[出处] 教育教学论坛_2022年第21期

刘晓宙 李灏天

[关键词] 创新创业教育;项目实践;教育教学

[基金项目] 2020年度国家重点研发计划课题“微纳结构非线性声学器件研发”（2020YFA0211404）;2016年度国家重点研发计划课题“阵列超声三维透视成像检测关键技术研究及仪器研制”（2016YFF0203001）;2021年度國家自然科学基金项目“声辐射力实现药物颗粒定向输运的理论和实验研究”（12174192）;2021年度大学生创新创业训练计划“超声相控阵技术实现三维实景成像算法的研究”（202110284062Y）

[作者简介] 刘晓宙（1966—），男，江苏无锡人，理学博士，南京大学物理学院教授，博士生导师，主要从事非线性声学、生物医学超声、超声无损检测研究;李灏天（2000—），男，天津人，南京大学物理学院2019级物理学专业本科生，研究方向为超声无损检测。

[中图分类号] G647.38 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）21-0121-04 [收稿日期] 2022-02-24

引言

随着经济的发展，创新创业逐渐成为实现个人价值的重要途径。在国家“双创”政策的指引下，全国各高校创新创业教育经历了从无到有、从零散到系统化的过程。在此基础上，随着社会的发展和政策的引导，大学生成为“双创”的主力军，创新创业的热情不断高涨。但是，“双创”教育也面临着深化发展的机遇和挑战，主要面临三个问题：（1）学生知识储备不足;（2）学生功课繁重，兴趣不足;（3）学生创新意识缺乏。因此，通过教育内容、课程设置、实训和管理机制等多维度联动，探索构建完善的“双创”教育和教育生态体系，推动“双创”教育升级发展，对于提高创新创业质量和人才培养质量具有现实意义[1，2]。

本文以大学生创新创业训练计划（2021）“超声相控阵实现三维实景成像算法的研究”项目为例，通过学生专业核心课程内容与创新科研项目的联动，结合项目实践过程中的经验，针对当前问题，创新性地提出联动专业核心课程助推大学生创新创业实践的解决方案[3]。

一、创新创业培养体系现状

创新创业教育是人才培养体系结构性改革的重要内容之一，以本校为例，在学校的多份建设方案及规划中，均将创新创业教育工作列为重中之重，如《一流大学建设高校建设方案》《“十三五”发展规划》等。通过对综合性大学创新创业教育改革路径的探索，南京大学已成为国内最早构建起完整的创新创业人才培养体系的高校之一。其具体机制可以被简要概括为三大举措：（1）“五位一体”的教学体系;（2）“四创融合”的支撑平台;（3）“三个协同”的育人机制。其具体细节如下。

一是课程、讲堂、训练、竞赛和成果孵化“五位一体”的教学体系，可分为三个层次，其细节如表1所示。二是建立“四创融合”的支撑平台。所谓“四创”，指的是创新、创意、创造和创业四类活动。具体举措为构建丰富的校院两级创新创业实训平台和众创空间，充分挖掘综合性大学独特的培养优势，全方位支持学生创新创业。三是建立校校协同、校地协同、校企协同“三个协同”的育人机制。学校与国际知名高校、地方政府和行业、企业专家等开展合作，进行“双创”理论和应用研究，构筑了“双创”人才的培养基础，成为科技成果转化的有效助力。

以南京大学为代表，全国各地各高校的创新创业教育活动取得了丰硕的成果。但是，通过对历年来的大学生创新训练项目的执行情况进行回顾与分析，发现学生的创新创业实践仍存在以下问题[4]。

（一）学生知识储备不足

按照本校的大学生培养方案，在大学生进行“双创”项目实践时，相关专业核心课程（“计算物理”“声学基础”“固体物理”等）尚未开始，学生缺乏项目实践过程中所需要的知识储备，需要进行大量的课外学习，难以实现知识的系统化，导致项目实践过程推进困难，一些人数较多的项目还会面临分工混乱的问题。

