“工科大学生创新基础”课程案例同步教学模式

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　　摘 要 分析了工程科研创新的一般步骤，提出了“工科大学生创新基础”课程的案例同步教学模式，教师在教学过程中完成案例课题研究的各步骤，引导学生同步完成所选课题的相应步骤。课程充分利用各种电子产品和网络平台开展教学活动，课程成绩考核注重导向性和过程性。初步的教学实践表明，所提出的教学模式具有良好的教学效果。
　　关键词 创新基础 科研创新 案例同步教学 成绩考核
　　中图分类号：G424                                       文献标识码：A    DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2019.04.054
　　Abstract This paper analyses the general steps of engineering scientific research innovation， puts forward the case synchronization teaching mode of the course "Innovation Basis for Engineering College Students". Teachers complete the steps of case study in the teaching process， and guide students to complete the corresponding steps of the selected topic synchronously. The course makes full use of various electronic products and network platforms to carry out teaching activities， and the course performance evaluation focuses on orientation and process. The preliminary teaching practice shows that the proposed teaching model has good teaching effect.
　　Keywords innovation basis; scientific research innovation; case synchronization teaching; achievement examination
　　隨着教学改革的深入，工科专业课程出现两个方面的趋势，一是理论课教学环节出现越来越多的探究性教学内容，二是实践教学环节出现越来越多的任务驱动式教学内容。此外，本科生课外参与教师的科研项目的人数日益增多，参与“大学生创新创业训练项目”已基本实现全员化。但是无论是课内教学还是课外开展科研活动或创新创业训练项目大部分学生出现基础知识欠缺、动手实践能力较弱等现象，影响学生培养效果。
　　“工科大学生创新基础”（以下简称“创新基础”）课程基于工科大学生创新的特点，构建以传授学生知识、培养创新能力、提高创新素质三位一体的课程模式，相当于一门训练学生如何进行科研创新的课程。
　　国务院《关于推动创新创业高质量发展 打造“双创”升级版的意见》（国发[2018]32号）中要求：“在全国高校推广创业导师制，把创新创业教育和实践课程纳入高校必修课体系”，因此，针对工科学生的特点，开设“创新基础”课程，借鉴先进的教育科学研究成果提升课程的教学效果，具有迫切的必要性和重要的现实意义。
　　本文在分析工程科研一般步骤的基础上，提出了案例同步教学模式，即以一个小的模拟科研课题作为教学案例，同时设计若干与案例类似的模拟课题任务供学生选做，教师通过案例教学完成案例课题的各步骤，引导学生同步完成所选的课题任务到相应的步骤。介绍了案例同步教学模式所采用的课程成绩考核方法，并在教学实践中试行了案例同步教学模式。
　　1 “创新基础”课程的案例同步教学模式
　　面向工科学生的“创新基础”课程教学模式的设计，需要针对工程科研的特点，[1]适应工程技术发展的新趋势，结合工程科研过程，将现代教育科学研究成果和现代计算机技术融入到教学模式中，尽可能地提高课程教学的效果，实现传授创新方法和培养创新能力的基本教学目标。
　　1.1 工程科研的一般步骤和能力需求
　　一般来说，“科研”被定义为“研究与开发”（research and develop，R&D），是指创造知识、发展知识、开拓知识用途的探索性工作。科研类型按研究内容可分为基础研究、应用研究和开发研究，按研究性质可分为探索性研究和发展性研究，工程科研大多数为应用、开发类的发展性研究。概而言之，工程科研工作主要是分析问题以及创造、运用方法解决问题的工作，工程科研能力主要是指分析问题能力和解决问题能力，工程科研的一般步骤及能力需求为：
