基于STEAM理念的高校創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式研究

縱觀信息時(shí)代創(chuàng)新設(shè)計(jì)的發(fā)展進(jìn)程和制造業(yè)轉(zhuǎn)型，多學(xué)科協(xié)同創(chuàng)新發(fā)揮了重要作用，工業(yè)制造生產(chǎn)中很難僅僅依靠某個(gè)單一學(xué)科，而是需要多學(xué)科交叉共同完成。推動(dòng)大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新，高層次的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育和“工匠型”創(chuàng)新人才離不開(kāi)交叉學(xué)科的培養(yǎng)，尤其要與新型制造業(yè)轉(zhuǎn)型緊密銜接。

美國(guó)麻省理工大學(xué)的工程類專業(yè)課程設(shè)置中，把設(shè)計(jì)制圖、生產(chǎn)制造、調(diào)試分析以及設(shè)計(jì)管理等各個(gè)環(huán)節(jié)融合到設(shè)計(jì)教育的全過(guò)程;美國(guó)ART CENTER設(shè)計(jì)學(xué)院致力于與GM等國(guó)際公司開(kāi)發(fā)“計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)”“設(shè)計(jì)同步工程”等聯(lián)合培養(yǎng)項(xiàng)目;英國(guó)Coventry大學(xué)與跨國(guó)企業(yè)合作研發(fā)汽車設(shè)計(jì)與工業(yè)設(shè)計(jì)創(chuàng)新項(xiàng)目;日本千葉大學(xué)為推動(dòng)創(chuàng)新型人才發(fā)展，和國(guó)內(nèi)知名公司進(jìn)行“人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)”“先進(jìn)技術(shù)和設(shè)計(jì)”等協(xié)同創(chuàng)新研發(fā)。同時(shí)，國(guó)內(nèi)清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、湖南大學(xué)等開(kāi)展跨學(xué)科創(chuàng)新教育，從以課程為中心的教育模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐皂?xiàng)目研發(fā)為導(dǎo)向的教育方式，構(gòu)建以交叉融合為特色的創(chuàng)新人才教育體系，提出了多個(gè)設(shè)計(jì)專業(yè)領(lǐng)域?yàn)橹蔚南到y(tǒng)教學(xué)和研究模式。

然而目前國(guó)內(nèi)高校創(chuàng)新型人才教育還存在一些共性問(wèn)題：一是過(guò)于注重專業(yè)技能，缺少創(chuàng)新觀念和系統(tǒng)性思維的培養(yǎng);二是創(chuàng)新課程內(nèi)容知識(shí)碎片化，缺少貫通;三是學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和溝通協(xié)作能力較為薄弱;四是培養(yǎng)大綱、課程名稱、教學(xué)內(nèi)容同質(zhì)化現(xiàn)象比較嚴(yán)重。這就導(dǎo)致學(xué)生創(chuàng)新精神不足、綜合思考力缺乏，所以教育改革迫在眉睫，需要引入多學(xué)科協(xié)同創(chuàng)新教育的模式，培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科的專業(yè)視角。

一、STEAM教育的提出與認(rèn)可

STEAM教育理念是由美國(guó)學(xué)者Yakman首次提出的，STEAM是取科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）和數(shù)學(xué)（Mathematics）五門學(xué)科的首字母命名的一種教育概念，是在原STEM教育的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，目的是通過(guò)跨學(xué)科交叉知識(shí)的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的核心能力，尤其是綜合創(chuàng)新能力。STEAM的五門學(xué)科分別從不同的角度對(duì)學(xué)習(xí)者的核心能力提出了要求，其中，S培養(yǎng)學(xué)習(xí)者認(rèn)識(shí)客觀世界規(guī)律的能力，T和E傳授學(xué)習(xí)者工程技術(shù)知識(shí)和技能，A為實(shí)踐提供創(chuàng)造性思想來(lái)源，M培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的工程科學(xué)思維，提供方式方法。STEAM教育具有跨學(xué)科、趣味性、協(xié)作性、設(shè)計(jì)性、技術(shù)性等特點(diǎn)，注重創(chuàng)造能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科知識(shí)的交融，幫助學(xué)生掌握科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等不同學(xué)科知識(shí)，引導(dǎo)他們通過(guò)學(xué)習(xí)知識(shí)與世界實(shí)現(xiàn)美好互動(dòng)，以跨學(xué)科的方式解決問(wèn)題，在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)上具有新穎獨(dú)到的見(jiàn)解和核心能力。

