创客教育理念融入工程训练 提升学生创新创业能力

吴亚辉, 张英琦, 行志刚 (河南理工大学 工程训练中心，河南 焦作 454000)

0 引 言

当前，国家推行创新驱动发展，实施“互联网+”“中国制造2025”等重大战略。以5G、人工智能、工业互联网等为代表的新基建大力推进和以新产业、新技术、新业态为特点的新经济蓬勃发展，要求高校培养大批创新型工程技术人才，加快工程教育改革及创新[1]。新工科将高等工程教育的着力点放在工程创新能力与工程实践能力培养，把创新创业能力作为工程科技人才的核心能力，为高等工程教育的改革提供了一个全新视角和“中国方案”[2-5]。工程训练中心是高校培养学生工程实践能力和创新创业精神的重要教学基地[6]，“新工科”建设对工程训练中心的建设和发展具有重要的指导意义[7]。如今工程训练中心的发展进入了瓶颈期，长期存在训练内容固定单一、学生被动接受训练等教学问题亟需解决。理念是改革的先导，创客教育是一种鼓励分享和协作，倡导将创意变为现实，培养学生创新、创造和创业能力的素质教育[8]。近年来，清华大学、西安理工大学等国内一批高校积极开展创客教育的探索，如成立创客教育基地联盟、搭建校政企协同众创平台等，对推动创客教育的可持续发展，起到了示范和引领作用。南华大学、陕西理工大学进行了基于创客教育的工程训练改革[9-10]，对解决以上问题提供了可行的思路，但仍不够系统和全面。为此，在新工科背景下，中心基于创客教育理念，以国家级实验教学示范中心为主要实践平台，开展教学改革的探索与实践，为工程训练教学未来的发展提供新的思路和经验。

1 新工科背景下工程训练教学存在的问题

工程训练是高校实验教学的重要环节，对于提高学生综合素质和实践能力一直发挥着重要作用，工程综合训练及创新训练对学生创新创业能力和个性化培养有着独特的优势，但在新工科建设背景下，中心仍存在不少的问题亟待解决。

(1) 工程实践教育设备落后。随着工业互联网、AR、人工智能等新科技的发展，要求学生在进行工程实践时接触认知相关装备和技术，而现有实训设备仍以普通机床为主，无法满足需求。

(2) 工程实践教育课程体系同质化且内容陈旧。现有工程训练课程及项目内容陈旧，满足不了学生个性化需求，导致其参与训练的主动性和兴趣不足。

(3) 师资队伍新工科教育能力薄弱。现有工程训练师资队伍学科背景单一，多以机械、电气专业为主，普遍存在着创新意识不强、工程创新能力薄弱的状况，与新工科建设要求差距较大。

(4) 教学方式效率低下。在传统的“师傅带徒弟”工程训练教学方式下，学生完全被动接受训练，束缚其创造性思维的发挥，训练效果较差。

2 工程训练教学改革探索

教学改革往往是从教学理念的革新开始，这是教学改革的核心内容，教学理念的变化会引起教学内容、教学方式、教学环境等教学要素一系列变化。

新工科以应对未来、引领未来为理念，在培养目标上着眼于学生知识体系的综合化和能力的全面发展，培养文理相融的复合型人才[11]。新工科建设将以创新创业教育为导向，把创新创业能力作为工程科技人才的核心能力。高校开展创新创业教育，首要任务是充分激发学生的创意热情，培育学生的创客精神[12]。

创客教育是基于学生兴趣，以项目学习的方式，使用数字化工具，鼓励分享，倡导实践，培养跨学科解决问题能力、团队协作能力和创新能力的一种素质教育[13]。创客教育作为一种新型教育模式，是以技术为中心，整合各个科目知识的学习，不仅涉及科学与技术，还可涉及人文和艺术[14]。

工程训练中心具有先进制造设备、“双师型”教学队伍等创新创业的基础环境，学生受益面、开放度和共享度也有着其他教学平台不可比拟的优势。工程综合训练和创新创业训练，对培养高质量、高层次的新世纪工程技术人才，起着其他课程所不可替代的作用[15]。

通过对新工科、创客教育、工程训练的研究和现状分析，发现三者共性在于人才培养目标和宗旨一致，教学理念和教学方式可以相互借鉴和支撑，选择恰当的点进行有机融合将充分发挥各教学要素的作用，能提高学生创新实践的兴趣、激发创新实践热情和训练创新实践能力。

因此以培养学生创新创业能力为核心，以平台建设为基础，以训练项目为抓手，将创客教育的理念和部分做法有机融入工程训练中，由点、线到面，从完善工程训练创新实践平台、内容体系、教学方法、师资队伍等方面推动工程训练教学全方位改革，有效解决工程训练目前存在的问题，达到工程训练教学改革目的。

3 工程训练教学改革实践

3.1 搭建跨学科交叉工程训练创新实践大平台

加大资源整合与共享力度，促进机制改革，搭建设施先进的现代工程实训大平台。整合校内外教学资源，打破学院、专业、课程之间界限，构建由校内实训基地、专业基础实验室、专业实验室和校外实践教学基地组成，集教学、科研、研发等功能为一体、横向结合、纵向发展的国家、省、校三级教学平台体系。该平台体系依托现有的工程训练、电工电子2个国家级实验教学示范中心，机械设计、矿山电气等虚拟仿真实验教学中心，河南能化等大学生校外实践教育基地以及智能制造综合训练、激光加工教学共享等协同育人平台，通过理顺关系、资源整合、建立协作机制，构建功能集约、开放共享和运作高效的实验、实训、实习平台，以满足新工科专业教学和实践教学的需要，为提高学生创新实践能力提供平台支撑(见图1)。

