創(chuàng)客空間助力數(shù)學(xué)應(yīng)用創(chuàng)新能力培養(yǎng)的探索與實(shí)踐

張?jiān)啤≡S春根　王慧　許孟

［摘 要］ “新工科”建設(shè)背景下，培養(yǎng)應(yīng)用創(chuàng)新型本科畢業(yè)生成為理工類高校的首要任務(wù)，這對數(shù)學(xué)應(yīng)用創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提出了更高要求。目前，數(shù)學(xué)類傳統(tǒng)教學(xué)實(shí)踐中存在載體不足、學(xué)習(xí)效果反饋不及時、數(shù)學(xué)應(yīng)用創(chuàng)新能力培養(yǎng)不易等諸多問題。針對數(shù)學(xué)類本科人才成長特點(diǎn)，提出了以創(chuàng)客空間為載體，改革教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，構(gòu)建覆蓋教學(xué)活動關(guān)鍵環(huán)節(jié)的新模式，建立“學(xué)生主動、教師指導(dǎo)、融合創(chuàng)新、協(xié)調(diào)發(fā)展”的智慧培養(yǎng)機(jī)制，為培養(yǎng)具有較高科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新能力、社會擔(dān)當(dāng)?shù)母哔|(zhì)量理工科人才提供了新思路。

［關(guān)鍵詞］ 新工科；創(chuàng)客空間；數(shù)學(xué)；應(yīng)用創(chuàng)新；協(xié)調(diào)創(chuàng)新

［基金項(xiàng)目］ 2022年度江蘇省高校高質(zhì)量公共課教學(xué)改革研究專項(xiàng)課題“‘四新背景下大學(xué)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課的教學(xué)生態(tài)研究”（2022JDKT077）；2023年度江蘇省高等教育質(zhì)量保障與評價研究課題“新工科建設(shè)背景下大數(shù)據(jù)賦能的大學(xué)數(shù)學(xué)公共基礎(chǔ)課課程評價體系研究”（2023-C34）；2021年度南京理工大學(xué)高等教育教學(xué)改革研究立項(xiàng)課題校級重點(diǎn)項(xiàng)目“新工科背景下高校數(shù)學(xué)類課程‘基礎(chǔ)+進(jìn)階模式的探索與研究”（2021-I-11）

［作者簡介］ 張 云（1987—），男，河南南陽人，碩士，南京理工大學(xué)數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院助理研究員（通信作者），主要從事教育信息化和高等教育管理研究；許春根（1969—），男，安徽宣城人，博士，南京理工大學(xué)數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院教授，主要從事密碼學(xué)和網(wǎng)絡(luò)空間安全研究；王 慧（1985—），女，江蘇連云港人，學(xué)士，南京理工大學(xué)數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院中級實(shí)驗(yàn)師，主要從事實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理和項(xiàng)目管理研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）07-0117-04［收稿日期］ 2023-05-10

引言

在新工科建設(shè)背景下，高校人才培養(yǎng)有了新的要求。培養(yǎng)具有工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力、具備相應(yīng)國際競爭力的復(fù)合型人才才能支撐以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新模式、新產(chǎn)業(yè)為代表的新經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展［1-2］。數(shù)學(xué)是工業(yè)發(fā)展的基石，新時代復(fù)合型人才需要跨學(xué)科的知識體系和應(yīng)用能力。新工科教育理念進(jìn)一步突出和強(qiáng)化了數(shù)學(xué)理論、方法對工科的支撐作用，這對數(shù)學(xué)應(yīng)用與創(chuàng)新能力培養(yǎng)提出了更高要求。為迎接新一代科技革命對工科人才培養(yǎng)提出的新要求，南京理工大學(xué)結(jié)合學(xué)校自身辦學(xué)定位、辦學(xué)實(shí)踐和條件，探索不同專業(yè)類人才培養(yǎng)模式的改革，同時持續(xù)深化教育教學(xué)改革，以應(yīng)用創(chuàng)新型優(yōu)秀人才為目標(biāo)，不斷推進(jìn)一流本科建設(shè)［3-4］。數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院針對過去教學(xué)實(shí)踐中出現(xiàn)的問題，不斷創(chuàng)新建設(shè)理念，改革教學(xué)模式，加強(qiáng)教學(xué)能力，盡力提升全校本科生的數(shù)學(xué)素養(yǎng)，滿足人才培養(yǎng)新要求。

