以創客能力培養為引導的大創項目運行機制研究
——以武漢商學院建筑環境與能源應用工程專業為例

胡云鵬

（武漢商學院機電工程學院 湖北 武漢 430056）

我國工程教育以“新工科”建設為引領，著力培養一批實踐能力強、創新意識強、具有國際競爭力的高素質、復合型的工程技術人才，以適應“新技術、新產業、新業態、新模式”所推動的科學技術與經濟社會的快速發展[1-2]。其中，開展“大學生創新創業訓練計劃項目”（以下簡稱“大創項目”）則是培養創新型工程科技人才、建設創新型國家、實施科教興國戰略和人才強國戰略的關鍵手段之一。在“成果導向、以學生為中心、持續改進”的工程教育專業認證理念指導下，大創項目的“申報、立項、執行、產出”過程中，能有效強化學生創新思維、優化發明創造能力、培養知識產權意識以及凝練創新成果能力[3]。雖然大創項目作為第二課堂屬于學生課外科技活動，在工程教育認證的畢業指標體系中未有明確的指向，但其對于課內知識的學習也有極大的促進作用。

為了促進人才培養方式的轉變，進一步發揮大創項目在培養學生的創新實踐能力上的作用，不同學者開展了大量的調研與實踐。依托教師的科研項目或校企合作等方式均能有效促進大創項目的開展，培養學生的創新能力。熱娜古麗等[4]在調研喀什大學大創項目運行機制中發現，依托科研項目的化學類大創課題的申報、執行與結題的質量和成果，與指導教師團隊的科研能力具有較大的影響。包麗等[5]以案例分析的方法調研了齊齊哈爾大學將教師科研項目與學生大創項目申報相結合的機制，通過提煉科研項目、激發學生想象、科研反哺教學，從而進一步提高創新實踐能力。肖敏等[6]將科研課題、科技競賽及大創項目結合起來，建立了環境工程設計型綜合實驗教學模式，培養學生的創新思維與實踐能力。顯然，利用科研平臺、教師課題為依托的大創項目對學生的能力培養具有較好的效果。同時，有些學校則采用協同育人的方式促進大創項目在人才培養發揮更大的作用。劉飛等[7]總結了桂林電子科技大學系統實施校企合作模式推動大創項目發展，將項目實施與專利、論文、比賽和成果轉化結合起來，實現生、校、企三方共贏的效果。

然而在科研平臺實力偏弱、教師課題層次略低、校企合作數量較少的情況下，采用上述模式推動大創項目的效果還不夠明顯、覆蓋面還有待提高，學校亟待找到更多的機制來推動學生積極申報、執行大創項目，從而通過大創項目的閉環訓練過程切實提高學生的創新思維和實踐能力。

1 現狀

建筑環境與能源應用工程專業（以下簡稱“建環”）屬于土木工程的二級學科。武漢商學院（以下簡稱“我?！保┙ōh專業來源于原“制冷與空調技術”?？茖I，無土木工程與建筑類的其他專業，每年招收普通本科人數為50 人左右，學生入學成績在校內處于較低水平。建環專業屬于典型的厚基礎、寬口徑學科，涉及行業廣、專項多[8]。通常，學生在二年級下學期才接觸到專業基礎課中的工程熱力學和流體力學，大三到大四上學期完成專業課程學習，專業課程多以工程類課程居多。從工程技術角度開展大創項目，學生僅依靠有限知識開展工程創新的能力偏弱、動力較小。

呂靜等通過調研總結了建環專業學生在創新實踐過程中，學生存在著不同程度的“思維受限、想法缺失、能力匱乏、信念易變與毅力薄弱”等問題，這在我校建環專業的學生中也十分明顯。新生入學時，還是處于從被動學習向主動學習轉變的過程。絕大部分學生都是通過入學教育才開始了解建環專業，對建筑、能源、環境等方面的基礎知識了解比較淺顯。雖然新生參加學生社團、科技競賽、大創項目的熱情很高，但通常只能發現簡單問題點。后續過程中，由于創新素質缺乏培養，基礎能力缺乏鍛煉，如果沒有外在幫助和持續關注，實際行動就越來越少了。與此同時，低年級學生有意愿、有動力但動手能力和創新意識稍顯欠缺，高年級學生有一定專業知識，但主要精力放在考研或就業，對創新創業活動的熱情較少。另一方面，我校建環專業與機械大類的車輛工程專業、自動化大類的機器人工程專業同屬一個學院，在“熱工+機電”的一體化培養方面又有一定的基礎。迫切需要結合現有條件，促進我校建環專業學生積極參加大創項目，提高項目申報成功率，有效通過實施過程來達到改革人才培養的目的。

