盧偉 羅慧

（1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)人工智能學(xué)院，江蘇 南京 210031；2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，江蘇 南京 210031）

1 大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的必要性

當(dāng)前我國正處于社會經(jīng)濟發(fā)展轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時期。習(xí)近平總書記在中國人民大學(xué)考察時發(fā)表重要講話，對高校提出指示“引導(dǎo)廣大青年爭做堪當(dāng)民族復(fù)興重任的時代新人”，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和實際動手能力的高校人才。此外，習(xí)近平總書記在中國共產(chǎn)黨第十九屆中央委員會第六次全體會議提出，“創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動力，是建設(shè)現(xiàn)代化經(jīng)濟體系的戰(zhàn)略支撐”?！吨袊圃?025》提出堅持走中國特色新型工業(yè)化道路，逐步由勞動密集型向自動化、智能化方向轉(zhuǎn)變。其中，以促進制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展為主題，以提質(zhì)增效為中心，以加快新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合為主線，以推進智能制造為主攻方向。堅持把人才作為建設(shè)制造強國的根本，建立健全科學(xué)合理的選人、用人、育人機制，加快培養(yǎng)制造業(yè)發(fā)展急需的創(chuàng)新性專業(yè)技術(shù)人才。

科研創(chuàng)新能力是一個國家的核心競爭力，提高人才的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)科研創(chuàng)新型人才，有助于提高產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)效率，提升未來社會生產(chǎn)力和國家核心競爭力。但高校培養(yǎng)學(xué)生的模式不盡相同，以教師單方講授知識的主流教學(xué)方式已經(jīng)遠遠不能滿足當(dāng)前學(xué)生的學(xué)習(xí)需求[1]，適用于培養(yǎng)具有科研創(chuàng)新能力與創(chuàng)新意識的教學(xué)模式稀缺。對于高校來說，倡導(dǎo)學(xué)習(xí)的多樣化，以充分尊重不同學(xué)生在經(jīng)驗、興趣、思維方式等方面的個體差異，對培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力大有裨益[2]。以項目引領(lǐng)融合多維度的教學(xué)模式是將理論知識實踐化的過程，能夠讓學(xué)生自由組隊，靈活分工，將學(xué)習(xí)到的理論知識迅速應(yīng)用到實際中去，用專業(yè)理論支撐實踐操作，在實踐中踐行理論知識，既可提高學(xué)生的動手能力，又可培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題和自主創(chuàng)新的能力。由于一個完整的項目工作量較大，單個學(xué)生利用業(yè)余時間難以完成，因此需要組建科研團隊。學(xué)生自主組建科研團隊，分工明確，團隊協(xié)作，可培養(yǎng)學(xué)生的領(lǐng)導(dǎo)力、執(zhí)行力以及團隊協(xié)作能力。并且，基于項目的模式，由于項目來源于教師的科研中的真實問題，學(xué)生能夠提早接觸科研、理解科研，并激發(fā)學(xué)生的主觀能動性。在項目實施過程中，提出以“項目為主線、教師為引導(dǎo)、學(xué)生為主體”的新模式，可提高本科生對科學(xué)研究探索的興趣和好奇心，提高本科生科研成果的產(chǎn)出效率，助力本科生快速成長，本科生在取得階段性成果后，自然能夠增加自豪感與自我認同感，提升本科生對科研的信心和興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識。最后，由于任何項目的研究都不會一帆風(fēng)順，研究過程中的曲折挫折對本科生都是難得的心智磨煉和挫折教育，學(xué)生在項目科研中遇到難題，思考解決方法，團隊協(xié)作克服困難，在培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)目蒲袘B(tài)度、專注的鉆研精神、強烈的創(chuàng)新意識的同時，對完善學(xué)生的人格，提高學(xué)生團隊協(xié)作精神和綜合能力都是大有裨益。

