“科技创新大学四年不断线”课外实践模式探索与实践
毛晓波 李志辉
摘 要：以“大学四年科技创新不断线”为目标，建立“教师引导、学生主体、年年参与、人人收获”的科技创新人才培养模式，科学合理地配置四年科创的内容，加强学生创新意识和综合实践能力的培养。经多年实践证明，提出的培养模式和具体实施方案，保障了实践教学质量，从根本上扭转了目前实践内容滞后于科技发展的不利局面，紧跟时代步伐，满足社会对创新型、复合型人才的需求。
关键词：教学改革;科技创新;人才培养模式;实践教学
中图分类号：G640 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2021）25-0023-04
Abstract：
With the goal of "continuous innovation of science and technology in four years of University"， this paper establishes the training mode of scientific and technological innovation talents with "teacher guidance， students" main body， annual participation and everyone"s harvest". The paper puts forward reasonably allocating the contents of scientific and technological innovation in four years， strengthening the cultivation of students" innovative consciousness and comprehensive practical ability. It has been proved by many years of practice that the proposed training mode and implementation scheme can guarantee the quality of practical teaching. It has fundamentally reversed the unfavorable situation that the practice content lags behind the development of science and technology， keep pace with the times， to meet the needs of the society for innovative and interdisciplinary talents.
Keywords：
reform in teaching; science and technology innovation; talent training mode; practice teaching
當前，为适应人工智能、大数据、云计算及物联网等高新技术的迅猛发展和广泛应用，许多高校纷纷设立“新工科”“医工交叉学科”等本科新专业，并探索与之相适应的人才培养模式。热门的“新工科”专业，如大数据类、人工智能类、云计算类、智能科学与技术类学科等有个共同的特点即电子技术、计算机技术等信息技术类课程多、实践环节分量重。但由于经费所限，高校实验设备无法快速更新换代，实验教学体系、教学内容跟不上课程内容的更新速度，不可避免地出现实践教学环节内容和方法陈旧、滞后。实验内容仍为延续多年的验证性实验，实验方法是按照指导书上规定的步骤机械地进行，学生处于消极被动状态。仅靠目前实验教学环节难以实现对学生创新意识、实践能力和综合素质的培养，跟不上现代信息技术日新月异的发展步伐，无法实现设置“新工科”的初衷和美好愿景，亟待改革和完善。
