以創(chuàng)客能力培養(yǎng)為引導(dǎo)的大創(chuàng)項目運行機制研究
——以武漢商學(xué)院建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)為例

胡云鵬

（武漢商學(xué)院機電工程學(xué)院 湖北 武漢 430056）

我國工程教育以“新工科”建設(shè)為引領(lǐng)，著力培養(yǎng)一批實踐能力強、創(chuàng)新意識強、具有國際競爭力的高素質(zhì)、復(fù)合型的工程技術(shù)人才，以適應(yīng)“新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式”所推動的科學(xué)技術(shù)與經(jīng)濟社會的快速發(fā)展[1-2]。其中，開展“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目”（以下簡稱“大創(chuàng)項目”）則是培養(yǎng)創(chuàng)新型工程科技人才、建設(shè)創(chuàng)新型國家、實施科教興國戰(zhàn)略和人才強國戰(zhàn)略的關(guān)鍵手段之一。在“成果導(dǎo)向、以學(xué)生為中心、持續(xù)改進”的工程教育專業(yè)認證理念指導(dǎo)下，大創(chuàng)項目的“申報、立項、執(zhí)行、產(chǎn)出”過程中，能有效強化學(xué)生創(chuàng)新思維、優(yōu)化發(fā)明創(chuàng)造能力、培養(yǎng)知識產(chǎn)權(quán)意識以及凝練創(chuàng)新成果能力[3]。雖然大創(chuàng)項目作為第二課堂屬于學(xué)生課外科技活動，在工程教育認證的畢業(yè)指標體系中未有明確的指向，但其對于課內(nèi)知識的學(xué)習(xí)也有極大的促進作用。

為了促進人才培養(yǎng)方式的轉(zhuǎn)變，進一步發(fā)揮大創(chuàng)項目在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力上的作用，不同學(xué)者開展了大量的調(diào)研與實踐。依托教師的科研項目或校企合作等方式均能有效促進大創(chuàng)項目的開展，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。熱娜古麗等[4]在調(diào)研喀什大學(xué)大創(chuàng)項目運行機制中發(fā)現(xiàn)，依托科研項目的化學(xué)類大創(chuàng)課題的申報、執(zhí)行與結(jié)題的質(zhì)量和成果，與指導(dǎo)教師團隊的科研能力具有較大的影響。包麗等[5]以案例分析的方法調(diào)研了齊齊哈爾大學(xué)將教師科研項目與學(xué)生大創(chuàng)項目申報相結(jié)合的機制，通過提煉科研項目、激發(fā)學(xué)生想象、科研反哺教學(xué)，從而進一步提高創(chuàng)新實踐能力。肖敏等[6]將科研課題、科技競賽及大創(chuàng)項目結(jié)合起來，建立了環(huán)境工程設(shè)計型綜合實驗教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維與實踐能力。顯然，利用科研平臺、教師課題為依托的大創(chuàng)項目對學(xué)生的能力培養(yǎng)具有較好的效果。同時，有些學(xué)校則采用協(xié)同育人的方式促進大創(chuàng)項目在人才培養(yǎng)發(fā)揮更大的作用。劉飛等[7]總結(jié)了桂林電子科技大學(xué)系統(tǒng)實施校企合作模式推動大創(chuàng)項目發(fā)展，將項目實施與專利、論文、比賽和成果轉(zhuǎn)化結(jié)合起來，實現(xiàn)生、校、企三方共贏的效果。

然而在科研平臺實力偏弱、教師課題層次略低、校企合作數(shù)量較少的情況下，采用上述模式推動大創(chuàng)項目的效果還不夠明顯、覆蓋面還有待提高，學(xué)校亟待找到更多的機制來推動學(xué)生積極申報、執(zhí)行大創(chuàng)項目，從而通過大創(chuàng)項目的閉環(huán)訓(xùn)練過程切實提高學(xué)生的創(chuàng)新思維和實踐能力。

