创客空间助力数学应用创新能力培养的探索与实践

张云　许春根　王慧　许孟

［摘 要］ “新工科”建设背景下，培养应用创新型本科毕业生成为理工类高校的首要任务，这对数学应用创新能力的培养提出了更高要求。目前，数学类传统教学实践中存在载体不足、学习效果反馈不及时、数学应用创新能力培养不易等诸多问题。针对数学类本科人才成长特点，提出了以创客空间为载体，改革教学实践环节，构建覆盖教学活动关键环节的新模式，建立“学生主动、教师指导、融合创新、协调发展”的智慧培养机制，为培养具有较高科学素养、创新能力、社会担当的高质量理工科人才提供了新思路。

［关键词］ 新工科；创客空间；数学；应用创新；协调创新

［基金项目］ 2022年度江苏省高校高质量公共课教学改革研究专项课题“‘四新背景下大学数学基础课的教学生态研究”（2022JDKT077）；2023年度江苏省高等教育质量保障与评价研究课题“新工科建设背景下大数据赋能的大学数学公共基础课课程评价体系研究”（2023-C34）；2021年度南京理工大学高等教育教学改革研究立项课题校级重点项目“新工科背景下高校数学类课程‘基础+进阶模式的探索与研究”（2021-I-11）

［作者简介］ 张 云（1987—），男，河南南阳人，硕士，南京理工大学数学与统计学院助理研究员（通信作者），主要从事教育信息化和高等教育管理研究；许春根（1969—），男，安徽宣城人，博士，南京理工大学数学与统计学院教授，主要从事密码学和网络空间安全研究；王 慧（1985—），女，江苏连云港人，学士，南京理工大学数学与统计学院中级实验师，主要从事实验教学管理和项目管理研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）07-0117-04［收稿日期］ 2023-05-10

引言

在新工科建设背景下，高校人才培养有了新的要求。培养具有工程实践能力和创新能力、具备相应国际竞争力的复合型人才才能支撑以新技术、新业态、新模式、新产业为代表的新经济蓬勃发展［1-2］。数学是工业发展的基石，新时代复合型人才需要跨学科的知识体系和应用能力。新工科教育理念进一步突出和强化了数学理论、方法对工科的支撑作用，这对数学应用与创新能力培养提出了更高要求。为迎接新一代科技革命对工科人才培养提出的新要求，南京理工大学结合学校自身办学定位、办学实践和条件，探索不同专业类人才培养模式的改革，同时持续深化教育教学改革，以应用创新型优秀人才为目标，不断推进一流本科建设［3-4］。数学与统计学院针对过去教学实践中出现的问题，不断创新建设理念，改革教学模式，加强教学能力，尽力提升全校本科生的数学素养，满足人才培养新要求。

一、数学应用创新能力培养实践中存在的问题

本科培养教学活动主要分为四个环节：教师教学、课堂学习、学科竞赛、集中实践。教师教学不仅指以教师实施的教学活动，更包括教师为改进教学活动开展的一系列教学改革、教学创新及教学实践，教师具有绝对的主动权。课堂学习是指学生参加课堂学习的全过程，学生处于相对被动接受知识的过程。学科竞赛是指学校组织学生参加以提高应用能力和工程实践能力为目标的活动。集中实践是指培养方案中包括认识实习、课程设计、科研训练、毕业设计等课程阶段的全过程。学生在入学之后的传统培养模式下，主要通过参与教师教学、课堂学习等环节完成理论知识学习，通过学科竞赛、集中实践环节培养应用创新能力和工程实践能力。

本科教学改革的通常做法是教师通过自身教学改革与学生课堂学习效果形成反馈迭代机制，践行“以教促学”和“以学促教”的理念方法，实现教学质量的持续提高。通过学科竞赛、集中实践等环节，实施“以赛促教”“科教融合”“产教融合”战略，促进本科生实践应用能力、创新创业能力的培养。学生从新生到毕业要完成整个过程的培养，从而成为符合专业要求、具备专业能力的毕业生。然而，数学类人才培养在过去的整个过程中出现了一些影响应用创新能力的新问题。