　　（1）任务分析。承担一项工程科研课题或任务后，首先要做的工作是分析任务，要通过对课题或任务的详细了解，分析研究对象及其特性，找到需要解决的问题，并抓住其中主要的关键性问题，这就需要具有较强的发现和分析问题的能力。当然，对于问题的分析，仅靠已有的知识和经验，多数时候是不够的，还需要查阅文献或其他调研活动，以进一步确认对问题的把握。
　　（2）文献查阅。发现主要问题后，要通过文献查阅，了解对类似问题现有研究已经提出的解决方法，分析已有研究成果的适用性或不足，在此基础上提出自己新的解决问题方法或改进前人的方法。文献查阅过程，实际上贯穿科研过程的始终，这里之所以特地列出来，是因为在分析任务后，提出解决方法时文献查阅的工作量最大，并且在这个教学环节中，需引导学生学会常见的文献资料检索和分析方法。 　　（3）方法的原理分析。初步提出解决问题的方法后，需要从原理上分析、解释拟采用方法的可行性，所涉及到的有些知识可能研究者是不具备的，需要进一步学习。在这个过程中，要求具有较强的知识运用、知识学习的能力。
　　（4）方法的仿真测试。通过理论分析后，还要采用计算机仿真的方式，测试拟采用方法的可行性，并尽可能利用仿真结果完善和改进解决问题的方法。这个过程中需要熟悉本专业常用仿真软件的特点和使用方法，具有建立仿真模型的能力，并具有较强的仿真结果分析能力。
　　（5）实验验证。由于仿真结果是在计算机虚拟环境下得到的，有些条件是理想化的，真实环境下问题可能更复杂，多数情况下，仿真测试通过的方法还要利用实体实验进一步验证。这个过程需要较强的硬件和软件设计能力，以及实验设计和操作能力。
　　上述5个步骤，只是大概的划分，实际科研过程中不一定有明确的步骤划分，也不一定完全包含这5个步骤，但是科研过程始终包含着创新能力的要求，每一個步骤都需要利用创新思维的方法进行思考和分析。[2]因此，对于“创新基础”课程来说，就是要引导学生完成工程科研的过程，实现创新思维的学习和训练。
　　1.2 案例同步教学模式
　　“创新基础”课程分为两个阶段，第一阶段为预备阶段，引导学生了解创新的基本概念，掌握创造性思维的一般方式和常见的训练方法，为第二阶段做准备;第二阶段为案例同步教学实施阶段，教师以一个小的模拟科研课题作为教学案例，同时设计若干与案例类似的模拟课题任务供学生选做，教师通过案例教学引导学生创新性地完成科研任务的各个步骤。
　　（1）预备阶段。创造性思维是科研过程所必需的基本素质，在“创新基础”课程开始前，先培养学生的创造性思维意识，对于“创新基础”课程本身和学生的后续学习过程都至关重要。
　　通过预备阶段的学习，让学生在探究的过程中掌握创造性思维的基本知识和训练方法，为第二阶段各教学步骤能够用创新思维方式进行思考打下基础;同时让学生初步尝试自己查阅资料，为后续“文献资料的检索和分析方法”的教学环节，形成先期的体验。
　　（2）案例同步教学实施阶段。以学生前修的基础课程和专业基础课程的知识为起点，教师设计一个模拟科研课题作为案例，然后按科研过程的一般性步骤，逐步演示案例课题的完成过程。同时设计若干模拟课题作为学生的选做任务，学生以团队的形式共同完成选做课题，团队由学生自由组合，每个团队2～4人。教师案例课题每完成一步，学生自选课题也同步完成到相应的步骤。教师在完成案例课题的过程中，主要通过案例进行方法性的引导和启发，不讲解具体的知识，也没有指定的教材。[3]以小班的形式教学，集中布置任务、提示要点;教学过程中大量开展分组讨论，为便于讨论和实践，教学活动主要在实验室而不是教室实施。[4]
　　2 案例同步教学模式的成绩评定方法
　　“创新基础”课程不是一门普通的知识传授课程，也不是一般的方法传授课程，而是一门培养科研创新能力、打下创新思维方法基础的课程。这样的课程，显然不适合以常规的课程考试的方式来评定课程的成绩，需要创新性地设计成绩评定方法来评定课程成绩。课程成绩评定方法，也是案例同步教学模式的一个有机组成部分。
　　2.1 创新课程成绩评定的原则
　　基于课程的目标和案例同步教学模式的特点，我们认为课程成绩评定，需要遵循以下三个主要的原则：
　　（1）导向性原则。课程成绩的评定方法，应有利于调动学生完成任务的主动性和积极性，提升自主发现和解决问题的能力，进而培养科研能力和创新能力。评分体系和评分方法必须对学生的学习过程具有良好的导向性，充分体现课程任务的自主性、创新性和应用性，能够不断提升学生参与教学过程的成就感，激发学生的自主创新意识。
