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大學生創新能力培養的教學體系構建與實踐


 ———以過程裝備與控制工程專業為例
大學生創新能力培養一直是高等教育的重要任務,長期以來受到眾多教育專家的關注,也取得了豐碩的研究成果。2015年,李克強總理在政府工作報告中提出“大眾創業,萬眾創新”,不斷激發民族的創業精神和創新熱情。同年5月,國務院辦公廳發布的《關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》指出,要對高等學校的教育改革進行創新并對人才培養質量標準進行完善,對人才培養機制進行創新,健全創新創業教育課程體系,根據創新創業教育目標對專業課程設置進行調整,推動創新創業教育必修課的開設,加強教師創新創業教育教學能力建設。2018年9月,教育部《關于加快建設高水平本科教育全面提高人才培養能力的意見》再次用較大篇幅闡述了“深化創新創業教育改革”和“提升學生綜合素質”的重要性,并提出要“構建全方位全過程深融合的協同育人新機制”。
中國礦業大學過程裝備與控制工程專業(以下簡稱“過控專業”)堅持深入開展教學改革,將學生創新能力培養作為重要目標納入本科教學體系的設計和構建,取得了較好的效果。
一、以專業內涵為基礎構建大學生創新能力培養的課程體系
大學生的重要任務是學習專業文化知識和養成專業素養,離開這一本質的任何創新都是舍本逐末。創新能力的培養需要以專業教育教學為載體,這樣才能激發創新教育的旺盛生命力。如果只進行單一的專業知識教育,不開展創新的方法教育,大學生的創新興趣很難在專業的土壤中生根發芽。教師如果引導不好,還容易引發學生對創新的畏難情緒,澆滅了創新的火花。我校過控專業著力構建以專業內涵教育為主的大學生創新能力培養課程體系,完善專業課程結構,優化專業人才創新培養機制,開展全面覆蓋的普適方法教育,基本形成了創新能力培養課程體系的框架。
具體而言,過控專業構建了“以通識知識教育為課程平臺,專業知識教育為課程導向,綜合開拓能力教育為培養目標”的“三位一體”專業課程體系,如表1所示。通識知識教育預期培養學生寬厚的人文、社會和專業基礎能力,通過數學、物理、政治、經濟等一系列通識課程培養學生的數學和自然科學運用能力,通過工程力學、化學、材料、工程原理等系列專業基礎課程培養學生工程科學基礎知識能力,通過化工技術經濟、化工安全技術等課程培養學生對經濟、安全、環境等的分析能力,通過計算機基礎、微機原理等課程培養學生的計算機應用能力。專業知識教育預期培養學生扎實的專業核心能力;通過工程項目管理、過程節能技術等課程培養學生專業領域內的工程與項目管理能力;通過流體機械、機械設計基礎等機械方向課程培養學生機械設備制造設計應用能力,使其逐步形成具有機械設計內涵的專業能力;通過過程裝備控制技術、PLC等控制方向課程培養學生過程控制、硬件技術運用能力,使其逐步形成具有過程控制內涵的專業能力。綜合拓展能力教育預期培養學生的科研創新能力和解決復雜工程問題的能力,通過過程創新體驗、創新創業教育與實踐等課程培養學生的科研創新和實踐能力。其中創新創業教育與實踐課程旨在使學生掌握創新的方法、途徑與手段,豐富了創新教育中方法論的教學環節。密封技術、成套技術和設備管理工程等具有流程性和綜合性的課程用以加深學生對流程工業的理解,培養學生解決復雜工程問題的決策和執行能力。
我們通過合理設計課程體系,將大學生創新教學嵌入專業知識教授過程,以專業知識的教授為創新教學提供支撐,以專業方向的創新教育激發專業知識的教授活力,最終實現創新思維來源于專業領域、創新成果服務于專業領域,實現創新從專業中來、到專業中去。這是我校過控專業在近5年接受工程教育認證和認證通過后的持續改進過程中探索出的有益經驗。

表1 過控專業創新能力培養課程體系架構及支撐課程
二、強化大學生創新能力培養的實踐體系建設
實踐是催生創新的重要土壤。實踐教學有助于提升大學生應用課程知識的能力,在鍛煉學生工程實踐能力、培養學生創新能力、推動產學研合作等方面發揮著重要作用,是高校人才培養體系的重要組成部分。本專業結合工程教育認證的要求,以專業方向的內涵培養為目標,形成了面向煤炭加工和轉化過程的多方向、多層次實踐教學體系。該體系以煤加工和轉化中的過程工藝、裝備與控制為核心,整合了過程裝備與控制工程、礦物加工工程、化學工程等相關學科的實踐教學資源,培養面向煤炭加工和轉化領域的工程技術人才。
(一)構建具有專業特色的校內實踐能力培養體系