1 現(xiàn)狀

建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)（以下簡稱“建環(huán)”）屬于土木工程的二級學(xué)科。武漢商學(xué)院（以下簡稱“我?！保┙ōh(huán)專業(yè)來源于原“制冷與空調(diào)技術(shù)”?？茖I(yè)，無土木工程與建筑類的其他專業(yè)，每年招收普通本科人數(shù)為50 人左右，學(xué)生入學(xué)成績在校內(nèi)處于較低水平。建環(huán)專業(yè)屬于典型的厚基礎(chǔ)、寬口徑學(xué)科，涉及行業(yè)廣、專項多[8]。通常，學(xué)生在二年級下學(xué)期才接觸到專業(yè)基礎(chǔ)課中的工程熱力學(xué)和流體力學(xué)，大三到大四上學(xué)期完成專業(yè)課程學(xué)習(xí)，專業(yè)課程多以工程類課程居多。從工程技術(shù)角度開展大創(chuàng)項目，學(xué)生僅依靠有限知識開展工程創(chuàng)新的能力偏弱、動力較小。

呂靜等通過調(diào)研總結(jié)了建環(huán)專業(yè)學(xué)生在創(chuàng)新實踐過程中，學(xué)生存在著不同程度的“思維受限、想法缺失、能力匱乏、信念易變與毅力薄弱”等問題，這在我校建環(huán)專業(yè)的學(xué)生中也十分明顯。新生入學(xué)時，還是處于從被動學(xué)習(xí)向主動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變的過程。絕大部分學(xué)生都是通過入學(xué)教育才開始了解建環(huán)專業(yè)，對建筑、能源、環(huán)境等方面的基礎(chǔ)知識了解比較淺顯。雖然新生參加學(xué)生社團、科技競賽、大創(chuàng)項目的熱情很高，但通常只能發(fā)現(xiàn)簡單問題點。后續(xù)過程中，由于創(chuàng)新素質(zhì)缺乏培養(yǎng)，基礎(chǔ)能力缺乏鍛煉，如果沒有外在幫助和持續(xù)關(guān)注，實際行動就越來越少了。與此同時，低年級學(xué)生有意愿、有動力但動手能力和創(chuàng)新意識稍顯欠缺，高年級學(xué)生有一定專業(yè)知識，但主要精力放在考研或就業(yè)，對創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動的熱情較少。另一方面，我校建環(huán)專業(yè)與機械大類的車輛工程專業(yè)、自動化大類的機器人工程專業(yè)同屬一個學(xué)院，在“熱工+機電”的一體化培養(yǎng)方面又有一定的基礎(chǔ)。迫切需要結(jié)合現(xiàn)有條件，促進我校建環(huán)專業(yè)學(xué)生積極參加大創(chuàng)項目，提高項目申報成功率，有效通過實施過程來達到改革人才培養(yǎng)的目的。

2 策略

結(jié)合學(xué)校定位、專業(yè)特點與學(xué)生現(xiàn)狀，我校規(guī)劃了一個以創(chuàng)客能力培養(yǎng)為引導(dǎo)的大創(chuàng)項目訓(xùn)練體系。試圖在低年級期間完成一次大創(chuàng)項目的鍛煉，幫助學(xué)生從基礎(chǔ)教育的理論學(xué)習(xí)過渡到高等教育的工程知識。與常規(guī)的大創(chuàng)項目的準備、申請、執(zhí)行與結(jié)題相比，增加了一個引導(dǎo)步驟，利用創(chuàng)客基礎(chǔ)產(chǎn)品的學(xué)習(xí)與制作過程將同學(xué)們的熱情引導(dǎo)到開展大創(chuàng)項目中來。

2.1 路線規(guī)劃

該訓(xùn)練流程從入學(xué)開始，在兩年時間內(nèi)完成一輪大創(chuàng)項目訓(xùn)練過程，促進學(xué)生掌握一定的基礎(chǔ)工程理論知識、具備較強的實踐動手能力、培養(yǎng)較好的科研創(chuàng)新思維，并將所學(xué)知識進一步應(yīng)用到高年級的工程知識中，為高年級開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動，以及未來工程實踐中開展科技創(chuàng)新奠定素質(zhì)基礎(chǔ)。利用學(xué)生參加科技社團的機會，以項目引導(dǎo)的方式完成一個入門級的科技作品來吸引學(xué)生、提高興趣，引導(dǎo)學(xué)生完成角色轉(zhuǎn)變，并持續(xù)開展后續(xù)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目。通常，以5 人為一個小組進行組隊，其主要的時間節(jié)點如表1 所示。