2 策略

結合學校定位、專業特點與學生現狀，我校規劃了一個以創客能力培養為引導的大創項目訓練體系。試圖在低年級期間完成一次大創項目的鍛煉，幫助學生從基礎教育的理論學習過渡到高等教育的工程知識。與常規的大創項目的準備、申請、執行與結題相比，增加了一個引導步驟，利用創客基礎產品的學習與制作過程將同學們的熱情引導到開展大創項目中來。

2.1 路線規劃

該訓練流程從入學開始，在兩年時間內完成一輪大創項目訓練過程，促進學生掌握一定的基礎工程理論知識、具備較強的實踐動手能力、培養較好的科研創新思維，并將所學知識進一步應用到高年級的工程知識中，為高年級開展創新創業活動，以及未來工程實踐中開展科技創新奠定素質基礎。利用學生參加科技社團的機會，以項目引導的方式完成一個入門級的科技作品來吸引學生、提高興趣，引導學生完成角色轉變，并持續開展后續創新創業項目。通常，以5 人為一個小組進行組隊，其主要的時間節點如表1 所示。

表1 大創項目訓練時間節點

因此，利用一個完整的“引導、準備、申報、執行、結題”的大創項目循環，在兩年時間內以大創為核心，開展各種學習和工作，并在大二結束時完成一個大創項目，真正實現對科研素質的訓練和創新思維的培育。

2.1.1 項目引導

學生無法將初始熱情轉化為持續行動的主要原因之一就是缺乏系統指導和個性引導。因此，在完成入學教育后就依托校級科技社團——“節能減排協會”開展了項目引導與能力培訓。參與引導的既有社團指導老師，也有高年級優秀學長，并逐步形成了高低年級學生的“老帶新”團隊發展模式。培訓內容以零基礎創客技能學習為主，選用入門快、資源多的Arduino循跡小車、仿生機械等套件作為硬件基礎。該類創客作品訓練時間不長，但作品成效明顯，有具體的實物展示，使學生獲得極大滿足感。將學生的初期熱情轉移到了產品制作上，既維持了興趣，又能提高獲得感。在展開引導項目之時，學生已明確學習目標與培訓步驟，主要包括以下幾個過程：①完成硬件安裝。②實現案例程序運行。③修改程序，實現自行設定的運動模式。④以現有平臺為基礎，完成一個太陽能追蹤的科技作品。⑤開展引導項目的結題展示。

學生以任務為導向開展系統培養、資料查詢、團隊討論、方案修正等工作。在信息時代，碎片化的學習資料使學生能很容易找到大量開放文檔與視頻資源進行參考，組間互相討論，能迅速擴大視野。同時，項目每個環節均有明確成果展示，既提升能力又增強信心。最關鍵的是，利用引導項目能使學生對工程知識的興趣進一步擴大。

2.1.2 項目準備

在半年的創客學習過程中，教師在肯定學生進步的同時，經常開展引導式鼓勵，詢問是否能對套件開展改進，能否應用到其他場合，能否和節能減排結合起來等等。在引導項目開展過程中，通過設問來促進學生發現問題、探究問題，從而形成各自團隊的創新研究方向，幫助學生逐步準備大一下學期的大創項目申報工作。

2.1.3 項目申報

從寒假階段開展項目申報書的撰寫工作，實踐發掘科技問題、查閱文獻資料、整理實施方案、形成技術路線的過程，并經過反復的小組討論后形成大創項目申報書。由于有了引導項目的實施過程，學生們的能力已經得到一定鍛煉，申請書的選題與內容均能達到較好質量，從而提高項目申報成功率。

2.1.4 項目執行

大創項目課題的立項，能將學生的注意力吸引到如何完成項目上來。大創項目與引導項目相比，雖然難度和深度都有較大提升，但是學生的整體能力已有所提高，其中的困難可以逐步克服。項目執行期間，通過厘清步驟、分解任務、細化環節，實現團隊成員的個性發展與共同進步。

對于學生在課題研究過程中所面對的疑問和難點，指導教師以指方向、提要點的方式引導其主動學習新的知識與技能。以解決問題為目標開展的知識點式學習過程，跳過了按部就班的系統學習，有利于學生主動追根溯源，幫助學生進一步鍛煉科研能力。

2.1.5 項目結題

在認真開展大創項目的過程中，以大創項目為依托，可以參加相關專業科技競賽，如全國大學生機械創新設計大賽、全國大學生節能減排社會實踐與科技競賽等專業類比賽，也可以參加全國軟件和信息技術專業人才大賽等基礎學科競賽。同時，由于學生需要解決問題，優化解決方案，還會經常與指導教師討論，充分利用教師對科學技術的敏感性幫助學生進行關鍵技術要點的總結和提升，開展專利申報和論文撰寫工作，并順利完成項目結題。

2.2 案例分析

在指導大創項目的過程中，分別采用兩種典型的引導模式——“工程項目引導”和“創客產品引導”，兩類典型團隊在大創項目方面均取得一定成果。由于引導方式的不同，不同類型的團隊在成果上也存在著差異。

