新工科背景下递进式工程实践模式的大学生创新能力培养

2023-02-24蒋书波于莉莉张印强杨道业王晓荣

创新创业理论研究与实践 2023年23期

蒋书波，于莉莉，张印强，杨道业，王晓荣

（南京工业大学电气工程与控制科学学院，江苏南京 211816）

为适应科技革命和产业变革，2018年10月，教育部、工业和信息化部、中国工程院印发《关于加快建设发展新工科实施卓越工程师教育培养计划2.0 的意见》，要求“以新工科建设为重要抓手，持续深化工程教育改革，加快培养适应和引领新一轮科技革命和产业变革的卓越工程师科技人才”，这对新工科大学生的培养提出了新的要求[1-2]。

新工科大学生的创新思维、创业意识及创新能力的培养都需要实践教学的引导，科技的进步和商品生产的现代化对实践能力和综合素质也提出了更高更新的标准和要求[3]。当前，工程教育下应用型人才的培养必须通过实践教学来实现，高校要培养“用得上、干得好”的应用型人才，就需要采用合理的实践教学模式[4]。

1 专业实践教学模式面临的问题

1.1 面临的主要问题

近年来，受构建主义学习理论、以学生为中心理念等的影响，国际工程科技人才培养方法发生了根本性的变化，呈现出“以主动学习为根本、以目标为导向、以真实问题为基础”的发展态势。在新工科建设背景下，我国的工程教育转向强调学生主动学习和主动实践的“以学生为中心”的教育模式[5]。

工程实践性作为新工科教育的内在要求和本质属性，其人才培养过程的核心是专业实践。因此，在校本科生的培养要以工程实践为宗旨，将以课程教学为中心转向课程教学与实践环节有机结合，其中实践环节是培养学生工程实践能力和创新能力的有效方式。高校应积极探索并实施多元化的实践教学，让学生进行理论与实践一体的“做中学”[6]。

高校应利用企业、行业的实践教学资源开展实践教学，同时利用新一代实践教学平台，将实践教学与真实的工程应用相结合；应倡导“合作教育”模式，充分利用校企合作资源，将学习与工作实践相结合。

1.2 专业实践教学现状

部分工科毕业生的实践能力不强，与学校未根据社会的需求及时调整实践教学方式有关[7]。因此，工科专业必须加大实践教学的改革力度，采取有效的措施，切实增强大学生的实践能力，培养应用型专业人才。

经过调研[8-10]，建议从三个方面着手加强实践教学：（1）加强实践教学的制度建设及考核，通过健全教学环节的各项机制，保障实践教学的正常开展及考核；（2）建立稳定、优质的校内外实习实训基地，学生在课余时间根据兴趣到校内实训基地进行学习；（3）除了常规的参观实习、企业工程技术人员现场讲解外，探索利用多媒体教学、计算机虚拟仿真等辅助教学方式，根据实习企业特点、产品类型、管理方式等，综合使用上述实习方式，能达到良好的实习效果。

2 递进式工程实践方案

按照“瞄准目标、明确功能、有序实施”的原则，以南京工业大学测控技术与仪器专业学生为培养对象，按照以下三个阶段设计学生实践能力培养方案[11]。

认知阶段：学生入学后的第二学年开展认识实习，主要了解行业特点和企业运营方式，学习观察问题、分析问题，学习并构建解决工程实际问题的思维方法。利用“口袋”嵌入式创新实践和电子系统设计与创新训练，通过对具体传感和控制单元的初步实践，对专业工程背景及行业特点有初步认知。

应用阶段：学生入学后的第三学年开展工程应用，进行工程项目应用实践（课程实习、课程设计、实践训练），学生要了解企业生产工艺、技术路线、管理制度，通过一系列实践环节，理解并掌握工程所涉及的相关专业知识、影响因素、道德伦理等，在解决问题的过程中丰富知识，提高思辨、创新能力。

创新阶段：学生入学后的第四学年开展应用创新实践（综合实习、毕业设计）。面对复杂的工程背景和问题，学生要提出观点，研究新理论、新知识，在实践中设计实验方案并验证，完成认知、应用、创新的过程。在分析学生必备的专业知识和能力的前提下，以课程实训、工程项目、企业实践为学生实践能力培养载体，围绕工艺与技术、检测与装置、设计与工具等内容，制定学生的知识形成、能力生成及素质养成的目标，专业教师、企业导师、企业共同参与对学生实践创新能力的培养。

