新工科建設視域下基于創新能力教學改革

陳曉明，王 君，焦海坤

（吉林農業大學 工程技術學院，長春130018）

0 引言

德國的“工業4.0”和美國的“再工業化”戰略實施預示著新一輪工業革命的到來，新型工業以人工智能、5G技術、“互聯網+”技術為代表，提供高度靈活的個性化和數字化的產品與服務的生產模式。在這種模式中，傳統的行業界限將消失，并會產生各種新的活動領域和合作形式。基于此，新一輪工業革命引發全球的技術創新與產業變革，更為關注工程人才工程思維、跨界融合能力、融合創新能力、自主學習的能力、互聯互通的能力等職業素養的養成與鍛煉。人才是工業發展的根本問題，新一輪科技革命和產業變革的加速演進正在重塑中國高等工程教育[1]，高校工程教育必須積極回應新工業時代對工程科技人才能力的更新需求，在新一輪產業技術革命要求下培養更多引領和適應新工業革命的復合型創新人才[2-3]。“新工科”建設是國家應基于國際經濟發展新形勢、國家戰略發展新需要、產業發展新需求和未來發展新高度等提出的一種新的“工科形態”[4-5]，是培養應對新一輪工業革命人才的主要手段。“新工科”的建設和實施對新工科人才培養有著重要意義。《新工科建設指南》明確提出“樹立創新型工程教育理念，提升學生工程科技創新、創造能力”，這意味著滿新工科人才在新技術和未來產業發展新形勢下具備、運用和遷移多學科知識并具備融合創新能力。從目前新工科的相關研究成果來看，關于新工科人才創新能力培養的成果很少，有關利用實踐教學活動培養新工科人才創新能力的研究更少。鑒于此，本文從推進新工科實踐教學改革的目的出發，以促進新工科人才創新能力培養為目標，介紹了新工科視域下基于創新能力的實踐教學改革方法。

1 實踐教學的界定

實踐教學實是以提高能力為目標，必須具備實踐活動諸要素。其本質是將學習者置身于一定的知識場景之中，促使其將知識內化為個體經驗。概括地說，實踐教學是學生在教師指導下以實際操作為主，獲得感性知識和基本技能，提高綜合素質的一系列教學活動的組合。實踐教學活動從另一個側面而言也是一種認識性的活動，它的實施、開展具有自身鮮明的特點和復雜性。實踐教學是鞏固理論知識和加深對理論認識的有效途徑，是培養具有創新意識的高素質工程技術人員的重要環節，是理論聯系實際、培養學生掌握科學方法和提高動手能力的重要平臺，有利于學生素養的提高和正確價值觀的形成。在高等工程教育的框架下，實踐教學包括除課堂理論教學以外的所有教學活動，包括但不限于實習、實訓、實驗、課程設計、畢業設計等教學活動。

2 新工科的內涵和對人才的要求

在不同的視野下新工科具有不同的內涵。從學科視域下看新工科“指的是正在形成的或將要形成的新的工程學科”[6]；從人才培養角度看，新工科關鍵在于“培養未來多元化、創新型卓越工程人才”[7]；從國家宏觀層面分析，新工科是“工科注入新的內涵以適應新經濟發展需要而產生的工科新形態”[8]。總之，從教育領域內，新工科內涵被認為是新的工科形態，新工科以立德樹人為引領、以塑造未來為理念、著力培養多元化、創新型的工程人才。從前文的敘述中可以看到，在對新工科人才的能力要求中，創新能力是新工科人才必備的重要能力之一，對新工科人才創新能力的培養效果是檢驗新工科建設和改革效果的重點。

3 實踐教學活動創新能力培養現狀

從目前的統計結果來看國內高校對工程人才創新能力的培養并不理想[3，9]。這與國內高校實踐教學活動的現狀和存在的問題有關。首先，傳統工科專業實踐教學方案的設計大多基于本專業課程所必須的知識體系進行構建，教學的項目均是圍繞教材中的相關知識模塊內容進行設計。隨著現有技術的發展和新興技術的出現，現有實踐教學體系和內容與工程需要相互脫節，學生對面向未來的新技術掌握不足；其次，現有實踐教學模式簡單機械，大多為學生按照教師要求部就班地進行重復性的實驗或實訓，學生的思維模式被限定在預設的場景之中，一切“越矩”的行為都會被禁止，這對培養學生的開放性思維不利；最后，現有的實踐教學評價體系不適用于新工科實踐教學建設和改革的需要。現有實踐教學多以教師評價為主，學生和企業的參與程度低。在以學生為中心和以產業為導向的今天，學生和企業對實踐教學的效果應該具有更多的發言權。另外，現有實踐教學多注重對學生實踐結果的評價，多以總體分數為主，評價手段較為單一，忽視了對學生實踐過程和參與程度的評價和從創新性、綠色性等多方面進行評價，對培養學生的高階思維和創新能力不利。

