全方位培养自主学习与实践创新能力的教学体系构建与实践

裴晓东 吴征艳

摘  要：针对高校创新人才培养中存在的问题，如教育教学方法陈旧、实验教学条件有限和学生实践能力不足，缺乏创新意识等，提出并实施“五个环节”研讨式课堂教学方法，打造多层次、虚实结合的实验教学体系，开展“四化”实践教学模式，建立促进学生自主学习与实践创新能力的考核机制等针对性措施，从而全方位提高教育教学质量，培养学生自主学习与实践创新能力，促进新工科人才解决复杂工程问题核心能力的达成。

关键词：全方位培养；自主学习；实践创新能力；教学体系；多层次虚实平台

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）15-0072-04

Abstract： In view of the problems existing in the training of innovative talents in colleges，such as obsolete teaching methods， limited experimental teaching conditions and insufficient students' practical ability， lack of innovative consciousness and so on. This paper puts forward and implements the "five links" discussion classroom teaching method， creates the multi-level， combination of reality and reality experiment teaching system， carries out the "four modernizations" practice teaching pattern， and establishes the assessment mechanism to promote students' independent learning and practical innovation ability. In this way， the quality of education and teaching can be comprehensively improved， students' ability of independent learning and practice and innovation can be cultivated， and the core ability of new engineering talents to solve complex engineering problems can be promoted.

Keywords： comprehensive training; autonomic learning; practical innovation ability; teaching system; multi-level virtual and real platform

近年來，随着国家对高等教育的愈加重视，很多高校都在进行改革，特别是在培养大学生的创新能力方面[1-2]。学生要有创新能力必须要有创新意识和素养，而创新意识需要在自主学习、自主思考、自主实践中培养。注重培养大学生的创新实践能力，是当今时代赋予高等教育的重要任务之一。除了掌握基本的理论知识外，新工科创新人才的培养需要学生掌握应对变化、塑造未来的能力，需要通过有效的继承创新、交叉融合和共享，成为具有多元能力和创新型的卓越工程人才。本文主要针对目前高校创新人才培养中存在的共性问题提出建议，并结合培养一流新工科人才的社会需要，开展贯穿课堂教学、实验教学和实践教学的全方位培养学生自主学习与实践创新能力的教学体系构建与实践，以期高效促进新工科人才解决复杂工程问题核心能力的达成。

一  目前高校创新人才培养中存在的问题

（一）  以教师讲授为主

很多工科专业交叉性强，涉及专业知识比较综合，学生需要对多学科知识有所涉猎，才能更好地开展学习和实践。但传统教学课程内容体系相对固定，课堂氛围相对死板，主要以教师讲授为主，学生为辅。在这种情形下，课堂比较压抑，学生学习兴趣降低，涉猎知识面偏窄，导致学生知识和技能掌握不扎实，在真正实践时创新不足[3]。因此，应多鼓励教师布置学生开展课外查阅及整理任务，开展讨论交流，让课堂以学生为主。

（二）  实验实训教学条件有限

目前我国多数高校仍缺乏足够的实验实训基地和平台，特别是对实践要求高的工科专业，在实验教学场地和设备方面，尤其显得局促和不足[4-5]。

（三）  学生缺乏创新意识，主动性差，实践能力不足

多数学生从小接受的教育比较刻板，普遍创新意识较差，创新能力不足，动手能力薄弱。学生在进行创新设计活动时，存在所学知识、技能和创新思维不匹配的情况[6]。因此，高校创新人才培养需要寻找方法有效激发学生的创新思维，促进学生主动去学习、去实践、去创新[7]。

二  全方位培养体系的构建和实践

为有效提高学生创新能力和培养创新意识，综合建立全方位贯穿专业教学课堂、实验和实践等所有教学环节的立体培养体系，并在培养实践过程中持续改进，以保证高效、全方位地提高学生创新实践能力。构建的全方位培养教学新体系主要组成如图1所示，其主要教学环节及功能如图2所示。

