何 珺，徐慶坤，李世杰，陳學(xué)廣，付彬國，陳翠欣，劉 哲，范永哲，李 全

(1.河北工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，天津300401；2.河北工業(yè)大學(xué) 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育學(xué)院，天津300401;3.天津中德應(yīng)用技術(shù)大學(xué) 能源工程學(xué)院，天津300350；4.天津市理化分析中心，天津 300051)

進入21世紀后，我國的高等教育發(fā)展規(guī)模龐大，但教學(xué)的理論深度和實踐教學(xué)能力還存在不足；學(xué)習方法“常規(guī)”與“相似”，忽視學(xué)生個性差異；師資隊伍“重科研”與“輕實踐”，缺乏實踐經(jīng)驗；評價方式“片面”與“封閉”，欠缺行業(yè)認定,造成學(xué)生的知識應(yīng)用深度和創(chuàng)新性滿足不了建設(shè)一流大學(xué)和一流學(xué)科的預(yù)期效果[1-4]。專業(yè)教育是本科生培養(yǎng)的基本途徑，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育是本科人才培養(yǎng)的延伸途徑和專業(yè)教育的重要補充[5]。因此，將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與專業(yè)教育有機融合，將有利于知識傳播、知識應(yīng)用及知識創(chuàng)新、家國情懷的無縫連接，形成知識鏈“知識-能力-素養(yǎng)-責任”四個層次的提升的無限循環(huán)與價值創(chuàng)造良性過程[6-8]。

國務(wù)院辦公廳《關(guān)于深化高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實施意見》(國辦發(fā)〔2015〕36號)文件當中明確表示，國內(nèi)的各個高校都要合理調(diào)整專業(yè)課程設(shè)置，積極挖掘和充實各類專業(yè)課程所具有的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育資源。在傳授專業(yè)知識的同時，加強創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，推動創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與專業(yè)教育緊密結(jié)合，讓學(xué)生在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)中鞏固專業(yè)知識，在專業(yè)教育中提高創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，為經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展培養(yǎng)大批敢闖會創(chuàng)的高素質(zhì)人才[9]。

科技競賽最早源于20世紀60年代美國的開放實驗，卻是一種有別于傳統(tǒng)實驗的新模式，其寬松自由的開放式教學(xué)環(huán)境，強調(diào)的是學(xué)生的興趣和需要，突出的是學(xué)生的自由和充分發(fā)展，是應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標的有效途徑。國內(nèi)大學(xué)生科技競賽起步較晚，但對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力已經(jīng)起到非常顯著的作用，在社會引起了巨大的反響。路甬祥院士評價全國大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯在鼓勵青年發(fā)明創(chuàng)造、培育創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力方面發(fā)揮了積極的作用”。王汝言提到學(xué)生親身實踐參加科技競賽活動是培養(yǎng)和提高學(xué)生創(chuàng)新能力和實踐能力的重要途徑。大連理工大學(xué)馮林教授認為大學(xué)生科技競賽打破了以往的過分側(cè)重理論知識的傳授而忽視對學(xué)生創(chuàng)造性能力培養(yǎng)的傳統(tǒng)教學(xué)模式，是推動大學(xué)生從事科技創(chuàng)新活動的重要途徑，同時也是培養(yǎng)學(xué)生科技創(chuàng)新能力的重要手段和有效載體[10-23]。

因此，尋求恰當?shù)目萍几傎悶橥緩剑擅畹貙⒋髮W(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與專業(yè)實訓(xùn)課程融合，即將科技競賽貫穿于“專創(chuàng)”融合特色示范課(第一課堂)、學(xué)生科技社團(第二課堂)、質(zhì)量教育社會實踐基地(第三課堂)以及課程思政(第四課堂)四個課堂，對專創(chuàng)融合實踐教學(xué)對大學(xué)生工程實踐創(chuàng)新能力提升路徑進行探索。

一、工程實踐創(chuàng)新能力提升途徑的設(shè)計與課堂建設(shè)

