基于工作站模式的青少年科技創新能力培養

孫艷娜 洪玲 周峰

［摘 要］ 面向交通強國戰略，貫徹落實立德樹人根本任務，同時遵循青少年成長需求、認知特點和創新實踐教育規律，同濟大學交通運輸工程實踐工作站結合學科特色，設計制訂了面向未來交通的青少年科技創新實踐培養方案。通過創新課題形式培養青少年的科技創新能力，激發青少年對科學研究的濃厚興趣，吸引更多的青少年投身交通強國建設，共同培養交通科技創新人才。工作站經過3年的運行，取得了一定的成果，在人才培養方面有了創新性的突破，產生了良好的社會影響力。

［關鍵詞］ 科技創新；實踐工作站；創新課題；青少年

［基金項目］ 2023年度上海市科技計劃項目“同濟大學交通運輸工程實踐工作站”（23dz23s1200）；2022—2023年同濟大學第十七期實驗教改項目“布洛克菲爾德黏度實驗的改進”（1600104152）

［作者簡介］ 孫艷娜（1985—），女，山東菏澤人，博士，同濟大學道路與交通工程教育部重點實驗室高級工程師，碩士生導師，主要從事路面結構與材料研究；洪 玲（1972—），女，浙江武義人，博士，同濟大學道路與交通工程教育部重點實驗室教授級高級工程師，碩士生導師，主要從事交通運輸規劃與管理研究；周 峰（1986—），男，江蘇常州人，博士，同濟大學道路與交通工程教育部重點實驗室助理教授，碩士生導師，主要從事交通運輸規劃與管理研究。

［中圖分類號］ G645［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1674-9324（2024）02-0029-04［收稿日期］ 2022-12-03

引言

科技是國家強盛之基，創新是民族進步之魂，科技創新是國家發展的重要基石，創新是推進我國綜合國力平穩快速提升的強勁動力。在國家積極推進應試教育向素質教育轉變的大背景下，從20世紀80年代末我國開始關注青少年創新能力的培養，至今已有30多年。青少年科技創新教育的目的在于培養廣大青少年的動手實踐能力和科技創新精神，提高青少年的科技素質和創新能力，為國家的進步和發展提供源源不斷的生力軍［1-3］。

經過多年的發展，青少年科技創新教育已經積累了豐富的素質教育和創新能力培養的實踐經驗，逐漸形成了按年齡、分階段、動手實踐、室內教學、戶外科學考察相結合的多種培養模式［4-7］。例如，中小學與校外教育機構的聯合培育，如小學與科技館、綜合實踐基地相結合等；中學與大學/科研院所的聯合培育，如廈門大學附屬科技中學與廈門大學共同創辦的高中創新實驗班，北京市第三十五中學與中國科學院京區科協聯合創辦的科技創新人才培養班，南京市第一中學開設的以“班級導師制”為特色的“崇文班”，同濟大學的“苗圃計劃”，南京大學與蘇州中學合作開設的“匡亞明實驗班”和陜西省啟動的“春筍計劃”等。這些中學可以借助高校和科研院所的資源，開展自身學校學生的青少年創新教育，但這種模式受眾面較小，只限于可以對接高等院校的部分中學，不能很好地普及到所有的中學校園。

全國青少年科技創新大賽是個受眾面非常大的青少年科學創新實踐活動，主要針對在校中小學生，將他們參與各類科技活動完成的優秀作品展示出來。但是這種比賽形式比較單一，活動更注重結果而不是過程，對青少年工程素養的培育效果一般。如何在現有的教育體制內實現對青少年創新能力的培養，設計更多的適合青少年的課程和教育體系，讓他們在輕松愉悅的氛圍內感受科技創新的魅力，促進青少年創新能力的快速發展，是亟待解決的問題。