2 現(xiàn)階段主流教學(xué)模式的問題剖析

本科生是現(xiàn)階段我國創(chuàng)新型人才的重要儲備，但本科生創(chuàng)新意識不強，缺乏科研創(chuàng)新素養(yǎng)，其主要根源之一是本科生教學(xué)模式無法與我國創(chuàng)新型人才培養(yǎng)相適應(yīng)。目前本科生的主流培養(yǎng)模式，仍以課堂理論知識教授為主，而實驗以驗證性實驗為主，此外，還存在以下問題：

2.1 學(xué)生評價標準單一

高校大學(xué)生大多數(shù)只滿足于在期末考試中取得好成績?nèi)幦—剬W(xué)金，而更多的大學(xué)生則認為科研和專業(yè)競賽離自己很遙遠。高校對于大學(xué)生的評判標準中，學(xué)習(xí)成績占比過大，一系列獎學(xué)金、榮譽稱號、考試測評主要依托的是課程考試成績，而這些成績幾乎與學(xué)生的動手能力、科研能力、創(chuàng)新能力等無關(guān)，對于學(xué)生的能力評判標準過于單一、固定化，導(dǎo)致教學(xué)中重知識傳授，輕知識的應(yīng)用，重第一課堂課本，輕第二課堂實踐創(chuàng)新，造成學(xué)生的科研動力不足，缺乏科研創(chuàng)新的熱情，僅追求考試成績的不斷提高以獲取各項榮譽稱號，甚至升學(xué)深造的機會，但以此模式培養(yǎng)的“優(yōu)秀”學(xué)生，往往存在實踐動手能力弱、創(chuàng)新意識不強，難以滿足國家和社會對創(chuàng)新型人才的迫切需求。

2.2 課程實驗內(nèi)容缺乏創(chuàng)新

高校本科生課程設(shè)計及實驗多以驗證性、認知型為主，尤其是學(xué)生實習(xí)過程中，大多是由導(dǎo)師介紹相關(guān)領(lǐng)域的背景、研究現(xiàn)狀，導(dǎo)師操作、學(xué)生觀摩抑或模仿，這樣的課程設(shè)計并非面向具體問題，而是為了驗證課本原理的正確性與科學(xué)性，難以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識。此外，對于課程實驗，大多數(shù)高校實驗室儀器以模塊化、智能化為主，學(xué)生僅需通過簡單的操作即可獲取“實驗結(jié)果”，有的老師甚至重視實驗結(jié)果的“準確率”而忽視了實驗過程的重要性，本末倒置的“快餐式”實驗剝奪學(xué)生真正動手參與實驗的機會，抑制了學(xué)生對專業(yè)實踐和科學(xué)研究參與的主動性。

2.3 高?？蒲匈Y源與教育資源缺乏融合

我國應(yīng)用型高校普遍存在的現(xiàn)實困境[3]，對地方普通高校來說，多方面的設(shè)備條件、師資力量和科研環(huán)境等難以支持較大的創(chuàng)新型課題。地區(qū)發(fā)展不平均、學(xué)科資源分配不平衡、專業(yè)傾向性偏差、培養(yǎng)方案政策不妥等原因也導(dǎo)致了學(xué)生參加科研創(chuàng)新項目的局限，甚至部分高校對科研項目不夠重視從而導(dǎo)致學(xué)生缺乏對科研的了解。高校未整合其綜合資源，造成培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神能力不足。最后，本科高校大學(xué)生的主動創(chuàng)新意識淺薄，創(chuàng)新的主觀能動性不足，高校的科研資源不足以吸引學(xué)生投身創(chuàng)新科研。

2.4 工程型師資力量匱乏

現(xiàn)階段由于國家對教師發(fā)展所設(shè)置的青年人才35歲、杰青人才45歲的年齡門檻，以及人才評價的論文、基金指標，導(dǎo)致幾乎所有的高校引進人才都是挑選SCI論文多的博士，而這些高產(chǎn)SCI論文的博士大多是從學(xué)校到學(xué)校，本碩博學(xué)習(xí)生涯中多以理論研究為主，自身工程能力訓(xùn)練不夠，并缺乏企業(yè)實際工程經(jīng)驗，難以指導(dǎo)學(xué)生開展具體的工程應(yīng)用性實踐和創(chuàng)新。此外，由于老師的職稱晉升多以論文、基金項目等為主要指標，因此，老師也缺乏提高自身工程能力的意愿，如此惡性循環(huán)，客觀和主觀上都造成很多高校的工程型師資力量匱乏，特別是在年輕教師中問題更為嚴峻和突出。

