基于STEM教育和科教融合的大学创新型人才培养模式研究与实践

王志凌 高素美 杨庆凤

摘要培养人才，发展科技和服务社会是大学培养学生的主线，如何加快推进人才培养体系改革，培养新时期有担当的一流创新型人才，培养全面发展的社会主义合格建设者和可靠接班人具有重要的战略意义。针对大学期间创新型人才培养知识与科技发展需求不相匹配及STEM教育方式应用不足的问题，构建了一个以STEM教育和产教融合为主导、适应高校本科工科专业创新型人才培养的良性机制，为新工科背景下国内院校工科专业应用型人才培养模式优化提供借鉴。

关键词 STEM教育；科教融合；创新型人才；培养模式

中图分类号：G642文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2022.02.002

STEM教育旨在通过科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）与数学（Mathematics）四个方面的跨学科综合实践能力培养，非常适合当今大学培养适应现代社会发展的高级技术人才的培养目标。美国在20世纪80年代，基于它的竞争意识和危机意识提出了STEM教育，[1]90年代以来STEM教育迅速成为国内外学术界的研究热点，基础教育、工科教育、计算机网络技术等方面是大多数研究者研究的关注点，特别是STEM教育的教学方法、课程建构、师资储备、法律政策等。新工科背景下的STEM课程建设在大学本科教育中的研究和实践得到了促进和发展，但是如何实现其在大学本科创新型人才培养中的应用还需得到进一步的研究和落实。[2]

目前大学本科创新型人才培养还没有很好的应用STEM教育方式的主要原因有：

创新教育观念落后。我国2003年开始STEM教育研究，2016年以来呈快速上升势态，但在此之前，家庭和社会并未意识到要进行创新精神和意识的培养，而且学校和老师也大多认为培养学生研究与科研能力是研究生的主要培养目标，往往忽视了本科生自主创新、科研能力的培养，现如今大学本科生缺乏创新精神也有部分原因来源于此。

创新教育师资力量薄弱。教師是做好创新人才培养工作的关键，指导创新教育的老师，应该具有扎实宽泛的专业知识和很强的创新思维及创新能力，最好有过创新研究或是创业的经历，而本科高校中的老师，大多数主要从事教学和学术，创新经历不足。STEM教育模式强调的不是学生分别学好科学、技术、工程和数学等学科知识，它更注重的是学科之间的整合和交叉联系，应用相关知识来解决实际问题。对教师在教育教学活动中发挥示范引领作用提出了更高的要求。

没有权威的创新教育教材体系，科研和教学相分离。在我国，对本科生创新理论、创新实践和经典案例的教材还没有成型，创新科创教学资源、教育方法和评估标准还不成熟。本科教育发展呈现出教学、科研趋于分离的态势，教学和科研岗的划分使得从事教学工作的老师基本不搞科研，而搞科研的老师也不参与平时的专业教学。学生往往只是学习纸面上的一般基础知识，无法与实际科研项目相结合，难以真正意义上得到创新意识、创新思维和创新技能的培养和锻炼。

缺乏创新教师团队。各学校学生创新活动培养过程基本上就是靠每个老师自己的经验来指导培养学生的实践创新能力，每个老师受专业知识、科研项目和精力所限，很难达到基于STEM教育理念培养的跨学科、跨领域的综合创新型人才培养的目标。

创新活动难以落地实现。大多数本科院校每年都会举办相应的大学生创新活动大赛，但许多学生只是去构想创新计划，并没有真正去做、去实现创新计划。学校层面多数只是响应国家号召，而不是去建立长期、系统的培养大学生创新理念和能力的相关举措。教师也是“教学、科研两张皮”，不能将研究思维贯穿于教育的全过程，不能将科研资源、科技成果转化为促进创新人才培养的优质教学资源。[3-5]

高校应该从理论、实践、应用多个维度来培养创新型人才，通过创新实验室、虚拟创客班等多种形式，将多学科融合教育和科教融合应用于本科学生的创新培养过程中，推动科研育人和教书育人的统一。

