提升工科生工程创新能力和团队合作精神的师生课外互动人才培养途径

摘要：针对工科大学生普遍存在创新能力不足，综合设计、研究开发能力差，缺乏团队合作精神等显著问题，提出一种师生课外互动教学模式。该模式积极激励学生参加教师及教师团队的科研项目，参加各种学科竞赛，设计创新作品并展示、书写发明专利等，采用基于问题的学习理论，借助各种途径和媒介实施师生课外互动，有效培养了工科生的工程创新能力、实践能力和团队合作精神。

关键词：师生课外互动；工程创新能力；实践能力；团队合作精神

中图分类号：G640 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）38-0213-02

引言：

我国在“十二五”规划中提出了“创新教育方式，突出培养学生科学精神、创造性思维和创新能力”。2015年5月4日，国务院办公厅印发了《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》（〔2015〕36号），全面部署深化高校创新创业教育改革工作。航空工程的先驱者冯・卡门有句名言“科学家研究已有的世界，工程师创造未有的世界”。然而，目前工程师的技术创新能力不足，在企业设备升级改造与生产优化中的影响力降低。这与当前的高校工科教育有关。一方面，工科教育的教学培养计划变得系统化、学科化；另一方面，大多数工科教师逐渐远离工程实践变得学术化[1]。为了提升工程师的创新能力，高校必须深化工科教育创新改革。

一、工程创新能力内涵

在工程师素质模型中，国外比较有影响的有美国工程和技术鉴定委员会颁布的《工程准则2000》的素质模型、澳大利亚工程师协会的双层素质模型[2]。《工程准则2000》确定了当前企业工程技术人员应当具备的11个素质要求，波音公司对工程师的素质提出十条要求。创新型的工程技术人员是在企业生产实践中进行创新性研究和开发，对企业的生产过程优化和利润的提升起到关键作用的创新性人才。现代的工程技术往往是多学科交叉与融合，需要多个具体技术领域的工程技术人员相互协作，沟通交流，主动学习，实现知识更新和拓展，完成科技攻关。对于一个具有工程创新能力的工程技术人员而言，乔兵提出须具有七个方面的能力[3]。汪晶晶在对S汽车企业598名工程技术人员进行问卷调查，分析了影响工程创新能力的个人素养、企业文化与环境[2]。笔者认为工程技术人员具备工程创新能力必须包括：（1）对从事工程技术领域的热爱和兴趣；（2）具有扎实的专业基础知识；（3）具有项目经验、熟悉项目整体流程；（4）主动学习能力；（5）团队合作能力。只有具备这五种能力，才能对企业的复杂工程问题发现、分析和高效解决。

然而，工科大学生普遍存在专业知识的应用和创新能力不足，综合设计、研究开发能力差，缺乏团队合作精神等显著问题。因此，这对高校的工科教育提出了新的要求，需要改进教学培养计划，更新教学方法和教学资源等，以适应企业对工程创新人才的需求。周东一等人提出利用校企合作培养学生工程创新能力[4]，许宜申等人以苏州大学光电测专业为例，提出大学生工程创新能力培养措施[5]。为了培养本科学生的工程创新能力，在教学过程中要善于引导学生思考问题、分析问题、发现问题、主动学习、解决问题。一是要实现以教为主向以学为主转变，使学生成为学习的主人。二是以课堂教学为主向课内外结合转变，使学生充分利用课外时间锻炼自己。三是以结果评价为主向结果与过程并重转变，使学生的综合能力得到客观评价。

在此背景下，自2010年以来，笔者在本科教学工作中摸索出一套行之有效的师生课外互动教学模式，并进行实践应用。该模式积极激励学生参加教师及教师团队的科研项目，参加各种学科竞赛，设计创新作品并展示、书写发明专利等，利用PBL（基于问题的学习，Problem Based Learning）理论，借助各种途径和媒介实施师生课外互动，有效培养了工科生的工程创新能力、实践能力和团队合作精神。

二、基于PBL理论的课外师生互动特点

PBL理论是20世纪60年代由加拿大麦克马斯特大学首创的，成为国际医学教育改革的热点和趋势。PBL是建立在建构主义学习理论之上的[3]，具有如下特色：以问题为基础、以学生为中心、以小组为单位的自我导向式学习。强调学生在知识构建过程中的主体地位，重视自主学习、终身学习、潜能挖掘、创新精神、实践应用等能力的培养。基于PBL理论的课外师生互动应具有如下特点：

1.是基于问题的课外互动教学。问题是积极思考的结果，也是深入探究的动因，更是调动学生学习动机和思维主动性的最好刺激物。问题要难易适中，可望可及。问题可以来自日常生活，也可以来自某个工程领域，可以来自教师正在从事的研究课题。问题可以由教师提出，也可以由学生提出。