近年来，围绕提高学生的实践动手能力已有大量的教改成果[1-2]，如：改革和完善现有的实践教学体系、强化实践教学环节等，虽然取得了一定成效，但无法从根本上解决人工智能等信息技术日新月异的变化与教学实验内容更新滞后的矛盾。本教改研究项目从大学生课外实践环节入手，通过优化和创新课程体系、建立和完善教师及学生科技创新团体、合理规划不同阶段的科技创新活动，大学四年不断线地开展科技创新和科技竞赛活动，取得了良好的效果。
一、改革内容
围绕“大学四年科技创新不断线”这一主线，从改革课程体系、完善运行模式、科学配置任务、增加激励机制等方面规划、实施和落实。
（一）改革课程体系
本教改研究是根据郑州大学“双一流”建设总体目标，坚持以学生发展为中心，以“加强通识、夯实基础、强化实践、激励创新”为总体原则，在修订专业（类）人才培养方案上，以“强化实践、激励创新”为实践教学目标，系统地调整课程设置和学时分配，加大实践环节和学生自主环节学时比例，增加“科技前沿”“专业/学科最新进展”“大学生科技创新活动”等科研和创新实践类课程，对部分基础课、专业基础课的开课顺序、选修课程群进行了优化，调整电路、模拟电子技术、数字电子技术、微机原理及应用、单片机原理、嵌入式系统设计、EDA设计、电子课程设计等课程的开课顺序、学时及内容方面的衔接，使学生有更充足的时间参加课外科技活动，有利于不同年级的学生在不同阶段尽早开展科创类活动和参加各类学科竞赛。以电气信息类最看重、认可度最高的竞赛之一——全国大学生电子设计竞赛为例，该竞赛隔年举办，在单数年的8月下旬进行，学生积极性和参与度很高。但单数届的学生要么刚刚毕业，要么处于大二年级，对模拟和数字电子技术、单片机原理、嵌入式系统应用等与竞赛密切相关的课程尚未学习，只能靠提前自学来参加竞赛，参与度和竞赛成绩均受影响。为此，采取适当调整开课顺序、每学期均开设相关选修课程、举办科技创新活动专题讲座和集中培训等多种措施，使单数届学生同样有机会参加这一重要赛事，受到了同学们的普遍欢迎。
（二）完善运行模式
将“大学四年科技创新不断线”作为一项“必修”实践环节，由经验丰富的教授负责，组建科创导师队伍和学生科技创新团体，制定完善的规章制度，形成“院系主办、教师主导、学生主体、人人参与”的良性运行模式。
1. 科创导师团队
学院专门组建了科技创新指导教师团队，常设人员5-8名，均为长期指导本科生创新创业项目、全国大学生电子设计竞赛、挑战杯大学生课外科技作品竞赛等科技活动[3]，积累了丰富经验的教授/副教授/博士。并且不断吸纳新入职的年轻博士参与进来，优化导师队伍结构和可持续性，并且在日常科创活动和参加竞赛时，将指导任务落实到人（教师）和参赛组（学生），同时对参加竞赛获奖的指导教师给予奖励，也作为评优晋升的重要参考业绩。
2. 科创学生团体
成立了大学生科技创新协会，由学院提供实验场地和常用实验仪器设备，建立科技创新实验室[4]。为使协会工作高效和可持续开展，由教师指导高年级学生，高年级学生负责协会的日常管理和运行，并承担对低年级学生的“传、帮、带”任务，保持学会科技创新活动长期、可持续开展。
3. 学院物质保障
学院在电工电子实验中心为学生提供约200平方米的开放实验场所，为组织全国大学生电子设计竞赛赛前培训、挑战杯创业和科技作品竞赛备战训练等活动提供多种实验仪器（微型计算机、信号发生器、示波器、毫伏表、万用表、稳压电源、焊接设备、单片机/嵌入式实验及开发系统）、常用电子元器件、工具等，均可集中起来供科技创新协会使用，可对100多名学生同时开放，为开展科技创新活动和教师进行教学实验改革奠定了物质基础。教师的教改项目经费则用于组织科创活动、发表科技论文及申请专利等。
（三）科学配置任务
把“亲自动手设计制作一个自己构想的产品”作为每个同学科技创新活动的任务，分为奇思妙想、自行组队、自由选题、电路设计、EDA仿真、印制板制作、嵌入式处理器为核心的系统软硬件调试等各个阶段。科学配置各学年的课外科技活动，从一年级开始循序渐进，学习有关理论课程后即参与并亲自动手实践完成各个阶段的设计任务，大学四年不间断。而且不同阶段有不同的任务，也会有不同的收获。在实践中真正体会到一个科技工作者进行产品研发的真实过程，达到基本素质、实际动手能力和创新能力的全面提高[5]。“大学四年科技创新不断线”规划如图1所示。
