工科專業(yè)教育融合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的教學模式

楊風開 李紅斌 尹仕

摘 ?要：為了充分發(fā)揮專業(yè)課程對大學生科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)的主渠道作用，加強專業(yè)課程各教學環(huán)節(jié)的協(xié)同，將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入專業(yè)教育，提出了專業(yè)課程教學的新模式，既將理論課程教學環(huán)節(jié)與實踐課程教學環(huán)節(jié)相融合，在實踐課程教學環(huán)節(jié)中又將計算機仿真與實體實驗相結(jié)合，課內(nèi)、課外雙管齊下全方位提高學生的工程科研創(chuàng)新能力。為新模式的實施，設(shè)計了必要的前修課程，并在實驗室建設(shè)和管理上提供了所需的保障條件。初步試行結(jié)果表明，所提出的新模式具有良好的教學效果，對工程類學科的教學改革具有積極的促進作用。

關(guān)鍵詞：科研創(chuàng)新能力;專業(yè)課程;理論教學;實踐教學;協(xié)同

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2019）13-0025-03

Abstract： A new teaching model of professional courses is proposed for the purpose of fully using professional courses as a main channel for cultivating college students' scientific research innovation ability， strengthening coordination between various teaching procedures of these specialized courses and integrating innovation and entrepreneurship education into professional education. That is， the teaching of theoretical courses is integrated with that of practice courses， and computer simulation is combined with practical tests in the teaching of practice courses， thereby improving students' engineering research and innovation ability in an all-around way through efforts in and out of the class. For the implementation of the new model， the necessary pre-requisite courses were designed and the required safeguards were provided in the construction and management of the laboratory. The preliminary trial results show that the proposed new model has a good teaching effect and has a positive effect on the teaching reform of engineering disciplines.

Keywords： scientific research and innovation capability; professional courses; theoretical teaching; practical teaching; coordination

黨的十八大以來，習近平總書記把創(chuàng)新擺在國家發(fā)展全局的核心位置，高度重視科技創(chuàng)新，提出了一系列新思想、新論斷、新要求。黨的十八大報告明確指出“科技創(chuàng)新是提高社會生產(chǎn)力和綜合國力的戰(zhàn)略支撐，必須擺在國家發(fā)展全局的核心位置?！秉h的十九大報告進一步提出，創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動力，是建設(shè)現(xiàn)代化經(jīng)濟體系的戰(zhàn)略支撐。2015年，國務(wù)院頒布的《關(guān)于深化高等學校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實施意見》明確提出“面向全體，分類施教，結(jié)合專業(yè)，強化實踐”的基本原則。貫徹這一基本原則，就是要將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育納入教學主渠道，貫穿到高校人才培養(yǎng)全過程。

不同類型的院校學科特點不同，對創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的需求也不同，應(yīng)“分類施教”，將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入專業(yè)教育中。對于高等工科院校來說，大學生科研能力是創(chuàng)新素質(zhì)的直接體現(xiàn)，是創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的基礎(chǔ)。高等工程教育應(yīng)發(fā)揮專業(yè)課教學主渠道的作用，培養(yǎng)大學生的科研創(chuàng)新能力，從而提高創(chuàng)新能力并為提高創(chuàng)業(yè)能力打下堅實的基礎(chǔ)。長期以來，我國高等工程教育的專業(yè)課程教學大多限于機械地傳授知識，忽視科研創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，導致本科生甚至是碩士研究生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力存在缺失。近年來，許多院校逐步重視大學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)，但是往往僅注重實踐教學環(huán)節(jié)的改革，或者局限于學生的第二課堂活動以及開設(shè)一些選修課，未發(fā)揮專業(yè)課程教學的主渠道作用，專業(yè)課教學與學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)存在脫節(jié)的現(xiàn)象[1]。

據(jù)我們對本院學生的問卷調(diào)查，本科生在第一課堂學習上所花的時間（含預習、課外作業(yè)時間），占全部實際學習時間的比例平均高達91.6%，可見第一課堂的學習對學生能力的培養(yǎng)具有決定性的作用。我院本科生專業(yè)課程中，理論課時和實踐課時的比例約為3.2：1，因此在第一課堂的教學環(huán)節(jié)中，理論課對學生能力的培養(yǎng)，又要發(fā)揮主導作用。

為了發(fā)揮專業(yè)課程教學對大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的主渠道作用，加強專業(yè)課各教學環(huán)節(jié)的協(xié)同，我們根據(jù)工科院校的學科特點，提出并試行了工科專業(yè)教育融入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的教學模式，將專業(yè)課程理論教學環(huán)節(jié)（T）與實踐教學環(huán)節(jié)（E）相融合，在實踐課程教學環(huán)節(jié)中又將實體實驗（R）與計算機仿真（S）相結(jié)合，教學方法上注重采用任務(wù)驅(qū)動的探究式教學法，學生采用泛在式學習法，課內(nèi)、課外雙管齊下全方位提高學生的工程科研（D）及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。為敘述方便，以下將所提出的教學模式簡稱為TERSD模式。