一、基于工作站模式的青少年創新能力培養

“十三五”期間，上海正加速推進四個中心建設，隨著科創中心建設正式提上議事日程，創新人才培養問題日益凸顯。推動普通高中多樣化特色辦學，是上海教育主動適應上海城市功能定位、社會和地域經濟發展以及學生發展需求的重大戰略選擇。作為推進上海高考改革的配套措施，《上海市推進特色普通高中建設三年行動計劃（2016—2018年）》要求社會實踐、動手實驗和操作離不開專業的實驗設備，而以自主探究為主，學生創新精神和實踐能力的培養需要專業教師的指導及相應實驗教學方法的引導，這些是中學在培養工程素養中欠缺的，卻也是高校的優勢資源。因此，利用好高校的實驗設備及實驗教學，為中學生工程素養培養服務是高校的責任和義務。

2016年起，上海市教育委員會、上海市科學技術委員會攜手創辦“上海市青少年科學創新實踐工作站”項目，旨在整合高校、科研院所優質資源，遴選招收上海市部分高中生進入實踐工作站學習，通過聯通校內校外各領域科創載體，貫通課內課外跨學科多元課程，融通線上線下科學探究課題多維度評價，使學生在項目實踐中拓寬科學視域、訓練思維方式、豐富學習經歷、培養創新精神、提升實踐能力、積淀科學素養、塑造人文情懷。在此背景下，2019年上海市青少年科學創新實踐工作站“同濟大學交通運輸工程實踐工作站”（以下簡稱工作站）成立，旨在吸引更多的青少年投身于交通強國，培養交通科技創新人才。

二、以工作站為載體的創新實踐活動開展

工作站一切以學生為中心，根據高中生的認知特點和基礎知識儲備，制訂了個性化的培養方案，通過帶領、引導、啟發和指導學生完成創新實踐小課題，激發學生的興趣，體驗科技創新的成就感。

（一）創新實踐教學平臺的構建

遵循“分類策劃，循序漸進；注重過程，實踐為主；整合資源，多方聯動；科學記錄，全面評價”的基本原則，工作站構建了創新實踐教學平臺，包含實踐點—管理團隊—管理教師團隊三級聯動的基質。工作站站點在大學內，設有站長、副站長等管理團隊，實行站長負責制，確保工作站科創活動正常有序的運轉，同時設專職聯絡員，負責對接實踐點和學生；工作站下設4個實踐點，工作站負責實踐點的建設和管理。實踐點地點在高中內，設有固定的實踐點負責人和管理員，直接對接學生；針對每個創新實踐小課題，都有一個固定的課題管理教師團隊，包括課題負責教師、指導教師、輔導員等，確保學生在創新活動中的各種需求都有人指導、對接。

工作站和實踐點設立了科研實踐教學中心，教學中心有固定的教室和實驗室用于創新人才培養，確保創新實踐活動的實施。同時制定了“工作站+實踐點”的運行體系細則，包含實施體系、組織架構、工作保障、運行體系、教學管理等，完善了工作站運行工作機制，做到管理有制度、運行有依據、培養有方案、指導有團隊的“四有”管理。

（二）創新實踐教學培養體系的優化設計

為了更好地展現未來交通多個領域的最新科研與應用進展，圍繞交通強國戰略，設計了涉及交通規劃、交通設計、交通感知、載運工具、基礎設施、智能交通、智慧城市等創新實踐小課題，通過課題展示未來交通多個領域的最新科研與應用進展，讓青少年感受交通強國戰略與日常生活的緊密聯系。在課題培養方案中，工作站對創新實踐教學培養體系進行了優化，具體如下。

1.培養體系的優化。貫徹落實立德樹人根本任務，結合同濟大學知識、能力、人格“三位一體”的育人模式，提出了交通運輸工程學科針對青少年認知特點的創新培養體系。在育人模式中，“知識”主要是傳達交通學科的基礎知識，分了解和掌握兩種階段，了解是希望學生知曉交通學科的發展歷史和最新研究進程；掌握是希望學生掌握交通學科最基本的基礎知識，為以后獨立做科學研究打好基礎。“能力”主要是運用專業知識解決實踐問題的能力和創新能力。“人格”是希望培養學生承擔社會責任的意識及專業素養，使其以專業的眼光去看待周圍的社會現象。

