工科专业教育融合创新创业教育的教学模式
杨风开 李红斌 尹仕
摘 ?要：为了充分发挥专业课程对大学生科研创新能力培养的主渠道作用，加强专业课程各教学环节的协同，将创新创业教育融入专业教育，提出了专业课程教学的新模式，既将理论课程教学环节与实践课程教学环节相融合，在实践课程教学环节中又将计算机仿真与实体实验相结合，课内、课外双管齐下全方位提高学生的工程科研创新能力。为新模式的实施，设计了必要的前修课程，并在实验室建设和管理上提供了所需的保障条件。初步试行结果表明，所提出的新模式具有良好的教学效果，对工程类学科的教学改革具有积极的促进作用。
关键词：科研创新能力;专业课程;理论教学;实践教学;协同
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2019）13-0025-03
Abstract： A new teaching model of professional courses is proposed for the purpose of fully using professional courses as a main channel for cultivating college students' scientific research innovation ability， strengthening coordination between various teaching procedures of these specialized courses and integrating innovation and entrepreneurship education into professional education. That is， the teaching of theoretical courses is integrated with that of practice courses， and computer simulation is combined with practical tests in the teaching of practice courses， thereby improving students' engineering research and innovation ability in an all-around way through efforts in and out of the class. For the implementation of the new model， the necessary pre-requisite courses were designed and the required safeguards were provided in the construction and management of the laboratory. The preliminary trial results show that the proposed new model has a good teaching effect and has a positive effect on the teaching reform of engineering disciplines.
Keywords： scientific research and innovation capability; professional courses; theoretical teaching; practical teaching; coordination
黨的十八大以来，习近平总书记把创新摆在国家发展全局的核心位置，高度重视科技创新，提出了一系列新思想、新论断、新要求。党的十八大报告明确指出“科技创新是提高社会生产力和综合国力的战略支撑，必须摆在国家发展全局的核心位置。”党的十九大报告进一步提出，创新是引领发展的第一动力，是建设现代化经济体系的战略支撑。2015年，国务院颁布的《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》明确提出“面向全体，分类施教，结合专业，强化实践”的基本原则。贯彻这一基本原则，就是要将创新创业教育纳入教学主渠道，贯穿到高校人才培养全过程。
