面向科研素養(yǎng)的大學生創(chuàng)新教育探索與實踐

朱新寧，楊汀瀅，張春紅，裘曉峰

(北京郵電大學 信息與通信工程學院，北京 100876)

一、引 言

以新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式為特征的新經(jīng)濟對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提出了更高的要求。2017年，教育部確立的《“新工科”建設(shè)行動路線(“天大行動”)》，特別強調(diào)應“將產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的最新發(fā)展、行業(yè)對人才培養(yǎng)的最新要求引入教學過程”“落實以學生為中心的理念，加大學生選擇空間”[1]。因此，鼓勵學生參與工程實踐，積極創(chuàng)新，培養(yǎng)具有科研素養(yǎng)的創(chuàng)新型人才，是新工科建設(shè)的重要手段之一。

目前，已有的創(chuàng)新教育大多依托課外開展的“大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃”項目，以及各種創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽活動等開展[2]。課外創(chuàng)新教育通常需要學生利用課余時間完成，學生投入的精力和時間極大地依賴其個人的自律和意愿。教師的指導也不可能在出現(xiàn)問題時及時跟進，從而影響創(chuàng)新教育的效果[3]。尤其在針對學生科研素養(yǎng)培養(yǎng)方面，采用貼身式的教育方式，針對學生學習和實踐中遇到的問題，隨時進行引導和訓練，才能取得更好的效果。此外，由于課外的各種項目和競賽均為學生自由選擇參加，必然有一部分學生會被排除在外，導致創(chuàng)新教育無法覆蓋全部學生群體。

作為培養(yǎng)學生動手能力，將所學理論應用于實踐的重要環(huán)節(jié)，課內(nèi)教育中必修的實踐類課程是引入創(chuàng)新教育的天然媒介。因此，利用實踐類課程進行大學生創(chuàng)新教育模式的探索和實踐，將創(chuàng)新教育直接引入教育教學的主要陣地——課堂，具有非常重要的意義。近年來，實踐類課程的教育改革在逐步開展，由于大多數(shù)實踐類課程有特定的訓練內(nèi)容和目標，通常以命題或部分命題的方式開展，限制了課程的開放性，無法在創(chuàng)新教育中加強對學生科研素養(yǎng)的訓練和培養(yǎng)。

進入大學本科三年級的學生正處于初步具備學科基本知識，對專業(yè)迷茫卻又充滿熱情和向往的階段，多數(shù)萌生繼續(xù)攻讀研究生，未來從事科研開發(fā)的訴求。因此，針對這一階段的學生群體，探索基于實踐課的創(chuàng)新教育模式，尤其是如何提升學生的科研素養(yǎng)，使學生不僅具備新工科所需的各種知識，還能強化創(chuàng)新人才必須的核心能力，具有重要意義。

自2016年起，北京郵電大學(以下簡稱“北郵”)信息與通信工程學院就開始在大三學生中試點“創(chuàng)新實驗”課程的教學改革，至今已持續(xù)開設(shè)了四期?！皠?chuàng)新實驗”在原有電路類實驗課程的基礎(chǔ)上，以學生自主選題和項目式學習的方式，在大二升大三的小學期中，通過4～5周密集的課程時間，進行極具挑戰(zhàn)的智能軟硬件系統(tǒng)綜合設(shè)計和原型開發(fā)。本文在分析創(chuàng)新教育研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，探討了以科研素養(yǎng)培養(yǎng)為目標，在實驗課中融入創(chuàng)新人才培養(yǎng)的教育模式，并從教學效果、學生反饋總結(jié)了課程改革的經(jīng)驗，以期為課內(nèi)創(chuàng)新教育模式的實施提供借鑒。

二、創(chuàng)新教育現(xiàn)狀

高等學校是建設(shè)創(chuàng)新型國家的人力資源庫，肩負著培養(yǎng)能力出色、開放包容的創(chuàng)新型人才的重要任務[4]。在這一任務引領(lǐng)下，各高校積極探索創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，改革和完善專業(yè)實踐教學體系。華南理工大學等以培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力為目標，建設(shè)多維度學科競賽平臺[2]2；廣州大學、武漢大學等綜合競賽實踐模式，設(shè)立創(chuàng)新實踐基地[5-6]。與此同時，大學生對創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育方式的需求呈現(xiàn)多樣化，在參加創(chuàng)業(yè)計劃大賽之外，也希望通過課堂學習獲得創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)知識和技能[3]3。