　　（2）过程性原则。过程性原则，是指课程成绩评定时的过程优先原则。在各阶段成绩评定时，优先考虑任务完成过程中的表现，特别是创新能力训练方面的表现。科研任务的完成，是在前人工作与经验的基础上，通过研究所涉及的对象，对未知因素进行大胆探索的过程。学生所做的任务，存在一定的未知性，如果“创新基础”课程像传统的教学模式那样，以任务完成的结果作为评定课程成绩的主要指标，既不合理，又不利于提高学生参与课程学习的积极性。因此，课程成绩评定方法，注重考察学生在完成任务的过程中所付出的努力以及所展现出的创新素质和创新能力。
　　（3）主体性原则。主体性原则是指学生不仅作为学习的主体，在成绩评定过程中还作为成绩评定的主体，参与对他人成绩的评定，并且对自己成绩的评定有答辩、申诉的机会。传统课程教师都是成绩评定的主体，“创新基础”课程以学生作为成绩评定的主体，使得成绩评定的过程本身也成为课程学习活动的一个组成部分，通过参与课程成绩的评定，提升学生的判断能力，培养学生的公正性素质。教师在课程成绩的评定过程中，仅起到导向和把关的作用。
　　2.2 课程成绩的评定方法
　　由于“创新基础”课程以创新能力作为主要考查指标，不容易进行量化，需要采用管理学上先进的科学方法进行量化处理。层次分析法（AHP法）是一种对定性问题进行定量分析的决策方法，其特点是把复杂问题中的各种因素通过划分为相互关联的有序层次，利用数学方法计算反映每一层次因素的权重，综合各层次因素之间的相对权重得到总的量化评分。[5]由于“创新基础”课程的成绩评定具有综合性和多准则性，因此我们采用AHP法评定课程成绩。
　　利用AHP法分析课程成绩评定的问题时，先对所分析的问题进行层次化，构造了一个多层次的结构模型。在结构模型中，各种因素按属性及相互关联度形成若干层次，上一层次的因素作为准则对下一层次的因素具有支配作用。
　　然后根据结构模型，由任课老师和学生团队主要成员作为“专家”，采用“背靠背”评分方法，给各层次因素的权重系数打分，分别构建判断矩阵，并取各“专家 ”判断矩阵的平均值作为最终的判断矩阵，计算矩阵的最大特征值以及相应的特征向量，并进行一致性校验，得到各层因素的权重系数。 　　最后，由學生小组（一般包含5个团队）的学生作为评委，对各底层因素进行评分，求取各评委评分的平均值，再结合各因素的权重得到具体学生的最终评分。
　　教师在学生评分的过程中，需要发挥导向和把关作用，引导学生客观公正地按评分体系进行打分，注意对学生进行公正性教育，强化学生的责任意识。
　　3 结束语
　　基于工程科研的一般性步骤和特点，设计出“创新基础”课程的模拟科研课题案例和任务，融合采用任务驱动式教学法、探究式教学法和泛在式学习法，将课程成绩评定活动作为课程学习活动的一个有机组成部分，实施案例同步教学模式，面向我院2016级、2017级约300多名学生试行以来，主要有以下三方面的成效：
　　（1）有利于提高课程本身的学习效果。通过案例同步教学模式的实施，提升了学生的创新能力。学生熟悉了工程科研的一般性步骤和方法，能够在完成模拟科研课题任务的过程中，融入创造性思维方式，工程意识、专业兴趣、责任意识得到明显的提高。
　　（2）为后续课程创新性教学内容的教学打下基础。未上过“创新基础”课程的学生，很多人认为科研创新是需要等知识积累到一定程度才能做的事。在专业课学习过程中，面对一些科研性、创新性的教学内容，由于不知道从何下手，往往采取混的态度。结果到本科毕业甚至硕士研究生毕业，有些学生的科研创新能力仍存在严重的缺陷。通过“创新基础”课程的案例同步教学模式的学习，普遍提升了学生利用已有的知识开展科研创新活动的信心，消除了学生“等知识足够了才能搞科研”的思维定式，为后续专业课程创新性教学活动的开展，从能力、方法和意识上初步打下了基础。
　　（3）为学生开展课外科研活动打下基础。目前学生开展课外科研创新活动的积极性和热情都很高，我院仅2017～2018学年，本科生申报立项的“大学生创新创业训练项目”就有137项，参与项目的学生人数约500人。以往由于方法和能力的基础不足，学生开展创新创业训练项目时不知从何下手，影响了项目的完成质量和实施效果，也挫伤了学生参与项目的热情和积极性。开展“创新基础”课程教学后，帮助学生掌握了入门的方法和技能，提升了学生的信心、热情和积极性。
　　参考文献
　　[1] 孙德刚，吴欣桐.工程类专业大学生创新创业素质实证研究[J].高教探索，2016（05）：124-128.
　　[2] 冯林.大学生创新基础[M].高等教育出版社，2017.
　　[3] 冯露，亢一澜，王志勇，等.基于问题学习的探究式教学改革实践[J].高等工程教育研究，2013（04）：176-180.
　　[4] 张鹏，黎小沛.综合型任务驱动教学模式在大学计算机基础课程中的研究与应用[J].高教学刊，2018（01）：111-112.
　　[5] 邱文教，赵光，雷威.基于层次分析法的高校探究式课堂教学评价指标体系构建[J].高等工程教育研究，2016（06）：138-143.
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