协同学视域下工科大学生创新能力培养路径研究——以机械类专业学生为例

张 红 孙巧雷 侯灵霞 冯 定 刘旭辉

（长江大学机械工程学院 湖北·荆州 434023）

0 前言

协同学是一门关于协作的科学，而工科大学生创新能力培养涉及了学校、国家职能部门、企业等诸多模块。上述各模块持续进行着能量、物质、信息的交互，相辅相成，相互促进，为工科大学生创新能力培养工程提供了源源不绝的能量。但是，由于工科大学生创新能力的培养工程时刻处于非线性、非平衡状态，即便各培养子系统功能鲜明、目标统一，但也无法规避内部出现的非平衡因素。因此，基于协同学理论，探究协同内部各要素的方案就具有非常重要的意义。

1 协同学概述

协同学一词源于希腊文，表面含义为共同工作，其是研究协同系统从无序到有序演化规律的科学，提出于20世纪70年代，由德国联邦理论物理学家哈肯创立。协同系统是一个开放系统，内部容纳了若干个子系统，各子系统均以自组织形式存在。协同学的研究内容主要为：外参量驱动、子系统相互作用下，宏观尺度上协同系统自组织成空间、功能、时间有序结构的特点以及调节、演化规律。

2 协同学视域下课程体系、学科竞赛和创新项目之间的关系

协同学视域下，工科大学生创新能力的培养涉及了内协同系统、外协同系统两个子系统。而内协同系统是当前培养工科大学生创新能力的主体，发挥着日益显著的作用。在内协同系统中，涉及了课程体系、学科竞赛、创新创业项目多个模块。在内协同系统中，学科竞赛是桥梁，链接着教师视角下的课程设置、专业建设端的创新创业项目开展，本质上则是将学科竞赛向实践教育指导资源转化，以赛促教、以教促学，促使学科竞赛服务于学科发展、创新人才培养。课程体系与学科竞赛、创新创业项目协同，主要是依据专业发展对于人才创新能力的要求，开设与专业当前乃至未来发展相关的学科竞赛项目，由专业教师指导学生参与竞赛。同时贯彻“以学促教”原则，由教师为主导，重点把握专业学生创新能力培养目标，将学科竞赛项目渗透课堂实践教学，促使课堂实践教学与社会需求相一致。

3 协同学视域下工科大学生创新能力的培养路径——以机械类专业学生为例

3.1 创建内协同系统

内协同系统主要指课程体系、学科竞赛和创新创业项目之间的协同，其可以为学校与教师协同、教师与学生协同创造良好的调节。

其一，立足协同学视域，将机械类专业学生创新能力培养平台视为协同系统。以内部各要素协同合作为主导，发掘学校管理协同作用，利用相互关联的要素、环境条件，共同推进协同系统建设。以专业课程体系+学科竞赛的形式，开放优秀学科竞赛作品、创新工程设计理念、创作过程等有机融入课堂，促使专业学生学有载体。而在学科竞赛课程中，则以大赛作品为主导，将专业课程理论富有效率地融入作品设计、制作阶段，促使专业学生可以掌握运用理论知识解决工程实际问题的方法。比如，选择学院往届竞赛、国家级大赛优秀获奖作品，以案例的形式编写到《公差配合与测量技术》《机械原理》《机械制图》等机械类主干核心课程教案中。

其二，根据工科和机械类专业特点，借鉴往届学科竞赛主题，可以机械类专业领域热点问题、相关导师科研方向为切入点，精炼创新主题，以竞赛+项目的形式，鼓励大学生申请创新训练计划项目。以互联网+大学生创新大赛、“挑战杯”课外学术科技竞赛、全国大学生机械创新设计大赛等高水平学科竞赛为专业学生项目申报的引导，以科研平台建设、试验样机设计与制作等创新项目为学科竞赛开展的支撑，发挥学科竞赛与创新训练项目相互推动的作用。

在服务机械类专业学生创新活动目标的指导下，可以面向大学生整个学习周期，构建分层级、一站式创新实践项目+竞赛体系。机械类学科竞赛可以划分为创新创业能力拓展、综合能力提高、专业素质培养几个层次。其中创新创业能力拓展型竞赛对学生科技素养、创新精神具有较高要求，是培养学生创新思维的关键，可以组织大三、大四学生参与互联网+大学生创新创业大赛、挑战杯课外学术科技作品竞赛、职业生涯规划大赛、机械创新设计大赛等；综合性学科竞赛可以从提升大学生综合能力为目标，从多专业知识综合、多学科融合入手，设计机器人竞赛、大学生工程训练大赛几种竞赛，组织具有一定专业基础的学生（大二、大三）参加；专业基础型学科竞赛可以聚焦机械类专业学生专业技能水平提升，提升专业深度，组织已修完专业基础课的机械类专业学生（大一，大二）参与大学生工业设计竞赛、大学生力学竞赛、CAD应用大赛等。除此之外，大一学生还可以根据自身兴趣，参与院级科技创新项目、开放实验项目。部分基础较为扎实的专业学生还可以申请校级科技创新项目、综合性学科竞赛。进入大二、大三后，则由教师组织学生参与挑战杯竞赛、机械创新设计竞赛并申报省级、国家级大学生创新创业训练计划项目。