一、TERSD模式

傳統(tǒng)的工科專業(yè)課程中，一般理論教學環(huán)節(jié)和實踐教學環(huán)節(jié)是相互獨立的，從教學時間和教學空間上相互分開，教學內(nèi)容上也自成體系;傳統(tǒng)的實踐教學環(huán)節(jié)包括實驗課、實訓和實習，通常不涉及計算機仿真。由此導致學生將所學知識加以綜合應(yīng)用的能力不強，也就是工程科研能力或創(chuàng)新能力不強。TERSD模式將相關(guān)的教學環(huán)節(jié)有機地融合起來，綜合利用課內(nèi)和課外時間，培養(yǎng)學生的科研創(chuàng)新能力。

（一）理論課和實踐活動相融合

在TERSD模式下，理論課和各種實踐教學活動有機地融合在一起，不將兩者進行明確區(qū)分，主要在兩方面予以體現(xiàn)：

一方面，在課堂教學上，針對合適的教學內(nèi)容，教師設(shè)計出合適的模擬科研課題或者任務(wù)，讓學生尋找問題，然后提出解決方法。課堂上允許學生使用手機或電腦進行仿真或虛擬實驗，對所提出的方法進行測試和驗證，利用精心設(shè)計的課題或任務(wù)，通過電子產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)平臺的使用和課堂上的各種互動，使得學生在尋求問題答案的過程中，探究式地學習所要掌握的課程知識，改傳統(tǒng)的講授式或灌輸式知識傳授方式為學生探究式學習方式[2];另一方面，課前預習和課后作業(yè)，教師也以小課題、小任務(wù)的方式提出來，要求學生查閱文獻，進行理論分析和仿真測試、實驗驗證，將課外作業(yè)與實驗教學進行耦合，改變傳統(tǒng)的單純基于教材完成作業(yè)的方式。通過這兩方面的措施，充分發(fā)揮各種電子產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)平臺和實驗設(shè)備的作用，學生可以自主安排時間查閱資料、做仿真和實驗，可以充分利用碎片時間延伸課堂學習。由此激發(fā)了學生的學習動機，提高了學生的專業(yè)學習興趣，提升了學習的效果。

（二）計算機仿真和實體實驗相結(jié)合

計算機仿真和實體實驗，對于絕大多數(shù)真實的工程科研項目來說，都是必不可少的。讓學生進行仿真測試和實驗驗證，不僅可以提升學生軟件使用技能和實驗操作技能，更可以提升學生分析問題和解決問題的能力。因此，在可能的情況下，都要求學生對各種模擬課題和任務(wù)，分別進行仿真分析和實驗驗證。TERSD教學模式為任務(wù)導向式[3]，對模擬課題任務(wù)的質(zhì)量要求很高，模擬課題任務(wù)設(shè)計得是否恰當，對于教學效果具有至關(guān)重要的影響。設(shè)計各種模擬課題和任務(wù)的工作，本身也是一項創(chuàng)造性的工作。為提高模擬課題和任務(wù)的設(shè)計質(zhì)量，需組織各門專業(yè)課的課程組老師開展集體討論，分析教學內(nèi)容，共同策劃課內(nèi)課外的教學方法，共同設(shè)計教學過程中需要使用的小課題和小任務(wù)，從而使得學生在持續(xù)完成各門課程大小不一的模擬科研課題和任務(wù)的過程中，科研創(chuàng)新能力得到不斷的訓練和提高。

二、TERSD模式的協(xié)同創(chuàng)新教學理念

TERSD模式貫徹協(xié)同創(chuàng)新的教學理念，注重多方面、多維度的整合和互動，力求通過不同創(chuàng)新要素的協(xié)同，起到“1+1>2”的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育效果。

（一）師生之間的協(xié)同創(chuàng)新

師生之間的協(xié)同創(chuàng)新，主要是指師生在TERSD模式中，在獨立創(chuàng)新基礎(chǔ)上的協(xié)同。首先是師生的獨立創(chuàng)新，教師在模擬課題任務(wù)、教學方法和教學活動的設(shè)計上要進行創(chuàng)新;學生在思考方式、學習形式、學習方法上也要進行創(chuàng)新。然后，教師和學生的獨立創(chuàng)新，通過教學活動中的互動進行融合，從而實現(xiàn)教師和學生之間教與學的協(xié)同創(chuàng)新。