2.教學體系的優化。結合新時代青少年的成長需求和創新實踐教育規律，設計了科學基礎、專業內涵、創新素養的“三層次”教學新體系。鑒于交通運輸工程學科的交叉性，教學體系中的“科學基礎”包括通識基礎和專業基礎兩部分，主要以理論課程傳授為主；“專業內涵”是指在共性的專業基礎上進行專業內涵的提升，主要是個性化的專業能力訓練，包含設置專業內涵類實驗、強化知識運用和工程能力訓練等；“科學素養”以個性化的創新精神培育和創新能力訓練為目標，設置創新素養類實驗，激發學生的創新潛力。在新的教學體系中，將啟發式、問題式、討論式、開放式和分層式等教學方法，以及輔導、指導、引導的精細化個性化教學手段運用于青少年培養中，力爭教學效果達到最優。

3.教學團隊的優化。針對每個創新實踐小課題都設立了專門的指導教師團隊，每個團隊包含1位課題負責教師、1～3位指導教師、2名輔導員，其中課題負責教師由具有豐富科技創新大賽指導經驗的教師擔任，指導教師由上課經驗豐富的高級職稱教師擔任，輔導員由碩士研究生和博士研究生擔任。學生進入創新團隊后，會建立專門的微信群，課前會發布上課的準備事宜，課中全程錄像，課后學生可根據需要申請回看，并有輔導員跟蹤答疑。

（三）創新實踐內容的優化設計

為了順利、高效地指導學生完成創新實踐小課題，基于青少年的成長需求、認知特點和創新實踐教育規律，結合同濟大學的交通學科特色，工作站對創新實踐內容進行了優化設計，具體包含三類。

第一類是基礎型課程的培訓。高中生具有基本的數學、物理、化學等學科基礎，但對如何做科學創新和完成創新課題知之甚少，可謂是“科研小白”，需要從頭開始手把手教學。首先，對工作站的學生進行科技創新方法培訓。介紹科技創新的概念、科技創新的思維方法等，并結合典型創新案例由淺入深地讓學生理解科技創新、學會科技創新。其次是文獻檢索和調研。做課題最重要的一步是學會做文獻檢索，借助互聯網找到自己需要的資料。對于缺少課題研究經驗的青少年而言，百度、谷歌等搜索引擎是他們最常用的，這種方法對解決日常小難題或許有幫助，但對于專業知識的回答可謂是非常的淺顯。因此，必須教會他們專業的搜索方法，主要是介紹如何使用知網、萬方等數據庫搜索學位論文、期刊論文，甚至是EI期刊、SCI期刊論文。然后是如何撰寫研究報告。研究報告不同于學生熟悉的作文，它有固定的書寫規則和用語習慣，講究有理有據、圖文并茂，并力圖做到整潔、美觀、統一等，工作站會結合不同的案例介紹如何采用圖表更好地呈現研究成果，并介紹撰寫研究報告常用的框架結構。最后是如何開展科學研究和研究成果匯報。在一般高中校園的科創活動中，大多數是完成了研究開題，至于后續工作如何順序開展和研究成果一般不做硬性規定，這就導致了學生只學會了“開始”，而沒有學會“完成”。工作站會指導學生如何“完成”科學創新小課題，開題后在課題進行過程中遇到任何問題都會引導、輔導他們繼續進行下去，并教授他們如何制作PPT來匯報研究成果。

第二類是研究型課程的開展。工作站對研究型課程進行了主題設計，分為交通強國、科技前沿和焦點探究三大板塊，從祖國交通文化精神傳承、世界交通科學技術創新和上海交通現狀問題分析三個角度來綜合培養學生。學生根據自己的興趣，自愿加入各個課題團隊，指導教師會引導學生獨立完成一項創新實踐活動。例如，“地鐵網絡乘客出行路徑選擇行為研究”這一課題，學生可根據自己的興趣延伸為“地鐵換乘站結構對乘客出行路線選擇的影響”“地鐵乘客在導航軟件推薦影響下的路徑選擇行為偏好研究”“基于時間聚類的地鐵乘客出行路徑選擇比例計算方法”等不同的獨立課題。指導教師團隊會根據學生的興趣，具體指導他們如何做文獻綜述、實驗設計和實地調研、數據分析和整理、撰寫研究報告、PPT匯報研究成果等，手把手指導學生如何做學術研究。