（一）教学实践中载体不足

在原有的教学活动中，教师教学改革动力主要源于教师个人的主动意愿，教师持续的教学改革、教学研究动力存在不足。学生作为教学对象，在教师课堂教学的过程中相对处于被动地位，学生存在不敢与教师沟通、不愿与教师沟通教学效果的现象。这大大增加了教学改革、教学研究的难度，也降低了教学活动正向迭代、改革创新的节奏和速度。在教学活动中常因对象不同、事项不同、场地环境不同、工作标准不同等原因，导致“以赛促教、科教融合、产教融合”等理念在教学实践操作中难以统筹协调、齐头并进。引入一个能嵌入本科培养教学全过程的载体，无疑是解决问题的一个思路。

（二）学习效果反馈不及时

数学类学科相對其他学科更具知识的层次性和进阶性，低年级学生的数学基础课学习效果不好，高年级学生的数学类专业选修课、专业进阶课往往很难取得较好的学习效果。在现有的教学活动中，考验基础数学应用能力、实践能力的教学环节，如学科竞赛、科研训练、毕业设计等活动，通常集中在大三、大四年级，基础课或者前置课程的学习质量反馈存在相对滞后和不好弥补的问题。

（三）数学应用创新能力途径不够丰富

数学应用创新能力的形成离不开兴趣、天赋、环境等诸多因素。工科专业用数学解决实际问题的应用通常对数学应用能力要求较高，非数学专业的本科生往往缺少持续提升数学应用创新能力的途径，也缺少不断提升工科数学应用知识积累的动力和环境。搭建一个合适的平台既能够促进非数学专业学生持续加入以数学知识应用为主题的活动中，又能够提供一个数学氛围浓郁、创新土壤浓厚的创新环境，这些对于学校培养学生的数学能力都具有极大的增益。

二、以创客空间为载体，构建覆盖教学活动关键环节新模式

高水准软硬件环境和持续资金投入的创客空间可以为教学活动提供优质、统一的环境。创客空间支持学科竞赛培训、学科竞赛组织、科研训练、毕业设计、创新性开放实验等教学活动，也具有得天独厚的优势。以创客空间为载体，协调本科教学活动各个环节，不但能够促进学生应用创新能力的培养，还能够促进教师教研结合、共同发展，提升教师参加教学改革、开展教学研究的动力。南京理工大学创客数学与数据分析工作室依托数学与统计学院数学实验中心，硬件设备以计算机和远程高性能计算服务器为主，软件主要为数学类专业软件以及相关图书杂志等。室内条件可满足学生的日常训练和小型竞赛活动。大规模的学科竞赛如数模竞赛、数学竞赛等则可以依托数学实验中心机房、学校计算中心、教室等场所进行。数学与统计学院在不断的教学实践中，尝试以创客空间为载体构建新的本科人才培养模式（见图1）。

（一）开展丰富多样的教师活动，力促教师能力全面发展

以学科竞赛为纽带打造不同赛事的优秀指导教师团队，打破原有的专业、学科壁垒，为教学研究、教师竞赛分享、科研灵感激发提供良好环境。举办教学沙龙，邀请跨学院、跨学校教师，对数学公共基础课开展研讨交流，推动课程教学改革。近年来，高等数学竞赛团队针对公共基础课程教学开展的“分层分类”教学改革取得了良好的效果［5］。开展“慕课西行”“校园科普”等对外交流活动，既对学科发展、人才培养起到了促进作用，又体现了学院良好的社会责任感，此类活动深受好评。

