新工科背景下大学生创新能力现状与培养路径研究

2023-10-13袁昌

大学教育 2023年12期

袁昌

［摘要］大学生创新能力培养是高校新工科建设的一项紧迫任务。文章基于东华理工大学土木与建筑工程学院土木类专业本科生的调研结果，分析了工科大学生创新能力培养的主控因素，阐明了大学生创新能力形成机理，提出了本科生双师型双导师制、“校内校外·线上线下·虚拟仿真”创新性教学实践平台、学科竞赛、“政产学研用”五位一体、“科研—教学”互促式等创新能力培养模型，可为工科院校大学生创新能力培养提供模式参考。

［关键词］创新能力；培养路径；本科生；新工科

［中图分类号］ G64 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2023）12-0036-06

2017年以来，教育部积极推进新工科建设，形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”，并发布了《教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知》《教育部办公厅关于公布首批“新工科”研究与实践项目的通知》等文件，探索形成领跑全球工程教育的中国模式、中国经验，推进高等教育强国建设。创新是一个民族的灵魂，李克强在 2014年9月召开的夏季达沃斯论坛开幕式上首次提出“大众创业”“万众创新”，并通过简政放权、减免税费、建立创投引导基金等政策引导，积极调动广大人民群众的创新创业热情[1]。高校是创新创业教育的前沿阵地，大学生的创新能力培养已经成为高等工程教育的一项紧迫任务。

创新能力对大学生来说至关重要，但是在招生过程中，部分高校缺乏对学生创新能力的评估和考查；部分高校教师受职称评定、科研压力的影响，对大学生创新能力培养投入较少，导致学生的创新能力参差不齐；部分大学生自我创新意识薄弱，主动性不强，不善于把握和创造条件，缺乏耐心、急于求成，遇到失败不能长期坚持创新；部分高校在生源扩招的背景下无法为学生提供良好的创新环境……这些都导致了部分大学生创新能力缺乏的现状[2-4]。

我国部分高校工科大学生的创新能力培养存在教学课程体系陈旧，学生思维单一、创新精神不足，教师队伍创新能力不足、实践创新重视程度不足，缺乏长效的科技创新体系，未建立系统性的创新人才培养体制等问题[5-7]。对此，应针对新工科专业教育特点，以学生创新能力培养为切入点[8]，从管理体系创新、一流专业建设提升创新能力、健全产学研协同育人创新机制等角度，提出提升大学生创新能力的改革措施。大学生创新能力的培养，首先，应强化大学生创新意识，激发大学生的好奇心和求知欲，注重培养学生的问题意识，重视发展学生个性[9-10]。其次，应加大教育教学改革力度，从教育教学理念出发，把科学研究融入大学生培养过程，将知识传授与科学探索结合在一起，形成新的培养体系，通过知识传授与探索、教学与科学研究、教师与学生、课堂内外等有机融合，提高大学生的综合素质和创新能力[11-13]。最后，应提升学生的社会实践能力，加强校内、校外实践教学基地建设，为学生制定完善的社会实践方案。在实践教育中，要制定相应的教学改革目标和具体改革措施，如从实际出发确定题目，让学生独立完成设计方案，或将学生分组进行集中讨论，各组之间相互学习、取长补短；让学生参加创新竞赛、开阔学生视野，使学生消除畏难情绪，激发学习热情，增强创新能力，提高实践能力[14-15]。

近年来，我国高等教育发展取得了巨大进步，但是部分大学生创新意识薄弱、创新能力不强，部分高校在大学生创新能力培养方面也缺乏成熟的理论支撑，没有形成良好的培养机制，对当代大学生创新能力的培养还处于探索阶段。本文以东华理工大学土木类专业为例，通过问卷调查分析工科高校大学生创新能力现状，揭示大学生创新能力的形成机理和主控因素，探讨创新能力培养路径，该研究成果可为工科类高校大学生创新能力的培养提供借鉴。

一、大学生创新能力现状与形成机理

（一）调研问卷设计与样本特征

创新能力主要体现在创新技能、创新动机、想象力、创新思维、创新人格等方面。为了掌握大学生创新能力现状，课题组设计并开展调查问卷。问卷包括人口学基本信息、大学生创新能力自评、大学生创新能力影响因素三个部分，其中，人口学基本信息包括性别、学校、专业、年级、担任职务、生源地和政治面貌等，创新能力水平和影响因素测试各设置17题。问卷采用5点计分法，1表示很不同意，2表示不同意，3表示一般，4表示同意，5表示很同意。通过“问卷星”在线开展问卷调查，重点以东华理工大学土木与建筑工程学院土木类专业本科生为调研对象，共收回问卷338份，具体如表1、表2所示。

