基于兴趣驱动的大学一年级新生创新实践能力培养模式研究.pdf

Jul.JOURNALOFMACHINEDESIGN20232023年月No.7Vol.40机设计第40 卷第7 期械基于兴趣驱动的大学一年级新生创新实践能力培养模式研究*曾志，敖三三，姜海，孙锐，彭倍，杨立军2（1.电子科技大学机械与电气工程学院，四川成都611731;2.天津大学材料科学与工程学院，天津300350)摘要：随着“新工科”课程体系建设的不断完善，“始于新生、贯通四年”的新工科创新实践能力培养模式凸显重要。大学一年级是培养科学素养和创新意识的关键阶段，也是目前“新工科”课程体系建设中较为薄弱的环节之一。文中通过深入剖析大学一年级新生的学习特点，提出基于兴趣驱动的一年级新生创新实践能力培养模式，组建交又学科背景下的导师团队，设计融合前沿科学技术的项目，建立学生创新实践培养平台，进一步完善考核模式与成绩评价标准，形成“基础层”“提高层”和“项目层”多环节课外创新实践体系，通过“唤起好奇”进而“激发潜能”，提升一年级新生的创新思维和能力。关键词：兴趣驱动；一年级新生；创新实践；创新思维中图分类号：G642文献标识码：A文章编号:10 0 1-2 35 4(2 0 2 3)0 7-0 17 1-0 6Research on the cultivation model of innovative practice ability forfreshmen based on an interest-driven approachZENG Zhi,AO Sansan?,JIANG Hai,SUN Rui,PENG Bei,YANG Lijun(1.School of Mechanical and Electrical Engineering,University of Electronic Science andTechnology of China,Chengdu 611731;2.School of Materials Science and Engineering,Tianjin University,Tianjin 300350)Abstract:With the continuous improvement of the“Emerging Engineering curriculum system,it is particularly importantto cultivate the freshmen to the seniors with the abilities of innovation and practice.The first year serves as the key stage tocultivate scientific literacy and innovation consciousness,which is also the weak link in the“Emerging Engineering curriculumsystem.In this article,according to the characteristics of the freshmen,efforts are made to propose an interest-driven model forcultivating the freshmen with the abilities of innovation and practice,setting up the supervisor team with cross-disciplinary back-grounds,carrying out the projects with cutting-edge science and technology,establish the platform of cultivating innovation andpractice,improve the assessment model and performance evaluation criteria,as well as form a multi-stage system of extracurricu-lar innovation and practice at the“basic“advanced and“project levels.Eventually,by“arousing curiosity and“stimula-ting potential,the freshmen enjoy a higher standard