一、數(shù)學(xué)應(yīng)用創(chuàng)新能力培養(yǎng)實(shí)踐中存在的問題

本科培養(yǎng)教學(xué)活動主要分為四個環(huán)節(jié)：教師教學(xué)、課堂學(xué)習(xí)、學(xué)科競賽、集中實(shí)踐。教師教學(xué)不僅指以教師實(shí)施的教學(xué)活動，更包括教師為改進(jìn)教學(xué)活動開展的一系列教學(xué)改革、教學(xué)創(chuàng)新及教學(xué)實(shí)踐，教師具有絕對的主動權(quán)。課堂學(xué)習(xí)是指學(xué)生參加課堂學(xué)習(xí)的全過程，學(xué)生處于相對被動接受知識的過程。學(xué)科競賽是指學(xué)校組織學(xué)生參加以提高應(yīng)用能力和工程實(shí)踐能力為目標(biāo)的活動。集中實(shí)踐是指培養(yǎng)方案中包括認(rèn)識實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、科研訓(xùn)練、畢業(yè)設(shè)計(jì)等課程階段的全過程。學(xué)生在入學(xué)之后的傳統(tǒng)培養(yǎng)模式下，主要通過參與教師教學(xué)、課堂學(xué)習(xí)等環(huán)節(jié)完成理論知識學(xué)習(xí)，通過學(xué)科競賽、集中實(shí)踐環(huán)節(jié)培養(yǎng)應(yīng)用創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力。

本科教學(xué)改革的通常做法是教師通過自身教學(xué)改革與學(xué)生課堂學(xué)習(xí)效果形成反饋迭代機(jī)制，踐行“以教促學(xué)”和“以學(xué)促教”的理念方法，實(shí)現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量的持續(xù)提高。通過學(xué)科競賽、集中實(shí)踐等環(huán)節(jié)，實(shí)施“以賽促教”“科教融合”“產(chǎn)教融合”戰(zhàn)略，促進(jìn)本科生實(shí)踐應(yīng)用能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)。學(xué)生從新生到畢業(yè)要完成整個過程的培養(yǎng)，從而成為符合專業(yè)要求、具備專業(yè)能力的畢業(yè)生。然而，數(shù)學(xué)類人才培養(yǎng)在過去的整個過程中出現(xiàn)了一些影響應(yīng)用創(chuàng)新能力的新問題。

（一）教學(xué)實(shí)踐中載體不足

在原有的教學(xué)活動中，教師教學(xué)改革動力主要源于教師個人的主動意愿，教師持續(xù)的教學(xué)改革、教學(xué)研究動力存在不足。學(xué)生作為教學(xué)對象，在教師課堂教學(xué)的過程中相對處于被動地位，學(xué)生存在不敢與教師溝通、不愿與教師溝通教學(xué)效果的現(xiàn)象。這大大增加了教學(xué)改革、教學(xué)研究的難度，也降低了教學(xué)活動正向迭代、改革創(chuàng)新的節(jié)奏和速度。在教學(xué)活動中常因?qū)ο蟛煌⑹马?xiàng)不同、場地環(huán)境不同、工作標(biāo)準(zhǔn)不同等原因，導(dǎo)致“以賽促教、科教融合、產(chǎn)教融合”等理念在教學(xué)實(shí)踐操作中難以統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、齊頭并進(jìn)。引入一個能嵌入本科培養(yǎng)教學(xué)全過程的載體，無疑是解決問題的一個思路。

（二）學(xué)習(xí)效果反饋不及時

數(shù)學(xué)類學(xué)科相對其他學(xué)科更具知識的層次性和進(jìn)階性，低年級學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)效果不好，高年級學(xué)生的數(shù)學(xué)類專業(yè)選修課、專業(yè)進(jìn)階課往往很難取得較好的學(xué)習(xí)效果。在現(xiàn)有的教學(xué)活動中，考驗(yàn)基礎(chǔ)數(shù)學(xué)應(yīng)用能力、實(shí)踐能力的教學(xué)環(huán)節(jié)，如學(xué)科競賽、科研訓(xùn)練、畢業(yè)設(shè)計(jì)等活動，通常集中在大三、大四年級，基礎(chǔ)課或者前置課程的學(xué)習(xí)質(zhì)量反饋存在相對滯后和不好彌補(bǔ)的問題。