(一)工程實踐創(chuàng)新能力提升路徑的四大課堂建設(shè)

大學(xué)生工程實踐創(chuàng)新能力路徑探索，主要是將一二三四4個課堂聯(lián)動貫穿于整個科技競賽活動中，不斷提高學(xué)生綜合素質(zhì)和科研素養(yǎng)，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，從而使學(xué)生從知識、能力、素養(yǎng)、責任四個方面得到提高，見圖1。

圖1 工程創(chuàng)新實踐路徑實施

首先，提高大學(xué)生素質(zhì)的路徑先展開在以第一課堂為主的專業(yè)創(chuàng)新示范課教學(xué)內(nèi)容和課程上。2020年材料科學(xué)與工程學(xué)院19級近500名學(xué)生在參加專業(yè)課程的同時參加了《創(chuàng)業(yè)基礎(chǔ)》課程，學(xué)生需完成專業(yè)知識、財務(wù)管理、營銷等方面的自主學(xué)習，后期通過沙龍輔導(dǎo)完成完整的關(guān)于專業(yè)相關(guān)的產(chǎn)品設(shè)計商業(yè)策劃書。專業(yè)課程和示范課程交錯輔助，將所學(xué)書本知識和基本理論立體化，夯實專業(yè)基礎(chǔ)，并且可以引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新，并且綜合運用到實踐之中，讓學(xué)生的“根基強起來”，不斷培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和能力，這也是學(xué)生參加科技競賽知識儲備的基礎(chǔ)。

然后，緊密結(jié)合第一課堂，利用學(xué)生社團、學(xué)術(shù)科研活動為主題的第二課堂，開展大學(xué)生科技競賽，學(xué)生大創(chuàng)項目和“輕本計劃”等活動，培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣，“活力熱起來”。2018年，材料教學(xué)實驗中心指導(dǎo)并成立兩個學(xué)生社團實驗實踐協(xié)會和TQM云技術(shù)創(chuàng)新社。兩個社團主要負責金相大賽和模具的賽前培訓(xùn)和賽事組織，還有一些科研講座活動。學(xué)生自主的活動激發(fā)了學(xué)生參加競賽的熱情，這也是本項目的能動性。

此外，材料科學(xué)與工程學(xué)院教學(xué)實驗中心與天津市理化分析中心建立材料測試分析實訓(xùn)基地，獲批2018年河北省大學(xué)生質(zhì)量教育社會實踐基地。該基地以培養(yǎng)材料檢測專業(yè)人才為導(dǎo)向，著力實現(xiàn)提升學(xué)生創(chuàng)新精神、實踐能力、社會責任感、就業(yè)能力，提升學(xué)生的職業(yè)發(fā)展素養(yǎng)。該基地目前每年為在校生進行職業(yè)能力培訓(xùn)達1 000余人次，在學(xué)校和社會上有一定的口碑；賽前培訓(xùn)和聯(lián)合舉辦3次校內(nèi)金相大賽，具有一定的學(xué)生基礎(chǔ)；聯(lián)合培養(yǎng)的學(xué)生在大賽上屢獲佳績，在同行業(yè)和學(xué)校具有一定的認可度。作為第三課堂的基地建設(shè)也是本項目的特色之處。

最后，在“工程創(chuàng)新”的科技競賽中課程思政(第四課堂)顯得尤為重要。學(xué)生在競賽的設(shè)計和培訓(xùn)中巧妙融入課程思政，著眼個人價值和社會價值的統(tǒng)一，更加注重個人成才的全面發(fā)展，強調(diào)培養(yǎng)擔當民族復(fù)興大任的時代新人，這也是教育所要實現(xiàn)的根本目標。