表1 大創(chuàng)項目訓(xùn)練時間節(jié)點

因此，利用一個完整的“引導(dǎo)、準備、申報、執(zhí)行、結(jié)題”的大創(chuàng)項目循環(huán)，在兩年時間內(nèi)以大創(chuàng)為核心，開展各種學(xué)習(xí)和工作，并在大二結(jié)束時完成一個大創(chuàng)項目，真正實現(xiàn)對科研素質(zhì)的訓(xùn)練和創(chuàng)新思維的培育。

2.1.1 項目引導(dǎo)

學(xué)生無法將初始熱情轉(zhuǎn)化為持續(xù)行動的主要原因之一就是缺乏系統(tǒng)指導(dǎo)和個性引導(dǎo)。因此，在完成入學(xué)教育后就依托校級科技社團——“節(jié)能減排協(xié)會”開展了項目引導(dǎo)與能力培訓(xùn)。參與引導(dǎo)的既有社團指導(dǎo)老師，也有高年級優(yōu)秀學(xué)長，并逐步形成了高低年級學(xué)生的“老帶新”團隊發(fā)展模式。培訓(xùn)內(nèi)容以零基礎(chǔ)創(chuàng)客技能學(xué)習(xí)為主，選用入門快、資源多的Arduino循跡小車、仿生機械等套件作為硬件基礎(chǔ)。該類創(chuàng)客作品訓(xùn)練時間不長，但作品成效明顯，有具體的實物展示，使學(xué)生獲得極大滿足感。將學(xué)生的初期熱情轉(zhuǎn)移到了產(chǎn)品制作上，既維持了興趣，又能提高獲得感。在展開引導(dǎo)項目之時，學(xué)生已明確學(xué)習(xí)目標與培訓(xùn)步驟，主要包括以下幾個過程：①完成硬件安裝。②實現(xiàn)案例程序運行。③修改程序，實現(xiàn)自行設(shè)定的運動模式。④以現(xiàn)有平臺為基礎(chǔ)，完成一個太陽能追蹤的科技作品。⑤開展引導(dǎo)項目的結(jié)題展示。

學(xué)生以任務(wù)為導(dǎo)向開展系統(tǒng)培養(yǎng)、資料查詢、團隊討論、方案修正等工作。在信息時代，碎片化的學(xué)習(xí)資料使學(xué)生能很容易找到大量開放文檔與視頻資源進行參考，組間互相討論，能迅速擴大視野。同時，項目每個環(huán)節(jié)均有明確成果展示，既提升能力又增強信心。最關(guān)鍵的是，利用引導(dǎo)項目能使學(xué)生對工程知識的興趣進一步擴大。

2.1.2 項目準備

在半年的創(chuàng)客學(xué)習(xí)過程中，教師在肯定學(xué)生進步的同時，經(jīng)常開展引導(dǎo)式鼓勵，詢問是否能對套件開展改進，能否應(yīng)用到其他場合，能否和節(jié)能減排結(jié)合起來等等。在引導(dǎo)項目開展過程中，通過設(shè)問來促進學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、探究問題，從而形成各自團隊的創(chuàng)新研究方向，幫助學(xué)生逐步準備大一下學(xué)期的大創(chuàng)項目申報工作。

2.1.3 項目申報

從寒假階段開展項目申報書的撰寫工作，實踐發(fā)掘科技問題、查閱文獻資料、整理實施方案、形成技術(shù)路線的過程，并經(jīng)過反復(fù)的小組討論后形成大創(chuàng)項目申報書。由于有了引導(dǎo)項目的實施過程，學(xué)生們的能力已經(jīng)得到一定鍛煉，申請書的選題與內(nèi)容均能達到較好質(zhì)量，從而提高項目申報成功率。

2.1.4 項目執(zhí)行

大創(chuàng)項目課題的立項，能將學(xué)生的注意力吸引到如何完成項目上來。大創(chuàng)項目與引導(dǎo)項目相比，雖然難度和深度都有較大提升，但是學(xué)生的整體能力已有所提高，其中的困難可以逐步克服。項目執(zhí)行期間，通過厘清步驟、分解任務(wù)、細化環(huán)節(jié)，實現(xiàn)團隊成員的個性發(fā)展與共同進步。