本專業根據培養目標不同,建立了三級創新能力培養平臺。一級是以專業實驗室為基礎的專業基本能力訓練平臺,擔負著專業課程實驗、規律驗證實驗等與課程緊密結合的實驗任務。二級是以“礦物加工工程”國家重點學科和“煤炭潔凈加工與高效轉化國家實驗教學示范中心”為支撐的專業能力提升訓練平臺,承擔著過程工程系統性實踐訓練任務,兼具校內實踐實訓的功能,能幫助學生從宏觀上認識專業。三級是專業教師的科研實驗平臺。專業教師根據學生科研興趣的不同,接納一定數量的學生進入科研實驗室開展最前沿的學術探索,逐步鍛煉其科研創新能力。三級平臺最終形成了專業基礎實驗、能力提升平臺和個人創新實驗探索訓練相結合的校內實踐能力培養體系。
一級平臺屬于課程領域的必修平臺,學生需要完成課程大綱規定的所有實驗實踐任務,鍛煉相應的能力,獲得相應學分。二級平臺根據課程需要,部分開展認識實習、專業實習和生產實習實踐,提升學生綜合能力。三級平臺則是學生在導師指導下開展具有創造性和創新性的實踐過程。學生根據自己的興趣,自主聯系導師開展課外創新實驗。這些實驗往往涉及學科前沿,具有較強的探索性,對學生的創新能力培養具有重要作用。近年來,在一級和二級平臺的支持下,本專業在三級平臺上取得了較好的創新成效。每年約有30%的學生在導師的帶領下開展創新研究、鍛煉創新能力,并形成了一批論文、專利和競賽獎勵創新成果。
(二)構建不同層次的校外實習實踐教學體系
在中國礦業大學提升實習實踐教學的整體部署下,過控專業以工程教育認證標準為指導,不斷完善校外實習實踐教學體系,形成了穩定的實習實踐教學基地、實踐教學指導隊伍和實習實踐運行機制,進一步提升了本專業校外實習實踐教學內涵。
根據大學生專業認知的不斷提高,實習實踐教學中設置了三個主要層次的校外實習活動,分別為大二年級的認識實習(2周)、大三年級的生產實習(4周)和大四年級的畢業實習(4周)。認識實習以行業認知為主要目的,學生通過參觀學習實習實踐基地的工藝過程、制造過程、生產流程、產品營銷與維護等全流程,了解行業背景、領域和主要產品,逐步形成專業觀念,為課程學習和后續實踐打下基礎。生產實習是在認識實習的基礎上開展的。學生通過一年的專業課程學習,已經對專業課程和行業背景有了深入的了解。因此,我們選定1~2家具有行業特色的企業,讓學生進行為期4周的駐地生產實習。學生進入生產車間的各個工位,按照產品的生產過程逐一跟蹤實習,了解其中的設計、制造、加工、檢驗等成套原理,達到深入了解專業內涵的目的。畢業實習在學生完成專業課程之后與進行畢業設計之前的時間段進行。根據畢業設計選題的不同,學生分組到對應企業或機構完成為期4周的實習。畢業實習內容與學生畢業設計相關聯,強調學生對具體對象的深入了解,引導學生提出和解決實際問題,并適當融入畢業設計。
在學校與學院的統一部署下,過控專業與實習基地建立了穩定的合作關系,近年來與10余家企業簽署了校外實踐教學基地建設協議。其中,河南煤化集團已經獲批建設國家工程實踐教育中心。實踐基地的建設穩定了實習關系,提升了實習規范性。在此基礎上,我們逐年提升實習基地品質,豐富實習實踐內容,為實踐創新提供了良好的平臺。
此外,過控專業還成立了以專業教師和實習基地技術骨干為主要力量的校外實習實踐教師指導隊伍,通過產學研合作、企業掛職、產品研發等方式,提升專任教師的企業實踐能力和指導實習實踐的水平。目前,本專業教師全部參與科研實踐,近年來獲得產學研合作項目10余項;近一半教師進入企業掛職鍛煉,其中4人入選江蘇省企業創新崗特聘專家(科技副總);多個團隊開發了自己的產品,并在市場上得到了很好的推廣應用。
以上實踐平臺為大學生創新實踐提供了有利條件。在近幾年的大學生創新項目和創新競賽題目中,本專業有近50%的課題直接或間接來源于實習實踐或教師產學研合作課題,實習實踐教學體系提供了與工業現場對接的良好條件,促進了學生創新能力的培養和創新成果的產出。
三、構建以項目與競賽為基礎的創新能力培養機制
在實踐創新平臺基礎上,過控專業直接對標大學生創新實踐教育理念,以各級各類大學生創新訓練計劃為孵化主體,以“過程跟蹤—階段遴選—重點支持”為培育過程,以全國過程裝備實踐創新大賽為目標載體,有效提升了大學生的創新能力,建立了適合本專業的創新能力培養機制。
本專業積極組織大學生申報各級各類大學生創新訓練計劃項目,以此為依托,有目標、有重點地引導學生開展創新活動。近年來,本專業學生獲批各級創新訓練計劃40余項,其中國家級項目4項、省級項目10項,參與人數達200余人。在實踐創新平臺的支持和專業教師的指導下,大學生創新項目獲得了多項成果,包括第十屆全國大學生創新創業年會“最佳創意項目”獎1項、江蘇省大學生創新創業優秀成果交流展會“最具潛力創意獎”2項。