（二）学生功课繁重，兴趣不足

一些学生对相关的创新训练项目缺乏兴趣。参加大创训练计划的学生往往需要同时兼顾比较繁重的课业学习，这导致一些项目的研究工作难以持续进行。有些学生在项目实践过程中敷衍或半途而废，不但没能培养合作意识，反而导致成绩下降，对“双创”项目产生抵触情绪。

（三）学生创新意识缺乏

大学生创新训练计划项目的目的是培养学生的五大能力：（1）自主能力;（2）学习能力;（3）实践能力;（4）创新能力;（5）交往能力。其主要要求包括：（1）思想新颖;（2）技术先进;（3）创新性强。然而，由于对相关领域的研究进展认识有限，对相关实验的了解仅仅来源于文献调研等间接途径，对实验目的、原理及关键技巧不了解，缺乏实践基础，因此，无法产生新的思路，难以创新。

二、创新创业计划项目过程与成果

本文中项目来源为2021年大学生创新创业训练计划，学校发布课题为“超声三维成像的研究”，学生在前期研究过程中将选题拓展、细化为“超声相控阵实现三维实景成像算法的研究”。后续研究过程中采用分阶段实施的方法，学生在预立项答辩前对项目涉及的超声相控阵成像过程进行了有限元仿真，并自行对《声学原理》等相关教材开展了学习，补全自身知识储备的不足，而且对后续项目进行详细规划，执行期为2020年12月至2021年12月，主要分为两个阶段：2020年12月至2021年6月查询资料、确定研究方案，对比二维三维成像之间的差异;2021年7月至2021年12月基于超声相控阵实验仪器进行二维成像实验并获取数据，对三维实景体绘制算法进行了设计，并进行了相关软件的开发。

在中期答辩前，学生基本完成了软件框架的编写，实现了项目希望达成的基本功能，并且结合专业课程的学习进度对项目进行了进一步深化及拓展，最终取得的成果主要包括以下三项：（1）以C++作为编程语言，混合VTK、QT等第三方库，开发了能够进行三维重建的软件，并为用户提供利用标尺对缺陷进行测量的功能;（2）以Python3.8作为编程语言，利用阈值分割、深度优先搜寻和卷积神经网络（CNN）等算法，编写了提取超声检测成像中缺陷图像的程序;（3）在Matlab环境下，利用HOG+SVM机器学习方法编写了对超声成像图像进行处理并提取得到缺陷半径的程序。总结而言，项目具备以下创新点及特点：（1）通过设置阈值，消除了成像中的噪声干扰，得到了边界清晰的三维图像;（2）增加标尺以定量显示大小，提供了更丰富的人机交互功能;（3）采用卷积神经网络等算法对超声检测成像进行了缺陷识别;（4）采用HOG+SVM机器学习算法得到了缺陷半径。

可以看出，本次大创活动具有较好的实践效果，学生反馈良好。本次大学生创新创业训练活动使学生对科研生活有了一个初步的认识，并为接下来选择努力的方向起到了很大的指导作用。在本次大创活动中，学生第一次进入实验室、第一次参加专业的项目答辩、第一次尝试解决没有明确答案的问题，这些经历使学生对科研有了更加清晰具体的认识。学生认识到了科研不是做题，没有一个标准答案，同时还需要自己给自己出题，需要自己规划下一步的前进方向。除了更加清晰地了解科研之外，学生还掌握了一些基础的科研能力。在大创实践过程中，经过了实验测量、理论构建、数值模拟等多个阶段。在每个阶段，学生最终都通过多种途径掌握了所需的相关技能，对相关仪器的操作、模拟软件的使用有了基本的了解，并能夠使用它们来实现需要的功能。同时，这次大创经历也促进了学生综合能力的提升，学生学会了查找文献，学会了通过查阅文献来了解科研最新进展，学会了怎样进行汇报和答辩，学会了怎样用科学而专业的方式表达观点。在合作中，学生认识到分工与合作的重要性及交流对科学研究的意义，最重要的是，学生的创新意识得到了提升。

