基于工作站模式的青少年科技创新能力培养

［摘 要］ 面向交通强国战略，贯彻落实立德树人根本任务，同时遵循青少年成长需求、认知特点和创新实践教育规律，同济大学交通运输工程实践工作站结合学科特色，设计制订了面向未来交通的青少年科技创新实践培养方案。通过创新课题形式培养青少年的科技创新能力，激发青少年对科学研究的浓厚兴趣，吸引更多的青少年投身交通强国建设，共同培养交通科技创新人才。工作站经过3年的运行，取得了一定的成果，在人才培养方面有了创新性的突破，产生了良好的社会影响力。

［关键词］ 科技创新；实践工作站；创新课题；青少年

［基金项目］ 2023年度上海市科技计划项目“同济大学交通运输工程实践工作站”（23dz23s1200）；2022—2023年同济大学第十七期实验教改项目“布洛克菲尔德黏度实验的改进”（1600104152）

［作者简介］ 孙艳娜（1985—），女，山东菏泽人，博士，同济大学道路与交通工程教育部重点实验室高级工程师，硕士生导师，主要从事路面结构与材料研究；洪 玲（1972—），女，浙江武义人，博士，同济大学道路与交通工程教育部重点实验室教授级高级工程师，硕士生导师，主要从事交通运输规划与管理研究；周 峰（1986—），男，江苏常州人，博士，同济大学道路与交通工程教育部重点实验室助理教授，硕士生导师，主要从事交通运输规划与管理研究。

［中图分类号］ G645 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）02-0029-04 ［收稿日期］ 2022-12-03

引言

科技是国家强盛之基，创新是民族进步之魂，科技创新是国家发展的重要基石，创新是推进我国综合国力平稳快速提升的强劲动力。在国家积极推进应试教育向素质教育转变的大背景下，从20世纪80年代末我国开始关注青少年创新能力的培养，至今已有30多年。青少年科技创新教育的目的在于培养广大青少年的动手实践能力和科技创新精神，提高青少年的科技素质和创新能力，为国家的进步和发展提供源源不断的生力军［1-3］。

经过多年的发展，青少年科技创新教育已经积累了丰富的素质教育和创新能力培养的实践经验，逐渐形成了按年龄、分阶段、动手实践、室内教学、户外科学考察相结合的多种培养模式［4-7］。例如，中小学与校外教育机构的联合培育，如小学与科技馆、综合实践基地相结合等；中学与大学/科研院所的联合培育，如厦门大学附属科技中学与厦门大学共同创办的高中创新实验班，北京市第三十五中学与中国科学院京区科协联合创办的科技创新人才培养班，南京市第一中学开设的以“班级导师制”为特色的“崇文班”，同济大学的“苗圃计划”，南京大学与苏州中学合作开设的“匡亚明实验班”和陕西省启动的“春笋计划”等。这些中学可以借助高校和科研院所的资源，开展自身学校学生的青少年创新教育，但这种模式受众面较小，只限于可以对接高等院校的部分中学，不能很好地普及到所有的中学校园。

全国青少年科技创新大赛是个受众面非常大的青少年科学创新实践活动，主要针对在校中小学生，将他们参与各类科技活动完成的优秀作品展示出来。但是这种比赛形式比较单一，活动更注重结果而不是过程，对青少年工程素养的培育效果一般。如何在现有的教育体制内实现对青少年创新能力的培养，设计更多的适合青少年的课程和教育体系，让他们在轻松愉悦的氛围内感受科技创新的魅力，促进青少年创新能力的快速发展，是亟待解决的问题。

一、基于工作站模式的青少年创新能力培养

“十三五”期间，上海正加速推进四个中心建设，随着科创中心建设正式提上议事日程，创新人才培养问题日益凸显。推动普通高中多样化特色办学，是上海教育主动适应上海城市功能定位、社会和地域经济发展以及学生发展需求的重大战略选择。作为推进上海高考改革的配套措施，《上海市推进特色普通高中建设三年行动计划（2016—2018年）》要求社会实践、动手实验和操作离不开专业的实验设备，而以自主探究为主，学生创新精神和实践能力的培养需要专业教师的指导及相应实验教学方法的引导，这些是中学在培养工程素养中欠缺的，却也是高校的优势资源。因此，利用好高校的实验设备及实验教学，为中学生工程素养培养服务是高校的责任和义务。