具体安排如下：
一年级：激发兴趣与创新启蒙。创新思维的培养非一朝一夕，从新生入学的专业介绍便开始动员并下达科技创新任务，给他们充分的时间关注、了解专业领域的前沿科技动态，处处留心社会需求，激发创造热情，提出创新构想，带着问题学习，激发兴趣[6]，并通过以后学到的专业知识一步步实现自己的构想。为此专门给新生安排两个专题，受到历届学生的欢迎。一是“大学生科技创新和课外实践活动”专题讲座，由经验丰富的教授介绍培养创新意识的重要意义、各类重要的竞赛和科创活动，并穿插介绍往届学生的生动实例，例如，一名学生观察到教师在用PPT讲课时时常需要写写画画来提示重点，但用鼠标或手写板很费劲、不方便，为此发明了一种“新概念PPT笔”，可以在空中书写，屏幕同步显示，研制出实物参加挑战杯并获得大奖;郑州大学的荷球水平全国闻名，学生在观看荷球比赛时，发现球员在25秒倒计时进攻中需要不断地扫描赛场的计数器，干扰了正常进攻的节奏，为此发明一种“荷球25秒进攻显示灯柱”，安装在球蓝架上，用蓝-绿-黄-红的颜色变换代表不同的时间区间，大大方便了球员的进攻，获得了发明专利和竞赛大奖，并受到国际荷球协会主席的赞赏，等等，以此激发学生参与的兴趣。二是参观实验室陈列的往届学生的科创作品，给学生直观的感受，收到了很好的效果。
二三年级：通过平时的科创活动和训练，基于学生的创新构想采取自由选题方式，在指导教师的引导下，选题具体突出 “创新”“前瞻”和“实用”的特点，自由组队（2-6人）申请大学生创新创业训练计划项目、挑战杯科技作品国家和省校竞赛活动等;选拔优秀团队参加全国大学生电子设计竞赛、互联网大赛等国家级竞赛活动，并组织赛前集中培训。大学生创新创业训练计划项目每年由校教务处组织评审、立项和验收，每个获得立项的项目均有经费资助，学生是项目负责人，积极性高，以电气工程学院为例，每年有数十个项目获得资助，每个项目有4-5名学生参与，覆盖面很大。参加全国大学生电子设计竞赛和挑战杯竞赛的学生大多数是从参加过此类项目的同学中选拔而来的。
四年级：大三下学期和大四上学期是收获的阶段，在前三年科创训练和参加各类赛事的基础上进行总结，申请国家专利和软件著作权、发表科技论文。若获得发明专利实审或被中文核心及EI/SCI期刊录用，除了报销全部费用之外，另有奖励，并作为研究生推免和评优评先的重要参考指标。几年来的实践充分证明，学生参加课外科技创新实践活动不但不会影响和耽误考研，反而使自己获得了全面的锻炼，提高了综合能力，获得的科创成果又能助力保研和面试，一举多得。
大四毕业设计实行一人一题，选题注重和鼓励与教师科研项目的结合力度，鼓励学生进驻教师实验室和科研平台参与研究工作，为学生配备学术导师，直接参与有关科研训练的指导，并为学生制订个性化的早期科研训练计划。实践证明，最终评为优秀毕业设计（论文）的同学均有参与科创活动、实际课题或在实验室工作的经历。
（四）完善激励机制
本教改具体实施中遇到的最大难题是如何解决学生正常课业与课外科技活动时间冲突的矛盾。近年来，学生为获得研究生推免名额的竞争已经到了白热化的程度，这些优秀学生一方面很想参加科技创新活动，另一方面又担心占用了学习和备考的时间，处于极度矛盾之中。为此，学院出台了多项激励政策，鼓励优秀学生积极参加课外科创活动，提高综合素质。对于参加创新创业训练计划项目顺利结项、在重要科创类活动中获奖（如全国大学生电子设计竞赛、挑战杯国家和省级竞赛、大学生数学建模竞赛等）、发表科技论文、国家专利授权与技術转让、参与教师科研项目取得成果等，除了专门奖励以外，还在研究生推免综合评定中加分，且力度很大，极大地提高了优秀学生参与科创活动的积极性并取得了良好的效果。
二、改革成效
本教学改革与实施同步进行，并不断地以实际成效进行检验、总结、完善和提高，极大地调动了学生参加科技创新活动的积极性，取得了显著成效。
（一）兴趣和参与度全面提升
