课程融合与实践：本科生创新创业能力培育

摘 要 为应对国家新材料强国战略以及经济社会发展对新工科人才的需求，文章提出了现代工程装备材料课程和技术创新方法的课程融合思路，并简析了该教学改革方案相比传统教学方式的优势。同时，辅以全国商业精英挑战赛国赛一等奖获奖方案“新一代5G通信基站散热材料”为实例，探讨了现代工程装备材料课程与技术创新方法的融合与实践对于培育新一代高素质工科人才的重要意义。

关键词 课程融合与实践；现代工程装备材料；创新创业思维

中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.26.011

Curriculum Integration and Practice： Cultivating Undergraduate Students'

Innovation and Entrepreneurship Abilities

YU Jiamin， ZHANG Hai

（School of Iron and Steel， Soochow University， Suzhou， Jiangsu 215137）

Abstract In response to the national strategy of building a strong country in new materials and the demand for new engineering talents in economic and social development， this article proposes a curriculum integration approach of modern engineering equipment materials courses and technological innovation methods， and analyzes the advantages of this teaching reform plan compared to traditional teaching methods. At the same time， taking the first prize winning scheme of the National Business Elite Challenge National Competition "New Generation 5G Communication Base Station Heat Dissipation Materials" as an example， this paper explores the important significance of the integration and practice of modern engineering equipment material courses and technological innovation methods in cultivating a new generation of high-quality engineering talents.

Keywords curriculum integration and practice; modern engineering equipment materials; innovative and entrepreneurial thinking

近年来，在国家层面的《中国制造2025》战略规划以及中国工程院面向2035的新材料强国战略研究等国家战略的推动下，现代工程装备材料领域的发展受到广泛关注。作为国民经济建设、社会进步乃至国防安全的重要物质基础，材料产业在我国工业化进程中后期发挥着至关重要的作用。开展新材料强国战略研究，对于支撑我国制造强国战略的实施具有重大的战略意义[1]。

与此同时，作为现代高新技术发展的基石和先导，新材料领域技术与产业的高速发展对新材料人才的素质要求日益提高。为建设材料强国，培养和造就一支规模合理、结构优化、素质精良的新材料人才队伍已然成为当务之急。然而，在本科教学实践中，现代工程装备材料课程面临诸如抽象概念难以理解、知识面过于宽泛，以及实践操作环节不足等一系列挑战。为解决上述问题，本文建议将TRIZ理论与现代工程装备材料课程相融合，并分析了这一教学改革方案的优越之处。同时，本文结合大学生参与创新创业大赛的实践案例，探索有效的教育模式和方法，以期培养出具备创新精神和创业能力的高素质专业人才[2]。

1 课程融合： 构筑复合型人才培养新模式

1.1 现代工程装备材料概述

现代工程装备材料课程是工程专业教育中的一门核心课程，其内容主要涵盖各种类型的金属材料以及其他新型功能材料等广泛的材料类型和应用领域。该课程不仅系统讲授各种材料的组成、结构、性能及应用，还重点介绍先进制备加工工艺和表征分析技术，并结合实际工程案例，使学生能够全面把握材料科学与工程应用之间的内在联系。通过理论学习与实践环节的有机结合，该课程可以培养学生分析材料和解决复杂工程问题的能力，为培养复合型、创新型工程技术人才奠定坚实的专业基础。

然而，在现代工程装备材料课程的教学实践中，仍然存在一些瓶颈和困难。首先，该课程知识面广泛，涉及多种材料体系，概念和理论往往比较抽象，对学生的理解和消化能力提出了很高的要求。其次，材料领域的发展日新月异，新型材料和新兴应用层出不穷，而工业企业以及社会发展中新的工程材料问题不断涌现，如何及时更新教学内容、激发学生的创新意识，不断解决应用中的新问题也是一大挑战。另外，受实验条件所限，课堂教学缺乏足够的实践操作环节，学生难以获得充分的实践锻炼，影响其对理论知识的灵活运用。