不同类型的院校学科特点不同，对创新创业教育的需求也不同，应“分类施教”，将创新创业教育融入专业教育中。对于高等工科院校来说，大学生科研能力是创新素质的直接体现，是创新创业能力的基础。高等工程教育应发挥专业课教学主渠道的作用，培养大学生的科研创新能力，从而提高创新能力并为提高创业能力打下坚实的基础。长期以来，我国高等工程教育的专业课程教学大多限于机械地传授知识，忽视科研创新能力的培养，导致本科生甚至是硕士研究生的创新创业能力存在缺失。近年来，许多院校逐步重视大学生的创新创业能力的培养，但是往往仅注重实践教学环节的改革，或者局限于学生的第二课堂活动以及开设一些选修课，未发挥专业课程教学的主渠道作用，专业课教学与学生创新创业能力的培养存在脱节的现象[1]。
据我们对本院学生的问卷调查，本科生在第一课堂学习上所花的时间（含预习、课外作业时间），占全部实际学习时间的比例平均高达91.6%，可见第一课堂的学习对学生能力的培养具有决定性的作用。我院本科生专业课程中，理论课时和实践课时的比例约为3.2：1，因此在第一课堂的教学环节中，理论课对学生能力的培养，又要发挥主导作用。
为了发挥专业课程教学对大学生创新创业能力培养的主渠道作用，加强专业课各教学环节的协同，我们根据工科院校的学科特点，提出并试行了工科专业教育融入创新创业教育的教学模式，将专业课程理论教学环节（T）与实践教学环节（E）相融合，在实践课程教学环节中又将实体实验（R）与计算机仿真（S）相结合，教学方法上注重采用任务驱动的探究式教学法，学生采用泛在式学习法，课内、课外双管齐下全方位提高学生的工程科研（D）及创新创业能力。为叙述方便，以下将所提出的教学模式简称为TERSD模式。
一、TERSD模式
传统的工科专业课程中，一般理论教学环节和实践教学环节是相互独立的，从教学时间和教学空间上相互分开，教学内容上也自成体系;传统的实践教学环节包括实验课、实训和实习，通常不涉及计算机仿真。由此导致学生将所学知识加以综合应用的能力不强，也就是工程科研能力或创新能力不强。TERSD模式将相关的教学环节有机地融合起来，综合利用课内和课外时间，培养学生的科研创新能力。
（一）理论课和实践活动相融合
在TERSD模式下，理论课和各种实践教学活动有机地融合在一起，不将两者进行明确区分，主要在两方面予以体现：
一方面，在课堂教学上，针对合适的教学内容，教师设计出合适的模拟科研课题或者任务，让学生寻找问题，然后提出解决方法。课堂上允许学生使用手机或电脑进行仿真或虚拟实验，对所提出的方法进行测试和验证，利用精心设计的课题或任务，通过电子产品、网络平台的使用和课堂上的各种互动，使得学生在寻求问题答案的过程中，探究式地学习所要掌握的课程知识，改传统的讲授式或灌输式知识传授方式为学生探究式学习方式[2];另一方面，课前预习和课后作业，教师也以小课题、小任务的方式提出来，要求学生查阅文献，进行理论分析和仿真测试、实验验证，将课外作业与实验教学进行耦合，改变传统的单纯基于教材完成作业的方式。通过这两方面的措施，充分发挥各种电子产品、网络平台和实验设备的作用，学生可以自主安排时间查阅资料、做仿真和实验，可以充分利用碎片时间延伸课堂学习。由此激发了学生的学习动机，提高了学生的专业学习兴趣，提升了学习的效果。
（二）计算机仿真和实体实验相结合
计算机仿真和实体实验，对于绝大多数真实的工程科研项目来说，都是必不可少的。让学生进行仿真测试和实验验证，不仅可以提升学生软件使用技能和实验操作技能，更可以提升学生分析问题和解决问题的能力。因此，在可能的情况下，都要求学生对各种模拟课题和任务，分别进行仿真分析和实验验证。TERSD教学模式为任务导向式[3]，对模拟课题任务的质量要求很高，模拟课题任务设计得是否恰当，对于教学效果具有至关重要的影响。设计各种模拟课题和任务的工作，本身也是一项创造性的工作。为提高模拟课题和任务的设计质量，需组织各门专业课的课程组老师开展集体讨论，分析教学内容，共同策划课内课外的教学方法，共同设计教学过程中需要使用的小课题和小任务，从而使得学生在持续完成各门课程大小不一的模拟科研课题和任务的过程中，科研创新能力得到不断的训练和提高。