4 基于創新能力培養的實踐教學改革

基于創新能力的重要性，針對上文提及的實踐教學中存在的問題，我們對實踐教學體系和內容進行了改革。具體措施如下。

4.1 構建階梯式的創新能力培養體系

工程人才的創新能力培養不可能一撮而就，需要通過系統的、連續的教學活動培養。為此我們構建了如圖1所示的實踐教學模式，把對學生的創新能力培養分成三個階段。第一階段對應學生的一、二年級，學生的創新是在專業知識基礎上的創新，只有在大一、大二時期打下堅實的專業基礎才能在后續的學習和工作中發現創新的靈感并開展工作。這個階段學生主要參與校內、校外的實踐教學活動以學習、鞏固本專業的知識和技能，如課程設計、金工實習、工廠認識實習等，當然我們針對實踐教學內容落后、教學形式單一的問題改革了這些實踐教學活動的內容和形式，通過這個階段的學習主要培養學生的創新意識。第二階段對應學生的二、三年級，在這個階段學生已經具備了基本的專業知識和技能，并有一定的創新意識，因此可以在簡單的項目式訓練中發展學生的創新精神。學科競賽和創新創業項目是針對大學生設計的項目式訓練手段，對育培養學生的創新能力有積極的促進作用[9-10]。學生在參加學科競賽和創新創業項目時，不僅需要應用所學解決最基本的工程問題，為了取得好成績還需要開拓創新，創造亮點。通過這種形式學生的學習主動性得到了提高，這一階段主要培養學生的創新精神。第三階段對應學生的三、四年級。這一階段學生已經具備了扎實的專業知識和技能并有一定的創新精神，可以應對更復雜的工程問題，面對的問題應該更具有挑戰性。這一階段我們鼓勵學生參與到教師的科研課題當中，或者到合作企業中進行項目式的鍛煉。在這個階段學生面對的問題更接近生產和科研前沿，且必需學習和使用學科交叉知識，能夠更大限度鍛煉學生的創新思維。創新思維是指新工科人才在面臨工程問題時，能以新穎獨創的方法解決問題的思維過程，通過這種思維能突破常規思維的界限，以超常規甚至反常規的方法、視角去思考問題，或在解決工程問題時“自覺地”采用新用新方法的思維形式[2]。創新思維是一種高級思維，通過第三階段的學習能夠更大的發揮學生的思想能動性和創造性，對塑造學生的創造思維有益。

圖1 階梯式的創新能力培養體系

4.2 建立實踐教學導師制度，保障實踐教學效果

一流的教師隊伍對于優秀人才的培養具有重要作用。學生在教師的監督和幫助下能夠更好的發展專業技能和創新能力。以往，實踐教學活動由個別專業教師或者實驗教師完成，由于大多數情況下針對單一實踐教學活動的專業教師和實驗教師人數較少，導致不是每一個學生都能得到專業、全面的實踐教學指導。我們在本專業教師內征集、選拔了具有實踐教學能力的教師，經過集中培訓，成為了專門的實踐教學導師。學生和導師經過雙向選擇后，學生在實踐教學放慢的問題都能找到實踐教學導師得到解決和解答。在考核方面我們對實踐教學教師給予獎勵制度，以增加教師參與實踐教學活動的積極性。另外，我們定期為實踐教學導師開展培訓，并鼓勵年輕教師到走進企業，以強化教師的工程能力，塑造更多的雙師型教師。

4.3 改革實踐教學評價體系，形成制度保證

教學評價內容和形式是教學活動的方向盤，在以往的實踐教學活動中，對學生的實踐教學評價多由教師通過主觀判斷完成，評價方式比較單一且沒有詳細的評價標準，且評價內容大多關注學生的完成情況，缺少過程型評價，這對培養學生的創新能力不利。為此，我們改革了實踐教學的評價體系，評價方式更加多元化，對不同的實踐教學采用不同的評價標準，注重評價的客觀主體、方式方法和規則標準三個方面的協調統一。還設計了多維、立體的評價體系，對教學過程及教學目標達成度進行評價。除了教師對學生的實踐教學評價外，還增加了學生對教師、企業對學生的評價內容。在制定評價標準時，邀請了外校教師、行業企業專家等來共同完成，以保證評價標準的有效性。為了保證學生在整個實踐活動過程中的學習效果，我們還重視對整個實踐教育過程的綜合評價，建立的實踐環節教學效果評價體系。

5 實踐教學改革的成效

對基于創新能力的實踐教學體系進行改革取得了多方面成效。首先學生的綜合創新能力得到了提高。從近兩年的參賽情況來看，我院學生連續獲得全國機械創新大賽特等獎和一等獎、在iCAN國際創新創業大賽、“東方紅”全國大學生智能農業裝備創新大賽、全國大學生工程訓練綜合能力競賽等全國性比賽中均獲得一、二、三等獎。從企業的調查問卷中看，企業對畢業生的滿意度得到提高，對學生創新能力的增強得到了用人單位的肯定。從學生的學習效果上看，學生的學習積極性明顯上升，在新一輪的問卷調查中顯示，學生對改革后實踐教學模式的滿意度為90.2%，認為自己的創新能力得到鍛煉的有88.7%。另外，通過制定新的獎勵制度，教師參與實踐教學的熱情高漲，雙師型教師數量增加了30%，教師隊伍的質量和結構也得到了改善。

6 結語

新工科開啟了工科專業工程教育的改革大幕，創新能力作為新工科人才最重要的基本能力之一，應是新工科建設和改革的重點。本文對新工科背景下在實踐教學活動中培養工程人才創新能力進行了探討，可為同類專業或者院校的新工科實踐教學改革提供借鑒。