基于项目引领的多维混合教学模式探索

卢伟 罗慧

（1.南京农业大学人工智能学院，江苏 南京 210031；2.南京农业大学，江苏 南京 210031）

1 大学生创新能力培养的必要性

当前我国正处于社会经济发展转型的关键时期。习近平总书记在中国人民大学考察时发表重要讲话，对高校提出指示“引导广大青年争做堪当民族复兴重任的时代新人”，培养具有创新意识和实际动手能力的高校人才。此外，习近平总书记在中国共产党第十九届中央委员会第六次全体会议提出，“创新是引领发展的第一动力，是建设现代化经济体系的战略支撑”。《中国制造2025》提出坚持走中国特色新型工业化道路，逐步由劳动密集型向自动化、智能化方向转变。其中，以促进制造业创新发展为主题，以提质增效为中心，以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线，以推进智能制造为主攻方向。坚持把人才作为建设制造强国的根本，建立健全科学合理的选人、用人、育人机制，加快培养制造业发展急需的创新性专业技术人才。

科研创新能力是一个国家的核心竞争力，提高人才的创新能力，培养科研创新型人才，有助于提高产业生产效率，提升未来社会生产力和国家核心竞争力。但高校培养学生的模式不尽相同，以教师单方讲授知识的主流教学方式已经远远不能满足当前学生的学习需求[1]，适用于培养具有科研创新能力与创新意识的教学模式稀缺。对于高校来说，倡导学习的多样化，以充分尊重不同学生在经验、兴趣、思维方式等方面的个体差异，对培养学生的实践创新能力大有裨益[2]。以项目引领融合多维度的教学模式是将理论知识实践化的过程，能够让学生自由组队，灵活分工，将学习到的理论知识迅速应用到实际中去，用专业理论支撑实践操作，在实践中践行理论知识，既可提高学生的动手能力，又可培养学生分析问题、解决问题和自主创新的能力。由于一个完整的项目工作量较大，单个学生利用业余时间难以完成，因此需要组建科研团队。学生自主组建科研团队，分工明确，团队协作，可培养学生的领导力、执行力以及团队协作能力。并且，基于项目的模式，由于项目来源于教师的科研中的真实问题，学生能够提早接触科研、理解科研，并激发学生的主观能动性。在项目实施过程中，提出以“项目为主线、教师为引导、学生为主体”的新模式，可提高本科生对科学研究探索的兴趣和好奇心，提高本科生科研成果的产出效率，助力本科生快速成长，本科生在取得阶段性成果后，自然能够增加自豪感与自我认同感，提升本科生对科研的信心和兴趣，培养创新能力和创新意识。最后，由于任何项目的研究都不会一帆风顺，研究过程中的曲折挫折对本科生都是难得的心智磨炼和挫折教育，学生在项目科研中遇到难题，思考解决方法，团队协作克服困难，在培养学生严谨的科研态度、专注的钻研精神、强烈的创新意识的同时，对完善学生的人格，提高学生团队协作精神和综合能力都是大有裨益。

2 现阶段主流教学模式的问题剖析

本科生是现阶段我国创新型人才的重要储备，但本科生创新意识不强，缺乏科研创新素养，其主要根源之一是本科生教学模式无法与我国创新型人才培养相适应。目前本科生的主流培养模式，仍以课堂理论知识教授为主，而实验以验证性实验为主，此外，还存在以下问题：

2.1 学生评价标准单一

高校大学生大多数只满足于在期末考试中取得好成绩去争取奖学金，而更多的大学生则认为科研和专业竞赛离自己很遥远。高校对于大学生的评判标准中，学习成绩占比过大，一系列奖学金、荣誉称号、考试测评主要依托的是课程考试成绩，而这些成绩几乎与学生的动手能力、科研能力、创新能力等无关，对于学生的能力评判标准过于单一、固定化，导致教学中重知识传授，轻知识的应用，重第一课堂课本，轻第二课堂实践创新，造成学生的科研动力不足，缺乏科研创新的热情，仅追求考试成绩的不断提高以获取各项荣誉称号，甚至升学深造的机会，但以此模式培养的“优秀”学生，往往存在实践动手能力弱、创新意识不强，难以满足国家和社会对创新型人才的迫切需求。