of innovative thinking and abilities.Key words:interest-driven model;university freshmen;innovation and practice;innovative thinking“新工科”教育作为“卓越工程师教育培养计划2.0的核心，是对高校传统工科专业的升级改造，也是主动应对新一轮科技革命和产业变革的国家战略教育部于2 0 17 年提出中国高等工程教育改革“三部*收稿日期：2 0 2 3-0 3-11；修订日期：2 0 2 3-0 6-15基金项目：电子科技大学“一年级新生课外创新实践项目计划”（2 0 2 1SJP02）；电子科技大学师德建设示范项目172机计第40 卷第7 期设械曲”,全力发展“新工科”工程教育的中国新模式2 近年来，天津大学、哈尔滨工业大学和上海交通大学等高校在工科专业进行全新的项目式课程体系建设，实施惠及全体学生的系统性和全覆盖性的新工科教育改革,破解工程教育共性问题3-5。大多数学校通过创新课程体系设计与系列创新实践项目，在大二、大三年级设置专业能力提升项目课程和综合设计项目课程，并在大四阶段开设多学科集成挑战性课程，运用多课程、多领域知识和团队协作渐进式提高学生解决复杂工程问题的能力,持续激发学生学习与创新潜能,形成持久内驱力和学习能力。值得注意的是，大学一年级新生存在诸如开设课程多、课外时间少和缺乏专业知识等学习特点6-8 ，上述计划和课程难以在大学一年级阶段中推广，导致新生实践创新能力培养成为“始于新生、贯通四年、逐级挑战”的新工科培养体系中的薄弱环节。针对大学一年级新生创新实践能力培养的短板，坚持以“唤起好奇、激发潜能”为核心，将大学一年级新生的学习兴趣和主动性调动起来，使学生逐步树立系统性地构思、设计、实现和运作的思想，通过尝试解决有价值的工程问题，进一步引导大学一年级新生养成创新和创造的惯性思维，提高学生对自已专业的认知，进一步培养学生的自主学习能力、实践动手能力和合作交流能力。1大学一年级新生的学习特点新工科建设的发展思路明确表明，大学一年级是启发学生创新与创造思维的重要时期，这一时期不仅是基础知识积累的重要阶段，更是培养创新精神和养成创新习惯的黄金时期，成为造就具有科学探索精神的创新型复合人才的突破点。欧美发达国家利用成熟的经济和技术优势，在大学一年级阶段就将创新实践教学放到了很高的位置，十分注重培养有想法、有能力和有兴趣的工程应用型人才，例如，FH（应用研究，项目开发与教学）人才培养模式、CBE（以能力培养为中心）教育模式、“三明治（实践一学习一实践）教育模式等9-10 。传统观点认为大学一年级应该以学习基础知识为主，努力将通识课程基础打牢就足够了，而往往忽略了这个对学生创新思维的重要启发阶段。在以认知为主要目的的基础课程教学过程中，学生长期处于被动式参与状态，容易导致主动探索意识和好奇心的缺失，从而严重制约创新意识和实践能力的养成，甚至部分学生在还未进人正式专业学习前就失去了学习兴趣，更谈不上新工科人才的培养。结合对新工科人才培养的新需求,通过对大学一年级新生的调查分析，发现大学一年级新生具有以下学习特点：（1）学习动力不足部分一年级新生经过长时间的应试教育，出现报复式放松、沉迷游戏和放飞自我的状态，失去了学习动力，同时，部分新生依然采用应试教育思维应对大学课程，对学习抱有畏难情绪，早早失去了好奇之心和学习兴趣；（2）自我管理能力弱一年级新生进人大学以后，他律应该转为自律。但由于缺乏详细的学习目标和规划辅导，一些学生对大学生活充满困惑，没有方向感，自我管理能力、人际交往能力和团队协助的能力严重不足，从而浪费了大量宝贵的时间；(3)创新实践活动有效时间少目前，大部分基础课程和通识教育课程被安排在一年级阶段，导致学生创新实践活动有效时间大大缩短，大学一年级新生将大量时间专注于基础理论课程学习，对专业、科研的认识范然，实践动手能力薄弱，在后续创新实践过程中容易遇难而退。2大学一年级新生创新实践能力培养模式探究基于以上特点，大学一年级新生实践创新能力培养目标较难确定，传统的人才培养模式并不适合大学一年级新生，这也是导致新工科体系下的项目式课程难以在大学一年级开展推广的主要原因。因此，探索工科类大学一年级新生创新实践能力培养的新模式，坚持以“唤起好奇、激发潜能”为核心，采用工程科研类项目/课题进行引导，组建高层次人才导师团队，把一年级新生的学习兴趣和主动性调动起来，养成创新、创造的思维和习惯，体验团队协作并积累实践经验，了解什么是科学研究，进一步衔接大学二、三、四年级的项目课程体系1732023年7 月曾志，等兴趣驱动的大学一年级新生创新实践能力培养模式研究2.1培养模式总体设计基于兴趣驱动的大学一年级新生创新实践能力的培养模式从项目的选题人手，将工科类科研项目和前沿技术融为一体，为学生创新实践培养提供平台和训练项目支撑。