新工科背景下遞進式工程實踐模式的大學生創新能力培養

蔣書波，于莉莉，張印強，楊道業，王曉榮

（南京工業大學 電氣工程與控制科學學院，江蘇南京 211816）

為適應科技革命和產業變革，2018年10月，教育部、工業和信息化部、中國工程院印發《關于加快建設發展新工科實施卓越工程師教育培養計劃2.0 的意見》，要求“以新工科建設為重要抓手，持續深化工程教育改革，加快培養適應和引領新一輪科技革命和產業變革的卓越工程師科技人才”，這對新工科大學生的培養提出了新的要求[1-2]。

新工科大學生的創新思維、創業意識及創新能力的培養都需要實踐教學的引導，科技的進步和商品生產的現代化對實踐能力和綜合素質也提出了更高更新的標準和要求[3]。當前，工程教育下應用型人才的培養必須通過實踐教學來實現，高校要培養“用得上、干得好”的應用型人才，就需要采用合理的實踐教學模式[4]。

1 專業實踐教學模式面臨的問題

1.1 面臨的主要問題

近年來，受構建主義學習理論、以學生為中心理念等的影響，國際工程科技人才培養方法發生了根本性的變化，呈現出“以主動學習為根本、以目標為導向、以真實問題為基礎”的發展態勢。在新工科建設背景下，我國的工程教育轉向強調學生主動學習和主動實踐的“以學生為中心”的教育模式[5]。

工程實踐性作為新工科教育的內在要求和本質屬性，其人才培養過程的核心是專業實踐。因此，在校本科生的培養要以工程實踐為宗旨，將以課程教學為中心轉向課程教學與實踐環節有機結合，其中實踐環節是培養學生工程實踐能力和創新能力的有效方式。高校應積極探索并實施多元化的實踐教學，讓學生進行理論與實踐一體的“做中學”[6]。

高校應利用企業、行業的實踐教學資源開展實踐教學，同時利用新一代實踐教學平臺，將實踐教學與真實的工程應用相結合；應倡導“合作教育”模式，充分利用校企合作資源，將學習與工作實踐相結合。

1.2 專業實踐教學現狀

部分工科畢業生的實踐能力不強，與學校未根據社會的需求及時調整實踐教學方式有關[7]。因此，工科專業必須加大實踐教學的改革力度，采取有效的措施，切實增強大學生的實踐能力，培養應用型專業人才。

經過調研[8-10]，建議從三個方面著手加強實踐教學：（1）加強實踐教學的制度建設及考核，通過健全教學環節的各項機制，保障實踐教學的正常開展及考核；（2）建立穩定、優質的校內外實習實訓基地，學生在課余時間根據興趣到校內實訓基地進行學習；（3）除了常規的參觀實習、企業工程技術人員現場講解外，探索利用多媒體教學、計算機虛擬仿真等輔助教學方式，根據實習企業特點、產品類型、管理方式等，綜合使用上述實習方式，能達到良好的實習效果。

2 遞進式工程實踐方案

按照“瞄準目標、明確功能、有序實施”的原則，以南京工業大學測控技術與儀器專業學生為培養對象，按照以下三個階段設計學生實踐能力培養方案[11]。

認知階段：學生入學后的第二學年開展認識實習，主要了解行業特點和企業運營方式，學習觀察問題、分析問題，學習并構建解決工程實際問題的思維方法。利用“口袋”嵌入式創新實踐和電子系統設計與創新訓練，通過對具體傳感和控制單元的初步實踐，對專業工程背景及行業特點有初步認知。

應用階段：學生入學后的第三學年開展工程應用，進行工程項目應用實踐（課程實習、課程設計、實踐訓練），學生要了解企業生產工藝、技術路線、管理制度，通過一系列實踐環節，理解并掌握工程所涉及的相關專業知識、影響因素、道德倫理等，在解決問題的過程中豐富知識，提高思辨、創新能力。

創新階段：學生入學后的第四學年開展應用創新實踐（綜合實習、畢業設計）。面對復雜的工程背景和問題，學生要提出觀點，研究新理論、新知識，在實踐中設計實驗方案并驗證，完成認知、應用、創新的過程。在分析學生必備的專業知識和能力的前提下，以課程實訓、工程項目、企業實踐為學生實踐能力培養載體，圍繞工藝與技術、檢測與裝置、設計與工具等內容，制定學生的知識形成、能力生成及素質養成的目標，專業教師、企業導師、企業共同參與對學生實踐創新能力的培養。

