（綜合實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計）。面對復(fù)雜的工程背景和問題，學(xué)生要提出觀點，研究新理論、新知識，在實踐中設(shè)計實驗方案并驗證，完成認知、應(yīng)用、創(chuàng)新的過程。在分析學(xué)生必備的專業(yè)知識和能力的前提下，以課程實訓(xùn)、工程項目、企業(yè)實踐為學(xué)生實踐能力培養(yǎng)載體，圍繞工藝與技術(shù)、檢測與裝置、設(shè)計與工具等內(nèi)容，制定學(xué)生的知識形成、能力生成及素質(zhì)養(yǎng)成的目標，專業(yè)教師、企業(yè)導(dǎo)師、企業(yè)共同參與對學(xué)生實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

3 學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)過程

在新工科培養(yǎng)模式下，以培養(yǎng)學(xué)生工程實踐為核心，因此，需要將以課程理論教學(xué)為中心轉(zhuǎn)向課程理論教學(xué)與實踐教學(xué)有機結(jié)合。針對遞進式工程實踐模式，以測控技術(shù)與儀器專業(yè)學(xué)生為培養(yǎng)對象，在分析學(xué)生必備的專業(yè)知識和能力的基礎(chǔ)上，以課程、工程實踐、創(chuàng)新項目為學(xué)生實踐能力培養(yǎng)載體，制定學(xué)生的知識形成、能力生成及素質(zhì)養(yǎng)成的目標。

3.1 營造“實踐為本，鼓勵創(chuàng)新”的軟硬件環(huán)境

采取遞進式的實踐模式，以創(chuàng)客空間為載體，依托在線過程檢測平臺、流程控制裝置、嵌入式系統(tǒng)創(chuàng)新平臺、智能機器人創(chuàng)新平臺，在第三學(xué)期、第四學(xué)期、第六學(xué)期、第七學(xué)期開展“口袋”嵌入式創(chuàng)新實踐、電子系統(tǒng)與創(chuàng)新訓(xùn)練、創(chuàng)新實踐、儀器系統(tǒng)綜合實習(xí)等一系列專業(yè)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，營造創(chuàng)客育人的軟環(huán)境及創(chuàng)新人才培養(yǎng)的硬件環(huán)境，學(xué)生開展以工程項目問題為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)、討論、研究、設(shè)計、制作等實踐活動，激發(fā)創(chuàng)新意識，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

3.2 科教融合，創(chuàng)建具有專業(yè)特色的工程設(shè)計體系

強化科研與實踐融合，將科研相關(guān)項目訓(xùn)練融入專業(yè)課程體系，提高學(xué)生的實踐能力；深入融合知識與實踐，增設(shè)相關(guān)實踐訓(xùn)練課程，經(jīng)過探索與實踐形成了具有專業(yè)特色，反映工程設(shè)計能力的實踐教學(xué)體系。堅持實踐教學(xué)過程中的項目導(dǎo)向，所有實踐環(huán)節(jié)都以工程項目問題為導(dǎo)向，融合基礎(chǔ)和專業(yè)知識，面向解決不同工程問題的應(yīng)用和層次，提出問題的解決方案并設(shè)計實施，通過作品方式展示或者設(shè)計方案說明體現(xiàn)解決復(fù)雜工程問題的能力及項目解決方案的創(chuàng)新性[12]。

指導(dǎo)教師團隊成員將科研成果融入課程設(shè)計、綜合實訓(xùn)、創(chuàng)新項目等教學(xué)環(huán)節(jié)，重點打造案例項目，既包含重點專業(yè)課程中的知識與方法，又包含工程實踐項目的特有對象及應(yīng)用需求，形成了化工過程檢測人才培養(yǎng)特色方向。指導(dǎo)教師團隊精心組織策劃課題，做到一組一題，團隊分工合作完成課題的遞階個性化實踐教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生團隊合作與分析、解決問題的能力。

3.3 多元化的實踐教學(xué)與評價體系

應(yīng)用“虛實結(jié)合”和“工學(xué)交替”的多元化實踐教學(xué)模式，即學(xué)生到企業(yè)開展認識實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)等，充分利用“政產(chǎn)學(xué)研用”工程人才協(xié)同培養(yǎng)機制，使用虛擬化和網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)，進行仿真化實踐教學(xué)[13]。學(xué)生充分利用綜合實習(xí)、畢業(yè)實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計等環(huán)節(jié)，將學(xué)習(xí)與工作實踐相結(jié)合。

實踐環(huán)節(jié)評價以“學(xué)業(yè)成果作品化”為特征[14]，針對各實踐教學(xué)目標的專業(yè)性、創(chuàng)新性、鼓勵性等多樣化的評價標準，采用教師評、自己評、同學(xué)評、企業(yè)評等多種評價方式，創(chuàng)新完善了實踐教學(xué)評價體系。通過校企實習(xí)的細化形式，在一定時期內(nèi)利用綜合實習(xí)、畢業(yè)實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計等環(huán)節(jié)，將學(xué)習(xí)與工作實踐相結(jié)合，使學(xué)生加深對所學(xué)專業(yè)的認識，培養(yǎng)團隊合作精神、應(yīng)變能力，開闊眼界、促進就業(yè)。

4 推廣及應(yīng)用情況

遞進式工程實踐模式的實施最初面向南京工業(yè)大學(xué)測控技術(shù)與儀器專業(yè)學(xué)生，經(jīng)過2年的建設(shè)實施，取得了一定效果。學(xué)生對工程問題的描述與設(shè)計能力、專業(yè)知識掌握程度和創(chuàng)新能力顯著提升，得到師生、同行的高度認可。近幾年，該專業(yè)學(xué)生參與創(chuàng)新訓(xùn)練的熱情高漲，申請大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目的人數(shù)逐年攀升，參與科技競賽的人數(shù)及獲獎層次也逐年提高，在中國國際“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、全國大學(xué)生智能汽車競賽、全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽、全國大學(xué)生機器人大賽中多次獲獎。

在實施培養(yǎng)方案過程中，重點以工程問題為導(dǎo)向，打造典型工程項目案例，創(chuàng)建具有專業(yè)特色的工程設(shè)計實踐體系，其實踐內(nèi)容及難度在專業(yè)實踐教學(xué)體系中不斷提升，借助良好的鼓勵創(chuàng)新的軟硬件環(huán)境，在教學(xué)設(shè)計中融入多元化的教學(xué)模式，并注重過程評價與考核。該模式進一步凝練后，可推廣到自動化、電氣工程及其自動化、電子信息工程等相關(guān)專業(yè)課程體系及實踐環(huán)節(jié)的人才培養(yǎng)。

5 結(jié)語

結(jié)合南京工業(yè)大學(xué)測控技術(shù)與儀器專業(yè)培養(yǎng)方案制定的實習(xí)實訓(xùn)體系，遵循“遞進式”原則，對實踐內(nèi)容、創(chuàng)新能力進行設(shè)計、完善與實施，進行跟蹤評價與反饋，形成符合專業(yè)特色與人才需求的實踐教學(xué)實施方案。本文的研究與探索，旨在提高學(xué)生的創(chuàng)業(yè)實踐能力和推動專業(yè)建設(shè)，具有一定的實踐與推廣意義。