(二)工程實踐創(chuàng)新能力提升路徑的教學(xué)設(shè)計

在教學(xué)過程中，重視教師、學(xué)生、教學(xué)過程3個方面反饋、評價和提升。材料專業(yè)有別于其他的專業(yè)，更加注重工程應(yīng)用和經(jīng)驗的交流，因此實現(xiàn)“專創(chuàng)”融合，就該在方法設(shè)計上進行更為巧妙的設(shè)計，具體見圖2。本次教學(xué)設(shè)計主要是基于行動學(xué)習，項目式學(xué)習和分析體驗式教學(xué)方法，促使學(xué)生在教學(xué)或是比賽過程中，自主完成項目選擇，團隊組建，項目實踐和項目輔導(dǎo)沙龍等活動，結(jié)合四個課堂的特點和優(yōu)勢，最終達到學(xué)生完成知識儲備、知識遷移、內(nèi)化知識、民族責任的四重提升，教學(xué)過程中完成夯實基礎(chǔ)、培養(yǎng)科研興趣、職業(yè)素養(yǎng)提升和家國情懷培養(yǎng)的4個方面要求。從點到面，層層完成學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和提升。

圖2 教學(xué)過程設(shè)計

(三)工程實踐創(chuàng)新能力提升路徑的競賽選擇

李培根院士指出：在主動實踐過程中，學(xué)生的質(zhì)疑力、觀察力、協(xié)同力、領(lǐng)導(dǎo)力等多種素質(zhì)都能得到很大提高，會大大增加學(xué)生今后取得創(chuàng)新成果的幾率。實踐教學(xué)與科技競賽相結(jié)合，為學(xué)生提供多樣化的學(xué)習和發(fā)展途徑，充分滿足學(xué)生創(chuàng)新學(xué)習、自主學(xué)習的需要，更好地培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力與科技創(chuàng)新能力。因此，科技競賽選擇和設(shè)計上尤為重要。

經(jīng)過4年的探索，河北工業(yè)大學(xué)材料教學(xué)實驗中心組織參與科技競賽及獲獎情況如圖3所示。材料學(xué)科可參與科技競賽的種類分為3種：專業(yè)基礎(chǔ)類賽事，材料綜合類賽事，科技創(chuàng)新型賽事。專業(yè)基礎(chǔ)賽事門檻比較低，更加強調(diào)受眾范圍，使更多的學(xué)生加入到競賽中；材料綜合賽事更看重學(xué)生專業(yè)知識的應(yīng)用，對于學(xué)生專業(yè)應(yīng)用有要求；而科技創(chuàng)新類賽事則更看重學(xué)生學(xué)科交叉的應(yīng)用，對于學(xué)生有更高的工程創(chuàng)新要求。三類競賽依次對學(xué)生提出更高的要求，對于培養(yǎng)學(xué)生徐徐漸進，起到對學(xué)生工程實踐創(chuàng)新能力的提升的作用。

首先，專業(yè)基礎(chǔ)賽事主要考慮是學(xué)生的受眾度。為了激發(fā)學(xué)生的積極性，避免學(xué)生“望而生畏”“知難而退”，設(shè)置多級基礎(chǔ)類競賽，注重學(xué)生的參與度，助力學(xué)生多維發(fā)展。河北工業(yè)大學(xué)金相大賽自2016年以來舉辦了4屆，涉及的學(xué)生多達近百人。該項賽事在學(xué)生口中“代代相傳”，建立了一定的口碑，建立了賽事品牌效應(yīng)。開設(shè)綜合創(chuàng)新類實踐教學(xué)課程和大創(chuàng)項目，并與院、校、省、全國各級大學(xué)生專業(yè)競賽掛鉤，增強學(xué)生參加競賽的意愿，強化學(xué)生的實踐和應(yīng)用能力。

其次，材料綜合類賽事是在基礎(chǔ)賽事的基礎(chǔ)上擴展綜合賽事，更注重學(xué)生綜合知識的理解和應(yīng)用。結(jié)合校外河北省大學(xué)生質(zhì)量教育社會實踐基地-材料測試分析實訓(xùn)基地定期培訓(xùn)，校內(nèi)“輕本計劃”一線科研教師指導(dǎo)學(xué)生了解最前沿科學(xué)技術(shù)，各類企業(yè)的講座和培訓(xùn)帶學(xué)生領(lǐng)略最先進的技術(shù)，不斷提升學(xué)生工程實踐能力和職業(yè)素養(yǎng)。