3 學生創新能力培養過程

在新工科培養模式下，以培養學生工程實踐為核心，因此，需要將以課程理論教學為中心轉向課程理論教學與實踐教學有機結合。針對遞進式工程實踐模式，以測控技術與儀器專業學生為培養對象，在分析學生必備的專業知識和能力的基礎上，以課程、工程實踐、創新項目為學生實踐能力培養載體，制定學生的知識形成、能力生成及素質養成的目標。

3.1 營造“實踐為本，鼓勵創新”的軟硬件環境

采取遞進式的實踐模式，以創客空間為載體，依托在線過程檢測平臺、流程控制裝置、嵌入式系統創新平臺、智能機器人創新平臺，在第三學期、第四學期、第六學期、第七學期開展“口袋”嵌入式創新實踐、電子系統與創新訓練、創新實踐、儀器系統綜合實習等一系列專業實踐教學環節，營造創客育人的軟環境及創新人才培養的硬件環境，學生開展以工程項目問題為導向的學習、討論、研究、設計、制作等實踐活動，激發創新意識，培養創新能力。

3.2 科教融合，創建具有專業特色的工程設計體系

強化科研與實踐融合，將科研相關項目訓練融入專業課程體系，提高學生的實踐能力；深入融合知識與實踐，增設相關實踐訓練課程，經過探索與實踐形成了具有專業特色，反映工程設計能力的實踐教學體系。堅持實踐教學過程中的項目導向，所有實踐環節都以工程項目問題為導向，融合基礎和專業知識，面向解決不同工程問題的應用和層次，提出問題的解決方案并設計實施，通過作品方式展示或者設計方案說明體現解決復雜工程問題的能力及項目解決方案的創新性[12]。

指導教師團隊成員將科研成果融入課程設計、綜合實訓、創新項目等教學環節，重點打造案例項目，既包含重點專業課程中的知識與方法，又包含工程實踐項目的特有對象及應用需求，形成了化工過程檢測人才培養特色方向。指導教師團隊精心組織策劃課題，做到一組一題，團隊分工合作完成課題的遞階個性化實踐教學，激發學生的學習興趣，培養學生團隊合作與分析、解決問題的能力。

3.3 多元化的實踐教學與評價體系

應用“虛實結合”和“工學交替”的多元化實踐教學模式，即學生到企業開展認識實習、生產實習等，充分利用“政產學研用”工程人才協同培養機制，使用虛擬化和網絡化技術，進行仿真化實踐教學[13]。學生充分利用綜合實習、畢業實習、畢業設計等環節，將學習與工作實踐相結合。

實踐環節評價以“學業成果作品化”為特征[14]，針對各實踐教學目標的專業性、創新性、鼓勵性等多樣化的評價標準，采用教師評、自己評、同學評、企業評等多種評價方式，創新完善了實踐教學評價體系。通過校企實習的細化形式，在一定時期內利用綜合實習、畢業實習、畢業設計等環節，將學習與工作實踐相結合，使學生加深對所學專業的認識，培養團隊合作精神、應變能力，開闊眼界、促進就業。

4 推廣及應用情況

遞進式工程實踐模式的實施最初面向南京工業大學測控技術與儀器專業學生，經過2年的建設實施，取得了一定效果。學生對工程問題的描述與設計能力、專業知識掌握程度和創新能力顯著提升，得到師生、同行的高度認可。近幾年，該專業學生參與創新訓練的熱情高漲，申請大學生創新創業訓練計劃項目的人數逐年攀升，參與科技競賽的人數及獲獎層次也逐年提高，在中國國際“互聯網+”大學生創新創業大賽、全國大學生智能汽車競賽、全國大學生工程訓練綜合能力競賽、全國大學生機器人大賽中多次獲獎。

在實施培養方案過程中，重點以工程問題為導向，打造典型工程項目案例，創建具有專業特色的工程設計實踐體系，其實踐內容及難度在專業實踐教學體系中不斷提升，借助良好的鼓勵創新的軟硬件環境，在教學設計中融入多元化的教學模式，并注重過程評價與考核。該模式進一步凝練后，可推廣到自動化、電氣工程及其自動化、電子信息工程等相關專業課程體系及實踐環節的人才培養。

5 結語

結合南京工業大學測控技術與儀器專業培養方案制定的實習實訓體系，遵循“遞進式”原則，對實踐內容、創新能力進行設計、完善與實施，進行跟蹤評價與反饋，形成符合專業特色與人才需求的實踐教學實施方案。本文的研究與探索，旨在提高學生的創業實踐能力和推動專業建設，具有一定的實踐與推廣意義。