组建具有交叉学科背景的复合型导师团队，形成“基础层”“提高层”和“项目层”的多环节课外创新实践体系。这一体系的核心目标是唤起学生的好奇和激发学生的潜能。因此，建设了有特色的大学一年级创新实践能力培养模式，如图1所示多环节课外创新实践体系三大基础层提高层项目层环节融合工科领域科研项目和前沿技术环节激发科研兴趣掌握必备技能沉漫式研究休验日的具体参观开展观摩参与学习使用掌握学术科研验证分析撰写举措实验科普科研科研科研专业专业交流操作研究试验科研室讲座活动活动技能仪器软件活动能力方案过程报告“基础层”环节：培养学生的探索精神达成日标“提高层”环节：培养学生的科学素养“项旧层”环节：培养学生的创新意识图1大学一年级新生工程教育及创新素质培养体系（1）“基础层 环节针对大学一年级新生学习动力不足的问题，在科研兴趣小组中，为学生设立明确的学习目标,并与其共同制订可行的计划。同时，设置一些激励机制，如奖励学习成果突出的学生，或者组织参观实验室、参加科普讲座等手段，以激发学生的学习兴趣和动力。在科研活动中，导师或研究生给予学生积极的指导和反馈，鼓励其在科研过程中积极表现,增强学生的自信心和学习动力，激发其更多地参与科研活动；营造积极、合作的学习氛围，组织定期的讨论会、研讨会或分享会，让学生有机会展示和交流自已的成果和心得，从而激发其学习热情和动力，让科研兴趣小组逐渐了解科研过程，培养学生的科研思维目标：科研兴趣小组通过进人实验室的“好奇心”，激发出科研兴趣，在积极的学习氛围中获得激励和支持，同时，能够从导师和研究生的指导中受益，培养出对科研的兴趣和动力，通过一系列科研活动，培养学生的科研探索精神（2）“提高层 环节针对大学一年级新生自我管理能力弱的问题，科研兴趣小组将进一步深入参与导师的科研活动，通过制订明确的学习计划,学会合理安排时间和任务优先级。导师可以教授学生时间管理技巧，如制订每日/每周任务清单、设定学习目标和截止日期，并教导其如何评估任务的重要性和紧急性。导师要鼓励学生培养自律性和责任感，通过设置学习伙伴制度，让学生相互监督和支持,形成良好的学习习惯和自我管理能力。导师为学生提供必要的学习资源和支持，教会学生学习科研技能及各种专业仪器/软件的使用，使其掌握项目研究过程中必备的技能，同时，要求学生定期参加导师科研小组的学术交流活动，了解项目的研究进展和发展方向，争取碰撞出科学火花。通过对大学一年级新生科研兴趣的引导，培养学生的专业能力和科学素养，对于学生独立分析问题、解决问题、交流表达、动手能力及团队合作能力都是一次良好的锻炼机会。目标：科研兴趣小组将学会制订合理的学习计划、管理时间和任务，并通过导师的指导和反馈，培养出自律性和责任感，这将有助于其在科研项目中更好地学习和实践，提高自我管理能力，同时，培养出团队合作和解决问题的能力，以及科学素养。（3）“项目层 环节古针对大学一年级新生创新实践活动有效时间少的问题，科研兴趣小组在导师的指导下，进行一项为期34周的沉浸式研究体验，让学174机第40 卷第7 期计设械生全身心投人研究，全面提升其科研能力。在设计沉浸式研究体验时，要充分考虑到学生时间的限制，确保项目的时间安排合理。导师可以在制订项目计划时，细化任务的分配和时间节点，将研究过程分解为可管理的阶段,并合理预估每个阶段所需的时间，以确保学生有足够的时间进行实践和研究。此环节中，科研兴趣小组在具体研究项目的引导下，自主制订研究内容、实施方案和验证方案，以及研究设想转化方案，是真正考验学生科研能力的核心环节。对于“实战”过程中的困难、失败或者方案设计失误，导师需要密切关注，帮助学生分析失败原因，及时调整研究方案。导师可以帮助学生优化项目的设计和实施方案，以确保在有限的时间内能够达到预期的研究目标。导师可以与学生一起讨论并提供指导，帮助其明确研究的重点和关键步骤，避免不必要的延迟或穴余操作，以提高效率。同时，导师着重“过程量”辅导，提供解决问题的思路,教会学生分析问题的方法，减少对学生试验方案的干预,充分调动学生自身的学习积极性，培养学生对问题的敏感性和解决问题的能力，激发学生的创造力和潜能目标：科研兴趣小组能够按照研究目标和方案，完成相关实物类或报告类作品，例如，产品调研报告、小型传感器/驱动器设计、机械机构的设计或加工、电子电路的设计及开发等，塑造学生的创新意识和科研能力2.2培养模式主要举措（1）以创新基地为阵地构建自主化科研育人平台，打造“实践导师一科研导师”双轨制师资模式为实现“零起点”培养大学一年级学生的综合创新实践能力，结合专业和学科特点，依托学校/学院重点实验室、科研中心和工程中心等，构建跨学科开放式创新实践育人平台，实现一年级学生基础培养与高年级专业创新培养衔接，使本科创新人才培养体系完整化。