（一）  以“五个环节”为基本框架，构建实施培养自主学习能力和探究精神的课堂教学新方法

在进行构建和改革的过程中，增加研讨式课程比例，采取大班授课、小班研讨的方式[8-9]。每次小班研讨前，学生根据专题任务进行独立探索，撰写课题报告，汇总组内交流讨论结果并进行二次查阅、解释和提炼，研讨环节学生开展独立讲述，老师进行评议，最后一起总结。即构建并实施“教师导讲和优选研讨课题”“学生独立探索和撰写课题报告”“小组交流讨论和汇总提炼”“学生讲述和师生评议”及“教师综述和总结提高”五个环节的高效培养学生自主学习能力和探究精神的研讨式教学新方法[8]。这样的教学模式，将有利于发展和锻炼学生的独立思考、探究和创新能力。开展的课堂研讨交流示例如图3所示。

随着教育信息化的快速发展，建设课下多形态教学资源，如精品视频课、微课、虚拟仿真一流课程等，可以有效扩展学生学习的时空范围，可以让学生有机会学到更多更加专业的知识，受到更多专业教师的指导，并充分利用课余时间灵活安排自学和探究，有利于能力提升和创新[4，10]。开设的国家级视频公开课如图4所示。

（二）  打造虚实结合实验平台，建立多层次创新型开放式实验教学新体系

利用国家级、省级实验教学示范中心教学资源并整合国家重点实验室、国家工程研究中心等科研实验资源，拓展建设高水平的虚实结合专业实验平台以开展综合实验教学活动。将实验课程独立设课，开发构建包含“验证型、设计型、研究型和科研拓展型”的多层次创新开放式实验教学实体平台以及重要、高危及难于实际开展知识点的虚拟教学资源，构建一批具有自主知识产权的、创新的新型实验仪器和实验项目支持并强化学生动手能力锻炼，发挥科研反哺教学作用[11-12]。这样的实验教学体系，将有利于学生更好地在实验过程中体验和学习，实现翻转课堂和虚拟课堂学习，增强学生自主学习和创新能力培养。建设的井下瓦斯压力测定和大型风机性能检测虚拟实验资源[13-15]示例如图5、图6所示。

（三）  以“四化”为引领，构建提升学生实践创新、解决复杂工程问题能力的实践教学新模式

为有效支撑学生创新意识、能力的更好培养，更加自如地适应社会、经济、技术发展需求，在构建全方位培养人才体系时，实现四化渐进的“专业化—模块化—实战化—国际化”实践教学新模式，从“初层认知—深层体验—前沿探索”三个层次，培养学生解决复杂工程问题的能力[16-17]。通过“四化三层次”实践实训活动，大力为学生提供多元、自主研学教育教学实践资源，为学生全面高素质发展提供强力支撑。具有自主知识产权的专业化、模块化通风管网综合实践资源如图7所示，企业实战化和国际化实践教学示例如图8所示。

（四）  注重能力培养，建立促进学生自主学习与实践创新能力的考核机制

创新能力的培养，重在学习实验实践过程中发挥学生的自主性，让学生独立去完成，锻炼学生创新思维和能力。设计将学习实验实践过程中的各个过程事项计入考核，真正让每一个学生主动、全程积极参与，实现构建全过程培养体系的意义。在考核体系制定过程中，根据学生在课堂、实验、实践课程以及大学生实践创新训练计划项目中的表现，重点考核学生运用所学知识和系统引用文献资料的能力，剖析、解决问题的能力，有效运用语言阐述、表达的能力，团队协作能力，以及针对实际工程问题提出技术措施的创新能力等，并计入各个教学环节的最终成绩，从而促进学生自主学习和实践创新能力培养。