2.是教师主导和学生主体的实现过程。教师的主导性表现在：教师是问题的设计者、学习形式的组织者、学习的指导者和学习效果评估者。学生的主体性表现在：主动地把教师的教学意图变成自己的学习意图和行动要求，不断深度内化知识。PBL评估结果来自教师对学生、学生对学生、学生自评。评价形式采用作品展示考核、报告考核、答辩考核等。

3.是团队协作学习。PBL采用小组的形式将问题进行分解和分配，每个学生都成了特定子问题的“专家”。小组分配要根据学生的性别、成就、智力、性格、理论理解能力和实践动手能力等进行灵活搭配。组内成员的分工要清楚。PBL小组培养了教师与学生、小组内部成员的小组间的合作精神。

4.是不拘一格形式的教学。针对不同的问题内容、不同的学生或小组，采用不同的课外互动教学方法，如讨论式、学导式、案例式、启发式、项目驱动式、探究式及其多种方法融合等。

三、师生课外互动的教学实施途径

课外互动取消了时间及空间的约束，可以在教室里，可以在网上，可以是全部学生，可以是少数学生。

1.积极鼓励学生参与教师的科研项目。自从2010年以来，借助团队和省级工程中心“辽宁省光伏发电控制与集成工程技术研究中心”，积极鼓励学生（包括申请者的授课对象、导师制的学生）参与团队的科研项目。笔者负责的科研团队积极设计问题。如：如何实现光伏电池板的自动清洁及除雪功能？如何实现光伏电池板像向日葵一样总是跟着太阳走？如何解决大型光伏电站的电池板故障检测？为了激励学生完成问题的分析与解决，对每一个问题，至少安排三组同学来分别完成，达到竞争和知识面的有效拓展效果。在团队成员和研究生的引导和指导下，制作完成的光伏电池板的智能清洁装置、光伏发电系统的智能跟踪装置等分别入选国家大学生创新创业项目。

2.引导学生完成课程创新实践作品的设计与展示。以课程《风力发电技术》为例，PBL课外互动教学模式简介如下：

教学目标：培养学生风能资源利用与评估能力、风电场选址建设能力、风力发电机组选型与设计能力、风电场安全运行与维护能力等，具有创新设计高效风力发电设备能力，具有标准化意识、工程意识、团队合作精神等。

定位：风力发电技术课程涉及多学科知识，采用学科内PBL教学模式和跨学科并行的PBL模式实现课外师生互动。笔者负责的科研团队是由不同学科专业背景的教师组成，角色转变为教学团队，分担课程的不同模块，主导师生课外互动。

教学方法：借鉴了小组讨论、案例教学、项目驱动式等教学方法的理念，有效推行PBL模式的师生课外互动教学。设计的问题综合性强、真实感强、易于激发学习兴趣和动力。

学生学习成果及评价：学生以小组方式提供创新实践作品，并进行答辩。教师引导学生设计创新实践作品教学过程如下：

如以问题“如何提高风力发电场的发电效率？”为任务，启发了同学们思路，如从提高风能捕获角度，设计多层风力叶片、利用树叶原理设计风力发电树等；从风光互补发电、减小弃风现象、设计小型风力发电机组和移动电源等角度给予同学启发。并同时教授学生如何查找资料，如在渤海大学主页图书馆中查找论文、专利等，如何书写专利等。经过四周时间准备，进行创新设计作品答辩阶段。答辩内容按照背景、基本思路、关键技术、推广价值等准备。特别强调的是，在这个教学流程中强调做人，强调创新作品不要抄袭，要遵守学术道德，举例说明知名人士因为抄袭而身败名裂的事件。在创新作品答辩过程中，由教师和每组选派的代表组成评委团，其他学生旁听但可以在答辩过程中对作品提问或质疑。提问质量高的可以奖励加分，提问者可以与答辩者同台进行辩论。同学们表现非常积极，准备相当充分。每名学生答辩时，其他学生积极提问，有的竟然问出10多个问题，有的竟要站在讲台上与答辩者共同探讨。另外，对优秀的创新实践作品，指导改进，并申请发明专利或以论文形式发表。

3.鼓励学生参加各种学科竞赛。积极组织学生参与学科竞赛，如全国大学生电子设计大赛、飞思卡尔杯智能车比赛、挑战杯、全国大学生创新创业训练项目等。

参考文献：

[1]陆小华.工程创新能力的认识和培养方法[J].高等工程教育研究，2008，（Z1）：14-18.

[2]汪晶晶.工程技术人员创新能力开发研究――以S汽车集团为例[D].华东师范大学硕士学位论文，2009.

[3]乔兵，王志瑾.基于问题的学习与工科大学生工程创新能力培养[J].南京航空航天大学学报：社会科学版，2012，14（2）：88-93.

[4]周东一，石楚平，袁文华.校企合作培养能源与动力工程专业人才工程创新能力的研究与实践[J].高教学刊，2016，（2）：175-177.

[5]许宜申，吴迪，陈大庆，顾济华，陶智，高雷.大学生工程创新能力培养探索与实践――以苏州大学光电测专业为例[J].当代教育理论与实践，2015，7（11）：44-46.