（二）支持学生开展社团活动，营造数学能力培养环境

创客数学与数据分析工作室为数学建模协会等学生社团活动提供了大力支持，积极组织学生组成不同兴趣小组开展交流研讨活动。经常举办的数学讲座为学生跨专业、跨学院交流提供了一个良好的平台，提供了外院学生与数学老师轻松便捷交流的机会，给予非数学专业学生继续学习数学知识、数学应用创新能力实践的软硬件环境。

（三）精心筹备重要学科赛事，夺得高层次奖项

经过多年的积累与沉淀，创客数学与数据分析工作室在数学学科竞赛中已具有成熟的组织体系和丰富的参赛经验。针对高等数学竞赛这类覆盖面广的赛事，工作室已经探索出一套与课程教学改革同步的选拔模式，将选拔的阶段从大学二年级移到了大学一年级。从新生入学开始开展分级教学，发掘数学天赋好的竞赛种子学生进行培训。在冲击更高数学赛事奖项的同时，可以及时获得教学效果反馈。方便任课教师开展教学反思与经验总结，促进教学质量更快、更好提高。

2022年，创客数学与数据分析工作室共承办和参与了18项竞赛，目前部分竞赛的成绩已经公布。美国（国际）大学生数学建模竞赛获特等奖提名4项，一等奖6项；高教社杯全国大学生数学建模竞赛获国一1项，国二4项，连续7年斩获国一；第二届全国密码科普竞赛我校是江苏省唯一获奖单位；“泰迪杯大数据挖掘竞赛”连续6年获最佳组织奖；MathorCup高校数学建模挑战赛、五一数学建模竞赛、中国研究生数学建模竞赛等都取得了优异成绩。

1.大力支持高水平科研活动，产出优秀科研成果。创客数学与数据分析工作室的远程高性能计算服务器为全校教师科研活动提供了良好服务。针对本科生集中实践环节，工作室多次组织学生参加认识实习、校企交流、技能培训等活动。创客空间为科研训练、毕业设计、创新性实践项目、产学合作协同育人项目等创新实践活动提供了良好的支撑。

2.传承创客文化，助力课程思政，注重人格培养。工作室以引领和鼓励学生自主学习、自我挑战、不断挖掘自身潜力为理念，以培养有远大目标、有理想信念、敢于创新、勇于挑战的新时代大学生为目标，注重创客文化氛围的塑造与传承。工作室对教师课程思政建设提供了大力支持，为学院教师提供了课程思政建设培训的平台资源。同时，工作室对管理人员、指导教师进行统一培训，要求相关教师注重发挥平日言行举止中的引领作用，尊重学生个性发展，引导学生人格健全发展。

三、构建“学生主动、教师指导、融合创新、协调发展”的新型培养机制

（一）持续推动教学活动改革，建立“学生主动、教师指导”的新型培养方式

兴趣是学习的第一动力，国内部分高校已经探索出“教师指导、学生主导”的拔尖创新人才培养新模式［6］，通过教师指导激发学生的学术兴趣、内在动力、创新潜力，学生主导选择科研方向和深度学习。这种新兴拔尖人才培养模式注重大师引领，让学术大师发挥精神感召、学术引领和人生指导的巨大价值，对于教师团队的质量要求相对较高。

以创客空间为载体的新培养模式的探索，注重以创客文化、创客精神、创客氛围发挥引导作用，使学生从兴趣出发，由被动学变成主动学，由必须学变成选择学。教师可以区分不同学生的需求，给予不同的学术指导和兴趣引领，在这种模式下由导师身份转化为朋友身份，学习氛围更加轻松，沟通渠道更加顺畅，更有利于以教促学、以学促教的实施，达到教学相长的理想状态。相比拔尖人才培养模式对指导教师的高要求，在以创客空间为载体的新模式下，指导教师的工作压力较小。