對于學(xué)生在課題研究過程中所面對的疑問和難點，指導(dǎo)教師以指方向、提要點的方式引導(dǎo)其主動學(xué)習(xí)新的知識與技能。以解決問題為目標開展的知識點式學(xué)習(xí)過程，跳過了按部就班的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，有利于學(xué)生主動追根溯源，幫助學(xué)生進一步鍛煉科研能力。

2.1.5 項目結(jié)題

在認真開展大創(chuàng)項目的過程中，以大創(chuàng)項目為依托，可以參加相關(guān)專業(yè)科技競賽，如全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽、全國大學(xué)生節(jié)能減排社會實踐與科技競賽等專業(yè)類比賽，也可以參加全國軟件和信息技術(shù)專業(yè)人才大賽等基礎(chǔ)學(xué)科競賽。同時，由于學(xué)生需要解決問題，優(yōu)化解決方案，還會經(jīng)常與指導(dǎo)教師討論，充分利用教師對科學(xué)技術(shù)的敏感性幫助學(xué)生進行關(guān)鍵技術(shù)要點的總結(jié)和提升，開展專利申報和論文撰寫工作，并順利完成項目結(jié)題。

2.2 案例分析

在指導(dǎo)大創(chuàng)項目的過程中，分別采用兩種典型的引導(dǎo)模式——“工程項目引導(dǎo)”和“創(chuàng)客產(chǎn)品引導(dǎo)”，兩類典型團隊在大創(chuàng)項目方面均取得一定成果。由于引導(dǎo)方式的不同，不同類型的團隊在成果上也存在著差異。

2.2.1 工程項目引導(dǎo)

該引導(dǎo)方式的主要模式是以工程現(xiàn)場調(diào)研與問題收集為引導(dǎo)，項目團隊討論形成解決方案，然后具體開展項目的實施工作。

團隊A 在項目申報之前由指導(dǎo)老師帶學(xué)生去棉紡廠調(diào)研，團隊經(jīng)過實地考察棉紡廠的空調(diào)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)：①棉紡廠房空間大，以上送下回的氣流組織方式為主；②回風(fēng)系統(tǒng)主要采用土建回風(fēng)溝道，截面較大、積棉嚴重、不易清掃；③該棉紡織廠回風(fēng)管道的除塵多為地面回風(fēng)口處安裝高效過濾網(wǎng)收集棉絮纖維，輔以清潔人員進入地下土建回風(fēng)管道中人工鏟除附著于管道拐角和回風(fēng)口處的堆積棉絮。整體而言，回風(fēng)系統(tǒng)阻力大、能耗高，工作效率較低。

經(jīng)過團隊討論和教師引導(dǎo)后，擬采用機器人清掃的方式來實現(xiàn)對棉紡廠空調(diào)回風(fēng)系統(tǒng)的定期除塵，并形成了“棉紡織廠回風(fēng)系統(tǒng)智能清掃機器人”的國家級大創(chuàng)項目。項目立項時，團隊成員均為建環(huán)專業(yè)大一學(xué)生，熱情很高但在項目實現(xiàn)過程中遇到一定困難。該團隊針對清掃機器人在土建管道中的行走、測距、清掃、壓縮、檢測等功能的實現(xiàn)上能夠提出實現(xiàn)思路，但由于在創(chuàng)客動手能力的自我學(xué)習(xí)上存在著較多困難，因而，該團隊的結(jié)題成果是獲批一項發(fā)明專利和一項實用新型專利，但未能完成實物制作。

2.2.2 科技產(chǎn)品引導(dǎo)

該引導(dǎo)模式的主要流程是先學(xué)習(xí)基本創(chuàng)客技能，完成初級科技產(chǎn)品制作，然后開展大創(chuàng)項目申報與實施工作。

