基于STEM理念的創新實踐能力培養體系構建

田會峰　劉乾　鄭艷芳

摘要：為了培養應用型人才，依據STEM理念構建電氣專業創新實踐能力培養體系。在第一課堂理論課程實行“翻轉課堂”教學模式，實踐課程實行“項目驅動”教學模式。通過“創新實踐項目鏈”和“創新教學環”構建第二課堂“競賽+項目”創新實踐培養方式。第一課堂和第二課堂相互銜接，在電氣專業實施創新實踐能力培養體系，取得了較好的效果。

關鍵詞：創新實踐能力；創新實踐項目鏈；學科競賽群；創新教學環

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）52-0151-02

大學教育是培養高層次、高素質創新型人才的重要途徑。突出的創新實踐能力和一流的工程素養，是決定大學生第一任職能力和可持續發展能力的關鍵[1]。

STEM是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Maths）四門學科的簡稱，強調多學科的交叉融合[2]。它是一種新的教學理念，通過跨學科的方式來綜合運用這四大學科的相關知識，以使學習者通過實踐解決真實情境中存在的問題，從而達到培養創新目的[3]。

一、基于第一課堂的創新實踐能力培養

對于地方高校來說，培養的是應用型人才，應該重點培養學生的實踐能力，同時也要在第一課堂的教學中加強創新思維的訓練，培養學生的創新意識。

1.基于翻轉課堂的教學模式。傳統的教學模式是以教師的“教”為主，強調的是“教”的效果。而對于應用性很強的課程，應突顯學生“學”的效果。學生的“學習”，“學”是指掌握理論知識和方法，“習”是指要練習、訓練，達到應用的目的。

以電氣工程及其自動化專業為例，該專業中實踐性較強的理論課程有《單片機原理及應用》、《嵌入式系統及應用》、《電氣控制與PLC技術》等。在理論課程教學中，采取基于CDIO理念的“任務驅動”組織教學，應用“翻轉課堂”教學模式，教師布置任務，學生在課后通過看教學視頻自學。教師在課堂解答學生學習中遇到的問題，并強調重要的知識點。

2.基于項目驅動的實踐訓練。為了培養學生的創新思維和實踐能力，電氣專業設置了為期4周的《電子控制系統綜合實訓》實踐環節，該課程主要是考核學生以單片機為核心，綜合應用數電、模電、傳感器與檢測技術、單片機原理及應用等課程的知識，設計一個具有創新性、完整性的綜合應用系統。

學生以“敏捷島”形式組成一個項目開發組，每組分為項目經理、硬件工程師、軟件工程師。每組的課題大部分都是學生和指導教師反復討論后確定的，以保證項目的創新性和應用價值。同時，實訓項目也有來源企業的項目開發，此類項目分配給動手能力較強的同學負責，訓練學生工程技術能力。

課題確定之后，學生要通過圖書館知網數據庫、萬方數據庫等查詢相關資料，進行項目方案論證及總體設計。經過指導教師檢查方案可行后，再按照系統的功能模塊分別進行設計和實現。

教學過程中，以學生為主體，教師為輔助。學生遇到問題時，先項目組之間相互討論，還可以與其他項目組成員相互討論。如果還是不能解決，最后可以和指導教師討論，從而訓練了學生遇到問題不逃避，主動尋求解決方案的能力。

二、基于第二課堂的創新實踐能力培養

第二課堂是除正常教學外進行學習和實踐的時間，主要包括學生參加學科競賽和創新項目，以達到創新實踐能力培養的目的。

1.構建專業學科競賽群。以電氣專業為例，精心挑選與電氣專業相關的學科競賽。以競賽活動為平臺，以能力培養為核心，激發學生學習和研究的潛能，培養學生的團隊協作意識、實踐能力、項目管理能力和創新精神。電氣專業學生參加的主要學科競賽如圖1所示。

2.構建創新實踐項目鏈。將電氣工程及其自動化專業的《自動控制原理課程設計》、《微機原理應用課程設計》、《電子控制系統綜合實訓》、《電氣控制系統綜合實訓》和《畢業設計》構成“實踐項目內鏈”。

以大學生創新實踐基地的創新項目、大學生創新訓練計劃項目、電氣專業學科競賽群內的項目為載體設計出課外的“創新項目外鏈”，通過將“實踐項目內鏈”和“創新項目外鏈”進行全過程、遞進式的全面重構設計，形成“創新實踐項目鏈”。實踐項目內鏈和創新項目外鏈如圖2所示。

3.構建創新教學環。創新實踐能力培養必須要有相應的創新實踐教學。對電氣專業的部分課程實施了創新教學方法改革，并且增設了“創新創業”課程。

如圖3所示，創新教學環則由創新指導教師、企業技術人員、創新實踐課程、創新實踐項目構成。

三、創新成果

通過STEM創新實踐能力培養體系的實施，電氣專業學生積極參加與專業相關的影響力很大的學科競賽，申請各級創新項目，撰寫文章，申請專利和專著，主要成績如表1所示。

四、結語

大學生創新實踐能力培養是當前高等教育中最為重要的內容之一，各類高校都在積極探索適合本校學生的創新實踐能力培養體系。根據地方高校培養應用型人才的背景，以電氣工程及其自動化專業為例，構建以“課程+實訓”為主的第一課堂、“競賽+項目”為主的第二課堂、創新實踐基地、實訓中心和創新實驗室等協同合作的創新實踐能力培養體系，取得了較好的應用效果。

參考文獻：

[1]羅自榮，尚建忠，楊軍宏.創新能力培養新思路 跨學科、主題式創新基地探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2017，36（11）：206-209.

[2]余勝泉，胡翔.STEM教育理念與跨學科整合模式[J].2015，21（4）：13-21.

[3]董宏建，白敏.中國理工科STEM教育發展探究[J].現代教育技術，2016，26（07）：12-17.