2.5 高校培養(yǎng)目標與社會需求存在偏差

我國多數(shù)高校在進行科研管理時，管理質(zhì)量不高的問題仍舊十分突出[4]。目前理工科高校的學(xué)生學(xué)習(xí)評價仍以課程考試成績?yōu)橹?，學(xué)生實踐性能力評價在總體評價體系中的地位不高。企業(yè)對學(xué)生學(xué)習(xí)知識的能力需求度要求不高，與高端技術(shù)技能型人才培養(yǎng)的教學(xué)績效評價要求契合度較低[5]。高校的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)要進一步對接產(chǎn)業(yè)需求，人才培養(yǎng)由學(xué)科驅(qū)動轉(zhuǎn)向產(chǎn)業(yè)需求驅(qū)動，與產(chǎn)業(yè)需求實現(xiàn)動態(tài)均衡[6]。企業(yè)對于應(yīng)屆畢業(yè)生的需求條件大多以動手實踐能力為主、具有一定的創(chuàng)新意識，不要求本科生能提出科研理念或帶領(lǐng)科研團隊，更多的需求是創(chuàng)新型技術(shù)人才。而對于理工科高校來說，重視理論基礎(chǔ)的培養(yǎng)，原理性研究較多，往往本科高校畢業(yè)生入職前仍需企業(yè)來組織培訓(xùn)專業(yè)技能。因此，現(xiàn)在高校的目標與企業(yè)需求不一致，培養(yǎng)模式仍以知識傳授為主，重知識傳授、輕實踐創(chuàng)新，這種模式下培養(yǎng)的學(xué)生與企業(yè)的人才需求存在偏差，與社會需求脫節(jié)。

3 基于項目引領(lǐng)的多維混合教學(xué)模式及原則

3.1 以項目引領(lǐng)的多維混合式教學(xué)模式

教學(xué)有法，但無定法。[7]近年來，研究型教學(xué)模式（Research-based Learning,RBL）、問題教學(xué)模式（Problem-Based Learning,PBL）、案例型教學(xué)模式Case-based learning,CBL）等教學(xué)模式的提出是對培養(yǎng)創(chuàng)新意識本科生教學(xué)模式的一種探討。RBL是一種基于研究的教學(xué)模式，重點是學(xué)生對于具體實際問題的研究，而非對基礎(chǔ)知識的掌握。以此模式培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力和研究分析問題、案例的素養(yǎng)；PBL是一種典型的以學(xué)生為中心的教學(xué)方法，該教學(xué)法將學(xué)習(xí)置于復(fù)雜、有意義的問題情境中，讓學(xué)生以小組合作的形式共同解決學(xué)習(xí)過程中發(fā)現(xiàn)問題，進而學(xué)習(xí)隱含于問題背后的科學(xué)知識，以促進他們自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)能力的發(fā)展；CBL是PBL 教學(xué)法發(fā)展而來的，是以臨床案例為基礎(chǔ)，設(shè)計與之相關(guān)的問題，引導(dǎo)并啟發(fā)學(xué)生圍繞問題展開討論的一種小組討論式教學(xué)法[8]。此類模式都基于具體實例鍛煉學(xué)生的實際操作或是創(chuàng)新意識，區(qū)別于傳統(tǒng)模式中的師生關(guān)系。在此教學(xué)模式下師生利益一體化，共同解決實際問題，提升雙方綜合能力。

