行业背景高校工科开放式创新教学模式构建与实践

2024-06-25王贤敏赵伟王旭严梓榛王昱博李梦颖

高教学刊 2024年19期

王贤敏赵伟王旭严梓榛王昱博李梦颖

基金项目：湖北高校省级教学改革研究项目“开放式创新教学模式的构建及在行业背景高校工科专业的实践”（2022139）；中国地质大学（武汉）教学改革研究项目“开放式创新教学模式的构建及在行业背景高校工科专业的实践”（无编号）

第一作者简介：王贤敏（1978-），女，汉族，福建泉州人，博士，教授，博士研究生导师。研究方向为遥感地学智能应用。

DOI：10.19980/j.CN23-1593/G4.2024.19.011

摘要：为响应国家发展战略新需求，响应国家对创新型人才与卓越工程师的时代需要，构建一种符合我国国情的开放式创新教学模式，通过教学方式开放化、教学资源多样化、课程案例库工程实用化、课程考核评价体系多元化“四化”体系，促进本科生学习以科技发展需求为导向，紧跟国家发展战略和学科发展前沿热点，切实提升学生的自主创新能力与工程实践水平，在行业背景高校工科专业实践中取得良好的成效，从而促进新工科复合型人才培养，应对未来新一轮科技革命。

关键词：开放式创新；行业背景高校；新工科；创新型人才；复合型人才；卓越工程师

中图分类号：G640 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2024）19-0042-04

Abstract： In order to supply the national demands in science and technology development and distinguished talent cultivation， this study establishes a novel open and innovation teaching model that meets the current national conditions. This model consists of 4 components： open teaching means， diverse teaching resources， engineered and practical teaching cases， and pluralistic assessment systems. This model aims at science and technology development requirements and focuses on national development strategies and discipline development frontiers and hot topics. It can improve undergraduates' independent innovative capability and engineering practice level. A good implement effect is achieved when this teaching model is applied in engineering majors of an industry background university. It promotes the cultivation of interdisciplinary talents in emerging engineering education for a new round of scientific and technological revolution.

Keywords： open innovation; industry background university; emerging engineering education; innovative talent; interdisciplinary talent; remarkable engineer

“国以才立、政以才治、业以才兴”，国家科技创新力的根本源泉在于人才培养，创新型人才培养是国家、民族长远发展的大计，是高等教育的根本任务和时代使命。开放式创新教学模式是我国高等学校教学质量与教学工程改革的重要趋势，旨在激发学生的创新思维，提高学生的工程实践能力和创新能力，培养创新型人才。一行业背景高校工科发展对开放式创新教学的急迫需求

开放式教学模式是近年来世界教育界关注的焦点。该教学模式于20世纪30年代由美国进步主义教育者提出[1]，50年代在英国推行，70年代受到美国、日本和欧洲大学的关注，目前被许多发达国家运用于高等学校教学实践中[2]。开放式教学意味着打破传统的封闭教学体系，体现在教学中以学生为中心，旨在提升学生的创新精神和创造力[3]。代表性思想包括：罗杰斯的自由开放教学思想、OBE（成果导向教育）理念、Cohn的人本主义教学理论模型（开放课堂模型与课堂讨论模型）和Spiro的建构主义教学模式（通达随机教学与情景性教学）等[4-5]。

近年来，我国高校也逐渐开始重视开放式教学模式的构建和实践，然而主要应用于实验教学领域[6-8]，鲜有针对行业背景高校工科专业的开放式教学模式研究，且如何将开放式教学模式与创新型人才培养深度融合，构建符合我国国情的开放式创新教学模式，是一个具有挑战性的前沿问题。此外，高校教学模式中也存在以下瓶颈问题亟待突破和解决：①课堂教学方式单一，主要为教师授课；②教学资源单调，体现为线上资源利用不足，课程设计指定模型和软件工具，未给予学生充分发挥创造的空间；③课程案例库与社会生产实践脱轨，实用化程度偏低；④课程考核评价体系欠完善，体现为教师打分的单一评价体系。以上瓶颈问题严重束缚了本科生创新思维和实践能力的培养，导致本科生毕业后难以融入社会生产实践，造成就业困难，严重制约了行业背景高校新工科的建设和发展。因此，为了适应行业背景高校工科专业发展和卓越工程师创新人才培养的重大需求，亟需构建一种适用于我国国情的开放式创新教学模式，并开展深入实践探索。

