大学生创新基础与实践

 在《关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》中指出：“要把深化高校创新创业教育改革作为推进高等教育综合改革的突破口，面向全体、分类施教、结合专业、强化实践，促进学生全面发展”。同时“新工科”研究与实践项目的开展，旨在应对新一轮科技革命和产业变革的挑战，加快工程教育改革创新，培养造就一大批多样化、创新型卓越工程科技人才，支撑产业转型升级。“新工科”背景下要求高校培养交叉复合型人才，要求学生具备整合能力、实践力、领导力，加快培养人文科学和工程领域的优秀人才，因此新工科的工程教育需要重构核心知识，特别要引入一些外围知识，即交叉学科的知识。新工科教育要持续发展，前期的“通识教育”是关键。

 为此，以通识教育选修课形式开设的“创新工程实践”课程正是符合对本科教育的新要求以及新工科大背景需求的跨学科跨专业讲授创新知识，拓展学生创新思维，培养创新能力，加强创新工程实践能力的新尝试。经过教学团队的持续努力不断进行课程建设，本课程获得认定的首批一流本科课程，并于2019年9月，教学团队完成了本课程的“慕课”课程制作，上线中国大学MOOC的爱课程平台 , 课程资源建设进一步完善。
 本书依托“创新工程实践”课程的教学内容，针对地方工科院校学生普遍存在的创新能力培养起步晚、思维固化等问题，将课程目标着眼于培养和提升学生的创新意识、创新精神、创新能力。课程内容既强调突出重点，同时注重覆盖创新全过程，使学生获得全方位的创新知识，引导学生逐渐走上创新之路，为今后进入专业学习及未来发展，奠定良好基础。

 本书的编写思路注重四个方面：①内容紧紧围绕创新创业教育中加强和提升工程 IV 创新实践能力这个关键点，解决当前教材中内容知识领域单一、缺乏系统化设计、知识不够全面，以及实践环节不完整等问题；②创新本身是多领域知识的交叉，本书将创新过程中涉及的各环节知识点，进行逐一详细讲解，针对不同专业的学生，设计不同的实践内容和案例，有助于激发创新思维，培养创新意识，为培养交叉复合型人才，在通识教育阶段打下基础；③理论与实践相结合，强调“知行合一”，每章引用本团队在长期从事工程教育、创新教育过程中积累的案例，有助于更形象生动地学习创新工程实践相关知识；④设计“基于种子指向理论”构建全链条模块化知识体系，便于学习者全面掌握创新教育的相关知识，也便于教材修订者及时纳入新知识，灵活变换相关内容。

 全书共11章，由四部分组成。部分的创新思维拓展模块目的是鼓励并培养学生拓展创新思维，构思创意种子，由第2～4章组成。第2章创新的门径重点介绍拓展创新思维，发现创新问题的方法，第3章讲解以头脑风暴为代表的创意优化方法，第4章介绍以TRIZ为代表的发明问题解决方法。第二部分的创新实践能力培养模块旨在进行具体的项目实践训练，培养学生实施项目的能力，由第5、6章组成。第5章介绍用户需求分析的原理和方法，第6章讲解问题导向的项目管理方法。第三部分的创新认识能力培养模块目的是培育创意种子，增强学生跨学科跨专业的相关知识和新兴技术，由第7～9章组成。第7章介绍电子创新设计与实践的基础知识，第8章介绍人工智能创新设计与实践案例，第9章介绍产品设计的基本概念以及经典方法。第四部分的创业能力启蒙模块是推进项目市场化的过程所需要的知识和能力，由第10、11章组成。第10章介绍创新技术如何进行专利保护，第11章介绍项目路演的表达技巧。

 本书是集体努力的成果，感谢各位团队成员的辛勤付出。本书的编著团队由来自高校、企业等多学科交叉领域的学者、行业专家构成，成员专业覆盖电子信息、人工智能、环境工程、工业设计、软件工程、创造创新方法等多学科领域，为读者提供创新所需的全方位的专业知识。本书的编写分工如下：第1章由张文利编写，第2章由刘彦辰编写，第3章由陈巍编写，第4章由孙永伟编写，第5、6章由郭庆栓编写，第7章由刘晓民编写，第8章由王卓峥编写，第9章由韩宇.编写，第10章由任明编写，第11章由胡晓华编写。张文利负责教材建设及教材结构设计，并审阅了全部书稿，陈巍参与了部分书稿的审阅，北京工业大学研究生杨.、王佳琪、陈开臻、王宁、辛宜桃、刘钰昕、赵庭松等同学参与了书稿格式的修改。北京工业大学信息学部本科生张建桐、北京工业大学材料与制造学部研究生刘保钟等同学提供了部分创新项目案例。