3 学生创新能力培养过程

在新工科培养模式下，以培养学生工程实践为核心，因此，需要将以课程理论教学为中心转向课程理论教学与实践教学有机结合。针对递进式工程实践模式，以测控技术与仪器专业学生为培养对象，在分析学生必备的专业知识和能力的基础上，以课程、工程实践、创新项目为学生实践能力培养载体，制定学生的知识形成、能力生成及素质养成的目标。

3.1 营造“实践为本，鼓励创新”的软硬件环境

采取递进式的实践模式，以创客空间为载体，依托在线过程检测平台、流程控制装置、嵌入式系统创新平台、智能机器人创新平台，在第三学期、第四学期、第六学期、第七学期开展“口袋”嵌入式创新实践、电子系统与创新训练、创新实践、仪器系统综合实习等一系列专业实践教学环节，营造创客育人的软环境及创新人才培养的硬件环境，学生开展以工程项目问题为导向的学习、讨论、研究、设计、制作等实践活动，激发创新意识，培养创新能力。

3.2 科教融合，创建具有专业特色的工程设计体系

强化科研与实践融合，将科研相关项目训练融入专业课程体系，提高学生的实践能力；深入融合知识与实践，增设相关实践训练课程，经过探索与实践形成了具有专业特色，反映工程设计能力的实践教学体系。坚持实践教学过程中的项目导向，所有实践环节都以工程项目问题为导向，融合基础和专业知识，面向解决不同工程问题的应用和层次，提出问题的解决方案并设计实施，通过作品方式展示或者设计方案说明体现解决复杂工程问题的能力及项目解决方案的创新性[12]。

指导教师团队成员将科研成果融入课程设计、综合实训、创新项目等教学环节，重点打造案例项目，既包含重点专业课程中的知识与方法，又包含工程实践项目的特有对象及应用需求，形成了化工过程检测人才培养特色方向。指导教师团队精心组织策划课题，做到一组一题，团队分工合作完成课题的递阶个性化实践教学，激发学生的学习兴趣，培养学生团队合作与分析、解决问题的能力。

3.3 多元化的实践教学与评价体系

应用“虚实结合”和“工学交替”的多元化实践教学模式，即学生到企业开展认识实习、生产实习等，充分利用“政产学研用”工程人才协同培养机制，使用虚拟化和网络化技术，进行仿真化实践教学[13]。学生充分利用综合实习、毕业实习、毕业设计等环节，将学习与工作实践相结合。

实践环节评价以“学业成果作品化”为特征[14]，针对各实践教学目标的专业性、创新性、鼓励性等多样化的评价标准，采用教师评、自己评、同学评、企业评等多种评价方式，创新完善了实践教学评价体系。通过校企实习的细化形式，在一定时期内利用综合实习、毕业实习、毕业设计等环节，将学习与工作实践相结合，使学生加深对所学专业的认识，培养团队合作精神、应变能力，开阔眼界、促进就业。

4 推广及应用情况

递进式工程实践模式的实施最初面向南京工业大学测控技术与仪器专业学生，经过2年的建设实施，取得了一定效果。学生对工程问题的描述与设计能力、专业知识掌握程度和创新能力显著提升，得到师生、同行的高度认可。近几年，该专业学生参与创新训练的热情高涨，申请大学生创新创业训练计划项目的人数逐年攀升，参与科技竞赛的人数及获奖层次也逐年提高，在中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛、全国大学生智能汽车竞赛、全国大学生工程训练综合能力竞赛、全国大学生机器人大赛中多次获奖。

在实施培养方案过程中，重点以工程问题为导向，打造典型工程项目案例，创建具有专业特色的工程设计实践体系，其实践内容及难度在专业实践教学体系中不断提升，借助良好的鼓励创新的软硬件环境，在教学设计中融入多元化的教学模式，并注重过程评价与考核。该模式进一步凝练后，可推广到自动化、电气工程及其自动化、电子信息工程等相关专业课程体系及实践环节的人才培养。