(一) 科研素養(yǎng)培養(yǎng)

調(diào)查研究表明，學生科研素養(yǎng)對創(chuàng)新績效具有顯著影響[7]。素養(yǎng)不限于知識和能力，而是涉及知識、能力、態(tài)度的組合[8]。

科研素養(yǎng)的培養(yǎng)不僅要豐富與拓展理論課、實驗課教育內(nèi)容，適度加深深度，還要廣泛深入開展本科生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與科研訓練，創(chuàng)造本科生自主科研實踐機會[9]。學生在教師的組織與引導下參與科技探索過程，讓學生了解為什么進行研究以及如何研究，即學會發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的思路[10]。

(二)項目式學習

項目式學習(Project Based Learning，PBL)來源于杜威的“做中學”實用主義教學理念與庫珀的體驗式學習理論，是一種圍繞項目組織學習的模式，包括復雜的任務、具有挑戰(zhàn)性的問題、自主學習等要素，最終產(chǎn)出實際產(chǎn)品或向公眾演示[11]。高水平的項目式教學有助于學習者發(fā)展高階思維能力[12]。

巴克教育研究院與全球數(shù)百所學校合作，建立教師培訓工坊，推動項目式學習，幫助學習者在協(xié)作調(diào)查和成果產(chǎn)出的過程中，學習規(guī)劃、執(zhí)行、監(jiān)測等過程性技能以及內(nèi)容知識[13]。美國麻省理工學院啟動NEET計劃，擴大使用多種教學方法，包括以項目為基礎(chǔ)的混合學習模式[14]，推動以學科為中心的人才培養(yǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐皂椖繛橹行牡摹绊椖恐行恼n程”[15]。歐林工學院采用模塊化課程，打破學科界線，將不同知識按照項目和工程設(shè)計需要進行組合，讓學生在項目開發(fā)中發(fā)現(xiàn)問題，從而有針對性地學習[16]。

燕山大學建立了能力導向下的分級“項目式”課程體系[13]4。湖南大學則以項目為載體，引導學生選擇相對復雜、面向?qū)嶋H的課題，從而提高學生的知識水平和能力[17]。

(三)試錯式學習

試錯法 (Trial-and-Error Method)由美國教育心理學家桑代克提出。他認為，學習的實質(zhì)就是有機體形成“刺激”與“反應”之間的聯(lián)結(jié)，試錯學習就是一個通過簡單的不斷嘗試，最終達到目標的反復嘗試的過程[18]。

在傳統(tǒng)課堂上，學生通常學習前人已有的成功經(jīng)驗，或遵循已有路徑進行試驗，缺乏面對失敗的經(jīng)驗。而創(chuàng)新總伴隨著問題和風險，通過對“失敗”的寬容教育，讓學生在面對難題的過程中學會勇于試錯，善于總結(jié)，進而快速成長。

三、面向科研素養(yǎng)的“創(chuàng)新實驗”課程的創(chuàng)新教育實踐

在課堂教學這一人才培養(yǎng)的主渠道中引入創(chuàng)新教育，是實現(xiàn)新工科對創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要方式。而實踐類課程則是承載創(chuàng)新教育的理想平臺。傳統(tǒng)的實踐類課程大多是基于預先設(shè)定的題目和實驗方案，通過學生的動手實踐來加深對所學某一類理論的理解和應用，其實驗結(jié)果和方法是已知或確定的，因而學生的創(chuàng)新空間較小，且難以激發(fā)學生主動學習的興趣和熱情。為了探索基于實踐類課程的創(chuàng)新教育模式，自2016年始，北京郵電大學信息與通信工程學院針對大三學生，開設(shè)了一門極具挑戰(zhàn)的“創(chuàng)新實驗”課程，以培養(yǎng)學生的科研素養(yǎng)為目標，基于項目的學習模式，鼓勵學生通過試錯式學習探索和發(fā)展解決真實問題的能力。