（二）同學之間合作式學習

模擬科研課題任務(wù)是以學生團隊合作的方式完成的，每一個團隊成員根據(jù)自己在任務(wù)中的分工，創(chuàng)新性地完成自己所負責的部分任務(wù)。團隊成員之間，在項目的協(xié)作過程中，通過多種形式的溝通和協(xié)調(diào)，實現(xiàn)課題任務(wù)的協(xié)同創(chuàng)新。團隊之間，通過課題任務(wù)的相互交流、相互評價，實現(xiàn)創(chuàng)新意識的相互激發(fā)、創(chuàng)新能力的相互促進。

（三）資源整合利用

通過TERSD模式對課題任務(wù)的探究式教學，實現(xiàn)課內(nèi)和課外資源、線上和線下資源、虛擬和真實資源的整合，比單一發(fā)揮某種教學資源的作用具有更高的資源利用效率，能夠更充分地發(fā)揮資源對學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的作用。

（四）多課程的協(xié)同創(chuàng)新

各門專業(yè)課程都能獨立發(fā)揮對學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的作用，通過TERSD模式，各門專業(yè)課程的創(chuàng)新教育功能得到了整合和互動，從而實現(xiàn)不同課程對學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的協(xié)同，以提升專業(yè)課程整體對學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的效果。

（五）理論教學與實踐教學的協(xié)同

基于長期的實際教學經(jīng)驗，我們認為學習能力本身就是創(chuàng)新能力的一個組成部分，理論課的學習、各種解題能力的訓練，也是創(chuàng)新能力的培養(yǎng)過程。實踐教學環(huán)節(jié)，可以訓練學生的設(shè)計能力、將所學知識進行實際應(yīng)用的能力、實際操作的能力以及分析問題的能力，無疑對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，也具有重要的作用。TERSD模式以課題任務(wù)為紐帶，將理論教學環(huán)節(jié)和實踐教學環(huán)節(jié)相融合，有利于提升兩個教學環(huán)節(jié)對學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的協(xié)同效果。

三、TERSD模式的條件保障

要實施TERSD模式，除了相關(guān)課程組需要設(shè)計好教學方法和課題、任務(wù)外，還需要一定的外在條件保障，主要包括預備課程和實驗條件。

（一）預備課程

由于TERSD模式是由多門專業(yè)課程來共同實施的，學生按TERSD模式學習時，需要具備一定的知識和技能基礎(chǔ)。這個基礎(chǔ)性的工作主要由三門預備性課程承擔，第一門是《工程實踐基礎(chǔ)》，第二門是《工科大學生創(chuàng)新基礎(chǔ)》，第三門是《實驗室安全》，都在大二期間開設(shè)。

1. 工程實踐基礎(chǔ)

《工程實踐基礎(chǔ)》課程為16學時，基本內(nèi)容主要包括三個部分，第一部分是常用元器件的選型及使用方法，幫助學生建立對元器件的感性認識、掌握使用要領(lǐng);第二部分是常用仿真軟件的特點和使用方法，包括虛擬實驗室的使用方法、仿真模型的設(shè)計方法等，為學生在后續(xù)專業(yè)課TERSD模式學習過程中進行仿真實驗提供必要的前修知識;第三部分是常見的實驗設(shè)計方法以及常用實驗儀器設(shè)備的使用方法，為學生開展實體實驗打下必要的技能基礎(chǔ)。

2. 工科大學生創(chuàng)新基礎(chǔ)

《工科大學生創(chuàng)新基礎(chǔ)》課程也是16學時，基本內(nèi)容是讓學生熟悉創(chuàng)造性思維和科研的一般性方法。課程采用案例同步教學模式，以專業(yè)基礎(chǔ)課的知識為起點，設(shè)計若干個（一般為10個）模擬科研小課題，教師講解、演示其中一個課題的完成步驟和方法，剩下的課題由學生自組團隊、自主選做其中一個，教師每完成課題任務(wù)的一個步驟，要求學生團隊也同步完成所選課題的一個步驟，隨著課程的結(jié)束，學生團隊的“科研課題”也隨之“結(jié)題”。在同步實操培訓的過程中，注重創(chuàng)新思維方法的引導，強調(diào)教師與學生之間、學生團隊之間、團隊內(nèi)部成員之間的各種互動和交流，以提高學生的參與熱情，培養(yǎng)學生的專業(yè)科研興趣，增強學生的團隊協(xié)作精神和責任心。學生課題結(jié)題答辯時，以其他團隊同學作為成績評定主體，教師僅起引導和把關(guān)的作用，使得課程考核過程，也變成一次學習的過程，讓學生在考核別人的過程中提升自身的科研創(chuàng)新素質(zhì)。

3. 實驗室安全

《實驗室安全》課程為8學時，主要是培訓實驗室安全注意事項、實驗室管理制度、消防設(shè)施使用等知識和技能，為學生自主使用開放實驗室做準備。該課程還與校醫(yī)院協(xié)作，培訓學生的常規(guī)急救要領(lǐng)，以防萬一出現(xiàn)事故。

