科技创新活动“四结合”与大学生创新能力培养模式探索

史丽晨，耿素花，闫浩，沈虹

(西安建筑科技大学机电工程学院，陕西西安 710055)

1 大学生创新能力培养中存在的问题分析

创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达不竭的动力。当代国际间的竞争主要体现为综合国力的竞争，而综合国力的关键是一个国家的科技创新能力[1]。可以说，未来的国际竞争将主要表现为科技创新能力和科技创新人才的竞争。高等学校是培养创新人才的基地和摇篮，肩负着重要的历史使命。

我国从20世纪80年代中期就开始倡导培养学生的创新能力，关于培养创新能力的研究的论文不计其数，很多高校也将创新人才培养目标列入了培养计划，并积极践行各种创新教育的改革，但是创新教育的效果不甚理想。著名的钱学森之问成为中国教育界关注的焦点，引发的社会的广泛深思。钱学森之问——“为什么我们的学校总是培养不出杰出人才”，指出了在高等教育在培养创造发明型人才的模式方面亟待改进。

工科类是高等教育中一大类别，其创新活动具有实践性、综合性、群体性和社会性。但是目前工科类大学生创新能力的培养主要存在以下问题。

（1）实验室资源和科技创新活动平台的运行和管理机制，不能有效地为学生提供全方位训练。实验室资源、实验项目资源等不足，实验室管理体制与学生个性化操作需求之间的矛盾，制约了学生的进行创新活动的积极性。

（2）日常科技活动内容空泛，学生积极性不高。大学生普遍渴望参加各种科技创新活动，但各种原因致使学生创新的能动性受到限制。科研训练和大创项目，要求知识和能力起点高，很多学生望而却步；学生自发的科技活动，缺乏训练内容，流于形式。

（3）科技创新活动与教学活动的相对独立，限制了科技创新活动的受益面。只有少数科技精英，利用课外时间进行科技作品制作、科技研究工作开展，学生受益人数有限，科技创新活动时间少。

（4）校园内的学生科技创新活动缺乏市场意识，科技成果含量低、缺乏市场实用性。由于缺乏教师必要的技术性指导，没有市场调研的意识和经验，学生的创新作品普遍存在科技含量低、精品少、成果易重复市场已有成果、缺乏实用性等缺点。

科技创新活动作为一种探索性的实践活动，具有科技性、实践性和探索性的特点，其任务是探索未知，突出特征是“创新”。高校的大学生科技创新活动，是全面提高学生素质和培养学生个性发展的重要环节，是培养创新人才的有效载体，能够有效激发学生的创新意识，提高创新能力。科技创新活动是大学第一课堂的重要延伸和补充，弥补了课堂教学的不足，学生通过实践加深了对所学知识的理解，同时促进专业知识的学习和掌握，做到学以致用[2]。可见科技创新活动是培养学生创新素质的最佳切入点。

2 科技创新活动“四结合”与大学生创新能力培养

笔者所在课题组以工科类中典型专业——机械专业大学生为培养对象，以科技创新活动为切入点，以“目标—制度—平台—评价”为主线，以加强学生创新能力为培养目的，将科技创新活动与立体化科技活动中心建设相结合、与学科赛事相结合、与集中实践教学环节相结合、与市场信息相结合，将创新人才培养的制度、过程、评价有机融合，激发学生的创新欲望和创新激情，调动学生创新活动的积极性，探索创新性人才培养的有效途径。

2.1 科技创新活动与立体化科技活动中心建设相结合，搭建实验教学/实践训练和科技创新的通道

针对科技活动平台的局限性，立体化科技互动中心分别从资源和制度两方面进行建设，为学生提供全方位训练服务。

（1）资源建设。在能力培养维度上以基础训练/综合训练/科研训练为主线，整合教学与科研实验试验设备，拓展实验研究项目，建设了36个综合训练项目和2类科研训练项目，强化机械类学生必备的机械、控制、加工技能三大能力。其中基础训练依托覆盖课程教学大纲所要求的必开的实验为主进行实验技能训练，构筑学生的坚实实验能力。综合训练将学科竞赛和科技创新活动相结合，进一步培养学生的创新能力和实践能力，鼓励学生大胆创新，勇于探索。科研训练依托科研设备，项目源于科研，面向高年级高层次本科生，以本硕结合的方式开展，加强科研能力、创新思维的综合训练，加速高层次人才的培养。