2016年起，上海市教育委员会、上海市科学技术委员会携手创办“上海市青少年科学创新实践工作站”项目，旨在整合高校、科研院所优质资源，遴选招收上海市部分高中生进入实践工作站学习，通过联通校内校外各领域科创载体，贯通课内课外跨学科多元课程，融通线上线下科学探究课题多维度评价，使学生在项目实践中拓宽科学视域、训练思维方式、丰富学习经历、培养创新精神、提升实践能力、积淀科学素养、塑造人文情怀。在此背景下，2019年上海市青少年科学创新实践工作站“同济大学交通运输工程实践工作站”（以下简称工作站）成立，旨在吸引更多的青少年投身于交通强国，培养交通科技创新人才。

二、以工作站为载体的创新实践活动开展

工作站一切以学生为中心，根据高中生的认知特点和基础知识储备，制订了个性化的培养方案，通过带领、引导、启发和指导学生完成创新实践小课题，激发学生的兴趣，体验科技创新的成就感。

（一）创新实践教学平台的构建

遵循“分类策划，循序渐进；注重过程，实践为主；整合资源，多方联动；科学记录，全面评价”的基本原则，工作站构建了创新实践教学平台，包含实践点—管理团队—管理教师团队三级联动的基质。工作站站点在大学内，设有站长、副站长等管理团队，实行站长负责制，确保工作站科创活动正常有序的运转，同时设专职联络员，负责对接实践点和学生；工作站下设4个实践点，工作站负责实践点的建设和管理。实践点地点在高中内，设有固定的实践点负责人和管理员，直接对接学生；针对每个创新实践小课题，都有一个固定的课题管理教师团队，包括课题负责教师、指导教师、辅导员等，确保学生在创新活动中的各种需求都有人指导、对接。

工作站和实践点设立了科研实践教学中心，教学中心有固定的教室和实验室用于创新人才培养，确保创新实践活动的实施。同时制定了“工作站+实践点”的运行体系细则，包含实施体系、组织架构、工作保障、运行体系、教学管理等，完善了工作站运行工作机制，做到管理有制度、运行有依据、培养有方案、指导有团队的“四有”管理。

（二）创新实践教学培养体系的优化设计

为了更好地展现未来交通多个领域的最新科研与应用进展，围绕交通强国战略，设计了涉及交通规划、交通设计、交通感知、载运工具、基础设施、智能交通、智慧城市等创新实践小课题，通过课题展示未来交通多个领域的最新科研与应用进展，让青少年感受交通强国战略与日常生活的紧密联系。在课题培养方案中，工作站对创新实践教学培养体系进行了优化，具体如下。

1.培养体系的优化。贯彻落实立德树人根本任务，结合同济大学知识、能力、人格“三位一体”的育人模式，提出了交通运输工程学科针对青少年认知特点的创新培养体系。在育人模式中，“知识”主要是传达交通学科的基础知识，分了解和掌握两种阶段，了解是希望学生知晓交通学科的发展历史和最新研究进程；掌握是希望学生掌握交通学科最基本的基础知识，为以后独立做科学研究打好基础。“能力”主要是运用专业知识解决实践问题的能力和创新能力。“人格”是希望培养学生承担社会责任的意识及专业素养，使其以专业的眼光去看待周围的社会现象。

2.教学体系的优化。结合新时代青少年的成长需求和创新实践教育规律，设计了科学基础、专业内涵、创新素养的“三层次”教学新体系。鉴于交通运输工程学科的交叉性，教学体系中的“科学基础”包括通识基础和专业基础两部分，主要以理论课程传授为主；“专业内涵”是指在共性的专业基础上进行专业内涵的提升，主要是个性化的专业能力训练，包含设置专业内涵类实验、强化知识运用和工程能力训练等；“科学素养”以个性化的创新精神培育和创新能力训练为目标，设置创新素养类实验，激发学生的创新潜力。在新的教学体系中，将启发式、问题式、讨论式、开放式和分层式等教学方法，以及辅导、指导、引导的精细化个性化教学手段运用于青少年培养中，力争教学效果达到最优。