加强“图书馆式”开放型管理模式，让更多大学一年级学生参与到基础教育阶段综合型创新实践基地中来，实现“广覆盖”。同时，组建具有跨学科背景的高层次科研导师团队和由优秀辅导员组成的实践导师团队，对大学一年级学生进行科研项目指导和综合素质训练，着力培养其创新意识和综合实践能力。（2)以需求为导向，从具体问题出发，激发大学一年级新生探索意识和创新兴趣在“基础层”环节中，针对大一新生的特点，枯燥无味的文献阅读很可能一开始就“吓跑”学生，因此，需要摒弃传统的从看文献开始的科研项目启动途径。该培养模式根据大学一年级新生的认知基础，以一系列的问题、应用和需求为支撑,开展跨学科研究、科普讲座、展览、观摩及交流等系列活动，使学生能够初步了解复合材料、传感器、机器人、可穿戴装备和人工智能等新兴前沿领域，并培养其对未来科研创新的兴趣。同时，实践导师通过第二课堂活动，针对大一新生的优点和特长，给予定制化辅导，培养大一新生的交际能力、语言表达能力和管理能力，实现其从高中到大学的学习模式转变（3）科研导师引路实验室，鼓励学生探索实践，体验科研的乐趣在“提高层”环节中,大一新生进人科研导师的实验室，系统学习专业学科的研究方法、技能训练及各种专业仪器/软件的操作。实验室不仅仅局限于导师的科研场所，也可以是具有科研和探索氛围的课题组,亦或是具有协作和讨论风气的科研小组。大一新生通过科研“实战”，熟悉和掌握基础试验工具的使用，体会科研的乐趣，积累科研经验，培养探索精神，为后续的学习与研究奠定基础（4)以科技前沿项目为载体培养新生创新能力，以学习型社团为组织模式引导学生自主学习目前，大学一年级阶段的教学内容主要以理论知识为主，涉及实践动手能力及自学能力培养的内容较少，难以激发学生的好奇心与求知欲,更无法调动学生的创新活力。在“项目层”环节中,学生以35 人为一组，利用课余时间在实验室、宿舍和教室进行协作和自主学习，真正参与到项目中，开展沉浸式研究体验，完成一次科技前沿项目的研究实践，有效提升学生科研能力和科学素质，培养学生的工程探索和创新能力。项目设计既要具有科研趣味又需要融合前沿技术，难度适中，不超过大学一年级新生的知识范围和理解范畴，以确保项目顺利完成5）重构实践创新考核模式与成绩评价标准实施大学一年级新生实践创新能力的培养，不能1752023年7 月曾志，等兴趣驱动的大学一年级新生创新实践能力培养模式研究简单以获得良好试验结果或科研成果为唯一标准，应着眼于学生在整个科研实践过程中的管理，如初期试验方案的制订和改进、中期试验操作和测试、后期问题分析和总结等，以及在整个实施过程中的表达能力、合作能力及动手能力的提升效果等。采取分段式考核机制，如图2 所示。基于兴趣驱动型的一年级新生创新实践能力培养第1 阶段（“基础层”和“提高层”环节）考查综合素质退出机制主动学习能力找出有兴趣做科研的学生第2 阶段（“项目层”环节）主观能动性考查评价机制找出能坚持做科研的学生科研能力图2大学一年级新生创新实践能力培养考查机制第1 阶段对应“基础层”和“提高层”环节，学生通过调查研究、科研培训、实际操作和进展汇报等形式进人科研训练项目，导师组通过评价表评估学生在这两个环节的整体表现情况。评价表主要包括时间节点、具体任务和完成情况等信息，重点评估大一新生的主动学习态度和能力。第2 阶段对应“项目层”环节，学生通过前期工作积累，在导师组的指导下，做到“以我为主”，开展分析论证、制订方案、设计或试验和分析总结等方面的独立能力训练，最后提交报告或作品。导师团队组成评审委员会，学生分组采用PPT讲解的方式阐明提交的报告和作品，评审委员会所有老师打分，取平均分为该组的结果评价得分，对表现较好的小组或个人颁发证书。通过加强对学生学习主动性、科研能力、表达能力、合作能力及动手能力等的全方位测评，不断促进学生重视平时学习，提升科研自信2.3培养模式成效(1)组队选题学校层面委托各学院组建以高层次人才为导师的指导团队，面向全校一年级新生开展选拔工作。学生以组为单位，每组3 5 人，1 名队长。指导团队老师介绍工科领域的前沿科研项目及研究背景，通过现场问答方式在充分考查了学生的学科基础和对项目的兴趣之后，确定进入一年级新生课外创新实践培养计划的科研兴趣小组。(2)前期准备在科研项目筹备阶段，通过参观实验室，导师开展科普讲座，协助研究生完成试验等方式，让科研兴趣小组逐渐了解试验、科研,培养学生的科研思维，激发其对科研的兴趣。