2.2 课程实验内容缺乏创新

高校本科生课程设计及实验多以验证性、认知型为主，尤其是学生实习过程中，大多是由导师介绍相关领域的背景、研究现状，导师操作、学生观摩抑或模仿，这样的课程设计并非面向具体问题，而是为了验证课本原理的正确性与科学性，难以激发学生的创新意识。此外，对于课程实验，大多数高校实验室仪器以模块化、智能化为主，学生仅需通过简单的操作即可获取“实验结果”，有的老师甚至重视实验结果的“准确率”而忽视了实验过程的重要性，本末倒置的“快餐式”实验剥夺学生真正动手参与实验的机会，抑制了学生对专业实践和科学研究参与的主动性。

2.3 高校科研资源与教育资源缺乏融合

我国应用型高校普遍存在的现实困境[3]，对地方普通高校来说，多方面的设备条件、师资力量和科研环境等难以支持较大的创新型课题。地区发展不平均、学科资源分配不平衡、专业倾向性偏差、培养方案政策不妥等原因也导致了学生参加科研创新项目的局限，甚至部分高校对科研项目不够重视从而导致学生缺乏对科研的了解。高校未整合其综合资源，造成培养学生创新精神能力不足。最后，本科高校大学生的主动创新意识浅薄，创新的主观能动性不足，高校的科研资源不足以吸引学生投身创新科研。

2.4 工程型师资力量匮乏

现阶段由于国家对教师发展所设置的青年人才35岁、杰青人才45岁的年龄门槛，以及人才评价的论文、基金指标，导致几乎所有的高校引进人才都是挑选SCI论文多的博士，而这些高产SCI论文的博士大多是从学校到学校，本硕博学习生涯中多以理论研究为主，自身工程能力训练不够，并缺乏企业实际工程经验，难以指导学生开展具体的工程应用性实践和创新。此外，由于老师的职称晋升多以论文、基金项目等为主要指标，因此，老师也缺乏提高自身工程能力的意愿，如此恶性循环，客观和主观上都造成很多高校的工程型师资力量匮乏，特别是在年轻教师中问题更为严峻和突出。

2.5 高校培养目标与社会需求存在偏差

我国多数高校在进行科研管理时，管理质量不高的问题仍旧十分突出[4]。目前理工科高校的学生学习评价仍以课程考试成绩为主，学生实践性能力评价在总体评价体系中的地位不高。企业对学生学习知识的能力需求度要求不高，与高端技术技能型人才培养的教学绩效评价要求契合度较低[5]。高校的创新创业人才培养要进一步对接产业需求，人才培养由学科驱动转向产业需求驱动，与产业需求实现动态均衡[6]。企业对于应届毕业生的需求条件大多以动手实践能力为主、具有一定的创新意识，不要求本科生能提出科研理念或带领科研团队，更多的需求是创新型技术人才。而对于理工科高校来说，重视理论基础的培养，原理性研究较多，往往本科高校毕业生入职前仍需企业来组织培训专业技能。因此，现在高校的目标与企业需求不一致，培养模式仍以知识传授为主，重知识传授、轻实践创新，这种模式下培养的学生与企业的人才需求存在偏差，与社会需求脱节。

3 基于项目引领的多维混合教学模式及原则

3.1 以项目引领的多维混合式教学模式

教学有法，但无定法。[7]近年来，研究型教学模式（Research-based Learning,RBL）、问题教学模式（Problem-Based Learning,PBL）、案例型教学模式Case-based learning,CBL）等教学模式的提出是对培养创新意识本科生教学模式的一种探讨。RBL是一种基于研究的教学模式，重点是学生对于具体实际问题的研究，而非对基础知识的掌握。以此模式培养学生解决问题的能力和研究分析问题、案例的素养；PBL是一种典型的以学生为中心的教学方法，该教学法将学习置于复杂、有意义的问题情境中，让学生以小组合作的形式共同解决学习过程中发现问题，进而学习隐含于问题背后的科学知识，以促进他们自主学习和终身学习能力的发展；CBL是PBL 教学法发展而来的，是以临床案例为基础，设计与之相关的问题，引导并启发学生围绕问题展开讨论的一种小组讨论式教学法[8]。此类模式都基于具体实例锻炼学生的实际操作或是创新意识，区别于传统模式中的师生关系。在此教学模式下师生利益一体化，共同解决实际问题，提升双方综合能力。

