新工科背景下多學(xué)科交叉融合的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育探索與實踐

王絢 王秀梅 吳鵬 房靜

摘要：多學(xué)科交叉融合的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育是培養(yǎng)新工科工程人才的新趨勢。華北電力大學(xué)工程訓(xùn)練與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育中心作為開展工程教育、推動創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的實踐育人平臺，將多學(xué)科交叉的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育貫穿到人才培養(yǎng)全過程，初步構(gòu)建起多學(xué)科交叉人才培養(yǎng)體系，培養(yǎng)出一批高水平研究型、新工科創(chuàng)新型人才。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育;多學(xué)科交叉融合;新工科建設(shè)

1 引言

2015年，《關(guān)于深化高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實施意見》確立了“到2020年建立健全高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育體系、普及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育”的目標(biāo)[1]，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育成為我國高校實踐育人的新方向。2021年，《關(guān)于進(jìn)一步支持大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的指導(dǎo)意見》強(qiáng)調(diào)“深化高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革，將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育貫穿人才培養(yǎng)全過程”[2]。然而在實踐中，高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育卻面臨著教育趨同化、概念模糊化、內(nèi)涵分散化、機(jī)制滯后化等現(xiàn)實問題[3，4]，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育再創(chuàng)新成為一項十分重要而迫切的任務(wù)。當(dāng)前，新經(jīng)濟(jì)形態(tài)對工程人才提出了新要求和新挑戰(zhàn)，催生了以“多學(xué)科交叉融合”為特點的新工科專業(yè)的發(fā)展，推動了學(xué)科交叉、跨界培養(yǎng)模式的轉(zhuǎn)變。基于多學(xué)科交叉的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育以培養(yǎng)跨界人才為目標(biāo)，逐步成為高校人才培養(yǎng)的重要內(nèi)容和重要載體。

2 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的探索實踐

我校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育正處于發(fā)展的關(guān)鍵節(jié)點，開展多學(xué)科交叉融合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育能夠提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，更好地推進(jìn)新工科建設(shè)，更好地服務(wù)國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略。華北電力大學(xué)工程訓(xùn)練與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育中心（以下簡稱“工創(chuàng)中心”）作為開展工程教育、推動創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的實踐育人平臺，充分發(fā)揮國家級綜合性實驗示范中心多學(xué)科的資源優(yōu)勢，面向“電力現(xiàn)場機(jī)器人”的技術(shù)需求及“電力特色機(jī)器人”的人才需求，不斷探索多學(xué)科交叉融合的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育實踐，把創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育貫穿到課程體系、實踐成果、實踐活動、教學(xué)模式的每個環(huán)節(jié)中，構(gòu)建了全方位、多層次、多學(xué)科交叉融合的工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系。

2.1 完善多學(xué)科交叉的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程體系

將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育貫穿到課程教學(xué)中，完善多學(xué)科交叉的課程體系。在原有開設(shè)“機(jī)器人控制技術(shù)基礎(chǔ)”、“單片機(jī)開發(fā)”、“足球機(jī)器人”等13門課程的基礎(chǔ)上，增設(shè)了“模塊化機(jī)器人”、“工程搬運(yùn)機(jī)器人”、“電力行業(yè)機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計”、“旋翼機(jī)器人應(yīng)用”、“電力系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實技術(shù)” 5門課程。這些課程涉及機(jī)械、自動控制、人工智能等多學(xué)科知識，打破了專業(yè)課程間的學(xué)科壁壘，為思想碰撞創(chuàng)造機(jī)會和條件，真正讓多學(xué)科交叉融合的新工科人才培養(yǎng)體系適應(yīng)我校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的定位和要求。