本文提出以項目引領(lǐng)構(gòu)建融合RBL、PBL、CBL 的多維混合教學(xué)模式，科研反哺教學(xué)，競賽激勵創(chuàng)新，在教學(xué)中通過第一課堂與第二課堂相結(jié)合，采用項目驅(qū)動法，以項目為抓手，鼓勵學(xué)生選擇他們自主意愿研究的項目，激發(fā)學(xué)生的積極性。將課堂教學(xué)中以老師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生或?qū)W生團隊為中心的自主創(chuàng)新學(xué)習(xí)，充分調(diào)動學(xué)生科研興趣與熱情、將理論問題實際化、培養(yǎng)學(xué)生勇于挑戰(zhàn)困難的品質(zhì)、提高學(xué)生科研信心及科研素養(yǎng)等。

3.2 多維混合教學(xué)原則

在以項目引領(lǐng)的多維混合式教學(xué)中，還應(yīng)遵循以下原則：

3.2.1 構(gòu)建學(xué)生導(dǎo)師利益共同體

教學(xué)中學(xué)生和老師都是教學(xué)的主體，教學(xué)能夠順利實施的前提是調(diào)動學(xué)生和老師的積極性，首先要求老師和學(xué)生在完成項目的過程中核心利益一致。導(dǎo)師的科研項目需要學(xué)生團隊人力和智力投入共同推進施行，學(xué)生同樣也需要在項目學(xué)習(xí)過程中鍛煉自己，提升自己的專業(yè)水平和科研創(chuàng)新能力。而顯性的利益就是，學(xué)生在完成項目的過程中，可以撰寫論文、專利或參加科技創(chuàng)新比賽獲獎，并在學(xué)生評獎評優(yōu)中更具優(yōu)勢，這對本科生保送研究生和考研面試具有重要的作用。對老師來說，通過對學(xué)生的指導(dǎo)和培養(yǎng)，可以吸引更多積極的科研力量投入項目中，促進項目的順利實施。從本質(zhì)上來說，構(gòu)建導(dǎo)師學(xué)生利益共同體是項目快速推進的基礎(chǔ)，在項目實施過程中需要不斷深化和踐行這樣的理念，才能同時調(diào)動老師和學(xué)生的積極性，師生共贏。

3.2.2 指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)遵循最近發(fā)展區(qū)理論

根據(jù)最近發(fā)展區(qū)理論，學(xué)生在做自己認為經(jīng)過努力可能完成的事情時才具有內(nèi)生動力，才能調(diào)動自己的積極性和內(nèi)在潛力。因此，在指導(dǎo)本科生開展項目研究時，首先，選擇適當(dāng)難度的項目課題對于大學(xué)生邁進科研大門至關(guān)重要，項目課題既要難度適中又要貼近現(xiàn)實，讓學(xué)生通過科研可以直接見證自己的進步，如通過編程控制機器人的尋跡移動，學(xué)生就會直觀感受到自己的科研進步和成果，從而進行正反饋，實現(xiàn)自我認可和自我激勵。遵循最近發(fā)展區(qū)理論，應(yīng)準確測度學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，為學(xué)生提供需要跳一下才能夠得著的挑戰(zhàn)，具有一定難度的科研項目才能調(diào)動學(xué)生的征服欲，激發(fā)其潛能。其次，指導(dǎo)老師給學(xué)生確定項目后，學(xué)生可能會因為基礎(chǔ)薄弱而高山仰止、望而卻步，這需要指導(dǎo)老師應(yīng)對整個項目進行合理分解，通過將整個項目分解為不同的子任務(wù)，讓學(xué)生在逐個完成子任務(wù)后就可以實現(xiàn)整個項目。此外，指導(dǎo)老師還應(yīng)幫助學(xué)生團隊進行合理分工，并明確實驗方法和實施路徑，讓學(xué)生團隊在項目實施中并行工作，既提高了科研創(chuàng)新能力，又培養(yǎng)了團結(jié)協(xié)作的意識和能力。