本文提出以项目引领构建融合RBL、PBL、CBL 的多维混合教学模式，科研反哺教学，竞赛激励创新，在教学中通过第一课堂与第二课堂相结合，采用项目驱动法，以项目为抓手，鼓励学生选择他们自主意愿研究的项目，激发学生的积极性。将课堂教学中以老师为中心转变为以学生或学生团队为中心的自主创新学习，充分调动学生科研兴趣与热情、将理论问题实际化、培养学生勇于挑战困难的品质、提高学生科研信心及科研素养等。

3.2 多维混合教学原则

在以项目引领的多维混合式教学中，还应遵循以下原则：

3.2.1 构建学生导师利益共同体

教学中学生和老师都是教学的主体，教学能够顺利实施的前提是调动学生和老师的积极性，首先要求老师和学生在完成项目的过程中核心利益一致。导师的科研项目需要学生团队人力和智力投入共同推进施行，学生同样也需要在项目学习过程中锻炼自己，提升自己的专业水平和科研创新能力。而显性的利益就是，学生在完成项目的过程中，可以撰写论文、专利或参加科技创新比赛获奖，并在学生评奖评优中更具优势，这对本科生保送研究生和考研面试具有重要的作用。对老师来说，通过对学生的指导和培养，可以吸引更多积极的科研力量投入项目中，促进项目的顺利实施。从本质上来说，构建导师学生利益共同体是项目快速推进的基础，在项目实施过程中需要不断深化和践行这样的理念，才能同时调动老师和学生的积极性，师生共赢。

3.2.2 指导学生应遵循最近发展区理论

根据最近发展区理论，学生在做自己认为经过努力可能完成的事情时才具有内生动力，才能调动自己的积极性和内在潜力。因此，在指导本科生开展项目研究时，首先，选择适当难度的项目课题对于大学生迈进科研大门至关重要，项目课题既要难度适中又要贴近现实，让学生通过科研可以直接见证自己的进步，如通过编程控制机器人的寻迹移动，学生就会直观感受到自己的科研进步和成果，从而进行正反馈，实现自我认可和自我激励。遵循最近发展区理论，应准确测度学生的最近发展区，为学生提供需要跳一下才能够得着的挑战，具有一定难度的科研项目才能调动学生的征服欲，激发其潜能。其次，指导老师给学生确定项目后，学生可能会因为基础薄弱而高山仰止、望而却步，这需要指导老师应对整个项目进行合理分解，通过将整个项目分解为不同的子任务，让学生在逐个完成子任务后就可以实现整个项目。此外，指导老师还应帮助学生团队进行合理分工，并明确实验方法和实施路径，让学生团队在项目实施中并行工作，既提高了科研创新能力，又培养了团结协作的意识和能力。

3.2.3 建设具有卓越工程能力的导师团队

“纸上得来终觉浅”，大学生的学习仍停留在理论层面，离开指导老师的指导和帮助大学生在科研上可能寸步难行。因此，学生科研项目进展的顺利与否与指导老师适时、适当的指导密不可分。首先，需要指导老师提升自身的实践动手能力和科研创新能力，“名师出高徒”，指导老师具有丰富的工程实践经验和卓越的科研能力，对学生指导就有的放矢，才能精准有效。其次，要增加导师在科研项目中的参与度[9]。导师指导学生应保证充足的指导时间。学生遇到问题时，导师及时、专业的指导可以节省学生科研过程中大量的时间，提升科研效率，同时也让学生感受到与导师共同完成课题的获得感、荣誉感，拉近师生之间的距离，有助于项目深入推进和学生综合能力的有效提升。导师在学生成长发展的道路上扮演着引路人的角色[10]，导师专业精湛且能够和学生积极互动能够激发学生的科研热情，导师严谨的科研作风也会成为学生争相模仿的榜样。

