伍馮潔 黃文愷

摘要：針對(duì)目前實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)狀，提出了一種基于多個(gè)學(xué)科融合的跨學(xué)科創(chuàng)新工程實(shí)踐教學(xué)新方法，以跨學(xué)科工程項(xiàng)目為主線貫穿實(shí)踐教學(xué)的整個(gè)過(guò)程，同時(shí)引入3D打印與電子積木技術(shù)，從而打通了實(shí)踐教學(xué)的各環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)的有機(jī)融合及系統(tǒng)化，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：跨學(xué)科；創(chuàng)新工程；教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）40-0106-02

本文將打破常規(guī)教學(xué)的方式方法，提出實(shí)行靈活的培養(yǎng)機(jī)制對(duì)學(xué)生進(jìn)行跨學(xué)科的創(chuàng)新教育，包括對(duì)教學(xué)模式、實(shí)現(xiàn)方式、實(shí)訓(xùn)體系、運(yùn)行機(jī)制、可持續(xù)發(fā)展機(jī)制的研究，同時(shí)引入3D打印與電子積木技術(shù)，快速物化學(xué)生的設(shè)計(jì)思想，同時(shí)激發(fā)了他們的想象力和創(chuàng)造力，從而有助于打通跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，促進(jìn)跨學(xué)科創(chuàng)新工程實(shí)踐教學(xué)的改革和進(jìn)一步深化。

一、主要方法

本文擬從教學(xué)模式、實(shí)現(xiàn)方式、實(shí)訓(xùn)體系、運(yùn)行機(jī)制及可持續(xù)發(fā)展機(jī)制等方面對(duì)跨學(xué)科創(chuàng)新工程實(shí)踐教學(xué)展開(kāi)研究。如下圖：

（一）跨學(xué)科創(chuàng)新工程實(shí)踐教學(xué)模式研究

據(jù)了解，目前的創(chuàng)新工程實(shí)踐方式一般存在嚴(yán)格按學(xué)科劃分、創(chuàng)新課題缺乏、普及面低等不足，為解決存在的問(wèn)題，本文擬以創(chuàng)意、創(chuàng)新或現(xiàn)實(shí)工程產(chǎn)品設(shè)計(jì)為導(dǎo)向，包括主題式項(xiàng)目、教師命題、學(xué)生自選課題、創(chuàng)意與創(chuàng)新課題改進(jìn)等，運(yùn)用項(xiàng)目式教學(xué)法，將來(lái)自不同學(xué)院、不同專(zhuān)業(yè)的學(xué)生組合成項(xiàng)目組，充分發(fā)揮其專(zhuān)業(yè)優(yōu)勢(shì)，采用模塊化設(shè)計(jì)方式，以產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)出各種形式的創(chuàng)新創(chuàng)意性作品，加強(qiáng)創(chuàng)新工程項(xiàng)目開(kāi)展過(guò)程中的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)，掌握主流開(kāi)發(fā)方式，加強(qiáng)行業(yè)對(duì)接，讓學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)踐中培養(yǎng)解決各種工程問(wèn)題的綜合能力。

（二）基于3D打印技術(shù)開(kāi)展創(chuàng)新工程實(shí)踐教學(xué)的實(shí)現(xiàn)方式研究

從創(chuàng)新教育的現(xiàn)狀看，存在有好創(chuàng)意，但驗(yàn)證及實(shí)踐起來(lái)困難的問(wèn)題。為了解決這一問(wèn)題，本文提出了在跨學(xué)科創(chuàng)新工程實(shí)踐教學(xué)中引進(jìn)電子積木與3D打印技術(shù)，通過(guò)兩者的有機(jī)結(jié)合，降低了項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)難度，達(dá)到了“做中學(xué)習(xí)，做中創(chuàng)新”的教學(xué)效果。

3D打印作為一種新型的快速成型技術(shù)，能自動(dòng)、快速地將設(shè)計(jì)思想物化為具有一定結(jié)構(gòu)和功能的原型或直接制造零部件，可縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期與降低生產(chǎn)成本，同時(shí)激發(fā)了人們的想象力，實(shí)現(xiàn)所見(jiàn)即所得。電子積木技術(shù)憑借其成本低、簡(jiǎn)單易用、開(kāi)放性和擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，在機(jī)器人等先進(jìn)領(lǐng)域取得了廣泛地應(yīng)用，并且我單位已成功研制出基于AVR單片機(jī)的多功能電子積木模塊。在深入了解現(xiàn)有技術(shù)及3D打印技術(shù)特性的基礎(chǔ)上，我們將在創(chuàng)新工程項(xiàng)目控制器設(shè)計(jì)階段主要采用電子積木技術(shù)，而在項(xiàng)目的機(jī)械架構(gòu)設(shè)計(jì)、任務(wù)導(dǎo)向設(shè)計(jì)、外觀設(shè)計(jì)、道具設(shè)計(jì)等階段則采用3D打印技術(shù)。

