基于多学科融合进行创新工程实践教学改革初探

伍冯洁 黄文恺

摘要：针对目前实践教学的现状，提出了一种基于多个学科融合的跨学科创新工程实践教学新方法，以跨学科工程项目为主线贯穿实践教学的整个过程，同时引入3D打印与电子积木技术，从而打通了实践教学的各环节，实现了多个学科知识结构的有机融合及系统化，培养了学生的创新意识和创新能力。

关键词：跨学科；创新工程；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）40-0106-02

本文将打破常规教学的方式方法，提出实行灵活的培养机制对学生进行跨学科的创新教育，包括对教学模式、实现方式、实训体系、运行机制、可持续发展机制的研究，同时引入3D打印与电子积木技术，快速物化学生的设计思想，同时激发了他们的想象力和创造力，从而有助于打通跨学科实践教学的各个环节，促进跨学科创新工程实践教学的改革和进一步深化。

一、主要方法

本文拟从教学模式、实现方式、实训体系、运行机制及可持续发展机制等方面对跨学科创新工程实践教学展开研究。如下图：

（一）跨学科创新工程实践教学模式研究

据了解，目前的创新工程实践方式一般存在严格按学科划分、创新课题缺乏、普及面低等不足，为解决存在的问题，本文拟以创意、创新或现实工程产品设计为导向，包括主题式项目、教师命题、学生自选课题、创意与创新课题改进等，运用项目式教学法，将来自不同学院、不同专业的学生组合成项目组，充分发挥其专业优势，采用模块化设计方式，以产品开发的标准来设计出各种形式的创新创意性作品，加强创新工程项目开展过程中的设计与实现环节，掌握主流开发方式，加强行业对接，让学生在项目实践中培养解决各种工程问题的综合能力。

（二）基于3D打印技术开展创新工程实践教学的实现方式研究

从创新教育的现状看，存在有好创意，但验证及实践起来困难的问题。为了解决这一问题，本文提出了在跨学科创新工程实践教学中引进电子积木与3D打印技术，通过两者的有机结合，降低了项目的实现难度，达到了“做中学习，做中创新”的教学效果。

3D打印作为一种新型的快速成型技术，能自动、快速地将设计思想物化为具有一定结构和功能的原型或直接制造零部件，可缩短产品开发周期与降低生产成本，同时激发了人们的想象力，实现所见即所得。电子积木技术凭借其成本低、简单易用、开放性和扩展性强等优势，在机器人等先进领域取得了广泛地应用，并且我单位已成功研制出基于AVR单片机的多功能电子积木模块。在深入了解现有技术及3D打印技术特性的基础上，我们将在创新工程项目控制器设计阶段主要采用电子积木技术，而在项目的机械架构设计、任务导向设计、外观设计、道具设计等阶段则采用3D打印技术。

（三）跨学科创新工程实训体系的建立

考虑到跨学科创新工程实践教学改革是以创意型工程产品设计作为实践教学的载体，那么，随着项目的推进与日趋完善，项目的类型、数量，以及参与各个项目的学生人数将急速上升，对所有的跨学科创新实践项目进行统一管理，建立一个完备的项目体系具有重要的意义。

本文拟从课程建设、配套教材编写、跟踪机制建立这三个方面来建立一套跨学科的创新工程实训体系：（1）整理与归类跨学科创新实训所有作品相关的资料，并编写作品说明书、宣传册、实验教材、指导书、教案等，以构建完备的课程体系；（2）编写专门的配套教材，该类教材资源非常丰富，并且同时适用于科普与工程实践活动；（3）建立所有跨学科创新实训项目的跟踪机制，及时了解各个项目的实践情况，并记录存在的问题与建议，从而为本项目的发展与整改提供重要的参考意见。

（四）以服务学生为目标的运行机制研究

跨学科创新工程实践教学将面向多个学院不同专业的学生，如何有效开展及管理一系列的创新实践活动，既能激发不同专业学生的学习兴趣，又能发挥各自专业优势呢？本文拟建立一套以服务学生为目标的运行机制，一方面为对创新工程实践教学感兴趣的校内学生提供为期两周的创新实习训练，并跟踪记录他们的实习表现；另一方面拟从该创新实习中选拔出优秀的学生进行集中培养，为各学科竞赛，从事本科生科研项目活动或协助教师完成科研项目做储备。