（二）创新能力现状水平分析

通過调研结果分析，如表3所示，大学生创新能力总体平均值为3.92分，对比创新能力平均分，创新人格显著高于平均分，创新技能和想象力略高，而创新动机和创新思维显著低于平均分。可见，工科大学生创新人格比较突出，创新技能和想象力良好，但创新动机不足，创新思维不够开拓。大学生创新能力存在性别差异，男生创新能力总体略高于女生，其中，男生创新人格低于女生，但是创新技能、创新思维、创新动机、想象力均高于女生。

不同年级大学生创新能力存在一定差异，如表4所示，大一、大二、大四总体比较接近，但均高于大三学生。在各指标方面，大四学生创新人格最低，大三、大四学生的创新技能低于大一、大二学生，大四学生的创新思维显著高于其他年级学生，大一、大二、大四学生的创新动机、想象力比较接近，大三学生各指标等均小于其他年级学生。产生该现象的原因在于，很多学生到大三阶段会表现出明显的倦怠感，心态上会出现明显转折，不如大一、大二阶段表现积极，而到大四阶段，在毕业、就业、考研等压力下，心态和思想上又会发生新的积极转变。

不同生源地和政治面貌的学生创新能力总体上比较接近，如表5、表6所示，生源地、政治面貌因素对学生创新能力没有显著影响。

（三）创新能力培养主控因素分析

为探讨大学生创新能力培养的影响因素，对指导老师（F1）、学校活动环境（F2）、活动负责人（F3）、活动政策（F4）、参与活动频率（F5）等5个维度数据进行分析。根据KMO检验和Bartlett球形检验结果，KMO指数为0.956（＞0.9），Bartlett球形统计量为9958.378（df=136，P=0.000），如表7所示，表示该数据非常适合做因子分析。通过对样本数据总方差解释，如表8所示，基于特征值大于1，提取2个因子后，2个因子共同解释问卷题项中方差的83.482%，结合样本特征值碎石图，如图1所示，第1个因子的特征值很高，对解释调查问卷中题项的贡献最大，说明学校培养环境对学生创新能力的影响最显著；第2个以后的因子特征值均较小，对解释调查问卷中题项的贡献很小，可以忽略，因此，提取前2个因子比较合适。

创新能力培养影响因子荷载矩阵如表9所示，其中，“指导老师”“学校活动环境”“活动负责人”“学校活动政策”位于第一个因子上有较高的荷载，可解释为学校环境；“参与活動频率”位于第二个因子上有较高的荷载，可解释为个人积极性。从表9中各因素荷载量值可以发现，指导老师和个人积极性对大学生创新能力培养影响最为突出。计算大学生创新能力培养影响因素各成分得分系数如表10，则因子1、因子2的得分表达式可写为：

二、创新能力形成机理与培养路径

（一）大学生创新能力形成机理

学生创新能力水平与学校培养环境、学生积极性密切相关，可通过优化学校培养环境、激发大学生参与活动的积极性等方法，提高大学生创新能力的培养效果。

一是学校要全面加强培养环境建设：（1）提升教师指导水平，改善教学方法。提升教师自身的学术水平，加强与学生的互动、交流，培养学生的独立思考能力、批判质疑精神。（2）优化学校活动环境，营造积极向上的活动氛围。积极组织校内社团活动，改善活动设备，加强与外单位的联系，安排工程实践活动，营造良好的科研活动氛围。（3）提升活动负责人的素养，增强社团成员的融入感。对各成员一视同仁，主动关心和支持成员。（4）加强学校政策支持，激励学生争优评先。学校可设立比赛专项基金、活动奖励基金，鼓励学生参加活动，加大对表现突出的学生的奖励。

二是学生个人要提高参与活动的积极性，积极参加各类学科竞赛、学术交流和课题研究项目，踊跃参与交流讨论，激发创新能力。

（二）实行本科生双师型双导师制

一是实行本科生导师制，即为大学生匹配安排指导老师，指导老师要对学生因材施教，发掘学生特长，进行个性化培养。以东华理工大学土木与建筑工程学院为例，学院的专任教师约为70人，每年新录取本科生约240人，单届师生比约为1∶3.4，具备实行本科生导师制的师资基础。

二是实行教授年级导师制，即由教学、科研经验丰富的教授担任年级导师，整体把握学生特色培养方向，协助年轻教师进行指导，弥补年轻教师指导经验和社会经验等的不足。

（三）建设“校内校外·线上线下·虚拟仿真”创新性教学实践平台

在校内建设实践教学中心，在校外建设产学研基地。校内实践教学中心主要包括基础实验平台、创新试验平台和仿真建造实训室，如图2所示。校外与企业共建产学研基地，由企业委派技术人员对学生进行实习指导、专题技术讲座，提升学生的职业能力、创造性思维及动手能力。