2021年，教育部關(guān)于“雙一流”建設(shè)高校促進(jìn)學(xué)科融合，加快人工智能領(lǐng)域研究生培養(yǎng)的若干意見(jiàn)中提出，要跨界融合和精準(zhǔn)培養(yǎng)，不斷豐富完善跨學(xué)科核心知識(shí)體系，構(gòu)建自主創(chuàng)新和人才培養(yǎng)共同體。因此，基于STEAM理念的“設(shè)計(jì)-工程-數(shù)字化”課程教育及人才培養(yǎng)模式改革與文件要求不謀而合。該理念為創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)奠定了深厚的理論基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)前沿教育理念進(jìn)行在地化創(chuàng)新實(shí)踐，以“設(shè)計(jì)-工程-信息化”為知識(shí)主體，以項(xiàng)目實(shí)踐為學(xué)習(xí)手段，展開(kāi)跨學(xué)科、協(xié)同教育、綜合創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式研究，推動(dòng)教學(xué)模式和內(nèi)容變革，把創(chuàng)新設(shè)計(jì)教育與工業(yè)工程、數(shù)字化技術(shù)等相結(jié)合，促進(jìn)教育教學(xué)改革創(chuàng)新。

二、建立STEAM“設(shè)計(jì)-工程-數(shù)字化”一體化模型

傳統(tǒng)的教學(xué)模式較難引領(lǐng)創(chuàng)新前沿的產(chǎn)品，新思維、新模式、新需求都要求培養(yǎng)具有STEAM理念的創(chuàng)新型設(shè)計(jì)人才，基于STEAM理念的教育改革就是打破原有兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)課程體系，通過(guò)項(xiàng)目課題的循序漸進(jìn)、項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)模塊與專業(yè)教學(xué)實(shí)踐，重新建構(gòu)以多學(xué)科交叉、創(chuàng)新思維方式和專業(yè)技能培養(yǎng)為主導(dǎo)的新型教學(xué)體系。STEAM需要教師、學(xué)生、管理者三方共同參與，教師團(tuán)隊(duì)通過(guò)智力輸出提供STEAM教學(xué)，學(xué)生為解決問(wèn)題在項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程進(jìn)行STEAM學(xué)習(xí)，管理者根據(jù)項(xiàng)目的執(zhí)行情況進(jìn)行STEAM綜合評(píng)估。

1.制定科學(xué)的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)

隨著制造業(yè)的快速發(fā)展，物質(zhì)產(chǎn)品供給豐富，人們對(duì)于產(chǎn)品的需求表現(xiàn)得更加多元化，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)提出了更高的要求;另一方面，信息化的迅猛發(fā)展，靈敏生產(chǎn)、工業(yè)4.0、3D打印等技術(shù)為人們的個(gè)性化需求提供了實(shí)現(xiàn)的技術(shù)保證，創(chuàng)新設(shè)計(jì)不僅能促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新、功能創(chuàng)新和外觀創(chuàng)新，還能將實(shí)驗(yàn)室科技成果轉(zhuǎn)化為市場(chǎng)消費(fèi)產(chǎn)品，高校應(yīng)該充分發(fā)揮多學(xué)科交叉融合的軟硬件優(yōu)勢(shì)，開(kāi)展基于STEAM理念的“設(shè)計(jì)-工程-數(shù)字化”一體化人才培養(yǎng)，將具有多學(xué)科背景的專業(yè)授課教師結(jié)合在一起，以團(tuán)隊(duì)的方式開(kāi)展教育教學(xué)，培養(yǎng)出適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求的復(fù)合型設(shè)計(jì)人才。