（三）跨學(xué)科創(chuàng)新工程實(shí)訓(xùn)體系的建立

考慮到跨學(xué)科創(chuàng)新工程實(shí)踐教學(xué)改革是以創(chuàng)意型工程產(chǎn)品設(shè)計(jì)作為實(shí)踐教學(xué)的載體，那么，隨著項(xiàng)目的推進(jìn)與日趨完善，項(xiàng)目的類(lèi)型、數(shù)量，以及參與各個(gè)項(xiàng)目的學(xué)生人數(shù)將急速上升，對(duì)所有的跨學(xué)科創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目進(jìn)行統(tǒng)一管理，建立一個(gè)完備的項(xiàng)目體系具有重要的意義。

本文擬從課程建設(shè)、配套教材編寫(xiě)、跟蹤機(jī)制建立這三個(gè)方面來(lái)建立一套跨學(xué)科的創(chuàng)新工程實(shí)訓(xùn)體系：（1）整理與歸類(lèi)跨學(xué)科創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)所有作品相關(guān)的資料，并編寫(xiě)作品說(shuō)明書(shū)、宣傳冊(cè)、實(shí)驗(yàn)教材、指導(dǎo)書(shū)、教案等，以構(gòu)建完備的課程體系；（2）編寫(xiě)專(zhuān)門(mén)的配套教材，該類(lèi)教材資源非常豐富，并且同時(shí)適用于科普與工程實(shí)踐活動(dòng)；（3）建立所有跨學(xué)科創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的跟蹤機(jī)制，及時(shí)了解各個(gè)項(xiàng)目的實(shí)踐情況，并記錄存在的問(wèn)題與建議，從而為本項(xiàng)目的發(fā)展與整改提供重要的參考意見(jiàn)。

（四）以服務(wù)學(xué)生為目標(biāo)的運(yùn)行機(jī)制研究

跨學(xué)科創(chuàng)新工程實(shí)踐教學(xué)將面向多個(gè)學(xué)院不同專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，如何有效開(kāi)展及管理一系列的創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，既能激發(fā)不同專(zhuān)業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又能發(fā)揮各自專(zhuān)業(yè)優(yōu)勢(shì)呢？本文擬建立一套以服務(wù)學(xué)生為目標(biāo)的運(yùn)行機(jī)制，一方面為對(duì)創(chuàng)新工程實(shí)踐教學(xué)感興趣的校內(nèi)學(xué)生提供為期兩周的創(chuàng)新實(shí)習(xí)訓(xùn)練，并跟蹤記錄他們的實(shí)習(xí)表現(xiàn)；另一方面擬從該創(chuàng)新實(shí)習(xí)中選拔出優(yōu)秀的學(xué)生進(jìn)行集中培養(yǎng)，為各學(xué)科競(jìng)賽，從事本科生科研項(xiàng)目活動(dòng)或協(xié)助教師完成科研項(xiàng)目做儲(chǔ)備。

（五）跨學(xué)科創(chuàng)新工程實(shí)踐教學(xué)的可持續(xù)發(fā)展機(jī)制研究

隨著創(chuàng)新工程項(xiàng)目往深度、廣度方面的發(fā)展，如何保持創(chuàng)新工程實(shí)踐教學(xué)的延續(xù)性、發(fā)展性，值得我們深入研究。

本文擬從以下幾方面來(lái)促進(jìn)創(chuàng)新工程實(shí)踐教學(xué)的可持續(xù)發(fā)展：（1）每個(gè)項(xiàng)目組采取新老學(xué)員搭配的方式，通過(guò)高年級(jí)帶低年級(jí)開(kāi)展項(xiàng)目，一直延續(xù)下去，杜絕了項(xiàng)目組成員間的斷層現(xiàn)象；（2）建立一套跨學(xué)科的創(chuàng)新工程實(shí)訓(xùn)體系，包括完備的課程體系、配套教材、跟蹤機(jī)制等，使跨學(xué)科創(chuàng)新工程實(shí)踐教學(xué)更規(guī)范化、正規(guī)化；（3）參照企業(yè)工程技術(shù)人員培養(yǎng)規(guī)范，加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生開(kāi)展創(chuàng)新工程項(xiàng)目的能力，特別注重工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)報(bào)告的撰寫(xiě)等，以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的可持續(xù)性。

二、方法特色及創(chuàng)新之處

1.培養(yǎng)模式創(chuàng)新。以跨學(xué)科創(chuàng)新工程實(shí)踐項(xiàng)目為培養(yǎng)主線，以工程項(xiàng)目促進(jìn)教學(xué)效果，逐漸將工程教育的實(shí)踐環(huán)節(jié)由“科學(xué)主導(dǎo)工程”的人才培養(yǎng)方式轉(zhuǎn)變?yōu)椤肮こ探逃貧w工程”的培養(yǎng)方式，以提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，進(jìn)一步適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。

2.教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新。以創(chuàng)意、創(chuàng)新或現(xiàn)實(shí)工程產(chǎn)品設(shè)計(jì)作為教學(xué)實(shí)訓(xùn)對(duì)象，學(xué)生可長(zhǎng)足發(fā)揮自身的創(chuàng)造能力，以產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)出各種形式的創(chuàng)新創(chuàng)意性作品，加強(qiáng)創(chuàng)新工程項(xiàng)目開(kāi)展過(guò)程中的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)，掌握主流開(kāi)發(fā)方式，加強(qiáng)行業(yè)對(duì)接，讓學(xué)生得到鍛煉的機(jī)會(huì)。