1学校的引领和支持

学校应该坚定不移的秉持人才兴校战略，积极响应国家的号召，尊重人才成长规律和科研活动的自身规律，布局建设前沿创新型人才培养方式，打破学科专业壁垒，促进学科之间、专业之间的交叉融合，鼓励支持教师跨专业创新团队的建设，并给予实验室、智慧化教室、创新基地和各类资金的支持，还要出台对教师创新培育的评价及奖励机制，给予教师充分的信任和鼓励，使得教师们放开手脚，大胆探索跨学科教学模式。

2制定科学的创新STEM教育课程体系和阶梯型培养计划

STEM的核心还是工程（Engineering），是项目，要围绕项目实际指导学生做什么，怎么做。坚持以问题为基础，成果为导向、学生为中心。实践表明，学生的创新能力是可以“被教”出来的，只要制定出合理、适合学生各个时期的创新培养的课程体系和训练计划，学生的创新精神和科研能力是可以被训练和激发出来的。

以金陵科技学院凌云科创团队学生培养为例，该团队依托于江苏省一流专业、江苏省实验教学师范中心、江苏省工程技术研究中心、金陵科技学院首批校级“大人网云”虚拟实验班等教学科研创新项目平台，由多位经验丰富的专职教师、企业教授共同指导建设。采用的是STEM学科之间的整合和联系的教育模式，科创团队的成员包括建筑电气与智能化、电气工程及其自动化、车辆工程和机械设计制造等专业的学生，不同学科专业之间交叉融合、互相补充，为学生提供更加广泛和全面的创新创意实践以及团队协作的机会，教师也是围绕学生的培养目标和未来自身发展的需要，开展以解决项目实际工程问题为导向的实践活动，[6]四年不间断的对学生进行创新科创阶梯型培养，学生每年都会参加10个以上的竞赛项目，获奖率达90%以上。主持3-4项国家级、省级大学生创新创业训练计划项目，参与教师科教融合项目、横纵向课题和企业项目。

第一学年第一学期，以创新课程为基础，融合物理、数学、计算机、电子、机械等多方面知识开设初级培训课程，由培养团队各个专业教师共同设计和教授，学生可以直接学到电路、模拟电子技术、数字电子技术、C语言和单片机等方面相结合的实际应用的知识。并且创新科创学习内容及方式有别于传统的课堂教学，它注重的是学生创新能力的培养及实际操作，课堂上会充分利用现代化工具，线上线下混合教学以及虚拟现实等方式激发学生的兴趣。教师组织学生开展形式多样的探究式和研讨式学习，同时鼓励学生自由表达，为学生提供实操环境及硬件平台，学生可以边学边做，学生在解决工程问题的过程中，他们的实践技能、工程素质和创新能力就会被不断培养和开发出来；第一学年第二学期，教学活动进一步和实际项目相联系，围绕第一学期初级培训知识开展项目学习及训练，分为电子电路搭建、软件程序编写仿真和机械外形设计和物联网技术等初级项目。同时鼓励学生大胆思考，把自己设计的创意转化为对应专利，并参加创意设计类的竞赛项目。第二学年，实践活动与科研、竞赛相结合，以导师科研项目和国家级省级竞赛项目为引领，组建多专业融合小组，发挥各专业特长，进行专业项目和竞赛项目的实践，在实践过程中牢牢把握以工程（Engineering）为中心，以科学（Science）为基础，以技术（Technology）为方法，以准确的计算（Mathematics）为过程，最终产品或项目能够更符合人们的要求、让人们获得更好的体验。第三学年，结合各专业知识，进行高阶科研项目的实践，加强专利申报和论文撰写的训练。同时鼓励、支持和指导学生参加高校本科大学生竞赛排行榜内具有挑战性和难度的各类竞赛，以促进学生实践综合能力的提升；第四学年，导师指导学生完成科研项目和毕业设计等，也同时为学生考研及就业提供有力的支持和帮助。

3创新导师的培养

教师是创新人才培养工作的关键，教师要有创新理念，要具备信息化素养。教师团队以一些实践经验丰富的教师为主体，他们能准确把握数字化、网络化和智能化为特征的信息化技术，可以带领多学科年轻的教师们开展创新实践活动，促进教师将信息化技术准确和快捷的运用到本学科的教学设计、教学实施过程当中。教师也积极参与到企业项目中，扩展自己的实际创新、工程应用的能力，创新培养教师都具有双师资格证书。