2.建立STEAM理念的“設(shè)計(jì)—工程—數(shù)字化”一體化課程教育模式

“設(shè)計(jì)-工程-數(shù)字化”一體化課程教育主要包括橫向知識(shí)體系和縱向設(shè)計(jì)流程（見(jiàn)圖1），橫向知識(shí)體系主要包括設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)思維、設(shè)計(jì)方法、產(chǎn)品設(shè)計(jì)）、工程（機(jī)械制圖、工程力學(xué)、電工學(xué)、高等數(shù)學(xué)）和數(shù)字化（C語(yǔ)言、Arduino）等方面知識(shí)內(nèi)容，縱向設(shè)計(jì)流程主要包括起點(diǎn)、過(guò)程、后期三個(gè)主要環(huán)節(jié)，起點(diǎn)是根據(jù)用戶的需求提出設(shè)計(jì)方案，過(guò)程是在設(shè)計(jì)中考慮產(chǎn)品的工程結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)成本等內(nèi)容，后期是可以借助智能硬件等新興數(shù)字化技術(shù)搭建設(shè)計(jì)原型，從而使創(chuàng)新思維、工程教育、實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行有機(jī)聯(lián)系。“設(shè)計(jì)-工程-數(shù)字化”一體化課程教育模式就是在橫向上對(duì)設(shè)計(jì)各環(huán)節(jié)的知識(shí)構(gòu)成要素進(jìn)行梳理，并辨析在縱向設(shè)計(jì)過(guò)程的作用和地位，從而實(shí)現(xiàn)“設(shè)計(jì)-工程-數(shù)字化”在橫縱兩個(gè)方向的一體化整合。

3.搭建STEAM理念設(shè)計(jì)項(xiàng)目實(shí)踐模式

經(jīng)濟(jì)全球化、世界多元化、文化多樣化加速了學(xué)科交叉融合的發(fā)展趨勢(shì)，信息社會(huì)、工業(yè)社會(huì)下的教學(xué)實(shí)踐要掌握“設(shè)計(jì)-工程-數(shù)字化”多領(lǐng)域的知識(shí)，并獲得相應(yīng)指導(dǎo)，以設(shè)計(jì)、制造為目標(biāo)，用創(chuàng)新思維、方法及能力將設(shè)計(jì)創(chuàng)意變?yōu)楫a(chǎn)品。為了讓學(xué)生掌握和運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)的能力，探索適合信息化時(shí)代人才的培養(yǎng)模式，建立以項(xiàng)目為導(dǎo)向、多學(xué)科背景的教師團(tuán)隊(duì)進(jìn)行教育的創(chuàng)新教育項(xiàng)目實(shí)踐模式，構(gòu)建“設(shè)計(jì)-工程-數(shù)字化”一體化創(chuàng)新設(shè)計(jì)機(jī)制（見(jiàn)圖2）。“設(shè)計(jì)-工程-數(shù)字化”一體化創(chuàng)新設(shè)計(jì)機(jī)制基于STEAM教育理念/機(jī)制、設(shè)計(jì)、創(chuàng)新知識(shí)中心、信息技術(shù)、工程技術(shù)，充分利用靈敏生產(chǎn)、工業(yè)4.0、3D打印等物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)硬件技術(shù)，不斷推進(jìn)應(yīng)用機(jī)制升級(jí)，不斷完善學(xué)科資源庫(kù)、開(kāi)放課程庫(kù)、信息管理庫(kù)等保障機(jī)制，開(kāi)展教師、學(xué)生、管理者三方共同參與的項(xiàng)目模式，教師以團(tuán)隊(duì)的形式提供STEAM教學(xué)，學(xué)生在項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程進(jìn)行STEAM學(xué)習(xí)，管理者根據(jù)項(xiàng)目的執(zhí)行情況進(jìn)行STEAM綜合評(píng)估。“設(shè)計(jì)-工程-數(shù)字化”一體化創(chuàng)新設(shè)計(jì)機(jī)制不僅可以培養(yǎng)學(xué)生過(guò)硬的專業(yè)技能、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，還能提升其創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力和解決問(wèn)題的能力。

4.以“項(xiàng)目引路”形成STEAM設(shè)計(jì)項(xiàng)目評(píng)價(jià)