①團隊B 首先在節(jié)能減排協(xié)會學(xué)習(xí)科技產(chǎn)品制作的基本知識，開展了創(chuàng)客基本技能培訓(xùn)過程。在實現(xiàn)太陽能追蹤科技小作品的制作過程中，由小組研討形成了“新型光伏發(fā)電遮陽傘”的省級大創(chuàng)項目。在科技社團的培訓(xùn)學(xué)習(xí)引導(dǎo)下，項目團隊在整個過程中形成了資料調(diào)研收集、模型設(shè)計與圖紙繪制、零件購買與實物組裝、產(chǎn)品功能調(diào)試與性能計算等環(huán)節(jié)的明確分工與團隊合作。項目團隊既學(xué)習(xí)了創(chuàng)客的基本電工電子知識，又掌握了機械設(shè)計基礎(chǔ)課程的知識，并將太陽能利用中的太陽輻射強度實時計算應(yīng)用于產(chǎn)品的控制邏輯中，對產(chǎn)品實物進行了多輪改進。

團隊成員反映，在項目執(zhí)行過程中個人成長較快，主動學(xué)習(xí)動力足。同時，團隊成員們還參加了“全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計大賽”等比賽并獲獎，并開展了專利申報工作。與團隊A 相比，該團隊因為持續(xù)有結(jié)果呈現(xiàn)，后續(xù)工作勁頭更足。

②在針對2022 級建環(huán)學(xué)生的大創(chuàng)申報過程中，更加注重了不同的基礎(chǔ)創(chuàng)客模型，如循跡小車、繪畫機、無人機、太陽能追蹤等套件的引入，用于開闊視野、尋找靈感。學(xué)生們在制作模型的同時，也廣泛查找資料、反復(fù)修正方案，最終獲得了“熱感滅火澆花清潔環(huán)保小車”“多功能光能輔助供電平面彩繪墻畫機”和“用于‘洗、消、烘、存、護’的全能型自動化洗碗裝置”等三項大創(chuàng)項目。同時，也獲得了第十六屆全國大學(xué)生節(jié)能減排社會實踐與科技競賽的三等獎1 項。對于大一新生而言，大創(chuàng)項目的立項和學(xué)科競賽的獲獎，很大程度上為后續(xù)大學(xué)生涯的專業(yè)知識學(xué)習(xí)、課外科技活動提供了良好的開端。

2.3 成果

近年來，在以創(chuàng)客項目引導(dǎo)路線的執(zhí)行中，以學(xué)生社團“節(jié)能減排協(xié)會”為核心，申請國家級、省級、校級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目10 余項。從引導(dǎo)環(huán)節(jié)開始，學(xué)生基本都能在2 年內(nèi)完成一次大創(chuàng)項目的訓(xùn)練過程。在執(zhí)行過程中，學(xué)生也積極參加各類科技競賽與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動。不僅積極參加“節(jié)能減排”“制冷空調(diào)行業(yè)大學(xué)生科技競賽”等專業(yè)學(xué)科競賽，還參加“先進成圖”“機械創(chuàng)新”“工程訓(xùn)練”等基礎(chǔ)學(xué)科競賽，以及“挑戰(zhàn)杯”“互聯(lián)網(wǎng)+”等創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類項目，獲得國家級、省級科技競賽獎項30 余項。學(xué)生不僅擴大了專業(yè)視野，提高了科研素質(zhì)、鍛煉了創(chuàng)新技能，也極大增強了科技自信，學(xué)校也實現(xiàn)了培養(yǎng)復(fù)合型應(yīng)用人才的初衷。

3 結(jié)語

本文在分析通過大創(chuàng)項目開展科研素質(zhì)提升與創(chuàng)新能力培養(yǎng)的機制中，建立了一種以創(chuàng)客能力培養(yǎng)為起點的“引導(dǎo)、準備、申報、執(zhí)行、結(jié)題”過程。通過這種培養(yǎng)機制，也從第二課堂的角度踐行了工程教育專業(yè)認證對于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)技能和能力的理念。同時，第二課堂中所涉及的機械、電子、自控等方面的技能對于課內(nèi)知識的融會貫通也具有相輔相成的作用。在我校建環(huán)專業(yè)的實踐表明，該方法以學(xué)生為中心，以項目為引領(lǐng)來優(yōu)化過程培養(yǎng)，相關(guān)機制也在逐步發(fā)展和完善，學(xué)生的創(chuàng)客能力、創(chuàng)新思維、科研素質(zhì)均穩(wěn)步增強。