最后，科技創(chuàng)新類賽事主要目的是創(chuàng)新拔尖類學(xué)生的選拔和培養(yǎng)。為了更好地激發(fā)學(xué)生的潛能，組建團隊考慮跨學(xué)院的組合，多學(xué)科學(xué)生的融合；實行長期有效的指導(dǎo)機制，即每項大賽配有經(jīng)驗豐富的指導(dǎo)教師全程指導(dǎo)；完善競賽激勵機制，即對于成績優(yōu)異的學(xué)生適當發(fā)放助賽金、科研獎勵等。

圖3 科技競賽類型選擇及獲獎情況

值得一提的事，大學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)不僅體現(xiàn)在技術(shù)、知識等方面的與時俱進，還體現(xiàn)在家國情懷、使命擔當、價值規(guī)范等諸方面。另外，“工程創(chuàng)新”突出強調(diào)“新”，應(yīng)該體現(xiàn)以往的人才所不具有的全新特點，這主要體現(xiàn)在強烈的時代使命、突出的價值關(guān)懷以及強烈的時代擔當?？梢哉f，工程創(chuàng)新是一個綜合性、包容性的概念，而這恰恰是“課程思政”(第四課堂)所致力于工程實踐創(chuàng)新能力著力的關(guān)鍵點和難點。

總之，根據(jù)學(xué)生的個體和成長特點，選擇不同的科技競賽路徑和科技社團，依托社會實踐基地，輔以課程思政，不僅僅為學(xué)生提供平時的學(xué)習、實驗和實習機會，同時還為學(xué)生綜合工程能力應(yīng)用和家國情懷的培養(yǎng)提高創(chuàng)造了良好的環(huán)境。這是深入開展科技競賽的重要支撐條件，同時也為科技競賽平臺的構(gòu)建鋪設(shè)靈活的課堂。在研究科技競賽中出現(xiàn)的問題和發(fā)展趨勢，根據(jù)“四個課堂”相互作用和提升的教學(xué)改革模式，并結(jié)合實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，為科技競賽平臺構(gòu)建起核心的載體，這是對科技競賽的變革和延伸，使科技競賽為創(chuàng)新型人才培養(yǎng)服務(wù)的導(dǎo)向作用更加明確，從而科技競賽和教學(xué)改革實現(xiàn)雙贏。

二、本項目的特色和創(chuàng)新

把第一二三四課堂有機結(jié)合，實行多維度評價，具體見圖4。對于學(xué)生學(xué)業(yè)的評價不僅僅停留在第一課堂上，而更重視對學(xué)生過程的評價，學(xué)生也可自主評價考核。同時第二三四課堂聯(lián)動評價學(xué)生，學(xué)生的評價系統(tǒng)更加立體、科學(xué)、多元。

圖4 課程評價體系

打破學(xué)科界限，把原本割裂開來的大學(xué)生科技競賽與教學(xué)實踐結(jié)合起來，找到最佳的契合點，建立多元化激勵機制，最大限度發(fā)揮每個學(xué)生的潛能，實現(xiàn)個性化培養(yǎng)。

課程思政引入科技競賽的任務(wù)和目標，不僅提高大學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力，而且實現(xiàn)了科技競賽的最終目標，提高大學(xué)生的國家使命和民族自豪感。

三、基于科技競賽路徑設(shè)計實施效果

基于科技競賽的大學(xué)生工程實踐創(chuàng)新能力提升路徑目前取得了初步效果。

由我教學(xué)實驗中心實驗教師和實驗技術(shù)人員主編的《金屬材料基礎(chǔ)實驗指導(dǎo)書》《金相分析技術(shù)及應(yīng)用教材》已被實驗課程體系采納，并且廣泛應(yīng)用在工程技術(shù)人員。校級教改課題3項，省級教改課題2項，教改論文若干篇，申請了多項專利和軟件著作權(quán)，獲得多項各級競賽獎勵。