（三）數(shù)學(xué)應(yīng)用創(chuàng)新能力途徑不夠豐富

數(shù)學(xué)應(yīng)用創(chuàng)新能力的形成離不開興趣、天賦、環(huán)境等諸多因素。工科專業(yè)用數(shù)學(xué)解決實(shí)際問題的應(yīng)用通常對數(shù)學(xué)應(yīng)用能力要求較高，非數(shù)學(xué)專業(yè)的本科生往往缺少持續(xù)提升數(shù)學(xué)應(yīng)用創(chuàng)新能力的途徑，也缺少不斷提升工科數(shù)學(xué)應(yīng)用知識積累的動力和環(huán)境。搭建一個合適的平臺既能夠促進(jìn)非數(shù)學(xué)專業(yè)學(xué)生持續(xù)加入以數(shù)學(xué)知識應(yīng)用為主題的活動中，又能夠提供一個數(shù)學(xué)氛圍濃郁、創(chuàng)新土壤濃厚的創(chuàng)新環(huán)境，這些對于學(xué)校培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)能力都具有極大的增益。

二、以創(chuàng)客空間為載體，構(gòu)建覆蓋教學(xué)活動關(guān)鍵環(huán)節(jié)新模式

高水準(zhǔn)軟硬件環(huán)境和持續(xù)資金投入的創(chuàng)客空間可以為教學(xué)活動提供優(yōu)質(zhì)、統(tǒng)一的環(huán)境。創(chuàng)客空間支持學(xué)科競賽培訓(xùn)、學(xué)科競賽組織、科研訓(xùn)練、畢業(yè)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新性開放實(shí)驗(yàn)等教學(xué)活動，也具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。以創(chuàng)客空間為載體，協(xié)調(diào)本科教學(xué)活動各個環(huán)節(jié)，不但能夠促進(jìn)學(xué)生應(yīng)用創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，還能夠促進(jìn)教師教研結(jié)合、共同發(fā)展，提升教師參加教學(xué)改革、開展教學(xué)研究的動力。南京理工大學(xué)創(chuàng)客數(shù)學(xué)與數(shù)據(jù)分析工作室依托數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，硬件設(shè)備以計(jì)算機(jī)和遠(yuǎn)程高性能計(jì)算服務(wù)器為主，軟件主要為數(shù)學(xué)類專業(yè)軟件以及相關(guān)圖書雜志等。室內(nèi)條件可滿足學(xué)生的日常訓(xùn)練和小型競賽活動。大規(guī)模的學(xué)科競賽如數(shù)模競賽、數(shù)學(xué)競賽等則可以依托數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)中心機(jī)房、學(xué)校計(jì)算中心、教室等場所進(jìn)行。數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院在不斷的教學(xué)實(shí)踐中，嘗試以創(chuàng)客空間為載體構(gòu)建新的本科人才培養(yǎng)模式（見圖1）。

（一）開展豐富多樣的教師活動，力促教師能力全面發(fā)展

以學(xué)科競賽為紐帶打造不同賽事的優(yōu)秀指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)，打破原有的專業(yè)、學(xué)科壁壘，為教學(xué)研究、教師競賽分享、科研靈感激發(fā)提供良好環(huán)境。舉辦教學(xué)沙龍，邀請跨學(xué)院、跨學(xué)校教師，對數(shù)學(xué)公共基礎(chǔ)課開展研討交流，推動課程教學(xué)改革。近年來，高等數(shù)學(xué)競賽團(tuán)隊(duì)針對公共基礎(chǔ)課程教學(xué)開展的“分層分類”教學(xué)改革取得了良好的效果［5］。開展“慕課西行”“校園科普”等對外交流活動，既對學(xué)科發(fā)展、人才培養(yǎng)起到了促進(jìn)作用，又體現(xiàn)了學(xué)院良好的社會責(zé)任感，此類活動深受好評。

（二）支持學(xué)生開展社團(tuán)活動，營造數(shù)學(xué)能力培養(yǎng)環(huán)境

創(chuàng)客數(shù)學(xué)與數(shù)據(jù)分析工作室為數(shù)學(xué)建模協(xié)會等學(xué)生社團(tuán)活動提供了大力支持，積極組織學(xué)生組成不同興趣小組開展交流研討活動。經(jīng)常舉辦的數(shù)學(xué)講座為學(xué)生跨專業(yè)、跨學(xué)院交流提供了一個良好的平臺，提供了外院學(xué)生與數(shù)學(xué)老師輕松便捷交流的機(jī)會，給予非數(shù)學(xué)專業(yè)學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)知識、數(shù)學(xué)應(yīng)用創(chuàng)新能力實(shí)踐的軟硬件環(huán)境。

（三）精心籌備重要學(xué)科賽事，奪得高層次獎項(xiàng)