“創(chuàng)新實驗”課程至今已開設(shè)了4期，共153名學生學習了本課程。課程在大二升大三的小學期中集中進行，通過5周的全天課程(2019年為4周)，圍繞信息與通信學科的前沿技術(shù)，如5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等，以智能軟硬件系統(tǒng)設(shè)計和原型開發(fā)為目標，要求學生完成從選題、創(chuàng)意、設(shè)計、開發(fā)實現(xiàn)和展示全過程的具有創(chuàng)新意義的工程項目。本課程所具有的挑戰(zhàn)性和技術(shù)的前沿性，可以激發(fā)學習能力強的學生的學習潛能和創(chuàng)造力。因此，本課程自2018年起主要針對信息與通信工程的英才班三年級的學生開設(shè)，成為培養(yǎng)本碩博貫通的創(chuàng)新人才本科階段培養(yǎng)體系中的重要一環(huán)。

針對課程的培養(yǎng)目標，“創(chuàng)新實驗”課程的設(shè)計和實施從選題、項目式學習過程和試錯式學習方式三個方面進行創(chuàng)新教育模式的探索和實踐，幫助學生強化科研意識、學習科研方法、培養(yǎng)科研精神，從而為培養(yǎng)具備科研素養(yǎng)的創(chuàng)新引領(lǐng)人才奠定堅實基礎(chǔ)。本文的“創(chuàng)新實驗”課程教育模式如圖1所示。下面將結(jié)合四年課程的具體實施情況進行詳細闡述。

(一)開放式選題：解決現(xiàn)實世界的真實問題

興趣和意義是有效學習的重要因素。與傳統(tǒng)的命題式實驗課程不同，“創(chuàng)新實驗”課程提供了長達一周的選題階段，鼓勵和引導學生依據(jù)自己的興趣，針對現(xiàn)實生活中的真實問題來確立選題。表1給出了四年課程中學生的選題示例及選題所屬的應用領(lǐng)域。學生基于對真實世界的觀察，結(jié)合自己感興趣的技術(shù)問題，提出了面向不同應用領(lǐng)域，不同服務群體的選題內(nèi)容。如專門為社會弱勢群體服務的手語翻譯手套、心理陪護機器人等；用于預防久坐的智能腰帶、個性化編程學習系統(tǒng)等；基于對熱點技術(shù)興趣的選題，如各種無人機、無人車系統(tǒng)等。

表1 “創(chuàng)新實驗”課程項目選題示例

基于真實問題的自由選題與之前具有“命題作文”性質(zhì)的實驗相比，最大差別在于設(shè)計方案和實驗結(jié)果具有高度的不確定性，而學生尚未學習和掌握解決這些問題所需的知識和技能。因此，這樣的選題模式催生了對教與學的新需求。

從教的角度，在“創(chuàng)新實驗”課程實施中，選題階段前期，教師會通過傳統(tǒng)的講授方式，介紹基本的智能系統(tǒng)軟硬件設(shè)計框架和方法、基礎(chǔ)的智能軟硬件平臺的使用以及一些共性的基礎(chǔ)知識和技術(shù)，并通過基礎(chǔ)實驗示例降低學生的學習門檻。同時，幫助學生訓練應用、分析、評價等高階思維，提高布魯姆認知層級[19]，鼓勵學生從社會、人文等多角度思考。

從學的角度，課程提供了豐富在線學習資源，由學生根據(jù)項目需要，自主完成所需知識和技能的學習和應用。同時，還會聘請企業(yè)專家通過技術(shù)講座等形式，使學生直接接觸業(yè)界需求及技術(shù)最新發(fā)展趨勢。2017年的“創(chuàng)新實驗”課程中，中國移動研究院的專家就窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT技術(shù)及開發(fā)套件對學生進行了技術(shù)培訓，為學生設(shè)計開發(fā)NB-IoT系統(tǒng)打下了技術(shù)基礎(chǔ)。

學生的選題自由并具有發(fā)散性。選題過程中，老師的指導和交流討論對細化選題和論證方案可行性起到了至關(guān)重要的作用。在交流討論中激發(fā)學生的興趣和對技術(shù)的探索欲，引導學生從現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)問題，學會批判性思考問題，從而培養(yǎng)創(chuàng)新思維和科研意識，成為這一階段老師的關(guān)注和指導的重點。

(二)項目式學習：體驗項目全周期過程化培養(yǎng)

