基于STEM教育和科教融合的大學(xué)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式研究與實踐

王志凌 高素美 楊慶鳳

摘要培養(yǎng)人才，發(fā)展科技和服務(wù)社會是大學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的主線，如何加快推進人才培養(yǎng)體系改革，培養(yǎng)新時期有擔(dān)當(dāng)?shù)囊涣鲃?chuàng)新型人才，培養(yǎng)全面發(fā)展的社會主義合格建設(shè)者和可靠接班人具有重要的戰(zhàn)略意義。針對大學(xué)期間創(chuàng)新型人才培養(yǎng)知識與科技發(fā)展需求不相匹配及STEM教育方式應(yīng)用不足的問題，構(gòu)建了一個以STEM教育和產(chǎn)教融合為主導(dǎo)、適應(yīng)高校本科工科專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的良性機制，為新工科背景下國內(nèi)院校工科專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式優(yōu)化提供借鑒。

關(guān)鍵詞 STEM教育；科教融合；創(chuàng)新型人才；培養(yǎng)模式

中圖分類號：G642文獻標(biāo)識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2022.02.002

STEM教育旨在通過科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）與數(shù)學(xué)（Mathematics）四個方面的跨學(xué)科綜合實踐能力培養(yǎng)，非常適合當(dāng)今大學(xué)培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代社會發(fā)展的高級技術(shù)人才的培養(yǎng)目標(biāo)。美國在20世紀(jì)80年代，基于它的競爭意識和危機意識提出了STEM教育，[1]90年代以來STEM教育迅速成為國內(nèi)外學(xué)術(shù)界的研究熱點，基礎(chǔ)教育、工科教育、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方面是大多數(shù)研究者研究的關(guān)注點，特別是STEM教育的教學(xué)方法、課程建構(gòu)、師資儲備、法律政策等。新工科背景下的STEM課程建設(shè)在大學(xué)本科教育中的研究和實踐得到了促進和發(fā)展，但是如何實現(xiàn)其在大學(xué)本科創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中的應(yīng)用還需得到進一步的研究和落實。[2]

目前大學(xué)本科創(chuàng)新型人才培養(yǎng)還沒有很好的應(yīng)用STEM教育方式的主要原因有：

創(chuàng)新教育觀念落后。我國2003年開始STEM教育研究，2016年以來呈快速上升勢態(tài)，但在此之前，家庭和社會并未意識到要進行創(chuàng)新精神和意識的培養(yǎng)，而且學(xué)校和老師也大多認(rèn)為培養(yǎng)學(xué)生研究與科研能力是研究生的主要培養(yǎng)目標(biāo)，往往忽視了本科生自主創(chuàng)新、科研能力的培養(yǎng)，現(xiàn)如今大學(xué)本科生缺乏創(chuàng)新精神也有部分原因來源于此。

創(chuàng)新教育師資力量薄弱。教師是做好創(chuàng)新人才培養(yǎng)工作的關(guān)鍵，指導(dǎo)創(chuàng)新教育的老師，應(yīng)該具有扎實寬泛的專業(yè)知識和很強的創(chuàng)新思維及創(chuàng)新能力，最好有過創(chuàng)新研究或是創(chuàng)業(yè)的經(jīng)歷，而本科高校中的老師，大多數(shù)主要從事教學(xué)和學(xué)術(shù)，創(chuàng)新經(jīng)歷不足。STEM教育模式強調(diào)的不是學(xué)生分別學(xué)好科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等學(xué)科知識，它更注重的是學(xué)科之間的整合和交叉聯(lián)系，應(yīng)用相關(guān)知識來解決實際問題。對教師在教育教學(xué)活動中發(fā)揮示范引領(lǐng)作用提出了更高的要求。

沒有權(quán)威的創(chuàng)新教育教材體系，科研和教學(xué)相分離。在我國，對本科生創(chuàng)新理論、創(chuàng)新實踐和經(jīng)典案例的教材還沒有成型，創(chuàng)新科創(chuàng)教學(xué)資源、教育方法和評估標(biāo)準(zhǔn)還不成熟。本科教育發(fā)展呈現(xiàn)出教學(xué)、科研趨于分離的態(tài)勢，教學(xué)和科研崗的劃分使得從事教學(xué)工作的老師基本不搞科研，而搞科研的老師也不參與平時的專業(yè)教學(xué)。學(xué)生往往只是學(xué)習(xí)紙面上的一般基礎(chǔ)知識，無法與實際科研項目相結(jié)合，難以真正意義上得到創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新技能的培養(yǎng)和鍛煉。