二、TERSD模式的协同创新教学理念
TERSD模式贯彻协同创新的教学理念，注重多方面、多维度的整合和互动，力求通过不同创新要素的协同，起到“1+1>2”的创新创业教育效果。
（一）师生之间的协同创新
师生之间的协同创新，主要是指师生在TERSD模式中，在独立创新基础上的协同。首先是师生的独立创新，教师在模拟课题任务、教学方法和教学活动的设计上要进行创新;学生在思考方式、学习形式、学习方法上也要进行创新。然后，教师和学生的独立创新，通过教学活动中的互动进行融合，从而实现教师和学生之间教与学的协同创新。
（二）同学之间合作式学习
模拟科研课题任务是以学生团队合作的方式完成的，每一个团队成员根据自己在任务中的分工，创新性地完成自己所负责的部分任务。团队成员之间，在项目的协作过程中，通过多种形式的沟通和协调，实现课题任务的协同创新。团队之间，通过课题任务的相互交流、相互评价，实现创新意识的相互激发、创新能力的相互促进。
（三）资源整合利用
通过TERSD模式对课题任务的探究式教学，实现课内和课外资源、线上和线下资源、虚拟和真实资源的整合，比单一发挥某种教学资源的作用具有更高的资源利用效率，能够更充分地发挥资源对学生创新能力培养的作用。
（四）多课程的协同创新
各门专业课程都能独立发挥对学生创新能力培养的作用，通过TERSD模式，各门专业课程的创新教育功能得到了整合和互动，从而实现不同课程对学生创新能力培养的协同，以提升专业课程整体对学生创新能力培养的效果。
（五）理论教学与实践教学的协同
基于长期的实际教学经验，我们认为学习能力本身就是创新能力的一个组成部分，理論课的学习、各种解题能力的训练，也是创新能力的培养过程。实践教学环节，可以训练学生的设计能力、将所学知识进行实际应用的能力、实际操作的能力以及分析问题的能力，无疑对学生创新能力的培养，也具有重要的作用。TERSD模式以课题任务为纽带，将理论教学环节和实践教学环节相融合，有利于提升两个教学环节对学生创新能力培养的协同效果。
三、TERSD模式的条件保障
要实施TERSD模式，除了相关课程组需要设计好教学方法和课题、任务外，还需要一定的外在条件保障，主要包括预备课程和实验条件。
（一）预备课程
由于TERSD模式是由多门专业课程来共同实施的，学生按TERSD模式学习时，需要具备一定的知识和技能基础。这个基础性的工作主要由三门预备性课程承担，第一门是《工程实践基础》，第二门是《工科大学生创新基础》，第三门是《实验室安全》，都在大二期间开设。
1. 工程实践基础
《工程实践基础》课程为16学时，基本内容主要包括三个部分，第一部分是常用元器件的选型及使用方法，帮助学生建立对元器件的感性认识、掌握使用要领;第二部分是常用仿真软件的特点和使用方法，包括虚拟实验室的使用方法、仿真模型的设计方法等，为学生在后续专业课TERSD模式学习过程中进行仿真实验提供必要的前修知识;第三部分是常见的实验设计方法以及常用实验仪器设备的使用方法，为学生开展实体实验打下必要的技能基础。
2. 工科大学生创新基础
《工科大学生创新基础》课程也是16学时，基本内容是让学生熟悉创造性思维和科研的一般性方法。课程采用案例同步教学模式，以专业基础课的知识为起点，设计若干个（一般为10个）模拟科研小课题，教师讲解、演示其中一个课题的完成步骤和方法，剩下的课题由学生自组团队、自主选做其中一个，教师每完成课题任务的一个步骤，要求学生团队也同步完成所选课题的一个步骤，随着课程的结束，学生团队的“科研课题”也随之“结题”。在同步实操培训的过程中，注重创新思维方法的引导，强调教师与学生之间、学生团队之间、团队内部成员之间的各种互动和交流，以提高学生的参与热情，培养学生的专业科研兴趣，增强学生的团队协作精神和责任心。学生课题结题答辩时，以其他团队同学作为成绩评定主体，教师仅起引导和把关的作用，使得课程考核过程，也变成一次学习的过程，让学生在考核别人的过程中提升自身的科研创新素质。
3. 实验室安全
《实验室安全》课程为8学时，主要是培训实验室安全注意事项、实验室管理制度、消防设施使用等知识和技能，为学生自主使用开放实验室做准备。该课程还与校医院协作，培训学生的常规急救要领，以防万一出现事故。