基于項目的學習是激發(fā)興趣與潛能，培養(yǎng)學生解決復雜工程問題，學習科學研究方法的有效途徑。學生在“創(chuàng)新實驗”課程上，通過項目式學習方式，針對所選項目的研究目標和內(nèi)容，完成從選題、創(chuàng)意、設(shè)計、開發(fā)實現(xiàn)、展示全過程的智能軟硬件系統(tǒng)的綜合設(shè)計和原型開發(fā)。創(chuàng)新實驗課的實施過程如圖2所示。

學生以2～3人小組的形式完成所選題目，全天參與課程學習和實驗。課程分為以下三個階段：項目啟動階段、項目執(zhí)行階段和項目總結(jié)階段。

1.項目啟動階段

學生自由組隊，完成前文所述的選題階段任務。通過調(diào)研，基礎(chǔ)知識和平臺的學習及討論交流，最終通過團隊內(nèi)部和跨團隊的協(xié)作溝通完成項目選題，撰寫選題立項報告并通過由學校教師和企業(yè)專家擔任評委的立項答辯。

2.項目執(zhí)行階段

確定項目選題方案后，學生進入2～3周的項目執(zhí)行階段。課堂采用研討式教學的模式，以學生團隊為主體推進項目進度，教師和助教針對實施中的具體問題和難點進行研討，并給出建議和解決思路；鼓勵學生敢于試錯、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，引導學生將所學基礎(chǔ)知識與學科前沿技術(shù)相結(jié)合，激勵學生跨領(lǐng)域跨學科尋找解決辦法。

由于課程中大量的實驗設(shè)計來源于最新科研成果到教學的轉(zhuǎn)化，課程還配備了多名具有科研項目研發(fā)經(jīng)驗的研究生助教，通過線下及線上技術(shù)交流和軟硬件開發(fā)指導等方式，深度參與課程教學的諸多環(huán)節(jié)。

3.項目總結(jié)階段

在課程臨近結(jié)束的項目最終沖刺和總結(jié)階段中，除了技術(shù)實現(xiàn)，學生還要進行外觀設(shè)計、展示方案設(shè)計等完整系統(tǒng)的實現(xiàn)與展示，進一步融合藝術(shù)、人文等領(lǐng)域的視角，由此促進學生更深刻地看待技術(shù)與工程和社會之間的關(guān)系，并幫助學生對項目主題進行提煉升華；最后，教師要求學生以錄制演示視頻、撰寫實驗報告、通過結(jié)題答辯的形式完成整個課程。

更重要的是，總結(jié)階段并不是項目的結(jié)束，本課程能夠與“大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”等創(chuàng)新競賽進行無縫銜接。教師會向?qū)W生介紹創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、專利申請等相關(guān)知識，鼓勵學生以本課程為起點，運用課程知識或經(jīng)驗繼續(xù)發(fā)展項目，以延續(xù)式學習的方式將課程作為種子，引導學生持續(xù)發(fā)展自我驅(qū)動的學習能力。

(三)試錯式學習：培養(yǎng)探索鉆研的科研精神

與傳統(tǒng)實驗課不同，“創(chuàng)新實驗”課程自由開放式的選題使實驗方案設(shè)計和結(jié)果不再具有確定的答案，而是存在很高的不確定性，甚至有些已帶有一定的研究性質(zhì)。同時，與學科前沿技術(shù)的結(jié)合使課程中項目的技術(shù)難度大為增加。例如，2017年課程中的物聯(lián)網(wǎng)應用項目所采用的NB-IoT技術(shù)在當時才剛剛開始應用；為了支持課程中基于NB-IoT技術(shù)項目的開展，在中國移動5G聯(lián)創(chuàng)中心的支持和推動下，中國移動在北郵鋪設(shè)了第一個覆蓋高校的NB-IoT網(wǎng)絡。作為初次了解這項技術(shù)的大三的學生，實現(xiàn)項目具有極高的挑戰(zhàn)。因此，允許學生在創(chuàng)新過程中犯錯，甚至允許項目失敗，是鼓勵學生勇于探索、不斷嘗試，從失敗中學習的重要手段。

當然，從教學角度允許學生出錯的同時，還需要盡可能通過課程的組織形式幫助學生調(diào)整目標，及時引導學生回到正確的方向；提供充足的學習資源和技術(shù)支持，教師和助教全程跟進項目執(zhí)行情況，進行貼身式指導，在學生出錯時給予及時的幫助和引導；鼓勵學生在組內(nèi)和組間積極交流，啟發(fā)碰撞出新的思路和方法。這些措施有效降低了學生的試錯成本，使學生在保持信心的同時，鍛煉其風險抵御能力和獨立解決問題的能力，提高元認知能力。