4科研竞赛导师责任制和科教融合

根据学生的兴趣、专业及导师科研、竞赛项目双向选择进入相应的教师科研团队，导师对学生的学习、科研、品德、生活等各方面全面负责，学生可参与自己喜欢的竞赛项目和导师的科研项目。创新导师在育人过程中起主导作用，具有科研和教育的双重身份，教师在从事科研和竞赛指导过程中实现育人，培养学生树立正确的人生观、世界观及科学观。以科研、竞赛促教学，让学生接触学术前沿，严谨调研、大胆创新、小心求证，交流研讨研究成果，参与学科竞赛，综合所学知识，培养创新思维和创新创业能力。学生从中获得了成就感，对待学习也更加自信，学生也会把创新的思維和成果反馈于教师。教师将自己的创新性思维不断地融入教学中，将自己的学术前沿成果不断向创新教学内容转化，加强科教融合，通过师生之间的有效互动，使得学生知识更全面、视野更开阔、科研技能更科学，从而真正实现创新型人才培养目标。

5学生个性化及导师学生合作培养

以学生为中心，开展个性化一对一培养，最大限度地促进个性化学习，满足学生个性化成长的需求。低年级学生可以在导师的指导下选择适合自己的个性化成才通道，通过了解创新培养方式和多种形式课程来掌握基本的科创知识，并学会与同学和导师进行有效的交流和讨论，激发自己的创新意识，顺利跨越刚起步的“迷茫期”；入门之后的学生可以通过导师的引领、高年级同学的传承逐步接触到自己感兴趣的科研研究课题和竞赛项目，从而能较快确立自己的“目标”；发挥高年级学生对低年级学生的导学促学作用，传递学生团队合作和坚持不懈的正能量，同时通过指导师弟师妹，高年级同学也锻炼了自身的语言表达，提高了自己发现问题、分析问题和解决问题的能力。

6学生成果的培养产出和奖励机制

导师在培养学生创新能力的同时，也进行系统、科学的实践创新成果设计，鼓励引导学生在参与科研和竞赛项目的整个过程中，不断提炼总结成果。第一阶段可以根据分析调研的实际问题，提出大胆的构思和设计，撰写申请相应的专利。第二阶段，随着项目的开展和深入，可以撰写报告和论文。第三阶段，项目实际制作和调试，最终形成样机和成品。导师在平时给予学生参与项目津贴的补助，同时学生撰写专利、参与的项目和竞赛得奖都可以获得学校评优评奖的加分及奖励基金。这些不但是对学生努力付出的肯定，更是对他们进行创新活动的鼓励。

创新培养是个长期不断摸索和改革的工程，需要创新培养导师们的辛勤努力和付出，尽管培养过程会比较艰辛，但是事实证明在学校的大力引领下，在老师的多学科交叉和科教融合的推动下，一定可以培养出一批批素质良好、热情高的创新型人才。他们在大学本科阶段不但可以参与很多综合性竞赛项目，同时也能参加导师的科研项目，通过实践他们各方面的能力都将得到质的飞跃，不论他们后期进一步深造还是就业，都将成为社会的栋梁。

基金项目：江苏省现代教育技术研究课题（项目编号：78056），金陵科技学院高层次人才启动资助项目（项目编号：JIT-B-201823）。

参考文献

[1]孙刚成，杨晨美子.美国STEM教育发展经验及其对中国的启示[J].教育与教学研究，2020，4（12）：32-43.

[2]莫甲凤，黄涣，杨乐平，等.新工科背景下的STEM课程建设：理论、经验与策略[J].中国人民大学教育学刊，2020（4）：11-22.

[3]成洪波.论科教融合与应用型创新人才培养[J].高等工程教育研究，2017（4）：141-145.

[4]吴德星.科教融合培养创新型人才[J].中国大学教学，2014（1）：4-7.

[5]苏志刚，尹辉.科教产教融合建设高水平应用型本科师资队伍[J].中国高校科技，2018（11）：8-11.

[6]鞠全勇，高素美，牟福元，等.STEAM+应用型人才培养模式的研究与实践[J].教育现代化，2019，6（104）：4-8.