基于STEAM理念的高校创新型人才培养模式研究

纵观信息时代创新设计的发展进程和制造业转型，多学科协同创新发挥了重要作用，工业制造生产中很难仅仅依靠某个单一学科，而是需要多学科交叉共同完成。推动大众创业、万众创新，高层次的创新创业教育和“工匠型”创新人才离不开交叉学科的培养，尤其要与新型制造业转型紧密衔接。

美国麻省理工大学的工程类专业课程设置中，把设计制图、生产制造、调试分析以及设计管理等各个环节融合到设计教育的全过程;美国ART CENTER设计学院致力于与GM等国际公司开发“计算机辅助设计”“设计同步工程”等联合培养项目;英国Coventry大学与跨国企业合作研发汽车设计与工业设计创新项目;日本千叶大学为推动创新型人才发展，和国内知名公司进行“人机交互界面设计”“先进技术和设计”等协同创新研发。同时，国内清华大学、同济大学、湖南大学等开展跨学科创新教育，从以课程为中心的教育模式转变为以项目研发为导向的教育方式，构建以交叉融合为特色的创新人才教育体系，提出了多个设计专业领域为支撑的系统教学和研究模式。

然而目前国内高校创新型人才教育还存在一些共性问题：一是过于注重专业技能，缺少创新观念和系统性思维的培养;二是创新课程内容知识碎片化，缺少贯通;三是学生实践动手能力和沟通协作能力较为薄弱;四是培养大纲、课程名称、教学内容同质化现象比较严重。这就导致学生创新精神不足、綜合思考力缺乏，所以教育改革迫在眉睫，需要引入多学科协同创新教育的模式，培养学生跨学科的专业视角。

一、STEAM教育的提出与认可

STEAM教育理念是由美国学者Yakman首次提出的，STEAM是取科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Arts）和数学（Mathematics）五门学科的首字母命名的一种教育概念，是在原STEM教育的基础上发展而来的，目的是通过跨学科交叉知识的学习，培养学习者的核心能力，尤其是综合创新能力。STEAM的五门学科分别从不同的角度对学习者的核心能力提出了要求，其中，S培养学习者认识客观世界规律的能力，T和E传授学习者工程技术知识和技能，A为实践提供创造性思想来源，M培养学习者的工程科学思维，提供方式方法。STEAM教育具有跨学科、趣味性、协作性、设计性、技术性等特点，注重创造能力和创新能力培养，强调跨学科知识的交融，帮助学生掌握科学、技术、工程、艺术、数学等不同学科知识，引导他们通过学习知识与世界实现美好互动，以跨学科的方式解决问题，在创新创业上具有新颖独到的见解和核心能力。

2021年，教育部关于“双一流”建设高校促进学科融合，加快人工智能领域研究生培养的若干意见中提出，要跨界融合和精准培养，不断丰富完善跨学科核心知识体系，构建自主创新和人才培养共同体。因此，基于STEAM理念的“设计-工程-数字化”课程教育及人才培养模式改革与文件要求不谋而合。该理念为创新型人才的培养奠定了深厚的理论基础，通过对前沿教育理念进行在地化创新实践，以“设计-工程-信息化”为知识主体，以项目实践为学习手段，展开跨学科、协同教育、综合创新人才培养模式研究，推动教学模式和内容变革，把创新设计教育与工业工程、数字化技术等相结合，促进教育教学改革创新。

二、建立STEAM“设计-工程-数字化”一体化模型

传统的教学模式较难引领创新前沿的产品，新思维、新模式、新需求都要求培养具有STEAM理念的创新型设计人才，基于STEAM理念的教育改革就是打破原有两个相对独立的理论教学和实践教学课程体系，通过项目课题的循序渐进、项目实训模块与专业教学实践，重新建构以多学科交叉、创新思维方式和专业技能培养为主导的新型教学体系。STEAM需要教师、学生、管理者三方共同参与，教师团队通过智力输出提供STEAM教学，学生为解决问题在项目执行过程进行STEAM学习，管理者根据项目的执行情况进行STEAM综合评估。

1.制定科学的创新型人才培养目标

随着制造业的快速发展，物质产品供给丰富，人们对于产品的需求表现得更加多元化，对产品设计和生产技术提出了更高的要求;另一方面，信息化的迅猛发展，灵敏生产、工业4.0、3D打印等技术为人们的个性化需求提供了实现的技术保证，创新设计不仅能促进技术创新、功能创新和外观创新，还能将实验室科技成果转化为市场消费产品，高校应该充分发挥多学科交叉融合的软硬件优势，开展基于STEAM理念的“设计-工程-数字化”一体化人才培养，将具有多学科背景的专业授课教师结合在一起，以团队的方式开展教育教学，培养出适应社会发展需求的复合型设计人才。