3.2.3 建設(shè)具有卓越工程能力的導(dǎo)師團隊

“紙上得來終覺淺”，大學(xué)生的學(xué)習(xí)仍停留在理論層面，離開指導(dǎo)老師的指導(dǎo)和幫助大學(xué)生在科研上可能寸步難行。因此，學(xué)生科研項目進展的順利與否與指導(dǎo)老師適時、適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)密不可分。首先，需要指導(dǎo)老師提升自身的實踐動手能力和科研創(chuàng)新能力，“名師出高徒”，指導(dǎo)老師具有豐富的工程實踐經(jīng)驗和卓越的科研能力，對學(xué)生指導(dǎo)就有的放矢，才能精準有效。其次，要增加導(dǎo)師在科研項目中的參與度[9]。導(dǎo)師指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)保證充足的指導(dǎo)時間。學(xué)生遇到問題時，導(dǎo)師及時、專業(yè)的指導(dǎo)可以節(jié)省學(xué)生科研過程中大量的時間，提升科研效率，同時也讓學(xué)生感受到與導(dǎo)師共同完成課題的獲得感、榮譽感，拉近師生之間的距離，有助于項目深入推進和學(xué)生綜合能力的有效提升。導(dǎo)師在學(xué)生成長發(fā)展的道路上扮演著引路人的角色[10]，導(dǎo)師專業(yè)精湛且能夠和學(xué)生積極互動能夠激發(fā)學(xué)生的科研熱情，導(dǎo)師嚴謹?shù)目蒲凶黠L(fēng)也會成為學(xué)生爭相模仿的榜樣。

3.2.4 充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性

導(dǎo)師一味地牽引并不能利于學(xué)生的科研創(chuàng)新精神培養(yǎng)，而是要引導(dǎo)學(xué)生通過調(diào)查、交流、自我評價等方式，提升自我認知[11]。以學(xué)生為主、導(dǎo)師為輔的模式才能更有效地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和綜合能力。學(xué)生被動的科研與主動的創(chuàng)新有著本質(zhì)的區(qū)別，且在成果上會有更加明顯的體現(xiàn)。在項目實施過程遇到的問題會促使學(xué)生自己去思考、研究、探討，從而積累實踐經(jīng)驗、理論知識，培養(yǎng)獨立思考問題、解決問題的能力，發(fā)揮其主觀能動性。當(dāng)學(xué)生研究方向出現(xiàn)偏差時，導(dǎo)師可進行方向性指導(dǎo)，避免“喂”學(xué)生具體方法而讓不讓學(xué)生“走彎路”，這樣就會抹殺學(xué)生的自主創(chuàng)新意識和分析解決問題能力，因為學(xué)生的成長少不了要從走彎路、走錯路中反思來習(xí)得和提高。事實上，理論結(jié)合實際的項目推進，可促進大學(xué)生獨立思考，在潛移默化中調(diào)動大學(xué)生對創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的主觀能動性。

3.2.5 構(gòu)建傳幫帶的良性科研氛圍

加強資助育人團隊建設(shè)，以獨立機構(gòu)與專職人員配備為基礎(chǔ)，整合推進全員育人[12]。人是群體性動物，在項目實踐過程中，提供學(xué)生團隊良好的科研環(huán)境，能夠保證學(xué)生在群體科研氛圍的激發(fā)下更專注地投身科研任務(wù)中，不斷驗證自己的想法，并通過與其他學(xué)生之間碰撞的“思維火花”更深入地推進科研工作。此外，由于學(xué)生身份的平等性，當(dāng)學(xué)生有了一定的科研基礎(chǔ)和創(chuàng)新精神后，學(xué)生之間會質(zhì)疑和討論，從而培養(yǎng)學(xué)生敢于質(zhì)疑的創(chuàng)新精神。一個人的力量是有限的，導(dǎo)師指導(dǎo)學(xué)生需要花費大量的時間和心血，而本科生眾多，構(gòu)建“金字塔”型的科研團隊，通過塔尖指導(dǎo)老師對高年級學(xué)生的直接指導(dǎo)，再通過高年級學(xué)生對低年級學(xué)生進行指導(dǎo)，通過這種逐級傳教幫扶方式，既可以節(jié)省指導(dǎo)老師的時間，又可以培養(yǎng)更多的學(xué)生，并且，高年級的學(xué)生在教授低年級學(xué)生的同時對專業(yè)理論實踐也會有更深刻的理解和掌握。構(gòu)建“金字塔”型的傳幫帶隊伍，可以充分調(diào)動學(xué)生科研熱情，培養(yǎng)良好的團隊科研氛圍，保證導(dǎo)師科研創(chuàng)新團隊的新鮮血液和無盡活力，有利于培養(yǎng)高質(zhì)量優(yōu)秀的創(chuàng)新型科研人才。