在环境支持维度上以现场实验/虚拟实验/网络实验为主线，研发了6件自制实验仪器，开发了含有16个展室385个项目10个实验课视频的虚拟实验中心，实现教学时空的拓展。自主研发的实验装置集原理性和趣味性于一体，在教学中极大地激发了学生的兴趣。

在能力展示维度上以展示中心/设计中心/加工中心为主线，建设创新实验室、校企联合学生实验活动中心，为大学生科技创新活动提供灵感、设备和资源多方面的支持。展示中心展示了学生历届科技创新活动的典型案例和学科竞赛获奖作品，为学生提供创新的示范与动力，是创新灵感的发源中心；设计中心强化学生的软件应用能力、设计创新能力，是创新设计方案的完善中心；加工中心配置了数控加工中心、激光加工、3D打印等加工设备，训练学生的动手能力和实践能力，是设计方案的实现中心、学生奇思妙想的验证中心。

（2）制度建设。制定了实验室正向开放和逆向开放制度，践行学生为主体、教师为主导的实验模式。实验正向开放制度采取实验室提供开放性实验项目清单和开放时间，学生利用课余时间以小组形式开展实验，通过 “基本实验能力的形成—分析设计与综合能力的训练—创新精神的培养”的训练模式，培养学生缜密思维和创新能力。实验室逆向开放制度则由学生根据自己的兴趣爱好向相关实验室提出实验申请，由指导教师和实验室指导教师共同负责，开展实验，通过“学生预约—提交申请—审核接受”，鼓励学生探索的欲望和创作的激情，为学生个性化发展提供自由发展的平台和空间。立体化科技活动中心及其灵活的开放制度，实现了创新教学的时空拓展、教学体系优化、教学资源共享的目的。

2.2 科技创新活动与学科赛事相结合，使日常科技创新活动内容具体化、趣味化

创新活动的基础是基本核心技能的快速提升。根据技能要求成立了四大类培训机构：以AutoCAD、Solidworks、CATIA等软件应用为主的机械CAD设计培训部；以Proteus、Protel等软件应用为主的电子CAD设计培训部；以嵌入式、PLC为控制源的智能控制培训部；以3D打印、激光切割、数控加工为主的加工技能培训部。培训部以“注重技能、崇尚科学、提倡创新、追求卓越”为宗旨，营造出了浓郁的科技创新氛围。以培训部为基石，开展创新沙龙，创新交流等活动，并将学科竞赛、创新创业训练项目、科研能力训练项目相互融合，使得创新创业以及科研能力训练项目有了充实的研究内容，增强科技训练主题的科学性和趣味性。

2.3 科技创新活动与集中实践教学环节相结合，实现创新能力培养过程的全覆盖，促进知识向能力的转化

针对创新活动过程短、培养面窄，而集中实践环节训练内容易脱离实际、忽略思维训练的问题，将学科竞赛的主题引入集中实践教学环节，提升设计题目的挑战性和趣味性，引发教学方法和训练模式的变革，提升学生综合运用所学的知识解决问题的能力，促进自身知识向能力的转化，实现创新培养过程和培养对象的全覆盖。