2.2 開展多學(xué)科交叉的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐活動

將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育貫穿到實踐教學(xué)中，開展多學(xué)科交叉的實踐活動。為了打破唯理論帶來的局限性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，工創(chuàng)中心通過建立機(jī)器人俱樂部和開設(shè)“專業(yè)+機(jī)器人”實驗班，將多學(xué)科交叉融合的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入到實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。俱樂部通過常態(tài)化地開展各類科技活動，如機(jī)械建模、仿真、電路設(shè)計制作、上位機(jī)軟件開發(fā)等公選課和技術(shù)培訓(xùn)，積極帶動學(xué)生參與到創(chuàng)新實踐活動中。按照“電力特色人工智能與機(jī)器人”實驗班人才培養(yǎng)方案，實驗班將學(xué)生科研創(chuàng)新能力作為重要培養(yǎng)目標(biāo)，理論與實踐相結(jié)合，突出基于成果開展教學(xué)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生研究實踐能力培養(yǎng)，加大研究實踐課程比例。

2.3 開發(fā)多學(xué)科交叉的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)特色成果

將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育貫穿到成果轉(zhuǎn)化中，開發(fā)多學(xué)科交叉的特色成果。立足我?！耙詢?yōu)勢學(xué)科為基礎(chǔ)，以新興能源學(xué)科為重點，以文理學(xué)科為支撐”的“大電力”學(xué)科體系的特點，組織有特色的實踐內(nèi)容。在原來主要圍繞學(xué)科競賽開展的“輪式循跡機(jī)器人的設(shè)計與實現(xiàn)”、“人型短跑機(jī)器人的設(shè)計與實現(xiàn)”以及針對電力行業(yè)需求開展的相對簡單的如“飛行器盤煤裝置”、“電力施工現(xiàn)場監(jiān)控裝置”的基礎(chǔ)上，發(fā)揮多學(xué)學(xué)科交叉的優(yōu)勢，體現(xiàn)前沿技術(shù)，進(jìn)一步提升實踐成果的技術(shù)難度和綜合性，開展，面向行業(yè)應(yīng)用的創(chuàng)新研究成果，包括 “變電站巡檢機(jī)器人”、“配電線路絕緣包裹機(jī)器人”、“風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)飛行器巡檢研究”和“電力線路絕緣修復(fù)機(jī)器人研究”、“具有三維重建功能的電纜隧道機(jī)器人”、“輸電線路鐵塔攀爬機(jī)器人”等等，豐富并完善了多學(xué)科交叉的實踐體系，培育出一批了多學(xué)科交叉的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育特色成果。

2.4 探索多學(xué)科交叉的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教學(xué)模式

將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育貫穿到組織模式中，探索多學(xué)科交叉的教學(xué)模式。創(chuàng)新成果具有多學(xué)科交叉、融合的特點，例如一款自動裝置和機(jī)器人的制作，涉及機(jī)構(gòu)或外形設(shè)計、需要設(shè)計電子線路和控制要件，因此需要機(jī)械、電氣、自動控制等專業(yè)的學(xué)生共同完成。工創(chuàng)中心充分利用了多學(xué)科交叉實驗示范中心的優(yōu)勢，探索出以實際工程問題為導(dǎo)向，以成果研究為載體，以理論教學(xué)為輔，以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主的CDIO教學(xué)新模式。指導(dǎo)教師圍繞成果目標(biāo)，介紹成果任務(wù)和主要的基本原理，進(jìn)行技術(shù)講座培訓(xùn)。學(xué)生根據(jù)任務(wù)要求自學(xué)相關(guān)課程，進(jìn)行設(shè)計—制作—組裝—調(diào)試—運(yùn)行，通過分工和合作共同完成成果制作，最后完成成果設(shè)計實物和設(shè)計報告。

3 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的保障體系

3.1 組建多學(xué)科交叉的師資隊伍

工創(chuàng)中心探索多學(xué)科交叉人才培養(yǎng)規(guī)律，結(jié)合多學(xué)科交叉融合的新工科人才培養(yǎng)方案，充分利用國家級示范中心的資源優(yōu)勢，制定激勵政策吸引機(jī)械、電氣、自動化等7個院系的教師和12位企業(yè)導(dǎo)師，為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育建立了跨學(xué)科、跨校企的師資保障機(jī)制。