4 教學(xué)模式實踐成效

智能機器人實驗室探索基于項目引領(lǐng)的多維混合教學(xué)模式6年有余，通過這種教學(xué)模式的實施，連續(xù)多年在大一暑假開始提供對科研感興趣的本科生進行工程培訓(xùn)，并指導(dǎo)其參加各類科技比賽及導(dǎo)師課題項目。實驗室的成員依托項目參加了“挑戰(zhàn)杯”“互聯(lián)網(wǎng)+”“中國機器人大賽”“智能農(nóng)業(yè)裝備創(chuàng)新大賽”等多類科技創(chuàng)新大賽，獲得國際級獎勵1項，國家級獎勵60項，省級獎勵13項，本科生發(fā)表SCI、EI等學(xué)術(shù)論文20余篇，申請授權(quán)發(fā)明專利6項。基于大二開始的科研基礎(chǔ)，本科生畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量顯著提升，獲得省級優(yōu)秀論文1篇，校院級優(yōu)秀論文10余篇。智能機器人實驗室堅持以項目引領(lǐng)的多維混合教學(xué)模式，培養(yǎng)創(chuàng)新性卓越人才，目前已有70余名本科生保送和升學(xué)至國內(nèi)985/211工程和國外頂尖高校深造。

在對該模式下培養(yǎng)出的學(xué)生跟蹤調(diào)查反饋中，在東南大學(xué)攻讀研究生的某同學(xué)稱“感受到自己的動手能力、面對科研困難的耐挫力和團隊合作能力較同屆的同學(xué)來說更為突出。同時，在研究生階段項目研究中也游刃有余，入門較快?！痹趪馍钤斓哪硨嶒炇页蓡T反饋稱“本科期間在實驗室接受的教學(xué)模式培養(yǎng)與在國外研究生期間開展的模式相似度極高，是非常先進的教學(xué)理念”。已經(jīng)進入企業(yè)工作的某實驗室成員表示“在實驗室期間鍛煉的團隊協(xié)作能力、領(lǐng)導(dǎo)團隊的能力以及實際動手操作的能力為自己快速融入企業(yè)，轉(zhuǎn)變社會角色打下深厚的基礎(chǔ)”等。

本項目基于項目引領(lǐng)的多維混合教學(xué)模式，通過融合PBL、RBL、CBL等教學(xué)模式，通過打造工程型教師指導(dǎo)團隊和“金字塔”型學(xué)生指導(dǎo)團隊，構(gòu)建師生命運共同體，并遵循最近發(fā)展區(qū)原則，以科研項目為抓手和落腳點，指導(dǎo)和激勵學(xué)生在科研項目中成長和提升，不僅加深了學(xué)生對理論知識的理解，也開拓了科研視野，鍛煉了學(xué)生的實踐動手能力，培養(yǎng)學(xué)生勇于創(chuàng)新的意識和嚴謹、嚴肅的科研態(tài)度，養(yǎng)成良好的科研習(xí)慣，同時，提升學(xué)生的團隊合作精神，增強師生之間的融洽關(guān)系。在以項目引領(lǐng)學(xué)生科研創(chuàng)新的模式下，學(xué)生不斷提升自我，面向我國的科技振興和中華民族的偉大復(fù)興的迫切需求，逐漸成長成為適應(yīng)新時代國家發(fā)展所需要的創(chuàng)新型人才。