（五）跨学科创新工程实践教学的可持续发展机制研究

随着创新工程项目往深度、广度方面的发展，如何保持创新工程实践教学的延续性、发展性，值得我们深入研究。

本文拟从以下几方面来促进创新工程实践教学的可持续发展：（1）每个项目组采取新老学员搭配的方式，通过高年级带低年级开展项目，一直延续下去，杜绝了项目组成员间的断层现象；（2）建立一套跨学科的创新工程实训体系，包括完备的课程体系、配套教材、跟踪机制等，使跨学科创新工程实践教学更规范化、正规化；（3）参照企业工程技术人员培养规范，加强培养学生开展创新工程项目的能力，特别注重工程项目设计报告的撰写等，以实现项目的可持续性。

二、方法特色及创新之处

1.培养模式创新。以跨学科创新工程实践项目为培养主线，以工程项目促进教学效果，逐渐将工程教育的实践环节由“科学主导工程”的人才培养方式转变为“工程教育回归工程”的培养方式，以提高人才培养质量，进一步适应社会经济发展的需要。

2.教学内容创新。以创意、创新或现实工程产品设计作为教学实训对象，学生可长足发挥自身的创造能力，以产品开发的标准来设计出各种形式的创新创意性作品，加强创新工程项目开展过程中的设计与实现环节，掌握主流开发方式，加强行业对接，让学生得到锻炼的机会。

3.开展形式创新。通过建立以服务学生为目标的实训体系及运行机制，运用项目式教学法，将多个专业的学生整合成项目组，每个项目组由一名指导教师跟踪培养，并设立一个项目负责人，以负责整个项目的实施与进度。各项目组成员充分发挥专业优势，从而有效完成作品创意、开发、包装与推广等一系列工作。

4.技术手段创新。在跨学科创新工程实践教学中引入先进的3D打印技术，能快速物化学生的设计思想，利用3D打印技术可以设计及制作多种零部件、连接件、外观及道具等，同时激发了他们的想象力和创造力，在技术方面取得了创新。

三、方法取得的效益分析

基于3D打印技术的跨学科创新工程实践教学改革，课赛结合，涵盖电子信息、通信工程、机械、电气、计算机、数学、土木、交通、美术、工业设计等多个专业，将不同专业的学生进行有机整合，以工程项目开发为主线，充分发挥专业优势，可有效推进工程系统和应用创新能力的培养。

本文的预期成果在电类、非电类的跨专业创新工程实践教育教学中均有积极的应用价值，一方面，通过跨学科创新工程实践环节，再配以“工程教育回归工程”为指导思想的实验指导书，加深了大学生对工程的认识；另一方面，通过以工程任务为导向的实验内容，训练了大学生解决实际的工程问题，不断提高个人的综合能力，特别是科技创新能力。

本文以创意型工程产品设计作为实践教学的载体，涵盖了电子电路设计、嵌入式系统、自动化机电设计、机器人、智能车、物联网、云计算等学科，具有多学科交叉和融合的特点，是一种行之有效的培养跨学科复合型工程人才的途径，能为新一轮的产业升级提供合格的技术人才。

完成跨学科创新工程实践的学生，他们大部分能够具备扎实的工程实践能力和科技创新能力，同时具有良好的团队合作与自主学习能力，在就业笔试、面试环节能够表现出更高的专业素养和工程能力。

利用本单位优质科技教育资源为本校不同学院及其他兄弟院校服务，建设布局合理、定位准确、功能齐全、开放高效、体系和机制健全的资源共享平台，实现大学生开展科技活动的软硬件资源的最大跨度共享，以提高优质科技教育资源的使用效益。

四、结语

本文分析了创新工程实践教学的现状，提出了跨学科创新工程实践教学的新理念，并从教学模式、实现方式、实训体系、运行机制及可持续发展机制等方面进行了探索，达到了“做中学习，做中创新”的教学效果，从而加强了学生的自主学习能力、工程系统能力和组织协调能力，使学生在工程项目实践中循序渐进、系统地掌握各项技能，实现综合培养的目标。

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