新工科背景下的创新工程实践课程群构建与实施

杨秋萍，安金亮，石文昌，欧阳崇伟

（贵阳学院数控技术工程应用实验室，贵州贵阳 550005)

党的十九大报告提出：“创新是引领发展的第一动力,是建设现代化经济体系的战略支撑，我国要继续坚持创新发展理念,坚定实施创新驱动发展战略，加快建设创新型国家。”为实现高校“立德树人”的根本目标，主动应对新一轮科技革命与产业变革，教育部提出了新工科建设行动[1]。新工科的关键特征是充分体现学科交叉融合，旨在培养工程实践能力强、创新能力强、具有国际视野的高素质复合型人才[2]。因此，加强对学生工程实践能力和创新能力的培养既是服务国家创新驱动发展战略的举措,也是深化高等教育教学改革的重要途径[3]。

自2015年《国务院办公厅关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》实施以来，创新创业教育在各高校受到重视，关于学生创新创业能力培养的研究开展得如火如荼，并探索出了很多成功经验[4]。别玉涛[5]结合新工科建设宗旨,提出了以学生为中心、以培养学生自主创新实践精神为原则的开放性创新实验室建设措施。吕睿[6]针对创新创业工作中学生创新的主动性和能动性不足等问题，提出在设置专业培养方案、开展创新创业大赛、师资队伍建设等方面的改革策略。宋景华[7]分析了我国创新创业教育面临的困境，从人才培养目标、课程建设、教学方式等方面提出了促进我国创新创业教育改革的实施路径。王洪才[8]指出缺乏合格的师资、合格的课程和有效的合作是大学开展创新创业教育的三大难点。陈建[9]指出工程训练实践活动是新型人才创新实践能力培养的重要载体,提出了对现有工程训练课程体系进行重构、融合和创新改革的方案。刘译阳[10]指出目前创新创业教育理念缺失、能力素质不强、环境氛围不浓厚等问题,并提出加强组织领导和政策引导,健全创新创业教育体系,激发学生创新创业活力,营造良好创新创业氛围等改进措施。苏克治[11]指出大学创新创业教育存在应用转化能力不足、教学体系更新迟缓、教育实践短板明显和文化氛围不够浓厚等问题，提出应从提升治理能力、优化教学体系、强化实践过程和加强文化渲染等方面建构大学创新创业教育机制。综合上述文献和实际情况，分析得出目前创新创业教育存在以下问题:

（1）创新创业课程体系不健全，学生缺乏对创新创业知识的系统学习。部分高校创新创业教育活动主要围绕国家、地方行政教育管理部门组织各项活动，把学术讲座、学科竞赛、就业指导、技能培训等同于创新创业教育，虽开设了通识性创新创业类课程，但缺乏系统性，学生的覆盖面不广。

（2）重创业教育，轻创新教育。高校的创新创业教育应该以创新为先，以创新引领创业。但多数高校的创新创业教育主要侧重于创业基础、商业模式设计、创业营销、创业金融、企业管理、企业孵化等内容，创新意识启发和创新能力培养方面反而被弱化。

（3）与实践脱节。目前创新创业教育的形式大多缺乏实践。实践是创新的源泉，而目前多数高校的创新创业教育均以理论课程为主，缺乏实践训练，且与专业知识脱节，学生不能将知识进行实际应用。

2021年10月，教育部高教司吴岩司长在介绍第七届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛有关情况的新闻发布会上指出：高校在创新创业教育方面要建好体系。高校里面的创新创业教育绝不仅是大赛，而是要有一套完整的教育体系，要定好标准、抓好课程、建好师资，让创新创业教育成为一个全覆盖、多层次、个性化的体系。

对此，本文依托贵阳学院工程训练中心的软硬件资源和工作基础，在新工科建设的理念下，构建创新工程实践课程群，并在全校范围实施，助推对学生创新能力和实践能力的培养。

课程群是指具有相互影响、互动、有序，相互间本可构成独立完整的教学内容体系的相关课程，进行重新规划、设计、构建的整合性课程的有机集群[12]。构建创新工程实践课程群的目标是提升学生的创新能力、实践能力和工程能力。按照学生中心、目标导向的OBE（（Outcome based education，OBE）教学理念，根据CDIO（Conceive, Design, Implement, Operate，CDIO）的工程教育方法，将“知识、能力、素质”的培养要求融入教学项目中，以创新项目的实施为主线贯穿教学始终，将教学内容项目化、工程化、实践化[13-14]。