（二）實驗條件

要使學生能夠順利完成TERSD模式的學習，需要提供一些必要的實驗條件，主要包括軟件方面的條件和硬件方面的條件。

1. 軟件方面的條件

實驗軟件方面，主要包括兩個部分，第一部分是為學生提供本專業(yè)常用的仿真虛擬軟件，第二部分學院組織開發(fā)了一些本專業(yè)虛擬實驗所需的基本虛擬實驗平臺。這些平臺目前仍在不斷地完善和充實的過程中，學生已經(jīng)可以利用個人計算機或手機進行部分虛擬實驗。

2. 硬件方面的條件

硬件條件主要是指為學生開展TERSD模式學習提供實體實驗條件的保障，這方面也主要包括兩部分內(nèi)容：

第一部分是實驗室開放。學院實驗教學中心的全部實驗室均面向?qū)W生開放，預備課程培訓合格的學生可以在申請授權(quán)后，用自己的校園卡自由打開需要使用的實驗室，自主進行實體實驗。普通實驗學生可以根據(jù)自己的時間安排，自主到實驗室進行，不需要預約，僅當實驗內(nèi)容有特殊要求時才需要與實驗室老師預約。學生實驗過程中遇到問題，鼓勵自主分析、互相討論解決，自己解決不了的，可以找任課老師或?qū)嶒炇依蠋煷鹨?，老師答疑時也注重啟發(fā)式的教育。日常工作時間，每個實驗室都有實驗老師坐班，可以為學生答疑并處理學生實驗過程中提出的其他問題。

第二部分是實驗所需的材料和元器件。實驗室備有常規(guī)的元器件和消耗性材料，學生實驗時可以登記后自主取用。需要用到特殊的實驗材料時，可以向?qū)嶒炇依蠋熖岢錾暾垼蓪嶒灷蠋煵少徍筇峤粚W生免費使用。實驗教學中心具備3D打印設(shè)備、印刷電路板刻制設(shè)備，學生需要用到特殊結(jié)構(gòu)件或特殊電路板時，可以申請使用。

四、結(jié)束語

（一）初步結(jié)論

自我們提出TERSD教學模式的設(shè)想，至今已近3年，期間我們首先著手準備實施TERSD模式所需的條件，除少數(shù)條件尚需進一步完善充實外，現(xiàn)有條件已經(jīng)基本能夠為TERSD模式實施提供必要的保障。目前已經(jīng)面向我院2015級部分班級、2016級和2017級全部班級陸續(xù)在部分專業(yè)課程中試行TERSD模式，初步得出以下幾點結(jié)論：

1. TERSD模式有利于提高學生的專業(yè)興趣，有利于提升學生的學習積極性和主動性;

2. TERSD模式能夠提高學生的工程科研創(chuàng)新能力。未試行TERSD模式的學生，絕大多數(shù)都對科研存在畏難心理，總以為需要等知識學習到足夠后才能開展科研工作，導致有些碩士研究生都還不知道科研該如何入手。而試行TERSD模式的低年級本科生，在經(jīng)過一個學期的專業(yè)課程學習后，逐漸掌握在初級的科研活動中如何利用已學的專業(yè)知識、如何自學科研所需的尚不具備的專業(yè)知識，并且能夠有意識地在各個教學環(huán)節(jié)嘗試使用創(chuàng)造性思維方法;

3. TERSD模式能夠提升學生的團隊合作精神，有利于提高學生的溝通交流能力、工作責任心;

4. TERSD模式能夠全方位提升學生專業(yè)相關(guān)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)綜合素質(zhì)。

（二）下一步工作

上述初步結(jié)論，是在學生研究報告、座談會、無記名問卷調(diào)查以及教師的經(jīng)驗、感覺的基礎(chǔ)上得出的，具有一定的參考價值，但是也存在一定的主觀性，沒有進行量化，下一步擬在前期工作的基礎(chǔ)上，進一步開展以下幾個方面的工作：

1. 設(shè)計量化考核指標體系，采用層次分析法、模糊綜合評價法等科學的方法對TERSD模式下學生科研創(chuàng)新能力的成長進行量化評價[4]，對教師的教學效果進行量化考核，以期通過科學、合理的量化考核的導向作用，進一步提升TERSD模式的實施效果;

2. 進一步完善各項保障條件和管理辦法，建立長效的政策激勵機制，不斷充實、優(yōu)化TERSD模式;

3. 面向所有專業(yè)課程、所有學生，全面實施TERSD模式。

總之，TERSD模式試行約2年以來，已經(jīng)見到初步的、確定的效果，但是仍有待于進一步完善和提高。所提出的TERSD模式，對工程類學科的人才培養(yǎng)具有積極的促進作用。

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