校內(nèi)導(dǎo)師通過開設(shè)課程、舉辦技術(shù)講座、開展“實踐課程思政教育”、指導(dǎo)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐和競賽活動，為學(xué)生提供內(nèi)容更豐富、覆蓋面更廣、質(zhì)量更高的跨學(xué)科創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐內(nèi)容。工創(chuàng)中心向校內(nèi)導(dǎo)師全方位地開放中心的研究平臺加工制作設(shè)施，吸引他們帶領(lǐng)科研團(tuán)隊入駐中心進(jìn)行學(xué)術(shù)研究，并為科研團(tuán)隊提供辦公條件。

企業(yè)導(dǎo)師為學(xué)生提供契合企業(yè)重難點的研究選題，學(xué)生可以在企業(yè)導(dǎo)師指導(dǎo)下承接部分科研成果，使創(chuàng)新實踐成果得到健康可持續(xù)發(fā)展。工創(chuàng)中心鼓勵企業(yè)技術(shù)人員作為兼職教師自帶成果入駐中心，為企業(yè)提供研究平臺，并組織學(xué)生開展研究和開發(fā)。此外，通過與企業(yè)合作共建實驗室并授牌，有效擴(kuò)大企業(yè)在學(xué)生中的影響力。

3.2 革新學(xué)生評價考核機(jī)制

創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育更加注重考察成果研究中的設(shè)計與實現(xiàn)能力、多學(xué)科學(xué)生之間的合作能力、工程倫理和創(chuàng)新能力以及體現(xiàn)成果制作過程中所涉及學(xué)科的基本理論的掌握情況。工創(chuàng)中心將學(xué)習(xí)過程分為四個階段，將成績評價分為四大部分，革新評價考核機(jī)制，激發(fā)了學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。四個階段包括：成果總體方案設(shè)計，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計、控制電路硬件設(shè)計、控制軟件設(shè)計階段，實物制作、安裝調(diào)試階段，演示和答辯。各部分的占比分別為，設(shè)計能力占比25%、實踐能力25%、文獻(xiàn)使用能力、組織管理能力、團(tuán)隊協(xié)作能力、創(chuàng)新能力各占5%，對于工程倫理和職業(yè)素養(yǎng)、以及成果結(jié)束后的答辯情況、相關(guān)知識掌握情況等給予各占10%。評價考核機(jī)制的革新為我校培養(yǎng)綜合型、應(yīng)用型、創(chuàng)新型的新工科人才提供重要保障，實現(xiàn)了學(xué)生的理論學(xué)習(xí)為輔、自主學(xué)習(xí)為主的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育體系。

3.3 加強(qiáng)實踐平臺建設(shè)機(jī)制

工創(chuàng)中心充分發(fā)揮實驗教學(xué)示范中心的優(yōu)勢，通過學(xué)?！半p一流”建設(shè)，加強(qiáng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育實踐平臺的建設(shè)機(jī)制。進(jìn)一步完善了“3D打印實驗室”，增加了高精度和彩色3D打印機(jī);完善了“機(jī)器人實驗室”，增加了服務(wù)機(jī)器人、旋翼機(jī)器人、人形機(jī)器人等76臺套，提升和改善了機(jī)器人實踐研究的條件;新建了“虛擬現(xiàn)實”實驗室，為學(xué)生圍繞電力仿真技術(shù)開展多學(xué)科學(xué)習(xí)和研究打下基礎(chǔ)。此外，為了保障師生的賽課實踐與教學(xué)研究，建立了常態(tài)化的7×24全天候?qū)嶒炇议_放制度，學(xué)生完成理論學(xué)習(xí)后，可以隨時到實踐平臺進(jìn)行實踐，在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐中查漏補(bǔ)缺，達(dá)到時空融合知行耦合的培養(yǎng)目標(biāo)，切實深化高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，穩(wěn)步提高學(xué)生創(chuàng)新實踐能力。