經(jīng)過多年的積累與沉淀，創(chuàng)客數(shù)學(xué)與數(shù)據(jù)分析工作室在數(shù)學(xué)學(xué)科競賽中已具有成熟的組織體系和豐富的參賽經(jīng)驗(yàn)。針對高等數(shù)學(xué)競賽這類覆蓋面廣的賽事，工作室已經(jīng)探索出一套與課程教學(xué)改革同步的選拔模式，將選拔的階段從大學(xué)二年級移到了大學(xué)一年級。從新生入學(xué)開始開展分級教學(xué)，發(fā)掘數(shù)學(xué)天賦好的競賽種子學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)。在沖擊更高數(shù)學(xué)賽事獎項(xiàng)的同時，可以及時獲得教學(xué)效果反饋。方便任課教師開展教學(xué)反思與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量更快、更好提高。

2022年，創(chuàng)客數(shù)學(xué)與數(shù)據(jù)分析工作室共承辦和參與了18項(xiàng)競賽，目前部分競賽的成績已經(jīng)公布。美國（國際）大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽獲特等獎提名4項(xiàng)，一等獎6項(xiàng)；高教社杯全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽獲國一1項(xiàng)，國二4項(xiàng)，連續(xù)7年斬獲國一；第二屆全國密碼科普競賽我校是江蘇省唯一獲獎單位；“泰迪杯大數(shù)據(jù)挖掘競賽”連續(xù)6年獲最佳組織獎；MathorCup高校數(shù)學(xué)建模挑戰(zhàn)賽、五一數(shù)學(xué)建模競賽、中國研究生數(shù)學(xué)建模競賽等都取得了優(yōu)異成績。

1.大力支持高水平科研活動，產(chǎn)出優(yōu)秀科研成果。創(chuàng)客數(shù)學(xué)與數(shù)據(jù)分析工作室的遠(yuǎn)程高性能計(jì)算服務(wù)器為全校教師科研活動提供了良好服務(wù)。針對本科生集中實(shí)踐環(huán)節(jié)，工作室多次組織學(xué)生參加認(rèn)識實(shí)習(xí)、校企交流、技能培訓(xùn)等活動。創(chuàng)客空間為科研訓(xùn)練、畢業(yè)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新性實(shí)踐項(xiàng)目、產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目等創(chuàng)新實(shí)踐活動提供了良好的支撐。

2.傳承創(chuàng)客文化，助力課程思政，注重人格培養(yǎng)。工作室以引領(lǐng)和鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自我挑戰(zhàn)、不斷挖掘自身潛力為理念，以培養(yǎng)有遠(yuǎn)大目標(biāo)、有理想信念、敢于創(chuàng)新、勇于挑戰(zhàn)的新時代大學(xué)生為目標(biāo)，注重創(chuàng)客文化氛圍的塑造與傳承。工作室對教師課程思政建設(shè)提供了大力支持，為學(xué)院教師提供了課程思政建設(shè)培訓(xùn)的平臺資源。同時，工作室對管理人員、指導(dǎo)教師進(jìn)行統(tǒng)一培訓(xùn)，要求相關(guān)教師注重發(fā)揮平日言行舉止中的引領(lǐng)作用，尊重學(xué)生個性發(fā)展，引導(dǎo)學(xué)生人格健全發(fā)展。

三、構(gòu)建“學(xué)生主動、教師指導(dǎo)、融合創(chuàng)新、協(xié)調(diào)發(fā)展”的新型培養(yǎng)機(jī)制

（一）持續(xù)推動教學(xué)活動改革，建立“學(xué)生主動、教師指導(dǎo)”的新型培養(yǎng)方式

興趣是學(xué)習(xí)的第一動力，國內(nèi)部分高校已經(jīng)探索出“教師指導(dǎo)、學(xué)生主導(dǎo)”的拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)新模式［6］，通過教師指導(dǎo)激發(fā)學(xué)生的學(xué)術(shù)興趣、內(nèi)在動力、創(chuàng)新潛力，學(xué)生主導(dǎo)選擇科研方向和深度學(xué)習(xí)。這種新興拔尖人才培養(yǎng)模式注重大師引領(lǐng)，讓學(xué)術(shù)大師發(fā)揮精神感召、學(xué)術(shù)引領(lǐng)和人生指導(dǎo)的巨大價值，對于教師團(tuán)隊(duì)的質(zhì)量要求相對較高。

以創(chuàng)客空間為載體的新培養(yǎng)模式的探索，注重以創(chuàng)客文化、創(chuàng)客精神、創(chuàng)客氛圍發(fā)揮引導(dǎo)作用，使學(xué)生從興趣出發(fā)，由被動學(xué)變成主動學(xué)，由必須學(xué)變成選擇學(xué)。教師可以區(qū)分不同學(xué)生的需求，給予不同的學(xué)術(shù)指導(dǎo)和興趣引領(lǐng)，在這種模式下由導(dǎo)師身份轉(zhuǎn)化為朋友身份，學(xué)習(xí)氛圍更加輕松，溝通渠道更加順暢，更有利于以教促學(xué)、以學(xué)促教的實(shí)施，達(dá)到教學(xué)相長的理想狀態(tài)。相比拔尖人才培養(yǎng)模式對指導(dǎo)教師的高要求，在以創(chuàng)客空間為載體的新模式下，指導(dǎo)教師的工作壓力較小。