（二）创新创客教育模式，打造项目式教育、融合性教育，促进科教融合、产教融合进一步发展

大力推进科教融合、产教融合是本科教育持续改革的目标。目前的教育实践中，如何深入促进科教融合、产教融合仍然需要持续探索。创客教育具有“兴趣部落”“共同体”“多元化”等特征，利用创客空间环境，基于不同特征打造项目式教育、融合性教育，能够凝聚科研团队、产业团队，促使科教融合、产教融合理念更好的实践。创客数学与数据分析工作室利用不同的学科竞赛、创新性实验、科研训练项目，打造不同的兴趣小组和项目团队，营造良好的教学科研氛围，在科研活动中凝聚团队精神，反思教学质量。工作室联合校外企业，承办多项专业培训，给广大师生提供更多的校企合作机会，在交流中碰撞火花、激发灵感、磋商产学研合作。

（三）系统整合教学资源，协调引领人才成长，构建创新探索训练体系

在传统创新创业教育实践中，普遍遇到的问题包括：师生创新创业兴趣缺乏、创新灵感激发困难、创意实现缺乏手段、缺乏系统性的能力培养、缺乏训练实践体系等诸多内容［7］。新培养模式以创客空间为载体，能够更好地联系教师、学生、教學条件、培训资源、科研项目等全部教育活动要素，以创客管理模式系统整合教学资源，以创客教育模式孕育创新意识，构建系统性创新能力培养新模式，打造专业与创新创业融合发展的创新创业实践体系。

结语

在未来的教学实践中，进一步将创客教育的理论与实践相结合，为学生打造更多、更全面、更系统的创客教育载体。科学设计创客教育与现有教学活动的融合方式，持续推进学院教学改革，不断提升本科人才质量。

参考文献

［1］路冬，魏艳，柯文德.“新工科”背景下以国际引领、产教融合、能力递增为特色的工程素质与创新能力培养模式探索［J］.高教学刊，2021（10）：17-20.

［2］于微波，楊宏韬，董博.新工科背景下自动化专业人才培养方案研究与实践［J］.黑龙江教育，2021（10）：1-2.

［3］黄雷，袁军堂，殷增斌.新工科背景下的机械类人才培养探索：以南京理工大学机械工程专业为例［J］.教育教学论坛，2021（30）：177-180.

［4］马倩，金鹏.“新工科”理念下自动化专业人才培养模式的研究与实践：以南京理工大学为例［J］.教育现代化，2020（17）：11-13.

［5］孙和军.新工科建设视域下的工科数学教师教学能力提升对策研究［J］.黑龙江教育（高教研究与评估），2021（5）：55-57.

［6］苑洁，汪洪苗，刘世一.拔尖创新人才培养模式探索与构建［J］.工业和信息化教育，2021（9）：1-5.

［7］朱铝芬，王春峰，陈美玲，等.基于“三创融合”的全链式教学模式的研究与探索［J］.工业和信息化教育，2021（4）：87-88.

Exploration and Practice of Maker Space Assisting the Cultivation of Mathematical Application Innovation Ability

ZHANG Yun， XU Chun-gen， WANG Hui， XU Meng

（College of Mathematics and Statistics， Nanjing University of Science & Technology， Nanjing，

Jiangsu 210094， China）

Abstract： In the context of the construction of the “New Engineering”， cultivating innovative undergraduate graduates has become the primary task of science and engineering universities， which puts forward higher requirements for the cultivation of mathematical application innovation ability. At present， there are many problems in the traditional teaching practice of mathematics， such as insufficient carriers， delayed feedback on learning outcomes， and difficulty in cultivating innovative mathematical application abilities. In view of the growth characteristics of mathematics undergraduate talents， this paper proposes to reform the teaching practice links， build a new model covering the key links of teaching activities， and establish a wisdom training mechanism of “students initiative， teachers guidance， integration and innovation， and coordinated development”， which provides new ideas for cultivating high-quality science and engineering talents with high scientific literacy， innovation ability， and social responsibility.

Key words： new engineering; maker space; mathematics; application innovation; coordinated innovation