3.4 出臺學(xué)生激勵參與機(jī)制

工創(chuàng)中心以培養(yǎng)學(xué)生自主性為起點，出臺一系列激勵參與機(jī)制，激發(fā)我校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的活力和動力。第一，面向全校學(xué)生，每學(xué)期常態(tài)化地開展各類創(chuàng)新公共選修實踐課程，2021年，共招收1052名（次）學(xué)生參加22門（次）創(chuàng)新實踐課程的學(xué)習(xí)。第二，利用學(xué)校“課外能力素質(zhì)學(xué)分”政策，開設(shè)創(chuàng)新實踐成果，創(chuàng)新能力突出的學(xué)生，享受課外能力素質(zhì)學(xué)分的“綠色通道”，中心給予他們優(yōu)先選課機(jī)會。第三，舉辦創(chuàng)新俱樂部，學(xué)生可以接觸高質(zhì)量的跨學(xué)科創(chuàng)新實踐內(nèi)容、接觸優(yōu)秀的迭代創(chuàng)新項目，并圍繞前沿問題定期開展研討交流，吸引有志趣的學(xué)生。第四，舉辦“專業(yè)+機(jī)器人”實驗班，按照學(xué)校實驗班的培養(yǎng)方案，吸引了有更高追求的學(xué)生。

4 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的創(chuàng)新性成果

4.1 組織與保障體制創(chuàng)新

作為學(xué)校獨(dú)立建制的工程訓(xùn)練與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育中心，充分發(fā)揮自身的資源優(yōu)勢，進(jìn)行多學(xué)科交叉融合的新工科人才培養(yǎng)探索實踐，并建立了“打破固有學(xué)科專業(yè)界限，突破既有教學(xué)組織模式，革新傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方法”的新型組織模式與保障機(jī)制。明顯不同于傳統(tǒng)院系的人才培養(yǎng)模式，為多學(xué)科交叉融合的新工科人才培養(yǎng)提供了新的路徑。

4.2 課程教學(xué)與學(xué)習(xí)模式創(chuàng)新

工創(chuàng)中心開發(fā)的以電力現(xiàn)場實際需求的自動裝置或機(jī)器人設(shè)計為主要內(nèi)容的課程，包含了多學(xué)科知識的綜合運(yùn)用;組織多學(xué)科專業(yè)的學(xué)生組成學(xué)習(xí)小組，面向現(xiàn)場實際的復(fù)雜問題，開展了以解決問題為導(dǎo)向，以成果研究為載體的CDIO教學(xué)模式。

4.3 跨界交叉師資隊伍創(chuàng)新

圍繞跨學(xué)科前沿領(lǐng)域，如“電力機(jī)器人”，從校內(nèi)電力系、電子系、機(jī)械系、自動化系、計算機(jī)系招聘專業(yè)教師，從校外對口企業(yè)招聘企業(yè)導(dǎo)師，組建了跨學(xué)科、跨校企的師資隊伍，并為這支隊伍在教學(xué)津貼、科研環(huán)境與平臺支持、成果共享等方面的制定了傾斜政策。為跨院系、跨學(xué)科專業(yè)培養(yǎng)新工科人才、推進(jìn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育提供了師資隊伍保障。

4.4 產(chǎn)教融合培養(yǎng)模式創(chuàng)新

工創(chuàng)中心重視教師科研項目的轉(zhuǎn)化，鼓勵將教師科研問題轉(zhuǎn)化為學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，將科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)實驗裝置，將學(xué)生轉(zhuǎn)化為團(tuán)隊助手。此外，工創(chuàng)中心與企業(yè)密切合作，共建實驗室，共創(chuàng)科研成果，建立起產(chǎn)教融合的新工科人才培養(yǎng)的新模式。

5 結(jié)語

華北電力大學(xué)工程訓(xùn)練與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育中心承擔(dān)著全校工程教育和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育雙重任務(wù)，始終立足我校“以優(yōu)勢學(xué)科為基礎(chǔ)，以新興能源學(xué)科為重點，以文理學(xué)科為支撐”的“大電力”學(xué)科體系的特點，充分發(fā)揮國家級綜合性實驗示范中心的資源優(yōu)勢，展開學(xué)科交叉、跨界融合的探索與實踐，將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育貫徹到課程體系、實踐活動、成果轉(zhuǎn)化、教學(xué)模式等各個方面。未來華北電力大學(xué)工程訓(xùn)練與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育中心將繼續(xù)探索適合新工科人才和研究型人才培養(yǎng)目標(biāo)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育模式，培養(yǎng)一批“學(xué)科交叉、跨界融合”的一流人才。

參考文獻(xiàn)

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