在項目實施的全過程中，從選題到方案設(shè)計，從硬件搭建、軟件編寫到系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，每一個階段都會出現(xiàn)錯誤，不斷地對其分析和修正，需要通過資料調(diào)研、論文查閱、理解和修改開源代碼來完成探索、研究、設(shè)計和實現(xiàn)，使學生在本科階段切實感受到科研工作中所必須的堅持不懈、積極探索、努力開拓創(chuàng)新的精神，為培養(yǎng)學生的科研素養(yǎng)奠定了基礎(chǔ)。

(四)課程考核方式：過程和能力導向

開放的真實問題選題、項目式的全周期學習方式，以及允許充分試錯式的學習方法，都對課程的考核評價方式提出了更高要求。在這種課程實施方式下，如何使學生敢于選擇高挑戰(zhàn)性的問題，勇于探索、樂于試錯，而不是為了課程的考核分數(shù)畏首畏尾，是設(shè)計課程考核評價方式的重要因素。同時，課程作為科研素養(yǎng)培養(yǎng)的載體，不僅需要對學生的知識和技術(shù)學習進行評價，還應包含對科研素養(yǎng)所涉及的各種能力的評價?；谏鲜隹紤]，“創(chuàng)新實驗”課程的考核評價更關(guān)注過程考核和能力考核。

表2顯示了“創(chuàng)新實驗”課程基于過程和能力導向的考核方式。針對課程項目式學習的各個階段，課程都進行了相應的考核及評價。評價材料包括學生在項目各階段根據(jù)要求提交的立項報告、階段報告和總結(jié)報告，以及反映項目最終完成情況的電路圖、代碼及演示視頻；評價形式則根據(jù)各階段的實際情況，通過答辯、報告查看、日常討論交流等多種方式進行；評價內(nèi)容指出基于各階段的需求對評價材料的關(guān)注重點。各階段評價所反映的學生能力也在表格中給出。除本課程老師會作為評價主體，全程關(guān)注學生的進展、表現(xiàn)和評價問題之外，在立項和總結(jié)階段，還會邀請具有豐富實踐創(chuàng)新經(jīng)驗的其他學校老師及企業(yè)專家參與，通過查看學生報告、參加學生答辯的方式對學生的工作給予評價，從而使學生在此階段了解社會對人才各項能力的真實需求。

表2 “創(chuàng)新實驗”課程基于過程和能力導向的考核方式

續(xù) 表

除此之外，在課程的全過程中，考勤體現(xiàn)學生參與項目的熱情和投入程度，可將其作為評價內(nèi)容。投入度高的學生通常會有更好的成果，因為這實際上清楚地反映了學生的科研態(tài)度。而針對科研素養(yǎng)中非常重要的協(xié)作溝通能力，考核中也根據(jù)學生的小組分工、組內(nèi)和組間線下協(xié)作、課程QQ群線上協(xié)作的情況進行評價，以促進對學生團隊工作能力的培養(yǎng)。

(五)課程成果

四期的“創(chuàng)新實驗”課程，圍繞“智能家居”“萬物互聯(lián)”“AI和大數(shù)據(jù)”三大主題，共實現(xiàn)了48個智能軟硬件系統(tǒng)項目。這些項目涉及了多種軟硬件平臺和本學科前沿技術(shù)。如圖3(a)中所示，項目采用了Arduino、樹莓派等各種硬件平臺，根據(jù)項目需求應用了多種類型的傳感器，如柔性傳感器、肌電傳感器等。軟件開發(fā)包含嵌入式Linux、安卓APP、微信小程序等多種類型。涉及的本學科技術(shù)更是多種多樣，如圖3(b)中所列出的人工智能、無線通信、機器學習等相關(guān)技術(shù)。