二开放式创新教学模式构建

针对目前本科教学模式中亟待突破和解决的问题，聚焦行业背景高校工科专业，本文构建了一种适用于我国国情的开放式创新教学模式（图1），建立“四化”体系：教学方式开放化、教学资源多样化、课程案例库工程实用化和课程考核评价体系多元化，将学生从知识的被动接受者变为知识的主动建构者，在建构学生专业素养的同时，增强创新精神和创新思维，提升创新能力和工程实践水平，促进更好就业。开放式创新教学模式的体系构成如图2所示。

（一）教学方式开放化

目前本科生的课堂教学方式较单一，主要为教师授课，偏重理论教学，限制了知识来源的广博性、丰富多样性和工程实用性，学生常有困惑“学这门课、这个专业有什么用”“学这门课、这个专业对我将来发展有什么意义”，从而限制了学生的主观能动性和创新积极性。

对教学方式进行扩展和开放，采用企业专家进课堂[9]和名家讲座[10]方式，激发学生的学习热情和创新意识。通过企业专家介绍社会生产实际需求，让学生更深刻地理解课程和专业在国民经济主战场中的效用，坚定对专业的热爱和学以致用的决心。通过与“名家”的思想交流，让学生意识到创新思维对个人发展、科技进步和国家强盛的重要作用，自发自觉去创新，内化了创新精神的培养和追求。

因此教学方式开放化具有以下3点显著优势：①拓展和深化了知识来源的广博性和工程实用价值；②深刻理解“学有何用”，坚定“学以致用”的信念；③将创新意识和创新精神内化为自身的精神追求，激发学生努力开拓、创新进取。

（二）教学资源多样化

目前本科生课堂教学资源主要来源于书本，与线上精品资源结合有限，限制了本科生对学科最新前沿进展的了解，限制了对国家战略发展方向的理解和把握。此外，在课堂教学和课程设计方面，教师往往指定采用单一的软件工具，构建指定的某个模型，限制了学生创造力发挥的空间。

实施教学资源的多样化，深度融合线上资源，除了中国MOOC、国家精品课程资源外，着重将“智慧地球大讲坛”“科普视窗”“院士讲坛”等精品线上资源融入线下课堂教学，例如，将国家正在全面推进的实景三维中国建设引入地学信息三维可视化专业主干课程，将最新的人工智能和深度学习算法框架引入地学信息处理方法、数据挖掘与大数据分析、Matlab语言及应用实践等课程，促进本科生学习紧跟时代步伐，紧密结合国家发展战略和学科发展前沿。此外，构建开放式课程设计范式，不指定软件工具，不指定目标模型，而是由学生根据自己的兴趣和需求，自主选择和学习编程工具或软件，自主创设感兴趣的专业模型，给予学生充分的想象和发挥空间，充分调动学生自主能动性和学习热情，激发学生创造热情和兴趣；并且，通过让学生从查阅文献、形成建模思路、学习建模软件和编程工具、创建自己的课程模型到口头报告交流，加深对课程的理论和实践的认知，切实锻炼和提升了学生的自主创新和实践能力。

因此，教学资源多样化具有以下2点显著优势：①促进本科生学习紧跟国家发展战略和学科发展前沿热点；②激发学生创造热情和兴趣，给予学生充分的创造发挥空间，切实提升自主创新和实践能力。

（三）课程案例库工程实用化

目前本科生课程案例库主要来源于书本，侧重理论知识，缺乏工程实用导向性，限制了本科生对社会生产需求、对企事业单位工程项目需求的认识，进而限制了本科生工程实践能力的培养。

立足于产学研合作协同育人模式，密切结合社会生产需求和企事业单位的工程项目需求，建设完善课程案例库[11]，同时引导学生建立面向实际生产需求的具有实用价值的课程设计模型。以实际工程问题和工程项目为导向，能够更好地培养学生的创新能力和解决工程问题的实践能力，为学生将来就业打下更扎实的专业基础。

以社会生产需求为导向的课程案例库工程实用化具有以下2点显著优势：①使学生的专业学习不脱离实际生产需求和工程实践，切实提升工程实践能力和解决实际问题的能力；②所学以社会经济发展需求、科技发展需求为导向，毕业后有望更快更好地融入企事业单位工作建设中，为今后更好就业奠定了扎实的工程实践基础。

（四）课程考核评价体系多元化

目前课程考核主要依据对知识点的掌握进行评分，不能很好地反映学生的创新和工程实践能力，从而限制了学生的创新积极性。此外，课程打分来源于教师评分，单一来源评分在一定程度上限制了评价的科学性。