缺乏創(chuàng)新教師團隊。各學(xué)校學(xué)生創(chuàng)新活動培養(yǎng)過程基本上就是靠每個老師自己的經(jīng)驗來指導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力，每個老師受專業(yè)知識、科研項目和精力所限，很難達到基于STEM教育理念培養(yǎng)的跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的綜合創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的目標(biāo)。

創(chuàng)新活動難以落地實現(xiàn)。大多數(shù)本科院校每年都會舉辦相應(yīng)的大學(xué)生創(chuàng)新活動大賽，但許多學(xué)生只是去構(gòu)想創(chuàng)新計劃，并沒有真正去做、去實現(xiàn)創(chuàng)新計劃。學(xué)校層面多數(shù)只是響應(yīng)國家號召，而不是去建立長期、系統(tǒng)的培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新理念和能力的相關(guān)舉措。教師也是“教學(xué)、科研兩張皮”，不能將研究思維貫穿于教育的全過程，不能將科研資源、科技成果轉(zhuǎn)化為促進創(chuàng)新人才培養(yǎng)的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源。[3-5]

高校應(yīng)該從理論、實踐、應(yīng)用多個維度來培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，通過創(chuàng)新實驗室、虛擬創(chuàng)客班等多種形式，將多學(xué)科融合教育和科教融合應(yīng)用于本科學(xué)生的創(chuàng)新培養(yǎng)過程中，推動科研育人和教書育人的統(tǒng)一。

1學(xué)校的引領(lǐng)和支持

學(xué)校應(yīng)該堅定不移的秉持人才興校戰(zhàn)略，積極響應(yīng)國家的號召，尊重人才成長規(guī)律和科研活動的自身規(guī)律，布局建設(shè)前沿創(chuàng)新型人才培養(yǎng)方式，打破學(xué)科專業(yè)壁壘，促進學(xué)科之間、專業(yè)之間的交叉融合，鼓勵支持教師跨專業(yè)創(chuàng)新團隊的建設(shè)，并給予實驗室、智慧化教室、創(chuàng)新基地和各類資金的支持，還要出臺對教師創(chuàng)新培育的評價及獎勵機制，給予教師充分的信任和鼓勵，使得教師們放開手腳，大膽探索跨學(xué)科教學(xué)模式。

2制定科學(xué)的創(chuàng)新STEM教育課程體系和階梯型培養(yǎng)計劃

STEM的核心還是工程（Engineering），是項目，要圍繞項目實際指導(dǎo)學(xué)生做什么，怎么做。堅持以問題為基礎(chǔ)，成果為導(dǎo)向、學(xué)生為中心。實踐表明，學(xué)生的創(chuàng)新能力是可以“被教”出來的，只要制定出合理、適合學(xué)生各個時期的創(chuàng)新培養(yǎng)的課程體系和訓(xùn)練計劃，學(xué)生的創(chuàng)新精神和科研能力是可以被訓(xùn)練和激發(fā)出來的。

以金陵科技學(xué)院凌云科創(chuàng)團隊學(xué)生培養(yǎng)為例，該團隊依托于江蘇省一流專業(yè)、江蘇省實驗教學(xué)師范中心、江蘇省工程技術(shù)研究中心、金陵科技學(xué)院首批校級“大人網(wǎng)云”虛擬實驗班等教學(xué)科研創(chuàng)新項目平臺，由多位經(jīng)驗豐富的專職教師、企業(yè)教授共同指導(dǎo)建設(shè)。采用的是STEM學(xué)科之間的整合和聯(lián)系的教育模式，科創(chuàng)團隊的成員包括建筑電氣與智能化、電氣工程及其自動化、車輛工程和機械設(shè)計制造等專業(yè)的學(xué)生，不同學(xué)科專業(yè)之間交叉融合、互相補充，為學(xué)生提供更加廣泛和全面的創(chuàng)新創(chuàng)意實踐以及團隊協(xié)作的機會，教師也是圍繞學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)和未來自身發(fā)展的需要，開展以解決項目實際工程問題為導(dǎo)向的實踐活動，[6]四年不間斷的對學(xué)生進行創(chuàng)新科創(chuàng)階梯型培養(yǎng)，學(xué)生每年都會參加10個以上的競賽項目，獲獎率達90%以上。主持3-4項國家級、省級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目，參與教師科教融合項目、橫縱向課題和企業(yè)項目。