2.1 课程设置

学生要完成一个创新工程实践项目，必须具备创新思维、基础知识和实践技能、工程实践能力、语言和文字表达能力。因此，如表1 所示开设了创意启发、创新技术、项目实践、知识产权保护、演讲与表达五个方面的课程。

表1 创新工程实践课程群列表

（1）创意启发：在项目的构思阶段，主要目标是培养学生的创新思维，启发学生的创新意识。因此开设了《创新思维和方法》课程，对创新与思维的关系、创新设计的流程、创新设计思维的方法和工具、TRIZ 创新方法等主题进行介绍，让学生了解创新的流程、方法和工具。在此过程中引导学生逐步建立批判性思维和创造性思维，打破固有的思维模式去学习、观察和思考，发现生活中的问题和痛点。通过组织头脑风暴，激发学生的创新意识，各种不同学科的学生组合在一起，围绕提出的问题各抒己见、相互碰撞、相互补充，继而产生新的观点或解决问题的方法。本门课结束后要求学生萌发一个创意种子[15]。

（2）创新技术：在项目设计阶段，主要目标是培养学生的创新能力，让学生掌握创新实践所必须具备的知识和技能。开设了《创客电子设计与制作》《二维设计与激光切割》《三维设计与3D 打印》《机器人技术》《工厂自动化》《数字信息技术》《机电产品设计》等课程，学生可根据自身需要选修其中的课程。本阶段结束后要求学生团队形成项目方案，对作品的功能、结构、外形进行设计。

（3）项目实践：在项目实践阶段也就是原型制作阶段，主要培养学生的工程实践能力。开设了《创新工程项目综合实践》课程，让学生了解项目组织实施和管理的基本方法，并对前期设计的项目提出详细的技术和实施方案，在规定的时间和有限的成本内完成项目的原型制作，同时不断进行性能改进和迭代。

（4）知识产权保护：在成果转化阶段，主要目标是培养学生团队对知识产权的保护意识。通过《知识产权保护与成果转换》课程，让学生了解知识产权涉及的内容和专利的本质，如何避免不正当竞争，以及如何进行创新成果转化，让智力创造带来经济效益。课程结束要求团队按照专利说明书的要求，对前期的创新成果撰写专利说明书。

（5）演讲与表达：在成果展示阶段，主要目标是培养学生的文字和口头表达能力。通过开设《创新成果展示与项目路演》，指导学生如何高效、精准、巧妙地展示自己的创新成果，输出自己的观点和理念，打动评委和观众。本课程要求每个团队完成一张作品宣传海报的制作和一次项目路演。

2.2 实施方式

贵阳学院综合工程训练中心是全校公共创新实践平台，下设有1 个齿轮创客空间，齿轮创客空间常年有活动会员400 余名，覆盖全校各个学院、专业、年级学生的创新爱好者。创新工程实践课程群的授课对象主要为齿轮创客会员，根据课程的特点和教学特点，采用校级公共选修课与第二课堂相结合的方式开设，目前除创新技术类课程采用公共选修方式外，其余课程均以第二课堂完成教学。由于课程群以一个创新工程实践项目的构思、设计、实施和成果展示为主线，所以在课程群的实施过程中要求保持学生团队的稳定性和课程的连续性。

如图1 所示，学生加入齿轮创客空间后，首先参加创意启发课程，萌发创意种子，跨学科组建创客团队，做好团队成员分工，根据创意需要团队成员分别选修创新技术类课程，学习结束后设计出创新实践项目方案，并填报项目申报书，根据创客空间提供的经费、材料、设备进行项目实践，实践完成后撰写项目说明书，制作宣传海报，参与项目路演和成果展，项目结题，发放齿轮创客会员合格证，完成整个周期需要三个学期。