對2016―2019年參與競賽的材料類專業(yè)學(xué)生近100人反饋統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)學(xué)生金相大賽的參與度逐年提高，如圖5所示，這也說明該項賽事的知名度在學(xué)生中建立起來，其對于學(xué)生的影響作用也越來越大。我中心連續(xù)3年指導(dǎo)學(xué)生參加全國大學(xué)生金相大賽、全國大學(xué)生材料綜合技能大賽和河北省、天津金相大賽，累計獲得特等獎5項，一等獎7項，二等獎6項，三等獎6項，并且多次獲得優(yōu)秀指導(dǎo)教師的稱號。課題組成員多次指導(dǎo)節(jié)能減排社會實踐與科技競賽、“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)業(yè)大賽、“挑戰(zhàn)杯”、iCAN國際創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，中國TRIZ杯大學(xué)生創(chuàng)新方法大賽， “互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大獎賽，全國大學(xué)生電子商務(wù)“創(chuàng)新、創(chuàng)意及創(chuàng)業(yè)”賽，取得校內(nèi)獎項十余次，省級獎項數(shù)次，國賽兩次。

圖5 歷年參加校級金相大賽的人數(shù)統(tǒng)計

圖6為材料類基礎(chǔ)賽事2016—2019年調(diào)查統(tǒng)計。學(xué)生通過基礎(chǔ)賽事對于學(xué)科興趣、動手能力、主動性、表達能力和團隊溝通意識有顯著的提高。在2016年金相大賽舉辦的第一年，材料類學(xué)生參加競賽人數(shù)較少，學(xué)生參與度很低。但是到了2019年，隨著參賽學(xué)生人數(shù)的增多，學(xué)生的訴求也發(fā)生了明顯的變化：單一的賽事對于學(xué)生的影響越來越小，學(xué)生更看重綜合應(yīng)用型和科技拔尖類的大賽。

圖6 材料類基礎(chǔ)賽事2016—2019年調(diào)查統(tǒng)計

圖7為材料類綜合賽事2016—2019年調(diào)查統(tǒng)計。學(xué)生通過基礎(chǔ)賽事對于學(xué)科興趣、動手能力、主動性、表達能力和團隊溝通意識有顯著的提高。2016—2019年的提高程度幾乎相同。這是由于綜合類賽事一般選拔的為優(yōu)等生，對于其專業(yè)拔尖的能力的提升具有持續(xù)的需求。

圖7 材料類綜合賽事2016—2019年調(diào)查統(tǒng)計

2019年我中心開始在科技拔尖類賽事嶄露頭角，但是還存在一些課程和專業(yè)銜接的問題，目前我中心跟創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育學(xué)院達成意向，繼續(xù)改善“專創(chuàng)”融合的教育模式。

四、結(jié)語

將科技競賽與“專創(chuàng)融合”教育巧妙融合，不僅為學(xué)生提供科研學(xué)習展示平臺，也彌補了現(xiàn)有“專創(chuàng)融合”的不足，而且顯著提高了學(xué)生的工程創(chuàng)新能力，努力實現(xiàn)中國教育現(xiàn)代化2035的目標。在科技競賽中，協(xié)同“四個課堂”的功效，改善“專創(chuàng)”融合的教學(xué)改革模式，注重實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，變革和延伸“課堂”作用，使科技競賽為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才培養(yǎng)服務(wù)的導(dǎo)向作用更加明確，實現(xiàn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教學(xué)的四個提升，即：“知識-能力-素養(yǎng)-責任”的提升。總之，基于科技競賽的大學(xué)生工程實踐創(chuàng)新能力路徑，是提高工程型創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類人才培養(yǎng)質(zhì)量的有效之法。