三  创新措施

（一）  提出自主学习能力和实践创新能力培养并重的人才培养理念

想要提高学生的创新能力，前提是让学生掌握有效自主学习能力，授之以渔。对于学生来说，如果没有主动去学习、去探索的想法，其创新能力和创新意识也难以得到锻炼和发挥。全方位培养体系的构建是以培养建立提高学生自主學习能力为基本，掌握自主学习能力后，更有利于创新能力培养。在该教学体系中，学生自主学习能力的培养可以说是贯穿专业所有教学环节的，不仅在课堂上体现出来，在实验实践阶段也会体现出来。让学生具备创新意识，掌握创新方法，使学生在研究型开放性实验、各级各类创新训练项目、实习技术措施改进和毕业设计等阶段顺利开展创新实践活动并获得锻炼提高。

（二）  构建并实施全方位培养学生自主学习和实践创新能力的教学新体系

在全方位培养创新体系的建立中，加入了考核机制。在实施过程中，新体系几乎覆盖了所有的环节，从课堂教学、实验教学，到实践教学，变“讲授式”为“研讨式”，建立了以“选题、准备、讨论、演讲、讲评”五个环节为基本框架的课堂教学新方法，开展了大班授课、小班研讨教学创新与实践。同时依托各级实验中心，整合学科资源，将科研成果转换为研究型实验项目，将实验独立设课，建立多层次创新型开放式实验教学体系，提升学生自主学习能力。

（三）  构建并实施适应于自主学习和实践创新需求的实践平台运行模式

依托学科优势，构建并实施包括各级实验教学示范中心、国家重点实验室等的综合教育教学平台联合运行模式。改善实验实践条件，支持学生自主开展实验实践活动。并利用虚拟教学实践资源开展实际环境下难于开展的重要实验实践，促进实验室全天候开放。另外工程实践教育中心侧重实习教学，建立以现场专家为主的实习指导教师队伍，参与毕业设计指导等实践教育环节。

四  实践效果

（一）  学生自主学习和实践创新能力显著提升，教育教学质量显著提高

全方位培养自主学习与实践创新能力教学体系构建后已在中国矿业大学安全工程学院、继续教育学院、矿业工程学院等单位的2013—2017级共五届总计26个教学班近1 000名本科生的教学活动中进行了应用和实践，取得了良好的教学效果和学生反馈，学生的学习能力和实践创新能力显著提升。近年来，学生获得的部分创新成果包括承担省级以上创新实践项目136项，获省优博4篇、优硕10篇，协会优博4篇，发表论文672篇，授权发明专利565项，获挑战杯等省级以上竞赛奖励97项，其中金奖、一等奖12项等。

（二）  引领了国内安全类专业建设和教育教学发展方向并在同类高校得到了很好的推广应用

通过国家级精品视频公开课、全国高校自制实验教学仪器设备展、全国高校安全工程专业年会、江苏省安全工程专业联盟以及安全工程虚拟仿真实验教学资源与共享平台等向全国进行了展示和推广。开设了安全工程专业导论、瓦斯的是与非等国家级精品视频公开课，建立了“中国矿业大学-山东兖矿集团”“中国矿业大学-徐州矿业集团”等国家级工程实践教育中心，建设了矿业工程国家级实验教学示范中心（安全分室）和安全工程江苏省省级实验教学示范中心，入选了江苏高校优势学科建设项目等。实践成果引领了国内安全类专业建设和教育教学发展方向，推动了安全类一流人才的培养，得到了兄弟高校的高度肯定。实践成果还得到安全工程专业认证专家组高度评价：“通过研讨式教学、创新创业计划训练、毕业设计等相关课程，培养学生的自学能力，养成终身学习的意识。”

五  结束语

目前，高校创新人才培养需要打破传统的教学模式，重在有效培养学生自主学习能力和创新意识势在必行。本文全方位培养教学体系的构建，不单单是进行单一的创新能力教学，而是以自主学习能力培养为基本，化被动为主动，培养学生自主学习的能力，掌握自主学习的方法，养成“我要学”“主动想”的思想，具备对知识的自我驾驭能力，通过自主学习获取更多创新过程中所需的理论知识，再通过创新实践，掌握创新方法，提高创新素养，成为真正的创新型一流人才。

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