然后,通过指导老师的安排，学生利用课余时间初步体验项目学习、研究和管理的过程。积极参与研究生的科研活动，从中学习科研技能及各种专业仪器/软件的使用，掌握项目研究过程中必备的技能，同时，定期参加导师科研小组的学术交流活动，了解项目的研究进展和发展方向（3）方案制订和试验阶段在科研兴趣小组充分了解科研项目的前提下，各个小组着手制订具体的研究方案。由于大学一年级学生缺乏必要的科研经验，很多想法难以给出合理的、切合实际的研究方案。因此，导师团队的介人和参与至关重要，对学生的研究方案进行充分评估、鼓励和肯定，然后通过言传身教，讲清楚研究方案的目标和可行性，引导学生自主分析方案的不足,进一步改进方案。大学一年级学生课余时间呈现碎片化、零散化特征，科研兴趣小组主要利用暑假时间，开展一项为期34周的沉浸式研究体验。通过科研导师对具体研究方案的指导，进一步验证实施可行性，将预期设想转化为样机或者小作品。在上述过程中学生不仅得到了老师和助教的指导，也实现了小组同学们之间的讨论交流，分工协作。该过程是整个兴趣驱动型培养模式中的重要阶段,突出培养学生的探索精神和科学素养,鼓励学生积极思考，大胆动手，将新想法、新思路落实到实践中(4）效果评价对于科研兴趣小组的综合评价，偏重小组在整个科研实践中的综合能力表现，如分析能力、表达能力、合作能力及动手能力的提升效果和程度等，而不简单依赖于最终获得的科研成果。因此，导师组在答辩中综合考查学生在科研上的主动学习能力和对科研的态度,与此同时，学生也从中分享了项目锻炼的感悟和收获，如图3 所示176机第4 0 卷第7 期计设械(a)兴趣小组选拔(b）兴趣小组参观实验室(c)指导老师与兴趣小组讨论(d)答辩现场与评委老师互动(e)兴趣小组成果作品()兴趣小组沉浸式研究体验图3科研兴趣小组创新实践过程展示在结题答辩中，各课题实践小组围绕研究背景及意义、研究内容、研究方法、研究结论及创新点等进行汇报，展示了科研作品，并逐一回答了导师提出的技术问题。导师组结合各课题小组作出的汇报，就同学们的工作思路、工作成果等核心指标，从工程应用价值、社会经济效益和创新性等方面进行综合点评。3结语将基于兴趣驱动的大学一年级新生创新实践能力培养模式落实到本科培养方案中，进一步补齐4 个年级中逐级递进、逐级挑战的项目式实践课程体系短板，实现面向全体学生创新与实践能力培养的4 年贯通，为学生铺设从“唤起好奇、激发潜能”到“产生内驱力”,再到“使命感学习与创造”的成长路径。该培养模式的探索实践有望破解新工科建设课程体系的痛点，为国内高校人才培养提供有益借鉴，为建设工程教育强国作出贡献参考文献1海霞，廖丽心，王世斌。国外典型高校产学合作教育模式比较分析一一兼论对我国“卓越工程师教育培养计划2.0的启示J高等工程教育研究，2 0 1 9,3 7（5）：8 8-96.2李兴国，王伟伟我国新工科研究的热点追溯与展望基于1 6 家教育类核心期刊文献分析（2 0 1 7 2021)J中国高校科技，2 0 2 2,3 6(1 1)：5 8-6 4.3曾勇，黄艳，向桂君，等从新生项目课开始：新工科建设“成电方案”的设计与实践J高等工程教育研究，2020,38(1):14-19.4黄廷祝，黄艳，向桂君破解工程教育改革“大规模适用性 难题J中国大学教学,2 0 2 2,4 4（9)：4 6-5 1.5彭小敏，徐若，董丽君，等基于核心目标达成的项目式教学在新工科专业课程体系中的运行模式初探J教育现代化,2 0 1 9,6(6 2)：1 3 7-1 3 9.6刘升乔，何雪娜大一新生优良学风建设实践路径构建研究J.教育教学论坛，2 0 2 2，1 4（3 1）：1 5 7-1 6 0.7和倩倩.中外合作办学新生学风建设的特点及路径研究以河海大学河海里尔学院为例J才智，2 0 2 3(9):5-7.8刘育颖，张光映。“三全育人”视域下本科新生学风建设探讨一基于云南省D校的实证考察J当代教研论丛,2 0 2 3,9(1)：1 1 9-1 2 4.9苟小珊，唐琳，刘星月，等新工科背景下的人才培养模式以成都大学为例J科教导刊,2 0 1 9,1 1（1)：17-18.1 0 谌涛，肖亦奇面向智能制造的跨学科创新教育：设计思维引领的新范式J高等工程教育研究，2 0 2 3,4 1（2）：45-50.作者简介：曾志（1 98 2 一），男，教授，博士，研究方向：激光焊接与增材制造。E-mail:zhizeng 杨立军（通信作者）（1 96 6 一），男，教授，博士，研究方向：材料加工（焊接）过程测控。E-mail：y l j a b c t j u.e d u.c n