图1 创新工程实践课程群实施流程图

2.3 师资团队

创新工程实践涉及的领域较广，实践性较强，重点培养学生利用多学科知识创造性解决实际问题的能力。课程的实施过程始终坚持“以学生为中心”，教师只是创新工程实践学习流程的设计者、教学活动的组织者、资源的提供者和实践技能的指导者。这不仅要求教师具有较宽的知识面、扎实的专业技术，还需要有丰富的实战经验，才能对学生提供相应的指导和帮助。单个教师无法独立完成指导，必须依靠跨学科的教师团队共同参与。工程训练中心组织9 名由机械、电子、软件、控制、管理等专业年轻教师组成的团队，为学生提供全过程、全方位指导。

2.4 保障措施

为保障创新工程实践课程群的实施效果和可持续性，必须在制度、经费、资源上给予充分保障。

（1）在制度方面：在贵阳学院创新学分认定办法中，对学生参加创新创业活动、学科技能竞赛、课外实践活动给予1-8 个学分认定，且要求学生最少不能低于4 个学分。在贵阳学院教师教学工作量计算办法中，对教师指导学生创新创业训练项目、组织和指导学科竞赛、指导学生第二课堂等均给予相应的工作量认定，激发了学生和教师的主动性和积极性。

（2）在经费方面：学校平均每年投入200 万元资金，用于改善工程训练中心实验室的硬件条件，保障了创新工程实践课程群实施所需的3D 打印、激光切割、开源硬件等设备资源。学校平均每年投入10 万元，用于创客空间的运行维护，保障了创新工程实践项目的耗材需求，同时学校还为在各类创新实践活动中成绩突出的团队发放奖金。

（3）在资源方面：齿轮创客空间下属的实验室和实验设备全天候向会员开放，为学生提供线上、线下交流空间和大量学习资源，营造了创新实践的学习氛围，为学生的学习、交流和实践提供了条件和空间。

贵阳学院综合工程训练中心2017年9月开始建立创新工程实践课程群，已开展了三个周期的教学实践，以下从课程群的实施数据、学科竞赛成果和其他相关创新成果三个方面对教学效果进行分析。

（1）课程群实施情况：如表2 所示，2017年9月-2020年12月期间合计161 名创客会员完成了课程群学习，完成创新实践项目41 项，少数学生团队因各种原因中途放弃了项目。

表2 创新工程实践课程群实施情况

（2）学科竞赛成果：创新工程实践课程群实施后，齿轮创客空间的学生团队参加学科竞赛的积极性得到了激发，2017～2021年期间，齿轮创客空间组织指导学生在“互联网+”大学生创新创业大赛、中国大学生工程实践与创新能力大赛、“挑战杯”大学生创新创业大赛、中美青年创客大赛、贵州省大学生机器人大赛、贵州省3D 打印设计大赛等多项学科赛事中共获奖113 项，其中在“2021年中国大学生工程实践与创新能力大赛”智能+赛道水下管道智能巡检项目中获全国总决赛银奖。

（3）其他创新成果：创客团队通过对创新工程实践项目进行改进和迭代，申报了大学生创新创业项目6 项，其中国家级1 项，成功申请专利18 项。2 个学生团队已在贵阳学院大学科技产业园注册成立公司，进入创业阶段。

从以上数据可以看出，创新工程实践课程群的实施取得了诸多成果，尤其在学生学科竞赛上取得的成绩较为突出，而学科竞赛正是检验学生创新意识、创新能力和实践能力等综合能力的一把尺子。因此创新工程实践课程群对培养学生的创新意识、创新能力和工程实践能力有着不可忽视的作用。

本文按照工程项目的实施路径，建立相应的配套课程，形成创新工程实践课程群，解决了创新教育课程缺失、不成体系的问题，依托创客空间公共创新实践平台，通过校级公选课和第二课堂的方式进行全面实施，打破了专业壁垒，在团队组合和实践内容上均强调学科交叉融合，促进学生跨学科学习和解决实际问题。通过整个创新工程实践的系统学习，学生的创新意识得到了激发，创新能力和工程实践能力得到了极大提升，创业精神也得到了启发，为学生创业实践奠定了坚实基础。但目前缺乏相应的激励机制，教师和学生参与的积极性不高，辐射面较小，为保障课程群实施的可持续性和实施效果，后续还需要建立配套的人、财、物保障和激励机制，扩大受益面，让创新创业教育成为一个全覆盖、多层次、个性化的体系。