线上建设虚拟仿真实践中心，构建虚拟仿真实验教学模块。以东华理工大学为例，学校开设了核地学、岩土工程、结构工程、桥梁与隧道工程、土木工程信息化等虚拟仿真实验教学模块。融合先进的在线试验技术，整合区域资源，建设土木工程混合试验技术虚拟仿真实验教学系统。基于未来智能建造功能需求，建立多专业集成化智能建筑系统虚拟仿真实验教学体系，其不仅需要建筑、结构和设备各工种之间紧密配合，还需要室内外环境方面的协调，如图3所示。

（四）建立学科竞赛创新能力培养模式

充分利用土木类专业学科竞赛，例如结构设计大赛、城市地下空间工程模型大赛、结构信息模型大赛等，建立学科竞赛创新能力培养模式，提升大学生创新能力，如图4所示。

以结构设计竞赛为例，学生需综合运用结构力学、建筑材料等专业课知识开展模型的设计和制作。在模型设计与制作过程中，学生的创新思维和动手能力得到了锻炼。学生在模型设计过程中须反复计算、重复加载及不断改进，这使学生既提高了综合利用所学专业知识的能力，又提高了发现和解决问题的能力。此外，完成一个好的结构模型作品，需要团队协作，这又锻炼了学生的沟通能力、合作意识及创新能力。

（五）“政产学研用”五位一体创新能力培养模式

“政产学研用”五位一体创新能力培养模式是指政府、生产、教学与科研相互合作的培养模式，通过政校企合作平台，政府、学校、企业实现“优势互补、资源共享、互惠互利、共同发展，如图5所示。学生在教师和企业专家的联合指导下开展真实工程实践活动，不仅可以学习到先进的生产技术，锻炼实践能力，还可以提前感受企业的工作氛围，学习企业文化，了解企业运行机制，以提升职业修养，提高职业道德，培养管理能力和科研创新能力。

（六）建立“科研—教学”互促式创新能力培养模式

一是要组建团队开展科研活动。以东华理工大学为例，学校开展了以下研究：（1）岩石力学与岩体工程，主要包括铀矿开采岩石力学、爆破工程、铀矿尾矿库稳定性分析等；（2）地质与岩土工程，主要包括特殊土地质与施工技术、城市地质、灾害地质和环境地质等；（3）涉核及结构工程，开展核电站抗震设计、防辐射材料及结构、退役核设施及治理等。

二是将教学与科研相结合，将科研训练贯穿学生整个大学的学习过程，依托科研项目培养大学生的创新能力。教师带领学生参与科研项目，探讨国际前沿科研成果，鼓励学生勤思考，发现新问题，提出新想法，培养大学生的自主创新能力。同时，学生提出的新想法也能在一定程度上丰富科研项目成果。“科研—教学”互促式创新能力培养模式如图6所示。 [科研项目 ][教学实践 ][创新能力 ][培养][促进][丰富][提升][引导]

图6 “科研—教学”互促式创新能力培养模式

三、结论

本文以东华理工大学土木与建筑工程学院为例，对工科大学生的创新能力进行了调研，重点分析了大学生创新能力水平现状和主要影响因素，阐明了大学生创新能力形成机理，并提出了几种创新能力培养模式。主要结论如下：

一是工科大学生创新能力总体较好，创新人格比较突出，创新技能和想象力良好，但部分学生创新动机不足，创新思维不够开拓。大学生创新能力在不同性别、年级等情况下表现出一定差异，生源地、政治面貌影响不显著。男生创新能力总体略高于女生，大三年级学生的创新能力水平总体低于其他年级。

二是创新能力培养主要影响因素为学校培养环境和个人积极性。学校培养环境的影响来源于指导老师、学校活动环境、活动负责人和学校活动政策，其中，指导老师和个人积极性对创新能力影响最为显著。

三是工科大学生创新能力的培养，可通过提高教师指导水平、优化学校活动环境、提升活动负责人素养、加强学校政策支持等方法优化学校培养环境，激发学生的积极性，提高学生参与活动的频率，提高学生的创新能力。

四是提出了本科生双师型双导师制、建设“校内校外·线上线下·虚拟仿真”的创新性教学实践平台、建立学科竞赛创新能力培养模式、开拓“政产学研用”五位一体创新能力培养模式、建立“科研—教学”互促式创新能力培养模式等大学生创新能力培养路径，为工科类院校大学生创新能力的培养提供了参考。

［参考文献］

[1] 李克强：推进大众创业万众创新[EB/OL].（2015-08-06）[2023-01-10].http：//m.cnr.cn/news/20150806/t20150806_519459851.html.

[2] 聂春雨，郎亚军，殷亚杰，等.大学生创新能力培养的现状与对策研究[J].大庆师范学院学报，2016，36（3）：102-104.

[3] 张学民，李银然，王英梅，等.新工科背景下大学生的创新能力培养模式研究[J].大学教育，2019（12）：77-79.

[4] 周少基.大学生创新能力缺乏现状及改善对策[J].时代教育，2014（15）：201.