全方位培養自主學習與實踐創新能力的教學體系構建與實踐

裴曉東 吳征艷

摘? 要：針對高校創新人才培養中存在的問題，如教育教學方法陳舊、實驗教學條件有限和學生實踐能力不足，缺乏創新意識等，提出并實施“五個環節”研討式課堂教學方法，打造多層次、虛實結合的實驗教學體系，開展“四化”實踐教學模式，建立促進學生自主學習與實踐創新能力的考核機制等針對性措施，從而全方位提高教育教學質量，培養學生自主學習與實踐創新能力，促進新工科人才解決復雜工程問題核心能力的達成。

關鍵詞：全方位培養；自主學習；實踐創新能力；教學體系；多層次虛實平臺

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）15-0072-04

Abstract： In view of the problems existing in the training of innovative talents in colleges，such as obsolete teaching methods， limited experimental teaching conditions and insufficient students' practical ability， lack of innovative consciousness and so on. This paper puts forward and implements the "five links" discussion classroom teaching method， creates the multi-level， combination of reality and reality experiment teaching system， carries out the "four modernizations" practice teaching pattern， and establishes the assessment mechanism to promote students' independent learning and practical innovation ability. In this way， the quality of education and teaching can be comprehensively improved， students' ability of independent learning and practice and innovation can be cultivated， and the core ability of new engineering talents to solve complex engineering problems can be promoted.

Keywords： comprehensive training; autonomic learning; practical innovation ability; teaching system; multi-level virtual and real platform

近年來，隨著國家對高等教育的愈加重視，很多高校都在進行改革，特別是在培養大學生的創新能力方面[1-2]。學生要有創新能力必須要有創新意識和素養，而創新意識需要在自主學習、自主思考、自主實踐中培養。注重培養大學生的創新實踐能力，是當今時代賦予高等教育的重要任務之一。除了掌握基本的理論知識外，新工科創新人才的培養需要學生掌握應對變化、塑造未來的能力，需要通過有效的繼承創新、交叉融合和共享，成為具有多元能力和創新型的卓越工程人才。本文主要針對目前高校創新人才培養中存在的共性問題提出建議，并結合培養一流新工科人才的社會需要，開展貫穿課堂教學、實驗教學和實踐教學的全方位培養學生自主學習與實踐創新能力的教學體系構建與實踐，以期高效促進新工科人才解決復雜工程問題核心能力的達成。

一? 目前高校創新人才培養中存在的問題

（一）? 以教師講授為主

很多工科專業交叉性強，涉及專業知識比較綜合，學生需要對多學科知識有所涉獵，才能更好地開展學習和實踐。但傳統教學課程內容體系相對固定，課堂氛圍相對死板，主要以教師講授為主，學生為輔。在這種情形下，課堂比較壓抑，學生學習興趣降低，涉獵知識面偏窄，導致學生知識和技能掌握不扎實，在真正實踐時創新不足[3]。因此，應多鼓勵教師布置學生開展課外查閱及整理任務，開展討論交流，讓課堂以學生為主。

（二）? 實驗實訓教學條件有限

目前我國多數高校仍缺乏足夠的實驗實訓基地和平臺，特別是對實踐要求高的工科專業，在實驗教學場地和設備方面，尤其顯得局促和不足[4-5]。

（三）? 學生缺乏創新意識，主動性差，實踐能力不足

多數學生從小接受的教育比較刻板，普遍創新意識較差，創新能力不足，動手能力薄弱。學生在進行創新設計活動時，存在所學知識、技能和創新思維不匹配的情況[6]。因此，高校創新人才培養需要尋找方法有效激發學生的創新思維，促進學生主動去學習、去實踐、去創新[7]。

二? 全方位培養體系的構建和實踐

為有效提高學生創新能力和培養創新意識，綜合建立全方位貫穿專業教學課堂、實驗和實踐等所有教學環節的立體培養體系，并在培養實踐過程中持續改進，以保證高效、全方位地提高學生創新實踐能力。構建的全方位培養教學新體系主要組成如圖1所示，其主要教學環節及功能如圖2所示。