將“項(xiàng)目引路”運(yùn)用到創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的教學(xué)過(guò)程和教學(xué)方法中，強(qiáng)化知識(shí)整合，注重項(xiàng)目實(shí)踐過(guò)程和解決問(wèn)題能力，實(shí)現(xiàn)知識(shí)運(yùn)用與能力提升并重。STEAM設(shè)計(jì)項(xiàng)目的實(shí)踐模式（見(jiàn)圖3）是以問(wèn)題或項(xiàng)目為中心，以某一具體教學(xué)任務(wù)為教學(xué)目標(biāo)，通過(guò)確定教學(xué)任務(wù)、關(guān)聯(lián)學(xué)科間的知識(shí)、熟悉學(xué)生學(xué)習(xí)特性，重點(diǎn)做好目標(biāo)分析、知識(shí)地圖分析以及學(xué)習(xí)者特征分析。分析完教學(xué)任務(wù)后，指導(dǎo)學(xué)生針對(duì)項(xiàng)目或問(wèn)題自主開(kāi)展設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)，主要包括STEAM工具與資源設(shè)計(jì)、STEAM設(shè)計(jì)活動(dòng)過(guò)程設(shè)計(jì)、STEAM支架設(shè)計(jì)和STEAM評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)四方面的內(nèi)容。然后，基于特定的工業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目實(shí)踐，圍繞STEAM“設(shè)計(jì)-工程-數(shù)字化”開(kāi)展既定課題的“創(chuàng)新教學(xué)”活動(dòng)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程就是解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程，在項(xiàng)目實(shí)踐的層面邊做邊學(xué)，以項(xiàng)目活動(dòng)為起點(diǎn)，學(xué)習(xí)、掌握、應(yīng)用專業(yè)知識(shí)和技能，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并找到解決方法。最后，通過(guò)STEAM知識(shí)結(jié)構(gòu)化，針對(duì)項(xiàng)目教學(xué)應(yīng)用過(guò)程進(jìn)行發(fā)展性評(píng)估和改進(jìn)，并做出總結(jié)性評(píng)價(jià)，繼續(xù)進(jìn)行設(shè)計(jì)修訂。

三、未來(lái)應(yīng)用空間和推廣價(jià)值意義

基于STEAM理念的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式是應(yīng)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代創(chuàng)新人才素質(zhì)訴求轉(zhuǎn)變的全新教學(xué)模式，通過(guò)搭建STEAM創(chuàng)新知識(shí)中心，為給學(xué)生提供完善的“設(shè)計(jì)-工程-數(shù)字化”知識(shí)體系，通過(guò)在實(shí)踐過(guò)程中對(duì)解決問(wèn)題的設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行比較、評(píng)定，客觀分析方案優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，協(xié)調(diào)表面相互沖突的各方利益，防止學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中片面追求技術(shù)創(chuàng)新、功能創(chuàng)新、降低生產(chǎn)成本等有誤區(qū)的做法，選出最優(yōu)、最合理的方案，使學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中根據(jù)具體的設(shè)計(jì)項(xiàng)目靈活把握美觀、創(chuàng)新性、可用性、經(jīng)濟(jì)性等多方面的訴求，營(yíng)造出一個(gè)“跨界與融合”的教學(xué)環(huán)境，立足創(chuàng)新本質(zhì)的特征，整合優(yōu)質(zhì)資源構(gòu)建實(shí)踐平臺(tái)，形成嶄新的創(chuàng)新“生態(tài)”環(huán)境。

基于STEAM理念已成為知識(shí)整合創(chuàng)新的一種新的價(jià)值源泉，無(wú)論是就宏觀范疇的創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系開(kāi)展研究，還是方法研究，都對(duì)現(xiàn)有創(chuàng)新型人才的專業(yè)教學(xué)及實(shí)踐開(kāi)展具有深刻的指導(dǎo)意義。“設(shè)計(jì)-工程-數(shù)字化”的整合是教育發(fā)展的新趨勢(shì)，跨學(xué)科的知識(shí)整合創(chuàng)新對(duì)解決信息社會(huì)設(shè)計(jì)、工業(yè)社會(huì)實(shí)踐中的問(wèn)題具有重要意義。

（賀薇，助理研究員，碩士，研究方向?yàn)楦叩冉逃＃〦6628A88-CF1B-436A-8000-E98356A2C257