第一學(xué)年第一學(xué)期，以創(chuàng)新課程為基礎(chǔ)，融合物理、數(shù)學(xué)、計算機、電子、機械等多方面知識開設(shè)初級培訓(xùn)課程，由培養(yǎng)團隊各個專業(yè)教師共同設(shè)計和教授，學(xué)生可以直接學(xué)到電路、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、C語言和單片機等方面相結(jié)合的實際應(yīng)用的知識。并且創(chuàng)新科創(chuàng)學(xué)習(xí)內(nèi)容及方式有別于傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，它注重的是學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)及實際操作，課堂上會充分利用現(xiàn)代化工具，線上線下混合教學(xué)以及虛擬現(xiàn)實等方式激發(fā)學(xué)生的興趣。教師組織學(xué)生開展形式多樣的探究式和研討式學(xué)習(xí)，同時鼓勵學(xué)生自由表達，為學(xué)生提供實操環(huán)境及硬件平臺，學(xué)生可以邊學(xué)邊做，學(xué)生在解決工程問題的過程中，他們的實踐技能、工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力就會被不斷培養(yǎng)和開發(fā)出來；第一學(xué)年第二學(xué)期，教學(xué)活動進一步和實際項目相聯(lián)系，圍繞第一學(xué)期初級培訓(xùn)知識開展項目學(xué)習(xí)及訓(xùn)練，分為電子電路搭建、軟件程序編寫仿真和機械外形設(shè)計和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等初級項目。同時鼓勵學(xué)生大膽思考，把自己設(shè)計的創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為對應(yīng)專利，并參加創(chuàng)意設(shè)計類的競賽項目。第二學(xué)年，實踐活動與科研、競賽相結(jié)合，以導(dǎo)師科研項目和國家級省級競賽項目為引領(lǐng)，組建多專業(yè)融合小組，發(fā)揮各專業(yè)特長，進行專業(yè)項目和競賽項目的實踐，在實踐過程中牢牢把握以工程（Engineering）為中心，以科學(xué)（Science）為基礎(chǔ)，以技術(shù)（Technology）為方法，以準(zhǔn)確的計算（Mathematics）為過程，最終產(chǎn)品或項目能夠更符合人們的要求、讓人們獲得更好的體驗。第三學(xué)年，結(jié)合各專業(yè)知識，進行高階科研項目的實踐，加強專利申報和論文撰寫的訓(xùn)練。同時鼓勵、支持和指導(dǎo)學(xué)生參加高校本科大學(xué)生競賽排行榜內(nèi)具有挑戰(zhàn)性和難度的各類競賽，以促進學(xué)生實踐綜合能力的提升；第四學(xué)年，導(dǎo)師指導(dǎo)學(xué)生完成科研項目和畢業(yè)設(shè)計等，也同時為學(xué)生考研及就業(yè)提供有力的支持和幫助。

3創(chuàng)新導(dǎo)師的培養(yǎng)

教師是創(chuàng)新人才培養(yǎng)工作的關(guān)鍵，教師要有創(chuàng)新理念，要具備信息化素養(yǎng)。教師團隊以一些實踐經(jīng)驗豐富的教師為主體，他們能準(zhǔn)確把握數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化為特征的信息化技術(shù)，可以帶領(lǐng)多學(xué)科年輕的教師們開展創(chuàng)新實踐活動，促進教師將信息化技術(shù)準(zhǔn)確和快捷的運用到本學(xué)科的教學(xué)設(shè)計、教學(xué)實施過程當(dāng)中。教師也積極參與到企業(yè)項目中，擴展自己的實際創(chuàng)新、工程應(yīng)用的能力，創(chuàng)新培養(yǎng)教師都具有雙師資格證書。