2.建立STEAM理念的“设计—工程—数字化”一体化课程教育模式

“设计-工程-数字化”一体化课程教育主要包括横向知识体系和纵向设计流程（见图1），横向知识体系主要包括设计（设计思维、设计方法、产品设计）、工程（机械制图、工程力学、电工学、高等数学）和数字化（C语言、Arduino）等方面知识内容，纵向设计流程主要包括起点、过程、后期三个主要环节，起点是根据用户的需求提出设计方案，过程是在设计中考虑产品的工程结构、生产工艺、生产成本等内容，后期是可以借助智能硬件等新兴数字化技术搭建设计原型，从而使创新思维、工程教育、实践教学进行有机联系。“设计-工程-数字化”一体化课程教育模式就是在横向上对设计各环节的知识构成要素进行梳理，并辨析在纵向设计过程的作用和地位，从而实现“设计-工程-数字化”在横纵两个方向的一体化整合。

3.搭建STEAM理念设计项目实践模式

经济全球化、世界多元化、文化多样化加速了学科交叉融合的发展趋势，信息社会、工业社会下的教学实践要掌握“设计-工程-数字化”多领域的知识，并获得相应指导，以设计、制造为目标，用创新思维、方法及能力将设计创意变为产品。为了让学生掌握和运用多学科知识的能力，探索适合信息化时代人才的培养模式，建立以项目为导向、多学科背景的教师团队进行教育的创新教育项目实践模式，构建“设计-工程-数字化”一体化创新设计机制（见图2）。“设计-工程-数字化”一体化创新设计机制基于STEAM教育理念/机制、设计、创新知识中心、信息技术、工程技术，充分利用灵敏生产、工业4.0、3D打印等物联网、云计算、大数据、移动互联网硬件技术，不断推进应用机制升级，不断完善学科资源库、开放课程库、信息管理库等保障机制，开展教师、学生、管理者三方共同参与的项目模式，教师以团队的形式提供STEAM教学，学生在项目执行过程进行STEAM学习，管理者根据项目的执行情况进行STEAM综合评估。“设计-工程-数字化”一体化创新设计机制不仅可以培养学生过硬的专业技能、激发学生的学习热情，还能提升其创新能力、实践能力和解决问题的能力。

4.以“项目引路”形成STEAM设计项目评价

将“项目引路”运用到创新型人才培养的教学过程和教学方法中，强化知识整合，注重项目实践过程和解决问题能力，实现知识运用与能力提升并重。STEAM设计项目的实践模式（见图3）是以问题或项目为中心，以某一具体教学任务为教学目标，通过确定教学任务、关联学科间的知识、熟悉学生学习特性，重点做好目标分析、知识地图分析以及学习者特征分析。分析完教学任务后，指导学生针对项目或问题自主开展设计学习，主要包括STEAM工具与资源设计、STEAM设计活动过程设计、STEAM支架设计和STEAM评价设计四方面的内容。然后，基于特定的工业设计项目实践，围绕STEAM“设计-工程-数字化”开展既定课题的“创新教学”活动，使学生认识到项目执行过程就是解决实际问题的过程，在项目实践的层面边做边学，以项目活动为起点，学习、掌握、应用专业知识和技能，发现问题并找到解决方法。最后，通过STEAM知识结构化，针对项目教学应用过程进行发展性评估和改进，并做出总结性评价，继续进行设计修订。

三、未来应用空间和推广价值意义

基于STEAM理念的创新型人才培养模式是应对互联网+时代创新人才素质诉求转变的全新教学模式，通过搭建STEAM创新知识中心，为给学生提供完善的“设计-工程-数字化”知识体系，通过在实践过程中对解决问题的设计方案和设计结果进行比较、评定，客观分析方案优势和劣势，协调表面相互冲突的各方利益，防止学生在实践过程中片面追求技术创新、功能创新、降低生产成本等有误区的做法，选出最优、最合理的方案，使学生在实践过程中根据具体的设计项目灵活把握美观、创新性、可用性、经济性等多方面的诉求，营造出一个“跨界与融合”的教学环境，立足创新本质的特征，整合优质资源构建实践平台，形成崭新的创新“生态”环境。

基于STEAM理念已成为知识整合创新的一种新的价值源泉，无论是就宏观范畴的创新人才培养体系开展研究，还是方法研究，都对现有创新型人才的专业教学及实践开展具有深刻的指导意义。“设计-工程-数字化”的整合是教育发展的新趋势，跨学科的知识整合创新对解决信息社会设计、工业社会实践中的问题具有重要意义。

（贺薇，助理研究员，硕士，研究方向为高等教育。）E6628A88-CF1B-436A-8000-E98356A2C257