在所完成的創(chuàng)新項目中，共有14項參加了學校的大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目。在“2016全國移動互聯(lián)創(chuàng)新大賽”中，“手語翻譯手套”榮獲高校組唯一一項特等獎。該項目還作為中國移動的布展設(shè)備，參加了2017年的巴塞羅那國際通信展?！暗缆贩e水檢測系統(tǒng)”獲得2018“第五屆全國高校物聯(lián)網(wǎng)應用創(chuàng)新大賽”華北賽區(qū)一等獎，全國總決賽三等獎。“道路積水檢測系統(tǒng)”和“無人機自主起降平臺” 還作為參展項目參加了2017中國移動萬物互聯(lián)大賽。圖4為部分項目完成的硬件系統(tǒng)展示。

四、課程評價與分析

為了獲取課程的教學效果反饋，筆者對已完成本課程的四屆學生，共153人發(fā)放了調(diào)查問卷。其中，前三屆學生已經(jīng)本科畢業(yè)，目前正在各個學校繼續(xù)深造，或是走出校園，導致問卷回收比例偏低；但回收問卷總數(shù)超過70，仍然能從中看出預期教學效果的達成情況。

問卷聚焦于本課程在激發(fā)學生對本學科的興趣和探索意識，培養(yǎng)學生解決復雜工程問題等各項能力等方面達到的效果，以及學生對課程的主觀感受和體驗，目的在于探究本課程對于高素質(zhì)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的效果。

(一)學生對項目選題的評價

由于課程在初始階段只提供推薦的基礎(chǔ)技術(shù)平臺，內(nèi)容可擴展性強，學生可通過小組協(xié)商、頭腦風暴進行項目選題，具有極高的自由度。圖5給出了學生對項目選題的主觀評價。從圖中可以看出，100%的學生認為項目的選題具有很高的挑戰(zhàn)性，96%的學生表示在選擇項目時會以解決真實世界的實際問題為目標，97.34%的人認為他們的創(chuàng)意項目能反映或部分反映個人的興趣愛好或關(guān)心的問題。以上結(jié)果反映出，學生在課程中并非簡單地遵循前人路徑進行實驗，而是深刻理解工程創(chuàng)新的意義在于滿足社會生活中的實際需求，進而將自身的創(chuàng)意付諸于實踐。

與此同時，創(chuàng)新具有極大的不確定性，項目實踐更沒有標準答案。學生脫離書本式教學，驟然面對自由度如此之高的開放性問題時，在選題階段往往會受限于自身的知識和經(jīng)驗，對現(xiàn)狀把握不足，導致目標與能力并不匹配。因此，只有不到一半的學生認為其目標設(shè)立合理，目標過高是導致項目失敗的主要原因之一，目標過低則達不到應有的課程效果。需要教師在不干擾學生創(chuàng)意過程的前提下進行有效介入，幫助學生不斷修正到適合的目標上。

也從調(diào)查中看到，只有32%的人認為他們的項目成果很有價值，而66.67%的人認為項目價值有待發(fā)掘，這可能是學生缺乏社會經(jīng)驗以及對產(chǎn)業(yè)的了解缺少深度所導致。為解決這一問題，需要教師精心引導，讓學生深入領(lǐng)域、發(fā)展項目， 跳出學生身份，用工程、產(chǎn)業(yè)的目光，從社會發(fā)展、人文關(guān)懷等多角度，系統(tǒng)性地思考。

(二)學生對課程實施過程的評價

課程的設(shè)計和實施能否達到預期的教學效果，是課程目標達成的關(guān)鍵。問卷針對課程實施所融合的創(chuàng)新教育理念和要素，從學生的認知角度進行了調(diào)查。

調(diào)查結(jié)果反映出學生對項目融合多學科的認同。由于本學科的特性，85%以上的學生認為課程涉及最多的仍然是工程和科學技術(shù)方面的知識，62.67%認為涉及數(shù)學，還有學生認為課程涉及了社會、人文和藝術(shù)方面。為及時發(fā)現(xiàn)執(zhí)行中存在的問題并對其糾偏，教師在項目進行的各個環(huán)節(jié)會鼓勵學生反思。在調(diào)查中，75%以上的學生對項目中遇到的問題及解決方案，項目執(zhí)行的有效性和項目成果的質(zhì)量更為關(guān)注。

此外，96%的學生認為在課程中有足夠的自主決策機會和發(fā)言機會，89.33%的學生表示在課程中會頻繁針對出現(xiàn)的問題自行查找、整合和使用信息，反映出本課程所構(gòu)建的以學生為中心，推動學生自主、探究、試錯式學習的教育模式，在對培養(yǎng)學生解決問題的能力，引導學生發(fā)展終身學習能力等方面取得了良好的效果。