3.開(kāi)展形式創(chuàng)新。通過(guò)建立以服務(wù)學(xué)生為目標(biāo)的實(shí)訓(xùn)體系及運(yùn)行機(jī)制，運(yùn)用項(xiàng)目式教學(xué)法，將多個(gè)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生整合成項(xiàng)目組，每個(gè)項(xiàng)目組由一名指導(dǎo)教師跟蹤培養(yǎng)，并設(shè)立一個(gè)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，以負(fù)責(zé)整個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施與進(jìn)度。各項(xiàng)目組成員充分發(fā)揮專(zhuān)業(yè)優(yōu)勢(shì)，從而有效完成作品創(chuàng)意、開(kāi)發(fā)、包裝與推廣等一系列工作。

4.技術(shù)手段創(chuàng)新。在跨學(xué)科創(chuàng)新工程實(shí)踐教學(xué)中引入先進(jìn)的3D打印技術(shù)，能快速物化學(xué)生的設(shè)計(jì)思想，利用3D打印技術(shù)可以設(shè)計(jì)及制作多種零部件、連接件、外觀及道具等，同時(shí)激發(fā)了他們的想象力和創(chuàng)造力，在技術(shù)方面取得了創(chuàng)新。

三、方法取得的效益分析

基于3D打印技術(shù)的跨學(xué)科創(chuàng)新工程實(shí)踐教學(xué)改革，課賽結(jié)合，涵蓋電子信息、通信工程、機(jī)械、電氣、計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)、土木、交通、美術(shù)、工業(yè)設(shè)計(jì)等多個(gè)專(zhuān)業(yè)，將不同專(zhuān)業(yè)的學(xué)生進(jìn)行有機(jī)整合，以工程項(xiàng)目開(kāi)發(fā)為主線，充分發(fā)揮專(zhuān)業(yè)優(yōu)勢(shì)，可有效推進(jìn)工程系統(tǒng)和應(yīng)用創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

本文的預(yù)期成果在電類(lèi)、非電類(lèi)的跨專(zhuān)業(yè)創(chuàng)新工程實(shí)踐教育教學(xué)中均有積極的應(yīng)用價(jià)值，一方面，通過(guò)跨學(xué)科創(chuàng)新工程實(shí)踐環(huán)節(jié)，再配以“工程教育回歸工程”為指導(dǎo)思想的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，加深了大學(xué)生對(duì)工程的認(rèn)識(shí)；另一方面，通過(guò)以工程任務(wù)為導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，訓(xùn)練了大學(xué)生解決實(shí)際的工程問(wèn)題，不斷提高個(gè)人的綜合能力，特別是科技創(chuàng)新能力。

本文以創(chuàng)意型工程產(chǎn)品設(shè)計(jì)作為實(shí)踐教學(xué)的載體，涵蓋了電子電路設(shè)計(jì)、嵌入式系統(tǒng)、自動(dòng)化機(jī)電設(shè)計(jì)、機(jī)器人、智能車(chē)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等學(xué)科，具有多學(xué)科交叉和融合的特點(diǎn)，是一種行之有效的培養(yǎng)跨學(xué)科復(fù)合型工程人才的途徑，能為新一輪的產(chǎn)業(yè)升級(jí)提供合格的技術(shù)人才。

完成跨學(xué)科創(chuàng)新工程實(shí)踐的學(xué)生，他們大部分能夠具備扎實(shí)的工程實(shí)踐能力和科技創(chuàng)新能力，同時(shí)具有良好的團(tuán)隊(duì)合作與自主學(xué)習(xí)能力，在就業(yè)筆試、面試環(huán)節(jié)能夠表現(xiàn)出更高的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)和工程能力。

利用本單位優(yōu)質(zhì)科技教育資源為本校不同學(xué)院及其他兄弟院校服務(wù)，建設(shè)布局合理、定位準(zhǔn)確、功能齊全、開(kāi)放高效、體系和機(jī)制健全的資源共享平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)大學(xué)生開(kāi)展科技活動(dòng)的軟硬件資源的最大跨度共享，以提高優(yōu)質(zhì)科技教育資源的使用效益。

四、結(jié)語(yǔ)

本文分析了創(chuàng)新工程實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)狀，提出了跨學(xué)科創(chuàng)新工程實(shí)踐教學(xué)的新理念，并從教學(xué)模式、實(shí)現(xiàn)方式、實(shí)訓(xùn)體系、運(yùn)行機(jī)制及可持續(xù)發(fā)展機(jī)制等方面進(jìn)行了探索，達(dá)到了“做中學(xué)習(xí)，做中創(chuàng)新”的教學(xué)效果，從而加強(qiáng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、工程系統(tǒng)能力和組織協(xié)調(diào)能力，使學(xué)生在工程項(xiàng)目實(shí)踐中循序漸進(jìn)、系統(tǒng)地掌握各項(xiàng)技能，實(shí)現(xiàn)綜合培養(yǎng)的目標(biāo)。

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