（二）創(chuàng)新創(chuàng)客教育模式，打造項(xiàng)目式教育、融合性教育，促進(jìn)科教融合、產(chǎn)教融合進(jìn)一步發(fā)展

大力推進(jìn)科教融合、產(chǎn)教融合是本科教育持續(xù)改革的目標(biāo)。目前的教育實(shí)踐中，如何深入促進(jìn)科教融合、產(chǎn)教融合仍然需要持續(xù)探索。創(chuàng)客教育具有“興趣部落”“共同體”“多元化”等特征，利用創(chuàng)客空間環(huán)境，基于不同特征打造項(xiàng)目式教育、融合性教育，能夠凝聚科研團(tuán)隊(duì)、產(chǎn)業(yè)團(tuán)隊(duì)，促使科教融合、產(chǎn)教融合理念更好的實(shí)踐。創(chuàng)客數(shù)學(xué)與數(shù)據(jù)分析工作室利用不同的學(xué)科競賽、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)、科研訓(xùn)練項(xiàng)目，打造不同的興趣小組和項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，營造良好的教學(xué)科研氛圍，在科研活動中凝聚團(tuán)隊(duì)精神，反思教學(xué)質(zhì)量。工作室聯(lián)合校外企業(yè)，承辦多項(xiàng)專業(yè)培訓(xùn)，給廣大師生提供更多的校企合作機(jī)會，在交流中碰撞火花、激發(fā)靈感、磋商產(chǎn)學(xué)研合作。

（三）系統(tǒng)整合教學(xué)資源，協(xié)調(diào)引領(lǐng)人才成長，構(gòu)建創(chuàng)新探索訓(xùn)練體系

在傳統(tǒng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育實(shí)踐中，普遍遇到的問題包括：師生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)興趣缺乏、創(chuàng)新靈感激發(fā)困難、創(chuàng)意實(shí)現(xiàn)缺乏手段、缺乏系統(tǒng)性的能力培養(yǎng)、缺乏訓(xùn)練實(shí)踐體系等諸多內(nèi)容［7］。新培養(yǎng)模式以創(chuàng)客空間為載體，能夠更好地聯(lián)系教師、學(xué)生、教學(xué)條件、培訓(xùn)資源、科研項(xiàng)目等全部教育活動要素，以創(chuàng)客管理模式系統(tǒng)整合教學(xué)資源，以創(chuàng)客教育模式孕育創(chuàng)新意識，構(gòu)建系統(tǒng)性創(chuàng)新能力培養(yǎng)新模式，打造專業(yè)與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)融合發(fā)展的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐體系。

結(jié)語

在未來的教學(xué)實(shí)踐中，進(jìn)一步將創(chuàng)客教育的理論與實(shí)踐相結(jié)合，為學(xué)生打造更多、更全面、更系統(tǒng)的創(chuàng)客教育載體。科學(xué)設(shè)計(jì)創(chuàng)客教育與現(xiàn)有教學(xué)活動的融合方式，持續(xù)推進(jìn)學(xué)院教學(xué)改革，不斷提升本科人才質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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Exploration and Practice of Maker Space Assisting the Cultivation of Mathematical Application Innovation Ability

ZHANG Yun， XU Chun-gen， WANG Hui， XU Meng

（College of Mathematics and Statistics， Nanjing University of Science & Technology， Nanjing，

Jiangsu 210094， China）

Abstract： In the context of the construction of the “New Engineering”， cultivating innovative undergraduate graduates has become the primary task of science and engineering universities， which puts forward higher requirements for the cultivation of mathematical application innovation ability. At present， there are many problems in the traditional teaching practice of mathematics， such as insufficient carriers， delayed feedback on learning outcomes， and difficulty in cultivating innovative mathematical application abilities. In view of the growth characteristics of mathematics undergraduate talents， this paper proposes to reform the teaching practice links， build a new model covering the key links of teaching activities， and establish a wisdom training mechanism of “students initiative， teachers guidance， integration and innovation， and coordinated development”， which provides new ideas for cultivating high-quality science and engineering talents with high scientific literacy， innovation ability， and social responsibility.

Key words： new engineering; maker space; mathematics; application innovation; coordinated innovation