（一）? 以“五個環節”為基本框架，構建實施培養自主學習能力和探究精神的課堂教學新方法

在進行構建和改革的過程中，增加研討式課程比例，采取大班授課、小班研討的方式[8-9]。每次小班研討前，學生根據專題任務進行獨立探索，撰寫課題報告，匯總組內交流討論結果并進行二次查閱、解釋和提煉，研討環節學生開展獨立講述，老師進行評議，最后一起總結。即構建并實施“教師導講和優選研討課題”“學生獨立探索和撰寫課題報告”“小組交流討論和匯總提煉”“學生講述和師生評議”及“教師綜述和總結提高”五個環節的高效培養學生自主學習能力和探究精神的研討式教學新方法[8]。這樣的教學模式，將有利于發展和鍛煉學生的獨立思考、探究和創新能力。開展的課堂研討交流示例如圖3所示。

隨著教育信息化的快速發展，建設課下多形態教學資源，如精品視頻課、微課、虛擬仿真一流課程等，可以有效擴展學生學習的時空范圍，可以讓學生有機會學到更多更加專業的知識，受到更多專業教師的指導，并充分利用課余時間靈活安排自學和探究，有利于能力提升和創新[4，10]。開設的國家級視頻公開課如圖4所示。

（二）? 打造虛實結合實驗平臺，建立多層次創新型開放式實驗教學新體系

利用國家級、省級實驗教學示范中心教學資源并整合國家重點實驗室、國家工程研究中心等科研實驗資源，拓展建設高水平的虛實結合專業實驗平臺以開展綜合實驗教學活動。將實驗課程獨立設課，開發構建包含“驗證型、設計型、研究型和科研拓展型”的多層次創新開放式實驗教學實體平臺以及重要、高危及難于實際開展知識點的虛擬教學資源，構建一批具有自主知識產權的、創新的新型實驗儀器和實驗項目支持并強化學生動手能力鍛煉，發揮科研反哺教學作用[11-12]。這樣的實驗教學體系，將有利于學生更好地在實驗過程中體驗和學習，實現翻轉課堂和虛擬課堂學習，增強學生自主學習和創新能力培養。建設的井下瓦斯壓力測定和大型風機性能檢測虛擬實驗資源[13-15]示例如圖5、圖6所示。

（三）? 以“四化”為引領，構建提升學生實踐創新、解決復雜工程問題能力的實踐教學新模式

為有效支撐學生創新意識、能力的更好培養，更加自如地適應社會、經濟、技術發展需求，在構建全方位培養人才體系時，實現四化漸進的“專業化—模塊化—實戰化—國際化”實踐教學新模式，從“初層認知—深層體驗—前沿探索”三個層次，培養學生解決復雜工程問題的能力[16-17]。通過“四化三層次”實踐實訓活動，大力為學生提供多元、自主研學教育教學實踐資源，為學生全面高素質發展提供強力支撐。具有自主知識產權的專業化、模塊化通風管網綜合實踐資源如圖7所示，企業實戰化和國際化實踐教學示例如圖8所示。

（四）? 注重能力培養，建立促進學生自主學習與實踐創新能力的考核機制

創新能力的培養，重在學習實驗實踐過程中發揮學生的自主性，讓學生獨立去完成，鍛煉學生創新思維和能力。設計將學習實驗實踐過程中的各個過程事項計入考核，真正讓每一個學生主動、全程積極參與，實現構建全過程培養體系的意義。在考核體系制定過程中，根據學生在課堂、實驗、實踐課程以及大學生實踐創新訓練計劃項目中的表現，重點考核學生運用所學知識和系統引用文獻資料的能力，剖析、解決問題的能力，有效運用語言闡述、表達的能力，團隊協作能力，以及針對實際工程問題提出技術措施的創新能力等，并計入各個教學環節的最終成績，從而促進學生自主學習和實踐創新能力培養。