本專業承辦了全國過程裝備實踐與創新大賽我校項目的選拔、培育和組織工作,以各級各類大學生創新項目為孵化主體,對項目執行的不同階段進行跟蹤指導,并通過校內競爭的方式遴選項目,對遴選出的優質項目進行重點支持和培育。以賽促建、以賽促創有力推動了大學生創新活動的開展,提高了大學生參與創新活動的積極性。近三年,本專業學生獲得國家級學科競賽項目獎勵22項,包括“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽二等獎1項,“挑戰杯”江蘇省選拔賽一等獎1項,全國過程裝備實踐創新大賽特等獎3項、一等獎5項、二等獎4項、三等獎8項。
大學生正處于知識獲取上升期和創新火花的迸發期,需要在有效方法的引導下進入科研創新的軌道。但是,大學生對實踐創新的認識不具體、不深刻,容易在暫時的困難面前退縮,指導教師需要把握好尺度,根據不同年級和學生特長安排合適的任務,引導學生逐步熟悉實踐創新。經過幾年的探索,我們逐步總結出了適合本專業特點的創新實踐經驗,即“低年級強化基礎訓練,高年級著力提高能力,畢業生完成綜合訓練”。具體而言,我們從低年級開始開展創新實驗的認知,結合學生的興趣愛好,引導學生去完成一個難度適中的具體任務,根據學生完成情況適當增加任務量和難度,夯實基礎,使學生逐步形成系統的創新工作積累;高年級時,我們以完成研究論文、專利和學科競賽等為載體,對前期工作進行總結提高,形成具有一定檢驗性的創新成果,提升學生創新能力;到完成畢業論文時,學生可以選擇研究項目作為畢業論文課題,繼續深入挖掘與提高,完成具有整體創新性的綜合訓練任務。在這個過程中,教師以具體任務為抓手,引導學生開展研究,設定任務實施從易到難,注意保護學生創新的積極性和持續性,以最后目標的達成來提升學生的自我價值感和成就感。低、中、高年級學生按梯隊配置,導師分別指導。研究方向不變,研究人員持續更替,研究手段和思維、研究內容和理念將在導師和學生之間、高年級和低年級學生之間潛移默化地傳遞,這就形成了較好的創新路徑傳承。
四、構建以成果培育產出為目標的創新過程反饋機制
大學生創新能力培養過程中不僅要讓學生感受創新實踐的過程,也可以要求學生有相應的成果產出,如發表科技論文、申請專利、參加學科競賽等。學生在將創新過程中獲得的數據凝練成相應成果的過程中,可以提高利用科學理論解釋實際現象的能力。這是對實踐效果的一種反饋和總結,對提高學生的實踐創新能力大有裨益。
目前,國內對創新過程的反饋和考核方式較多,如對項目的中期檢查和結題考核、開展結題匯報等。這些方式多流于形式上的考查,重點在于檢查是否完成項目申報時的指標,并沒有達到提升學生研究積極性的目的,不是積極主動的考核反饋機制。
本專業以“項目培育與競賽選拔機制”為基礎,通過孵化、選拔和重點培養的過程,階段性地間接考查項目的進展情況和成果積累情況,對選拔出來的優質項目進行重點培育,進一步提升團隊的創新積極性和成果產出,并通過競賽準備和參賽的各個環節,讓學生真實感受創新過程,從專業知識、實踐能力、問題提煉、交流表達等多方面培養學生能力。對取得實質性成果的團隊,我們會給予一定獎勵,如核定創新學分及在評優評獎、保送研究生等方面進行政策傾斜。這樣就形成了以成果培育產出為目標的過程反饋機制,實現了大學生創新能力培養工作的持續發展。
近年來,本專業在學生創新能力培養方面取得了顯著成效,大學生高級別創新成果持續產出。學生獲中國大學生機械工程創新創意大賽最佳創新創意獎1項(全國過程裝備實踐與創新大賽僅推薦1項),江蘇省本專科優秀畢業設計(論文)一等獎1篇,江蘇省本專科優秀畢業設計(團隊)1篇;4人通過創新競賽,以特別優秀生的身份免試直升研究生,20余人憑借競賽、論文、專利等創新成果被保送浙江大學等校讀研。教改有效提升了學生參與實踐創新的積極性,對營造研究型學習氛圍起到了積極的帶動作用。
五、結論
大學生創新能力培養是高等教育的重要任務。在“大眾創業,萬眾創新”的新形勢下,中國礦業大學過控專業深入開展教學改革,將學生創新能力培養作為重要目標,構建了以專業內涵為基礎的大學生創新能力培養課程體系,通過校內實踐能力培養平臺和校外實習實踐教學體系的建設,強化大學生創新能力培養的實踐體系建設,構建了以項目和競賽為基礎的創新能力孵化、培育和提升的過程機制,并以成果培育產出為目標構建了創新過程的反饋機制。實踐表明,教改在創新人才培養、創新成果產出和創新體系構建等方面取得了顯著成效。

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