4科研競賽導(dǎo)師責(zé)任制和科教融合

根據(jù)學(xué)生的興趣、專業(yè)及導(dǎo)師科研、競賽項目雙向選擇進入相應(yīng)的教師科研團隊，導(dǎo)師對學(xué)生的學(xué)習(xí)、科研、品德、生活等各方面全面負(fù)責(zé)，學(xué)生可參與自己喜歡的競賽項目和導(dǎo)師的科研項目。創(chuàng)新導(dǎo)師在育人過程中起主導(dǎo)作用，具有科研和教育的雙重身份，教師在從事科研和競賽指導(dǎo)過程中實現(xiàn)育人，培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的人生觀、世界觀及科學(xué)觀。以科研、競賽促教學(xué)，讓學(xué)生接觸學(xué)術(shù)前沿，嚴(yán)謹(jǐn)調(diào)研、大膽創(chuàng)新、小心求證，交流研討研究成果，參與學(xué)科競賽，綜合所學(xué)知識，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。學(xué)生從中獲得了成就感，對待學(xué)習(xí)也更加自信，學(xué)生也會把創(chuàng)新的思維和成果反饋于教師。教師將自己的創(chuàng)新性思維不斷地融入教學(xué)中，將自己的學(xué)術(shù)前沿成果不斷向創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)化，加強科教融合，通過師生之間的有效互動，使得學(xué)生知識更全面、視野更開闊、科研技能更科學(xué)，從而真正實現(xiàn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)。

5學(xué)生個性化及導(dǎo)師學(xué)生合作培養(yǎng)

以學(xué)生為中心，開展個性化一對一培養(yǎng)，最大限度地促進個性化學(xué)習(xí)，滿足學(xué)生個性化成長的需求。低年級學(xué)生可以在導(dǎo)師的指導(dǎo)下選擇適合自己的個性化成才通道，通過了解創(chuàng)新培養(yǎng)方式和多種形式課程來掌握基本的科創(chuàng)知識，并學(xué)會與同學(xué)和導(dǎo)師進行有效的交流和討論，激發(fā)自己的創(chuàng)新意識，順利跨越剛起步的“迷茫期”；入門之后的學(xué)生可以通過導(dǎo)師的引領(lǐng)、高年級同學(xué)的傳承逐步接觸到自己感興趣的科研研究課題和競賽項目，從而能較快確立自己的“目標(biāo)”；發(fā)揮高年級學(xué)生對低年級學(xué)生的導(dǎo)學(xué)促學(xué)作用，傳遞學(xué)生團隊合作和堅持不懈的正能量，同時通過指導(dǎo)師弟師妹，高年級同學(xué)也鍛煉了自身的語言表達，提高了自己發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

6學(xué)生成果的培養(yǎng)產(chǎn)出和獎勵機制

導(dǎo)師在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的同時，也進行系統(tǒng)、科學(xué)的實踐創(chuàng)新成果設(shè)計，鼓勵引導(dǎo)學(xué)生在參與科研和競賽項目的整個過程中，不斷提煉總結(jié)成果。第一階段可以根據(jù)分析調(diào)研的實際問題，提出大膽的構(gòu)思和設(shè)計，撰寫申請相應(yīng)的專利。第二階段，隨著項目的開展和深入，可以撰寫報告和論文。第三階段，項目實際制作和調(diào)試，最終形成樣機和成品。導(dǎo)師在平時給予學(xué)生參與項目津貼的補助，同時學(xué)生撰寫專利、參與的項目和競賽得獎都可以獲得學(xué)校評優(yōu)評獎的加分及獎勵基金。這些不但是對學(xué)生努力付出的肯定，更是對他們進行創(chuàng)新活動的鼓勵。

創(chuàng)新培養(yǎng)是個長期不斷摸索和改革的工程，需要創(chuàng)新培養(yǎng)導(dǎo)師們的辛勤努力和付出，盡管培養(yǎng)過程會比較艱辛，但是事實證明在學(xué)校的大力引領(lǐng)下，在老師的多學(xué)科交叉和科教融合的推動下，一定可以培養(yǎng)出一批批素質(zhì)良好、熱情高的創(chuàng)新型人才。他們在大學(xué)本科階段不但可以參與很多綜合性競賽項目，同時也能參加導(dǎo)師的科研項目，通過實踐他們各方面的能力都將得到質(zhì)的飛躍，不論他們后期進一步深造還是就業(yè)，都將成為社會的棟梁。

基金項目：江蘇省現(xiàn)代教育技術(shù)研究課題（項目編號：78056），金陵科技學(xué)院高層次人才啟動資助項目（項目編號：JIT-B-201823）。

參考文獻

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