2.2.1 工程項目引導

該引導方式的主要模式是以工程現場調研與問題收集為引導，項目團隊討論形成解決方案，然后具體開展項目的實施工作。

團隊A 在項目申報之前由指導老師帶學生去棉紡廠調研，團隊經過實地考察棉紡廠的空調系統發現：①棉紡廠房空間大，以上送下回的氣流組織方式為主；②回風系統主要采用土建回風溝道，截面較大、積棉嚴重、不易清掃；③該棉紡織廠回風管道的除塵多為地面回風口處安裝高效過濾網收集棉絮纖維，輔以清潔人員進入地下土建回風管道中人工鏟除附著于管道拐角和回風口處的堆積棉絮。整體而言，回風系統阻力大、能耗高，工作效率較低。

經過團隊討論和教師引導后，擬采用機器人清掃的方式來實現對棉紡廠空調回風系統的定期除塵，并形成了“棉紡織廠回風系統智能清掃機器人”的國家級大創項目。項目立項時，團隊成員均為建環專業大一學生，熱情很高但在項目實現過程中遇到一定困難。該團隊針對清掃機器人在土建管道中的行走、測距、清掃、壓縮、檢測等功能的實現上能夠提出實現思路，但由于在創客動手能力的自我學習上存在著較多困難，因而，該團隊的結題成果是獲批一項發明專利和一項實用新型專利，但未能完成實物制作。

2.2.2 科技產品引導

該引導模式的主要流程是先學習基本創客技能，完成初級科技產品制作，然后開展大創項目申報與實施工作。

①團隊B 首先在節能減排協會學習科技產品制作的基本知識，開展了創客基本技能培訓過程。在實現太陽能追蹤科技小作品的制作過程中，由小組研討形成了“新型光伏發電遮陽傘”的省級大創項目。在科技社團的培訓學習引導下，項目團隊在整個過程中形成了資料調研收集、模型設計與圖紙繪制、零件購買與實物組裝、產品功能調試與性能計算等環節的明確分工與團隊合作。項目團隊既學習了創客的基本電工電子知識，又掌握了機械設計基礎課程的知識，并將太陽能利用中的太陽輻射強度實時計算應用于產品的控制邏輯中，對產品實物進行了多輪改進。

團隊成員反映，在項目執行過程中個人成長較快，主動學習動力足。同時，團隊成員們還參加了“全國三維數字化創新設計大賽”等比賽并獲獎，并開展了專利申報工作。與團隊A 相比，該團隊因為持續有結果呈現，后續工作勁頭更足。

②在針對2022 級建環學生的大創申報過程中，更加注重了不同的基礎創客模型，如循跡小車、繪畫機、無人機、太陽能追蹤等套件的引入，用于開闊視野、尋找靈感。學生們在制作模型的同時，也廣泛查找資料、反復修正方案，最終獲得了“熱感滅火澆花清潔環保小車”“多功能光能輔助供電平面彩繪墻畫機”和“用于‘洗、消、烘、存、護’的全能型自動化洗碗裝置”等三項大創項目。同時，也獲得了第十六屆全國大學生節能減排社會實踐與科技競賽的三等獎1 項。對于大一新生而言，大創項目的立項和學科競賽的獲獎，很大程度上為后續大學生涯的專業知識學習、課外科技活動提供了良好的開端。

2.3 成果

近年來，在以創客項目引導路線的執行中，以學生社團“節能減排協會”為核心，申請國家級、省級、校級大學生創新創業項目10 余項。從引導環節開始，學生基本都能在2 年內完成一次大創項目的訓練過程。在執行過程中，學生也積極參加各類科技競賽與創新創業活動。不僅積極參加“節能減排”“制冷空調行業大學生科技競賽”等專業學科競賽，還參加“先進成圖”“機械創新”“工程訓練”等基礎學科競賽，以及“挑戰杯”“互聯網+”等創新創業類項目，獲得國家級、省級科技競賽獎項30 余項。學生不僅擴大了專業視野，提高了科研素質、鍛煉了創新技能，也極大增強了科技自信，學校也實現了培養復合型應用人才的初衷。

3 結語

本文在分析通過大創項目開展科研素質提升與創新能力培養的機制中，建立了一種以創客能力培養為起點的“引導、準備、申報、執行、結題”過程。通過這種培養機制，也從第二課堂的角度踐行了工程教育專業認證對于培養學生的創新創業技能和能力的理念。同時，第二課堂中所涉及的機械、電子、自控等方面的技能對于課內知識的融會貫通也具有相輔相成的作用。在我校建環專業的實踐表明，該方法以學生為中心，以項目為引領來優化過程培養，相關機制也在逐步發展和完善，學生的創客能力、創新思維、科研素質均穩步增強。