其三，在举办竞赛、申报项目的驱动下，从学校与机械类专业学生协同入手，增加创新基金投入，以竞赛+课程+项目的形式，全面提升专业学生自主创新能力。即以创新教育理念为引领，面向机械类专业人才培养方案，将创新理念融入专业主干课程、实践体系以及训练环节，驱动专业人才形成创新意识、储备创新知识、提高创新能力。在这个基础上，以教师与学生协同的形式，构建以专业学生为主体的微型自组织系统。以微型自组织系统为单元，开展竞赛管理与组织、项目成果孵化推广、学术沙龙等活动，促使师生强交流、共进退，为专业学生创新提供源源不断的动力。

3.2 创建外协同系统

外协同系统是政府、科研机构、企业与学校密切联系的子系统，也是机械类专业学生创新能力提升的保障。“四位一体”的外协同系统可以持续提供物质资源与讯息资源，为内协同子系统的可持续运作提供支持。

其一，企业与学校协同。学校应以产学合作为主动，主动与企业建立合作关系，获得项目、竞赛方面的支持。鉴于机械类专业学生创新能力培养系统是一个开放的系统，无法孤立存在，不可避免地需要外界供给能量、信息、物质等方面的支持。一方面学校要“走出去”，走出校内，寻找与机械类专业学生相符、具有实践锻炼机会的企业。并与其建立合作关系，学校为合作企业提供技术支持，合作企业则为学校学生竞赛、项目申报提供物质支持，比如，科技活动实习机会、项目申报完成设备支持等，再如，机械工程系教师可以依托企业金工实习车间的数控车、数控加工中心、3D打印机、线切割等加工设备，为创新竞赛实物样机加工制作提供支持；另一方面，学校要“引进来”，与企业沟通并建立相互信任的关系，由企业为专业学生创新团队提供实践指导，尽可能地帮助专业学生提升创新能力。比如，针对机械设备加工的工艺问题，邀请校企合作企业技术人员亲自指导解决，保障创新竞赛活动顺利开展。

其二，科研机构与学校协同。科研机构、学校均为科学技术知识的摇篮，也是国家文化软实力的助推单元。基于科研机构与学校在优势互补、资源互依方面的关系，可以围绕降低研发风险、获得规模经济、提高资源利用率等目标需求，建立两者之间的合作协议。一方面，学校可以利用科研机构的创新资源，依托创新实训基地、创新工作室、创客俱乐部、创新班实训室等平台，为机械类专业学生学科竞赛、课程优化、项目申报提供良好环境，带动机械类专业学生创新兴趣；另一方面，在进行产教融合、研企合作过程中，学校可以充分考虑创新教育与机械类专业人才培养需求，引入横向课题，为科研机构与学校专业教育合作做好铺垫。科研机构与学校教师、学生共同申报国家级、地方级重大项目，学生参与其中，更加全面、深刻地体会科学研究流程，大幅提高创新效果。

其三，政府与学校协同。一方面，政府相关部门需要贯彻“完善的创新法律是创新活动基本保障”这一方针，完善创新法律，增加创新技术的财政投入，并加强科研资金利用监督，保证科研资金有效落实到学生创新能力培养中。另一方面，学校应积极响应政策召唤与法律要求，定期以数据资料的形式，向政府相关部门反馈教育情况，为政府相关部门调整政策提供助力。

4 总结

综上所述，通过协同学视域下的课程体系与教育指导过程改革，机械类专业学生参与创新竞赛人数比例逐年递增，营造了全员创新的良好氛围，可以带动更多专业学生参与竞赛、项目，对学生的创新能力成长有所启发。与此同时，机械类专业学生课程成绩显著提升，不及格学生数量占比不断下降。由此可知，协同学视域下的“课程—竞赛—项目”“政府—企业—科研机构—高校”专业学生创新能力培养子系统运用成果显著。

当前关于工科大学生创新能力的培养主要由一线教师负责，相关职能部门、企业参与度较低，加之从国家到地方再到学校结构中存在诸多非平衡因素，严重干扰着工科大学生创新能力的培养实效。因此，在协同学理论指导下，应综合考虑工科大学生创新能力的培养要求，在国家、地方、学校之间建立外协同体系，在课程体系、学科竞赛和创新创业项目之间建立内协同体系，为学校与教师协同、教师与学生协同、学校与地方企业及国家协同提供良好的指导，形成一个系统的工科大学生创新能力培养体系，为工科大学生创新能力的形成打好基础。