(三)學生對能力素養(yǎng)提升效果的評估

課程重點培養(yǎng)具有科研意識、掌握科研方法、具備各項科研能力和探索精神的創(chuàng)新型人才。在項目過程中，教師注意引導學生的批判性思維和創(chuàng)新思維，鼓勵學生進行跨學科交叉融合，提升自主終身學習、溝通協(xié)商能力和工程領(lǐng)導力。

圖6顯示修完本課程后，學生的后續(xù)課程學習和能力有很大提升，分別為83.33%和85.34%。項目式學習為學生看待社會及生活提供了一個全新的視角，在不同身份中，用創(chuàng)新的視角去重新看待身邊的事物，在已經(jīng)習以為常的環(huán)境中發(fā)現(xiàn)工程的力量和影響，與所學知識形成對照，進而產(chǎn)生新的體悟。調(diào)查中有77.33%的人經(jīng)過本課程學習后，專業(yè)興趣有較大提升。

圖7則給出了具體能力的提升情況。受益于小組協(xié)作的項目式學習以及開放的試錯式學習，超過90%的學生認為課程提升了協(xié)作溝通能力，超過40%的學生認為提升了分析和解決問題的能力，超過70%的學生認為提升了自發(fā)學習和信息整合的能力，超過60%的學生認為提升了創(chuàng)新能力；自我管理能力和批判性思維能力也都有提升。在回答“課程中所獲得的能力、習慣等是否在課程結(jié)束后繼續(xù)保持”時，100%的學生選擇了保持或部分保持。由此可以看出課程對學生能力提升的巨大影響。

(四)學生對課程的總體評價和感受

調(diào)查問卷和學生的總結(jié)報告都要求學生對課程的總體評價和感受給出反饋，從而獲得學生對課程的總體評價。圖8(a)展示了總結(jié)報告中學生收獲和體會的詞云圖?？梢钥闯?，能力、項目是學生提到最多的詞；問題、創(chuàng)新、代碼、硬件也凸顯出學生的關(guān)注重點。圖8(b)顯示了學生在課程中最喜歡的事，可從中感受到學生在接受挑戰(zhàn)、解決問題、獲得成功時的成就感。

問卷中學生們表達的課程收獲，更多的是各種能力的提升，如團隊能力、合作創(chuàng)新的各種能力、實踐能力、自我學習能力、研究能力、代碼能力、解決問題的能力等，這正是本課程采取的創(chuàng)新教育模式希望達到的目標。面對“是否愿意再參加一次類似課程”的問題，高達92%的學生選擇愿意，反映出學生對這種創(chuàng)新教育模式的認可。

五、總結(jié)與展望

通過項目式學習方式，開展智能軟硬件系統(tǒng)綜合設(shè)計和原型開發(fā)的“創(chuàng)新實驗”課程，對培養(yǎng)具有科研素養(yǎng)的創(chuàng)新型人才的教學模式進行了探索。本文詳細介紹了“創(chuàng)新實驗”課程的教學模式和實施效果。通過對學習本課程的四屆學生的問卷調(diào)查，展示并分析了學生對課程實施過程和效果的主觀評價，以及學生對自身各方面能力提升和課程收獲的反饋。課程面向具有不確定性的真實需求開展項目選題，通過項目全周期實踐及試錯式學習來鍛煉和提升學生的創(chuàng)新思維、自主學習，分析和解決復雜工程問題及協(xié)作溝通等各方面能力，從而達到強化科研意識、提高科研能力、具備探索鉆研的科研精神的培養(yǎng)目標。學生的主觀反饋顯示出課程在激發(fā)學生對本學科專業(yè)知識的興趣，提升學生科研素養(yǎng)方面達到了較好的效果，并得到了學生的廣泛認可，證明本課程創(chuàng)新教育模式的實踐可行有效。

本課程自由開放的選題和在本科大三學生中引入學科前沿技術(shù)所帶來的高難度挑戰(zhàn)性，使課程對學生的基本素質(zhì)及教學團隊提出了一定的要求。推廣本課程還需要進一步加強課程資源的細粒度模塊化及課程過程的標準化，從而使這種創(chuàng)新教育模式可以得到更為廣泛的應用。