因此，针对该课程教学中存在的瓶颈，有必要进行一些教学改革和创新，比如引入先进的教学手段和方法，加强课程与工程实践的融合，更新优化教学内容体系等，以期不断提高教学质量，更好地培养学生的创新意识和实践能力。

1.2 专业课程与技术创新理论方法的有效融合

TRIZ理论即“发明问题解决理论”，是一种系统化的创新方法。它基于对大量专利文献的分析，总结出了一系列解决创新问题的规律和原理。其核心思想是通过消除技术矛盾和实现技术进化，最终获得理想化的解决方案[3-5]。TRIZ理论为帮助学生理解和掌握现代工程装备材料课程中的抽象概念和原理提供了有力方法论。其中，矛盾分析和解决、功能分析、理想性原则等工具可以应用于课程教学，将抽象概念具体化、形象化，使学生更容易认知和内化相关知识；同时，TRIZ理论中丰富的科学效应库和创新案例正可与材料课程内容结合，激发学生兴趣，促进其记忆和理解。

此外，TRIZ蕴含的思维启发原理如40项创新原理、76种标准解等，通过导入案例实操环节，可以有效培养学生的创新思维习惯和抽象思维能力。将这些创新思维理念和方法贯穿材料课程教学全过程，一方面可以让学生在理论学习中树立创新意识，另一方面又可在实践活动中锻炼创新技能，进而达到高效掌握专业知识的目的。

如图1，TRIZ理论同样可以用来解决现代工程装备材料发展中的问题，具体方法如下。

1.2.1 问题分析及转化

对现代工程装备材料的功能进行深入分析，明确其核心功能和辅助功能，这有助于学生识别材料在特定应用中的瓶颈和挑战。在功能分析的基础上，确定材料发展中的主要冲突。例如，强度与轻量化、耐久性与成本等。

1.2.2 利用TRIZ工具

针对识别出的冲突，应用TRIZ的各种工具和原理，如物质―场分析、ARIZ算法、技术进化法则、头脑风暴等，对材料的相关属性、功能以及应用进行全面分析，寻找可能的解决方案。

1.2.3 解决方案生成

结合现代工程装备材料的特性和技术趋势，提出多种解决方案，包括新材料的使用、现有材料的改进等。在理论层面提出解决方案后，通过实验验证其可行性和效果，这一步对于确保解决方案的有效性和实际应用至关重要。此外，还需根据实验结果和实际应用情况，对解决方案进行反馈和持续优化，确保其满足现代工程装备材料的发展需求。

1.2.4 知识管理

在整个过程中，注意积累和整理相关知识，形成知识库或知识图谱。这有助于未来类似问题的快速解决。

可以说，TRIZ理论为材料课程教学注入了创新的活力，开辟了一条解决传统教学困境的新路径。它将创新问题抽象为矛盾，并运用创新原理和标准解决方案来解决矛盾，这种由具体到抽象再到具体的思维模式有利于学生更好地把握材料科学中抽象的概念和原理，促进学生解决复杂问题以及创新思辨能力的培养。

2 课赛结合：通过实践探讨工科人才培养的新视野

伴随全球工业的发展以及企业竞争压力的加大，技术的创新与发展在时代前进的浪潮中扮演着愈加重要的角色。高等教育作为人才培养的中坚力量，充分洞悉每一个时代背景下对人才的需求。下面谨以“新一代5G通信基站散热材料”方案带领学生参加全国商业精英挑战赛并获得国赛一等奖为例，进一步阐述课程融合学习与实战对于培养新一代工科创新型高素质人才的重要意义。