3.教学团队的优化。针对每个创新实践小课题都设立了专门的指导教师团队，每个团队包含1位课题负责教师、1～3位指导教师、2名辅导员，其中课题负责教师由具有丰富科技创新大赛指导经验的教师担任，指导教师由上课经验丰富的高级职称教师担任，辅导员由硕士研究生和博士研究生担任。学生进入创新团队后，会建立专门的微信群，课前会发布上课的准备事宜，课中全程录像，课后学生可根据需要申请回看，并有辅导员跟踪答疑。

（三）创新实践内容的优化设计

为了顺利、高效地指导学生完成创新实践小课题，基于青少年的成长需求、认知特点和创新实践教育规律，结合同济大学的交通学科特色，工作站对创新实践内容进行了优化设计，具体包含三类。

第一类是基础型课程的培训。高中生具有基本的数学、物理、化学等学科基础，但对如何做科学创新和完成创新课题知之甚少，可谓是“科研小白”，需要从头开始手把手教学。首先，对工作站的学生进行科技创新方法培训。介绍科技创新的概念、科技创新的思维方法等，并结合典型创新案例由浅入深地让学生理解科技创新、学会科技创新。其次是文献检索和调研。做课题最重要的一步是学会做文献检索，借助互联网找到自己需要的资料。对于缺少课题研究经验的青少年而言，百度、谷歌等搜索引擎是他们最常用的，这种方法对解决日常小难题或许有帮助，但对于专业知识的回答可谓是非常的浅显。因此，必须教会他们专业的搜索方法，主要是介绍如何使用知网、万方等数据库搜索学位论文、期刊论文，甚至是EI期刊、SCI期刊论文。然后是如何撰写研究报告。研究报告不同于学生熟悉的作文，它有固定的书写规则和用语习惯，讲究有理有据、图文并茂，并力图做到整洁、美观、统一等，工作站会结合不同的案例介绍如何采用图表更好地呈现研究成果，并介绍撰写研究报告常用的框架结构。最后是如何开展科学研究和研究成果汇报。在一般高中校园的科创活动中，大多数是完成了研究开题，至于后续工作如何顺序开展和研究成果一般不做硬性规定，这就导致了学生只学会了“开始”，而没有学会“完成”。工作站会指导学生如何“完成”科学创新小课题，开题后在课题进行过程中遇到任何问题都会引导、辅导他们继续进行下去，并教授他们如何制作PPT来汇报研究成果。

第二类是研究型课程的开展。工作站对研究型课程进行了主题设计，分为交通强国、科技前沿和焦点探究三大板块，从祖国交通文化精神传承、世界交通科学技术创新和上海交通现状问题分析三个角度来综合培养学生。学生根据自己的兴趣，自愿加入各个课题团队，指导教师会引导学生独立完成一项创新实践活动。例如，“地铁网络乘客出行路径选择行为研究”这一课题，学生可根据自己的兴趣延伸为“地铁换乘站结构对乘客出行路线选择的影响”“地铁乘客在导航软件推荐影响下的路径选择行为偏好研究”“基于时间聚类的地铁乘客出行路径选择比例计算方法”等不同的独立课题。指导教师团队会根据学生的兴趣，具体指导他们如何做文献综述、实验设计和实地调研、数据分析和整理、撰写研究报告、PPT汇报研究成果等，手把手指导学生如何做学术研究。

第三类是科普类参观体验。交通运输学科知识专业性较强，单纯采用理论课程和讲座的方式传授难免枯燥，难以激发学生的学习热情。为了激发青少年对交通行业的兴趣，吸引更多的青少年投身交通强国建设，共同培养交通科技创新人才，工作站同时开设了科普类参观体验，如“交通实验室探秘”“暑期夏令营/冬令营之交通强国之旅”“高铁模拟驾驶虚拟仿真实验”等，让学生近距离感受交通学科的魅力，了解交通运输学科的发展历程、重大工程、辉煌成就，知晓重大成果背后的科学原理，开阔眼界的同时增强民族自豪感，唤醒他们以后为科研工作贡献自己力量的意识。