第三類是科普類參觀體驗。交通運輸學科知識專業性較強，單純采用理論課程和講座的方式傳授難免枯燥，難以激發學生的學習熱情。為了激發青少年對交通行業的興趣，吸引更多的青少年投身交通強國建設，共同培養交通科技創新人才，工作站同時開設了科普類參觀體驗，如“交通實驗室探秘”“暑期夏令營/冬令營之交通強國之旅”“高鐵模擬駕駛虛擬仿真實驗”等，讓學生近距離感受交通學科的魅力，了解交通運輸學科的發展歷程、重大工程、輝煌成就，知曉重大成果背后的科學原理，開闊眼界的同時增強民族自豪感，喚醒他們以后為科研工作貢獻自己力量的意識。

三、青少年創新能力培養建議

工作站經過3年的運行，取得了一定的成果，在人才培養方面有了創新性的突破，產生了良好的社會影響力。結合實踐經驗，對青少年創新能力培養建議如下。

（一）繼續優化創新課程體系，更好地符合青少年的認知規律

應加強對青少年成才規律和教育規律的研究，設計制訂更符合青少年認知規律的創新實踐培養方案，同時充分了解青少年已有的基礎知識儲備，平衡課程難易程度，既不能太難，打消學生探索科研的積極性，又不能太簡單，磨滅學生的創造性，幫助青少年將所學知識與創新能力聯系起來，在不斷積累與儲備中形成良好的創新能力。

（二）倡導自主式學習，促進青少年科學創新能力發展

通過對3屆學生完成工作站課題質量的調研發現，課題完成成果質量差別較大，較好的能夠接近大學本科生的水平，較差的可能沒有完成實踐內容。究其原因是學生自主式學習能力和投入時間的差異。自主式學習能力強的學生能夠積極主動地學習，運用所學知識去分析問題、解決問題，即使失敗也會嘗試其他各種辦法，與同學交流、向教師請教等，而不是淺嘗輒止；解決問題后也會進行總結和反思，探究問題背后的原因，投入大量的時間進行鉆研。因此，應著力培養青少年自主式學習的能力，培養他們百折不撓的韌性，為創新能力的培養提供有效的學習方法。

（三）繼續增加投入，充分利用各方教育資源

在青少年創新能力培養方面，仍然要貫徹政府投資為主，社會各界共同參與的方針。政府在保障基本教育事業經費的同時，應當在專門培養青少年創造力方面加大教育投入力度，同時大力提倡社會各界對青少年創新能力培養的投入，特別是吸引高等院校和創新企業，充分利用高校優秀的教育資源和創新企業的示范引領作用，打造更多高質量的科普教育基地，修建更多向公眾開放的科技館，加大科技活動節的開放力度和覆蓋面等。

參考文獻

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［5］應超.校外教育活動中青少年創新能力培養的現狀與對策研究［D］.上海：華東師范大學，2012.

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［7］盛巧雅.中美兩國青少年創新能力培養的對比分析［D］.上海：上海外國語大學，2004.

The Cultivation of Young Peoples Scientific and Technological Innovation Ability Based on Workstation Mode： Taking Traffic and Transportation Engineering Practice Workstation of Tongji University as an Example

SUN Yan-na， HONG Ling， ZHOU Feng

（The Key Laboratory of Road and Traffic Engineering of Ministry of Education， Tongji University， Shanghai 201804， China）

Abstract： Facing the strategy of building a powerful country in transportation， adhering to the concept of educating people through morality， and following the growth needs of young people， cognitive characteristics and innovative practice education laws， traffic and transportation engineering practice workstation of Tongji University designs and formulates a youth science and technology innovation practice training program for future transportation combining the characteristics of the discipline. It cultivates youth science and technology innovation capabilities through innovative topics， stimulates youths strong interest in scientific research， attracts more youths dedicated to a country that is powerful in transportation， and cultivates transportation technology and innovative talents. After three years of operation， the workstation has achieved certain results and made innovative breakthroughs in personal training， which generates a good social influence.

Key words： scientific and technological innovation; practical workstation; innovative project; youth