三、创新创业计划项目实践

当前，学校在公共必修课、公共选修课中设立了通识类课程，如创新创业素质培养的一系列课程或者专题。同时，鼓励学生利用各种创新创业大赛或者其他学术竞赛进行创新创业实践训练[4，5]。但是现有的教学体系存在“双创”课程与专业课程不兼容的问题，往往只是在课程中加入创新创业的内容，或者简单开设额外课程，学生需要占用大量时间进行“双创”项目实践，难以取得良好的成效。

采用联动专业核心课程助推大学生创新创业实践的方式，将专业核心课程的学习与大创训练项目实践进行有机融合，解决了当前“双创”活动存在的问题，取得了较好的项目实践成效。结合案例，专业核心课程联动大学生创新创业实践的细节及成效如下。

（一）夯实项目所需专业基础

鼓励学生关注专业核心课程教学中习得的知识技能对创新项目的助力，实现项目实践与专业学习的融合，既能激发学生的学习热情，又能培养学生的创新精神与团队精神，以教学实践的方式助推学生的大创项目实践，使学生在学习中体验创新创业科研过程，实现真正的“学以致用”。

以大学生创新创业训练项目“超声相控阵实现三维实景成像算法的研究”项目为例，除必要的背景知识需要学生自行学习外，鼓励参与项目的学生在“计算物理”等课程的学习中获得项目的灵感，学生在学习中了解到多种机器学习算法，锻炼了针对不同场景，综合采用多种编程语言进行混合编程的技能，将学习得到的知识应用于项目实践中，取得了良好的成效。

（二）项目实践反哺专业学习

鼓励学生将大学生创新创业训练计划中习得的知识与专业课程相结合，实现大创项目实践反哺课程学习的效果。大创项目实践中学生获得的知识技能对课程学习很有助益，能够激发学生对专业课程的学习热情。学生难以兼顾专业核心课程学习与大学生创新创业训练项目的问题得到解决后，学生开展大创项目的兴趣得到激发，从而形成良性循环。

以上文项目为例，实验方面，学生在创新创业项目实践中习得超声成像仪器的基本原理及操作方法;理论方面，学习了有限元仿真算法、声线法等声学仿真手段;技能方面，学生锻炼了自身软件设计的能力。学生将这些知识技能应用于大学物理实验等课程的学习中，实现了对课程学习的反哺，取获得了较好的成绩。

（三）专业核心课程与创新创业实践融合联动

融合开展专业核心课程与大学生创新创业训练项目的实践，除了利用专业核心课程填补学生知识空缺，利用大创项目反哺学生专业课程外，通过二者的联动，培养学生的创新意识，学生专业核心课程中设置拓展研究项目，结合学科竞赛等活动，实现“1+1>2”的结果，给予学生更多的创新机会。

在上文项目中，学生除利用课程知识采用创新方法开展项目研究以外，还通过大创训练项目实践中获得的知识技能，在大学物理实验中开展拓展实验，既实现对知识技能的综合拓展应用，又助推学生自主创新能力的提升。

结语

从社会层面，通过创新创业教育锻炼学生的创新创业能力，能够缓解当前严峻的就业压力。从国家层面，创新型国家的发展需要各高校广泛开展创新创业教育;从世界层面，广泛开展创新创业教育符合高等教育改革的趋势。当前，我国的创新创业教育事业刚刚起步，进一步深化创新创业培养体系改革，培养学生的创新创业意识，是时代的需求。

以大学生创新创业训练计划（2021年）“超声相控阵实现三维实景成像算法的研究”项目为例，结合项目实践过程中的经验，针对当前问题，创新性地提出联动专业核心课程助推大学生创新创业实践的解决方案，提出了以专业核心课程教学助推大学生创新创业的思路，鼓励学生综合运用专业核心课程中学习得到的知识，通过二者相互促进、融合开展，从而实现创新创业能力的提升。