 在一流本科课程（混合式）“创新工程实践”的课程建设过程中，北京工业大学教学名师蒋宗礼教授、北京工业大学教学督导专家孙景琪先生给予了很多宝贵的指导建议，为本书的完成提供了很多有益的帮助，在此由衷表示感谢。 本书在编写过程中，参考了大量的书籍、论文及网络资料等多方面的素材，汲取了很多有益的见解，在此表示衷心的感谢。
 限于作者的水平，本书难免在结构编排以及内容组织和表述上有不妥之处，希望读者不吝赐教，提出宝贵的意见与建议，不胜感谢！
作 者
2021年3月

《大学生创新基础与实践》依托首批一流本科课程暨北京工业大学首门开设的创新实践类通识课程“创新工程实践”（慕课）的教学内容编写而成。全书由四部分组成：部分创新思维拓展模块（第2~4章）、第二部分创新实践能力培养模块（第5、6章）、第三部分创新认识能力培养模块（第7~9章）、第四部分创业能力启蒙模块（第10、11章）。四部分分别对应“基于种子指向的项目开发过程”的四个环节：寻找创意种子、孵化创新种子、培育创新种子和推广创新果实，终形成全链条式模块化内容结构。《大学生创新基础与实践》可作为各高等院校，特别是地方工科院校的创新创业实践类课程教材，也可作为创新创业竞赛项目、课程设计、创新竞赛的培训教材使用，还可作为从事创新创业工作专业人士的辅助参考书。

张文利， 课程负责人。东京大学工学硕士及博士学位。曾任世界500强日本松下电器产业株式会社东京研究所主任研究员，研究方向为计算机视觉、信号与图像处理、多媒体信息技术等。主持参与多项省部级纵向项目、科研机构及企业横向项目，发表SCI/EI等国际论文30多篇，申请发明专利近20项（授权多项）。参与编写科技部创新专项项目资助教材《大学生创新实践》（高等教育出版社）。、省部级本科生竞赛获奖指导教师。北京高校优秀本科毕业设计指导教师。校级优秀硕士学位论文、校级特优/优秀本科学位论文指导教师。

第1章 创新导论
1．1 为什么创新
1．2 什么是创新
1．3 如何创新
1．4 如何成为“创新者”
1．5 “新工科”背景下的创新教育
1．6 创新的案例
1．7 本章小结
习题

部分 创新思维拓展模块
第2章 创新的门径
2．1 感知需求
2．2 发现问题
2．3 发现问题的方法
2．4 描述问题
2．5 目标设定
2．6 分析问题
2．7 本章小结
习题
第3章 创意优化方法（头脑风暴法）
3．1 头脑风暴法的起源
3．2 头脑风暴法的应用
3．3 头脑风暴法的机理
3．4 头脑风暴法的原则
3．5 头脑风暴会的流程及要点
3．6 本章小结
习题
第4章 发明问题解决方法
4．1 TRIZ简介
4．2 识别发明问题的方法
4．3 解决发明问题的方法
4．4 用TRIZ方法解决降低粉煤灰提铝工艺中的结垢问题
4．5 本章小结
习题

第二部分 创新实践能力培养模块
第5章 产品需求分析
5．1 产品需求分析概述
5．2 什么是市场需求
5．3 什么是产品需求
5．4 产品与市场需求分析方法
5．5 从概念到产品的需求分析过程
5．6 本章小结
习题
第6章 问题导向的项目管理方法
6．1 项目管理概述
6．2 项目启动过程
6．3 项目计划阶段
6．4 项目执行与收尾阶段
6．5 项目管理分享
6．6 本章小结
习题

第三部分 创新认识能力培养模块
第7章 电子创新设计基础
7．1 电子系统及其设计
7．2 电子设计与创新实践
7．3 电子创新设计方法
7．4 电子创新设计的案例
……
第四部分 创业能力启蒙模块
参考文献