三? 創新措施

（一）? 提出自主學習能力和實踐創新能力培養并重的人才培養理念

想要提高學生的創新能力，前提是讓學生掌握有效自主學習能力，授之以漁。對于學生來說，如果沒有主動去學習、去探索的想法，其創新能力和創新意識也難以得到鍛煉和發揮。全方位培養體系的構建是以培養建立提高學生自主學習能力為基本，掌握自主學習能力后，更有利于創新能力培養。在該教學體系中，學生自主學習能力的培養可以說是貫穿專業所有教學環節的，不僅在課堂上體現出來，在實驗實踐階段也會體現出來。讓學生具備創新意識，掌握創新方法，使學生在研究型開放性實驗、各級各類創新訓練項目、實習技術措施改進和畢業設計等階段順利開展創新實踐活動并獲得鍛煉提高。

（二）? 構建并實施全方位培養學生自主學習和實踐創新能力的教學新體系

在全方位培養創新體系的建立中，加入了考核機制。在實施過程中，新體系幾乎覆蓋了所有的環節，從課堂教學、實驗教學，到實踐教學，變“講授式”為“研討式”，建立了以“選題、準備、討論、演講、講評”五個環節為基本框架的課堂教學新方法，開展了大班授課、小班研討教學創新與實踐。同時依托各級實驗中心，整合學科資源，將科研成果轉換為研究型實驗項目，將實驗獨立設課，建立多層次創新型開放式實驗教學體系，提升學生自主學習能力。

（三）? 構建并實施適應于自主學習和實踐創新需求的實踐平臺運行模式

依托學科優勢，構建并實施包括各級實驗教學示范中心、國家重點實驗室等的綜合教育教學平臺聯合運行模式。改善實驗實踐條件，支持學生自主開展實驗實踐活動。并利用虛擬教學實踐資源開展實際環境下難于開展的重要實驗實踐，促進實驗室全天候開放。另外工程實踐教育中心側重實習教學，建立以現場專家為主的實習指導教師隊伍，參與畢業設計指導等實踐教育環節。

四? 實踐效果

（一）? 學生自主學習和實踐創新能力顯著提升，教育教學質量顯著提高

全方位培養自主學習與實踐創新能力教學體系構建后已在中國礦業大學安全工程學院、繼續教育學院、礦業工程學院等單位的2013—2017級共五屆總計26個教學班近1 000名本科生的教學活動中進行了應用和實踐，取得了良好的教學效果和學生反饋，學生的學習能力和實踐創新能力顯著提升。近年來，學生獲得的部分創新成果包括承擔省級以上創新實踐項目136項，獲省優博4篇、優碩10篇，協會優博4篇，發表論文672篇，授權發明專利565項，獲挑戰杯等省級以上競賽獎勵97項，其中金獎、一等獎12項等。

（二）? 引領了國內安全類專業建設和教育教學發展方向并在同類高校得到了很好的推廣應用

通過國家級精品視頻公開課、全國高校自制實驗教學儀器設備展、全國高校安全工程專業年會、江蘇省安全工程專業聯盟以及安全工程虛擬仿真實驗教學資源與共享平臺等向全國進行了展示和推廣。開設了安全工程專業導論、瓦斯的是與非等國家級精品視頻公開課，建立了“中國礦業大學-山東兗礦集團”“中國礦業大學-徐州礦業集團”等國家級工程實踐教育中心，建設了礦業工程國家級實驗教學示范中心（安全分室）和安全工程江蘇省省級實驗教學示范中心，入選了江蘇高校優勢學科建設項目等。實踐成果引領了國內安全類專業建設和教育教學發展方向，推動了安全類一流人才的培養，得到了兄弟高校的高度肯定。實踐成果還得到安全工程專業認證專家組高度評價：“通過研討式教學、創新創業計劃訓練、畢業設計等相關課程，培養學生的自學能力，養成終身學習的意識。”

五? 結束語

目前，高校創新人才培養需要打破傳統的教學模式，重在有效培養學生自主學習能力和創新意識勢在必行。本文全方位培養教學體系的構建，不單單是進行單一的創新能力教學，而是以自主學習能力培養為基本，化被動為主動，培養學生自主學習的能力，掌握自主學習的方法，養成“我要學”“主動想”的思想，具備對知識的自我駕馭能力，通過自主學習獲取更多創新過程中所需的理論知識，再通過創新實踐，掌握創新方法，提高創新素養，成為真正的創新型一流人才。

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