2.1 学生创新能力及工程实践能力的培养

我们鼓励学生敢于发现问题并具备问题分析与转化的能力。经过调研，我们发现从4G通信基站到5G基站的推进过程中，相关功耗提高了200%―300%。为了解决5G基站散热困难以及5G通信技术难以大规模推广使用的问题，我们迅速组织学生团队展开调研和实践，深入研究5G功耗对材料带来的挑战，发现目前国内的导热材料大致在80―100W/m.K，120―180MPa，导热性能与屈服强度矛盾强烈但综合性能不足，同时国外也没有针对5G基站的相应高强高导热材料技术。针对当前材料性能不足、无自主知识产权和技术空白等一系列实际问题，我们进一步引入技术创新方法与理论课程中的“创新思维方法”，打破思维惯性，综合运用“物理矛盾、技术矛盾”和“资源分析”等TRIZ理论研究方法，率先提出新一代高强高导热铝合金的理念。

2.2 学科交叉融合及学生综合能力的培养

在项目实际推进过程中涉及多个学科及领域，如对无线通信技术与设备、硬件设计与制造等散热环境及过程进行了模拟，通过对多学科知识的融汇梳理出创新的技术理念。同时，在反复的评估和方案优化过程中，成功在合作企业山东魏桥集团、广东澳美铝业有限公司进行了中试测试，经企业反馈多项技术属世界首创、各项指标均属世界一流。在项目参与过程中，学生与企业及团队合作协调等综合能力也得到了很好的训练。团队也率先进入校内培育项目，并在中国“互联网+”大学生创新创业大赛苏州大学校内评比中获得一等奖，随后在全国商业精英挑战赛中也获得全国总决赛一等奖。团队中的多位同学因其突出的创新解决问题的能力等优秀特质纷纷被上海交通大学、浙江大学、复旦大学、新加坡国立大学等国内外一流高校提前免试录取，攻读研究生继续深造。

2.3 高校创新环境的培养

为了更好地应对未来发展的挑战，高校应继续加强现代工程装备材料课程的建设，以苏州大学为例，自2020年开始苏大首次为本科生开设技术创新方法与理论课程，强化创新创业人才的培养。为进一步强化本科生创新创业意识和实践能力的培养，鼓励学生积极参加创新创业教育和实践活动，同时学校出台一系列教育改革措施，把深化创新创业教育作为人才培养的重要改革任务来抓，深入推进创新创业教育课程改革，进一步完善学校学生创新创业教育课程体系，加强创新创业教育平台建设，构建合作、开放、共享的实践教育平台。同时开展创新创业教育竞赛活动，构建赛学协同、赛教协同、赛创协同的竞赛网络，让学生在课赛结合的模式下不断激发创新潜能。

3 总结与展望

技术创新方法与理论和现代工程装备材料两门课程的融合，不仅是知识的整合，也是理论与实践的结合。将创新方法与理论应用于现代装备材料的研发和改进中，引导学生探索未知领域、发现新问题并寻求解决方案。这种跨学科的课程设计为学生提供了更广阔的视野和更全面的知识体系，有利于培养他们的创新思维和问题解决能力。展望未来，我们将继续深化课程改革，将更多先进技术和理念融入课程，加强与科技界和企业界的合作，为学生提供更好的创新机会和创新平台。我们也将更加关注前沿科技动态和“卡脖子”问题，引导学生为发展国家重大战略性工程材料和破解国家科技难题开启智慧和提升创新能力。同时，我们将关注新材料科技前沿动态，努力培养出更多具备国际竞争力的创新型人才。

参考文献

[1] 谢曼，干勇，王慧.面向2035的新材料强国战略研究[J].中国工程科学，2020，22（5）：1-9.

[2] 刘莉莉.基于TRIZ理论的大学生创新创业能力的研究[J].学校党建与思想教育，2017（14）：73-75.

[3] 中国新材料产业高峰论坛——第三届中国新材料产业发展大会暨2021“科创中国”新材料专家、技术、需求推介会总结报告[EB/OL].（2021-10-21）.https：//camidc2021.scimeeting.cn/cn/web/index/12163_920738__.

[4] 韩志嵘，韩宇飞，林芸，等.TRIZ理论在大学生创新创业训练项目中的应用[J].创新创业理论研究与实践，2019（16）：175-176.

[5] 刘珊慧.创新创业项目驱动下的高校导师投入现状及影响机制的研究[J].创新创业理论研究与实践，2022（8）：1-3.