3.2.4 充分发挥学生的主观能动性

导师一味地牵引并不能利于学生的科研创新精神培养，而是要引导学生通过调查、交流、自我评价等方式，提升自我认知[11]。以学生为主、导师为辅的模式才能更有效地培养学生的创新思维和综合能力。学生被动的科研与主动的创新有着本质的区别，且在成果上会有更加明显的体现。在项目实施过程遇到的问题会促使学生自己去思考、研究、探讨，从而积累实践经验、理论知识，培养独立思考问题、解决问题的能力，发挥其主观能动性。当学生研究方向出现偏差时，导师可进行方向性指导，避免“喂”学生具体方法而让不让学生“走弯路”，这样就会抹杀学生的自主创新意识和分析解决问题能力，因为学生的成长少不了要从走弯路、走错路中反思来习得和提高。事实上，理论结合实际的项目推进，可促进大学生独立思考，在潜移默化中调动大学生对创新创业的主观能动性。

3.2.5 构建传帮带的良性科研氛围

加强资助育人团队建设，以独立机构与专职人员配备为基础，整合推进全员育人[12]。人是群体性动物，在项目实践过程中，提供学生团队良好的科研环境，能够保证学生在群体科研氛围的激发下更专注地投身科研任务中，不断验证自己的想法，并通过与其他学生之间碰撞的“思维火花”更深入地推进科研工作。此外，由于学生身份的平等性，当学生有了一定的科研基础和创新精神后，学生之间会质疑和讨论，从而培养学生敢于质疑的创新精神。一个人的力量是有限的，导师指导学生需要花费大量的时间和心血，而本科生众多，构建“金字塔”型的科研团队，通过塔尖指导老师对高年级学生的直接指导，再通过高年级学生对低年级学生进行指导，通过这种逐级传教帮扶方式，既可以节省指导老师的时间，又可以培养更多的学生，并且，高年级的学生在教授低年级学生的同时对专业理论实践也会有更深刻的理解和掌握。构建“金字塔”型的传帮带队伍，可以充分调动学生科研热情，培养良好的团队科研氛围，保证导师科研创新团队的新鲜血液和无尽活力，有利于培养高质量优秀的创新型科研人才。

4 教学模式实践成效

智能机器人实验室探索基于项目引领的多维混合教学模式6年有余，通过这种教学模式的实施，连续多年在大一暑假开始提供对科研感兴趣的本科生进行工程培训，并指导其参加各类科技比赛及导师课题项目。实验室的成员依托项目参加了“挑战杯”“互联网+”“中国机器人大赛”“智能农业装备创新大赛”等多类科技创新大赛，获得国际级奖励1项，国家级奖励60项，省级奖励13项，本科生发表SCI、EI等学术论文20余篇，申请授权发明专利6项。基于大二开始的科研基础，本科生毕业设计质量显著提升，获得省级优秀论文1篇，校院级优秀论文10余篇。智能机器人实验室坚持以项目引领的多维混合教学模式，培养创新性卓越人才，目前已有70余名本科生保送和升学至国内985/211工程和国外顶尖高校深造。

在对该模式下培养出的学生跟踪调查反馈中，在东南大学攻读研究生的某同学称“感受到自己的动手能力、面对科研困难的耐挫力和团队合作能力较同届的同学来说更为突出。同时，在研究生阶段项目研究中也游刃有余，入门较快。”在国外深造的某实验室成员反馈称“本科期间在实验室接受的教学模式培养与在国外研究生期间开展的模式相似度极高，是非常先进的教学理念”。已经进入企业工作的某实验室成员表示“在实验室期间锻炼的团队协作能力、领导团队的能力以及实际动手操作的能力为自己快速融入企业，转变社会角色打下深厚的基础”等。

本项目基于项目引领的多维混合教学模式，通过融合PBL、RBL、CBL等教学模式，通过打造工程型教师指导团队和“金字塔”型学生指导团队，构建师生命运共同体，并遵循最近发展区原则，以科研项目为抓手和落脚点，指导和激励学生在科研项目中成长和提升，不仅加深了学生对理论知识的理解，也开拓了科研视野，锻炼了学生的实践动手能力，培养学生勇于创新的意识和严谨、严肃的科研态度，养成良好的科研习惯，同时，提升学生的团队合作精神，增强师生之间的融洽关系。在以项目引领学生科研创新的模式下，学生不断提升自我，面向我国的科技振兴和中华民族的伟大复兴的迫切需求，逐渐成长成为适应新时代国家发展所需要的创新型人才。