在实践中，笔者所在院级积极推进集中实践教学环节的改革，将6门课程设计与6类重点关注的学科竞赛相结合。在机械专业6门课程设计或综合实践中，引入了机械创新设计大赛、全国大学生工程能力训练大赛、机器人大赛等6类学科竞赛的主题，也允许学生自由选题，如对CCTV1的“我爱发明”中的作品进行借鉴或革新等。设计内容涉及机械创新、机器人、无碳小车、电子设计大赛、我爱发明等，提升设计题目的挑战性和创新性，培养学生综合运用所学的知识解决问题的能力，促进自身知识向能力的转化。这6个课程设计贯穿了该校机械类专业大学四年的集中实践环节，实现创新能力培养过程的连续递进性和培养对象的全覆盖。

2.4 科技创新活动与市场信息相结合，加强校企联合，培养学生科技创新活动的市场意识

针对大学生科技创新市场观念不足，作品科技含量低、容易重复市场已有的成果的问题，以校企联合项目为载体，以导师为引导，拓宽科技需求市场信息渠道，培养学生科技活动市场意识，提升科技活动的技术含量，实现科技成果转化。在具体实施过程中，设立校企联合实验室学生科研能力训练项目，由企业下放企业需要的小技改项目，学生申请，教师指导完成；聘请企业人员参加学生科研能力训练成果汇报的评审，加强校企交流，注重成果推广；积极组织学生将成果进行专利申报，实现成果的推广。

3 通过科技创新活动 “四结合”，培养大学生创新能力的实践成效分析

笔者所在学院，经过近些年创新能力培养的改革与实践，学生科技创新活动热情高涨，活动成果逐年增多。以下仅以该院近四年的成果为例进行说明。

图1 2013—2017学院大创项目获准数目情况

图2 2013—2017学院获准SSRT项目情况

图3 2013—2017学院学生参与省级以上学科竞赛获奖情况

图4 2013—2017学院参与省级以上学科竞赛情况

图5 2013—2017学院学生申请专利和论文情况

图6 2013—2017学院参与科技创新活动学生百分比

3.1 活跃了学生的创新思维，提升了学生的创新能力，创新成果获得市场认可

图1为该院全国大学生创新训练项目获准项目逐年变化情况图，图2为该院获准SSRT大学生科研能力训练项目逐年变化情况图。从图中可以看到近四年获准项目总体呈现递增趋势，可见学生参与科研能力训练项目的积极性逐年提高。图3为该院学生参与省级及以上学科竞赛获奖数目逐年情况图，图4 为该院学生和教师参与省级以上学科竞赛人数逐年情况图。图5为该院学生近四年申报专利和发表论文统计，呈现逐年上升趋势，特别是2016年上升较快。图6 可以看出该院学生参与科技创新活动学生人数占学生总人数的百分比呈现上升趋势，从2013年的不足10%，经过4年的创新教育改革实践，参与学生面接近25%，增幅较大。

总的说来，由于与综合实践环节结合，参与创新活动的学生为100%；各类学科竞赛和学生科研项目逐年提升，累计有一千多人参加了学科竞赛，在该院学生人数占比达到45%，200余人获国际或国家一、二等奖，500余人获省级奖励，申报专利60余项。对比本能力培养体系实施前年份 （2013年）和实施四年后（2017年）的数据，学生参与各类科研训练项目增长了188.9%；竞赛获奖项目数增长了124%；本科生专利和论文成果数量增长了733.3%，5项学生科技创新成果获得企业认可。

3.2 促进了教师对学生进行项目或竞赛指导的积极和热情，提升了创新培养效果，提升了教学水平

对比本培养体系实施前年份（2013年）和实施四年后（2017年）的数据，2013年度该院参与指导学生的教师50人次，2017年参与指导学生的教师达到108人次，增长了约100%。教师指导学生参与竞赛的获奖数量和获奖级别大幅度提高。

4 结语

通过科技创新活动 “四结合”，构建并践行大学生创新能力培养体系，有效地引导学生走向创新之路，激发学生的创新欲望和激情，通过实践活跃了学生的创新思维，提升学生的创新能力，加强学生的创新精神，学生参与创新性科研活动、科技竞赛的热情高涨，成绩喜人。这种模式为工科类高校创新教育的改革与实践积累了可行性较高的成功经验。