鼓励不同年级学生参与科创活动，早早地激发了学生的兴趣，使其从一年级就带着问题思考，带着自己的设想学习相关课程和自学专业知识;二年级即可依据一年来的想法申请大学生创新创业训练计划项目，大量有备而来的同学都获得了立项，且有经费资助（国家级1-2万元，校级5000元，院级2000-3000元），可购置开发板、元器件等，动手制作自己构想的产品，兴趣和信心倍增;三年级同学有了前两年的基础，纷纷积极申报挑战杯校赛省赛国赛、全国大学生电子设计竞赛、全国大学生物联网大赛、大学生机器人大赛等各类重要赛事，并开始申请国家专利、撰写学术论文等;四年级同学开始收获成果，并参与教师的科研项目，有了科研经历，在保研、考研面试及就业面试中发挥了积极的作用。
各个学院出台的鼓励政策使参与科创并获得佳绩的同学大大受益，以参加2019年全国电子设计竞赛的同学为例，获得国家一、二等奖的同学在推免生综合排名中后来居上，电气工程及其自动化专业的一名同学因国赛一等奖的加分，使其名次由专业第17名一跃升至第1名，已成功保送至理想的名校。此类示范效应使学生参与科创活动的积极性大大提高，四年来几乎实现了人人参与的全覆盖局面。
电气工程学院的多个科研平台和重点实验室（如：机器人感知与控制河南省工程實验室、河南省脑科学与脑机接口重点实验室、中医药智能化院士平台等）对本科生开放，吸引了大量优秀学生参与科研项目，获得了全面综合实践训练，也为985名校输送了大批优秀人才。
（二）成果丰硕，成效显著
本教改措施实施4年来，学生参与各类科技活动取得了丰硕成果，获得校级以上“大学生创新创业训练计划项目”80余项，其中国家级20项;本科生发表学术论文15篇、申请专利20项;在“全国大学生电子设计竞赛”中获得国家奖7项、省级奖20项;在“挑战杯”“创青春杯”等国家级重要科技赛事中获省级以上奖励20余项;指导学生参与实际科研项目、开发制作多项科技作品和毕业设计实物，并获多项校级以上奖励，多名指导教师也获得了学校和省里的表彰。获得研究生推免资格的学生大都在科创活动中获得过佳绩。
表1为本项目组教师指导大学生创新创业训练计划部分立项和结项的项目，由于省级和校级数量过多（80多项），受篇幅所限，这里仅列出部分国家级项目。
三、结束语
本教改项目创新性地提出“大学四年不断线参与科技创新活动的良性运行模式”。通过优化和创新课程体系，解决了学生对课内学业与课外实践时间冲突的顾虑，充分发挥第二课堂在人才培养中的作用，将学生的各种课外科技活动与课内教学计划相结合，有计划地为不同年级的学生制定最佳的实践训练方案，挖掘学生的创新潜质，实现大学四年、年年训练、人人参与的良好局面，有效地贯彻和落实了“全面推进素质教育，以培养学生的创新精神和实践能力为重点”的教育理念。所提出的具体措施经过多年实践和完善取得了明显成效，可在高校工科电气信息类专业进行推广应用。
参考文献：
[1]梁兰菊，闫昕，韦德泉，等.大学生科技创新能力培养模式探索[J].高教学刊，2020（1）：27-29+32.
[2]许建，孙立雄，孙冬雪，等.基于课外科技活动的理工科大学生创新能力培养模式研究[J].才智，2018（14）：87.
[3]刘德明，傅振东，鄢斌，等.基于科技竞赛的大学生创新精神和实践能力培养模式研究[J].教育现代化，2019，6（86）：34-35.
[4]张捷雷，于为雄.探究大学生科技创新能力的团队培养模式[J].科技展望，2016，26（14）：332.
[5]毛晓波.发挥第二课堂在创新型人才培养中的作用[J].电气电子教学学报，2016，38（3）：14-16.
[6]史丽晨，耿素花，闫浩，等.科技创新活动“四结合”与大学生创新能力培养模式探索[J].创新创业理论研究与实践，2018，1（8）：7-9+16.
基金项目：2019年河南省高等教育教学改革研究与实践项目“‘科技创新四年不断线实践体系的研究与实践”（编号：2019SJGLX194）;2019年郑州大学教育教学改革研究与实践重点项目“‘科技创新四年不断线课外实践模式探索与实践”（编号：2019ZZUJGLX052）
作者简介：毛晓波（1965-），男，汉族，河南开封人，博士，教授，研究方向：智能仪器仪表。
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