（二）实验条件
要使学生能够顺利完成TERSD模式的学习，需要提供一些必要的实验条件，主要包括软件方面的条件和硬件方面的条件。
1. 软件方面的条件
实验软件方面，主要包括两个部分，第一部分是为学生提供本专业常用的仿真虚拟软件，第二部分学院组织开发了一些本专业虚拟实验所需的基本虚拟实验平台。这些平台目前仍在不断地完善和充实的过程中，学生已经可以利用个人计算机或手机进行部分虚拟实验。
2. 硬件方面的条件
硬件条件主要是指为学生开展TERSD模式学习提供实体实验条件的保障，这方面也主要包括两部分内容：
第一部分是实验室开放。学院实验教学中心的全部实验室均面向学生开放，预备课程培训合格的学生可以在申请授权后，用自己的校园卡自由打开需要使用的实验室，自主进行实体实验。普通实验学生可以根据自己的时间安排，自主到实验室进行，不需要预约，仅当实验内容有特殊要求时才需要与实验室老师预约。学生实验过程中遇到问题，鼓励自主分析、互相讨论解决，自己解决不了的，可以找任课老师或实验室老师答疑，老师答疑时也注重启发式的教育。日常工作时间，每个实验室都有实验老师坐班，可以为学生答疑并处理学生实验过程中提出的其他问题。
第二部分是实验所需的材料和元器件。实验室备有常规的元器件和消耗性材料，学生实验时可以登记后自主取用。需要用到特殊的实验材料时，可以向实验室老师提出申请，由实验老师采购后提交学生免费使用。实验教学中心具备3D打印设备、印刷电路板刻制设备，学生需要用到特殊结构件或特殊电路板时，可以申请使用。
四、结束语
（一）初步结论
自我们提出TERSD教学模式的设想，至今已近3年，期间我们首先着手准备实施TERSD模式所需的条件，除少数条件尚需进一步完善充实外，现有条件已经基本能够为TERSD模式实施提供必要的保障。目前已经面向我院2015级部分班级、2016级和2017级全部班级陆续在部分专业课程中试行TERSD模式，初步得出以下几点结论：
1. TERSD模式有利于提高学生的专业兴趣，有利于提升学生的学习积极性和主动性;
2. TERSD模式能够提高学生的工程科研创新能力。未试行TERSD模式的学生，绝大多数都对科研存在畏难心理，总以为需要等知识学习到足够后才能开展科研工作，导致有些硕士研究生都还不知道科研该如何入手。而试行TERSD模式的低年级本科生，在经过一个学期的专业课程学习后，逐渐掌握在初级的科研活动中如何利用已学的专业知识、如何自学科研所需的尚不具备的专业知识，并且能够有意识地在各个教学环节尝试使用创造性思维方法;
3. TERSD模式能够提升学生的团队合作精神，有利于提高学生的沟通交流能力、工作责任心;
4. TERSD模式能够全方位提升学生专业相关的创新创业综合素质。
（二）下一步工作
上述初步结论，是在学生研究报告、座谈会、无记名问卷调查以及教师的经验、感觉的基础上得出的，具有一定的参考价值，但是也存在一定的主观性，没有進行量化，下一步拟在前期工作的基础上，进一步开展以下几个方面的工作：
1. 设计量化考核指标体系，采用层次分析法、模糊综合评价法等科学的方法对TERSD模式下学生科研创新能力的成长进行量化评价[4]，对教师的教学效果进行量化考核，以期通过科学、合理的量化考核的导向作用，进一步提升TERSD模式的实施效果;
2. 进一步完善各项保障条件和管理办法，建立长效的政策激励机制，不断充实、优化TERSD模式;
3. 面向所有专业课程、所有学生，全面实施TERSD模式。
总之，TERSD模式试行约2年以来，已经见到初步的、确定的效果，但是仍有待于进一步完善和提高。所提出的TERSD模式，对工程类学科的人才培养具有积极的促进作用。
参考文献：
[1]刘艳，闫国栋，孟威，等.创新创业教育与专业教育的深度融合[J].中国大学教学，2014（11）：35-37.
[2]李峻，陈鹤鸣，方萍，等.基于小班化探究式教学的拔尖创新人才培养模式[J].中国大学教学，2016（07）：32-36.
[3]张鹏，黎小沛.综合型任务驱动教学模式在大学计算机基础课程中的研究与应用[J].高教学刊，2018（01）：111-112.
[4]邱文教，赵光，雷威.基于层次分析法的高校探究式课堂教学评价指标体系构建[J]，高等工程教育研究，2016（6）：138-143.