图1 智能制造综合训练平台训练模块及教学方式

3.2 构建多学科融合工程训练内容体系

围绕“新工科需要科学与工程和人文的交叉融合”[16]的理念，在原有工程认知、工程技能、工程综合、工程创新多层次课程体系的基础上，以智能制造为主线，引入科技、文史、外语等元素，构建融通识教育、能力训练和素质培养为一体的螺旋递进的内容体系[17]。① 开办科创、历史、文化、艺术等论坛、讲堂、沙龙，培养学生立体化的视野和人文修养；② 增加“3D打印”“工业机器人技术”“智能制造概论”等智能制造训练课程；③ 开设“机器人工程探索与实践”“电控无碳小车创意设计与制作”等工程训练特色公共选修课；④ 组织参加“互联网+大赛”“全国大学生工程训练综合能力竞赛”“金砖国家青年创客大赛”等创新创业竞赛；⑤ 建立模块化的综合训练项目库。依托智能制造综合实训平台，开发与数字化设计、智能加工、智能仓储、物联网通讯等相关的新项目，根据学生能力和兴趣进行单项离散和多项综合训练，逐渐形成以项目为主要驱动的多样化教学内容。

3.3 建立以学生为中心的创客化教学方式

以学生为训练主角，把创客理念融入创意、设计、制作、展示等多个训练环节[18]，建立创客化教学方式。采用“一立项三报告”阶段化训练模式，即训练各阶段分别提交立项申请、分析、设计、总结报告，贯穿训练全周期。允许学生自由选题或自主命题；鼓励学生按兴趣、跨专业组成项目研究团队；引导学生通过头脑风暴、启发式、探讨式等多种方式进行自主创意；提倡成员分工协作进行设计、研发、制作项目产品；展示环节增加实物路演、现场问辩等创客方式，从而实现学生训练由被动转为主动、由任务驱动转变为项目驱动。

3.4 打造“双师多能型”工程训练导师团队

从素质、能力和结构等方面完善工程训练指导教师队伍，打造一支“双师多能型”导师队伍。首先，制定激励政策聘请不同学科特别是具备交叉学科学术背景的优秀教师加入指导教师队伍；其次，邀请校外知名创新创业导师或企业高水平工程技术人员到中心兼职任教；再次，遴选少量优秀学生作为训练助教。对现有的“双师型”教师队伍则通过组织进修、培训、研讨等活动，持续推进“一岗多能”制度和企业挂职机制，同时引导教师适应训练角色从主到辅的转变，建立开放和学习的心态，在训练过程中与学生一起探索、学习和进步，逐步发展成为“双师多能型”的指导教师[19]。

3.5 发展个性化培养的大学生创新创业活动组织

为满足不同专业学生的个性化发展需求，根据学生兴趣爱好和培养目标不同，在原有科技创新教育基地基础上，发展机器人俱乐部、云台创客空间等个性化创新创业活动组织。按照“自我学习、自主管理、共同提高”的管理原则开展活动，秉承“玩中学，学中做，做中思，思中创”[20]的创客理念，通过进行创新创业教育、举办创客文化沙龙、开展技能培训、组织开发创新创业项目、举办和参与各类创新创业竞赛等手段，提高学生的创新创业素质和能力。组成项目研发团队，鼓励跨专业跨年级组队，在研发过程中，相互学习和提高，完成多学科交叉融合。孵化大学生创新创业团队，以“智能音乐手环”“tobe智能灯”等成功项目扩大知名度和影响力，在学校和社会产生品牌效应，带动和吸引更多的学生投身创新实践活动。

3.6 形成以成果为导向的多元化评价机制

打破考察学生设计方案及作品为主要手段的传统考核方式，采取过程评价和结果评价相结合的评价办法，形成以成果为导向的综合评价机制。制定过程评价和结果评价标准，包括作品创意、训练过程、训练报告、作品质量，路演表现等评价因子。在过程评价上，量化训练流程每个环节，综合参考教师评价、团队自评，侧重考查团队成员的贡献度和团队协作情况；在结果评价上，加大作品创意所占比重，增加实物路演、随机问询，现场答辩等环节，建立客观有效的“创意+过程+作品+报告+展示+答辩”评价机制。

4 教学改革成效

自改革实施以来，学生参与工程训练特别是双创活动的积极性明显提高，每年来中心参与创新创业活动的学生达2 100人以上，覆盖了机械、电气、材料等40多个专业。经过训练后，学生综合素质和创新创业能力明显提升。近2年来，孵化出“极影车队”“开心小葫芦”“兔比科技”等多个创新创业团队，项目在互联网+大赛、ican国际创新创业大赛等多个比赛中获奖，获河南省、学校创业扶持资金和风投多项资助。学生团队创新成果显著，完成大学生创新创业训练、创客项目等100余项，获得学科竞赛省部级以上奖135项，申请国家专利10多项。

5 结 语

培养引领经济社会发展、具备交叉知识背景的复合型工程科技人才,是当前我国工程教育的重大使命[21]。虽然中心在学生工程实践教育和创新创业教育方面取得了一些经验和成果，建立起了技能训练—创意实践—综合创新多层次创新训练体系，但是仍存在一些问题，如师生对新工科及创客教育理念认识不足，参与创新创业活动的学生占在校生的比例依然较低等。此外，新科技融入综合训练平台建设、与企业深入开展协同育人等许多问题都值得我们进一步思考和探索。今后，我们将继续推进工程训练教学改革，特别是新工科的探索与实践，进一步推广创客教育理念，为地方高校复合型人才培养提供经验和帮助。