注重对学生创新能力和工程实践能力的考核，制定评分项和相应的评分标准，完善课程考核评价机制。其中评分项主要包括：课程设计内容与学科前沿的相关性、设计模型的实用价值和应用前景、课程设计模型的功能完整性与自洽性、创新思维和解决实际问题的能力、软硬件工具操作能力、对课程设计模型的改进和功能扩展是否具有建设性的想法。此外，课程打分来源于同学评分和教师评分的综合。学生作为课程设计者，对其他同学的课程设计难度和复杂性、课程设计思路和数据来源有深刻的了解，因此引入同学打分，能够保证课程评价的科学性和合理性，同时通过学生间的竞争心理，激发他们更积极主动地学习软硬件工具，构建更完善的模型，提升创造力和实践动手能力。

因此，考核评价体系多元化具有以下2点显著优势：①优化课程考核对创新思维和创新实践能力培养的导向作用，提升创新和工程实践能力；②引入同学打分机制，让学生成为课程考核评价的主人翁，保证了课程评价的科学性和合理性，激发了学生的主观能动性、竞争意识和创造性。

三特色与实践成效

（一）特色

突破目前教学模式在培养学生自主创新和工程实践能力方面的瓶颈问题，针对行业背景高校工科专业，构建了一种符合我国国情的开放式创新教学模式，在建构学生专业素养的同时，提升创新能力和工程实践水平。

构建开放式创新教学模式的核心内涵是聚焦国家发展战略和学科前沿热点，紧密结合国民经济主战场需求，因此，有助于培养高水平复合型新工科人才，促进本科生更好就业。

（二）实践成效

在我校地球信息科学与技术工科专业开展实践，取得了良好的成效，激发了学生的学习热情和兴趣，提升了创新实践能力。以地学信息三维可视化课程为例，通过开放式创新教学模式，学生深刻认识了地学三维建模的国际行业热点和最新进展，理解了企事业单位在三维可视化方面的工程实践需求，了解了地学领域大量的三维建模和可视化案例，对地学三维建模产生了浓厚的兴趣。学生自主选择IDL、ArcScene、3ds Max、Maya、EVS、CityEngine、Sketchup、Unity3D、3D Mine、Unreal Engine、Houdini、Lumion等建模工具建立了矿产储量分布分析、地面沉降分析、洪水淹没分析、地质灾害演化分析、重金属污染分析、地下开挖分析、地震动态模拟分析、地下水与水文地质分析、航天器发射着陆、数字地球和数字城市等面向多行业领域的三维可视化模型，并制作成可播放展示的视频动画。图3为学生建立的三维模型与可视化分析视频动画案例截图展示。

四结束语

本文构建了一种开放式创新教学模式，在行业背景高校工科专业取得了良好的实践成效，可应用推广到我国其他高校的各类工科专业，促进创新能力强、工程实践能力强的新工科复合型人才培养，以适应国家发展战略新需求，应对未来科技前沿新挑战和新一轮科技革命。

参考文献：

[1] 王丽，张建敏.卡尔·罗杰斯的自由开放教学思想评述及借鉴[J].继续教育研究，2008（5）：81-83.

[2] 黄向龙，刘明.开放式教学模式在过程装备与控制工程专业的探索[J].教育教学论坛，2016（49）：176-177.

[3] 吴冠华.新媒体环境下高校开放式教学模式初探——以《应用写作》课程为例[J].现代报业，2023（1）：163-165.

[4] 周超，顾丹丹.基于开放式教学理念的高校教学研究[J].教育与教学，2016（7）：46.

[5] 闫茂德，朱礼亚，许唐雯.OBE理念下自动化一流本科专业课程教学改革与实践[J].高教学刊，2024，10（5）：7-11.

[6] 李春焕.开放式教学模式在“无机化学实验”中的应用探究[J].安徽化工，2022，48（3）：148-149，157.

[7] 史林，马俊涛，刘利民.新型雷达装备开放式教学模式改革研究[J].电气电子教学学报，2021，43（6）：13-15，51.

[8] 赵耀东，孟令君.遗传学综合性实验开放式教学模式对本科生综合能力的培养[J].中国教育技术装备，2021（16）：122-124，133.

[9] 王华.产教融合背景下企业专家进课堂的保障机制研究[J].劳动保障世界，2017（35）：21-22.