未来之城项目对技工院校学生创新实践能力培养的探索与实践

摘要：未来之城（Future City）竞赛作为国际知名的STEAM教育项目，为技工院校学生提供了融合多学科知识、解决实际问题的创新实践平台。本文以宁都技师学院蓬莱队参与2024—2025年度竞赛的实践为研究对象，系统分析项目实施过程中团队组建、任务执行、问题解决的全流程，探讨该项目在培养学生创新思维、工程实践、团队协作等核心能力方面的教育价值。研究发现，项目式学习模式通过跨学科知识整合、真实问题驱动和工程思维训练，显著提升了学生的创新实践能力，为技工院校开展创新教育提供了可复制的实践范式。

关键词：未来之城竞赛；技工院校；创新实践能力；项目式学习

一、引言：未来之城项目的教育价值定位

在职业教育强调“产教融合、工学结合”的发展背景下，如何突破传统课堂教学局限，培养学生解决复杂问题的创新实践能力，成为技工院校教育改革的重要课题。未来之城竞赛自1992年发起以来，以“设计100年后的未来城市”为核心任务，要求学生团队运用工程设计流程（EDP）和项目管理方法（PM），完成从问题调研、方案设计到模型构建的全流程实践，其教育理念与技工院校高技能人才培养目标高度契合。

宁都技师学院蓬莱队在2024—2025年度竞赛中，围绕“海上漂浮城市”主题设计了“蓬莱”方案，通过生物岩石、记忆合金等创新材料应用，以及“绿色能源融合系统”“废物到资源转化系统（WRTS）”等技术方案，展现了对可持续发展问题的创新思考。尽管因签证问题未能参与华盛顿决赛，但项目实施过程中学生在跨学科知识应用、工程思维培养等方面的成长，为技工院校创新教育提供了珍贵的实践样本。

二、项目实施：从团队组建到方案落地的全流程实践

（一）跨学科团队的动态构建

蓬莱队由4名计算机专业的学生组成，主教练陈式平统筹全局，清华博士刘亚东老师提供技术指导，企业工程师远程参与方案优化，构建了“学校高校行业”三方指导体系。这种跨学科配置直接对应了未来城市设计中建筑、能源、环境等多领域协同的需求，使学生在实践中理解真实工程场景的复杂性。

（二）工程设计流程的深度应用

1. 问题定义与调研阶段

团队以“海平面上升与海洋污染”为核心问题，调研了韩国釜山漂浮城市、联合国Oceanix项目等案例，结合上海长江入海口的地理优势，确定了8平方英里六边形岛屿的城市布局。这一过程中，学生通过分析联合国可持续发展目标（SDGs），将抽象的环保理念转化为具体的城市设计参数，如生物岩石的自修复特性、记忆合金防浪堤的抗灾性能等。

2. 方案设计与模型构建

在Revit建模中，学生需平衡设计创新与工程可行性：

建筑设计：采用流线型结构减少风阻，通过风洞实验数据验证结构稳定性；

能源系统：整合太阳能光伏板、潮汐发电装置，利用超导储能技术解决供电波动问题；

废物处理：部署智能清洁船与海底机器人，通过微生物代谢技术实现垃圾资源化。

模型构建中曾因Revit系统不兼容导致进度停滞，团队通过查阅官方教程、联系技术支持最终解决，体现了工程实践中问题解决能力的培养。

3. 迭代优化与成果呈现

团队经历6次方案迭代，例如将初始三角形模块调整为六边形以增强稳定性，将能源传输方案从电缆改为微波无线传输。最终提交的城市论文（1928字）和3D模型，不仅包含技术方案，还分析了漂浮城市的经济影响（如垃圾处理行业创造的就业岗位）和生态风险（如材料对海洋生物的潜在影响），体现了工程思维的系统性。

三、能力培养成效：从知识整合到创新实践的多维成长

（一）创新思维与技术应用能力

学生在材料选择中展现出创新突破：生物岩石的自修复特性、记忆合金的形状记忆效应等前沿材料的应用，超越了课本理论，体现了对“未来技术”的前瞻性思考。在能源系统设计中，团队提出的“微波输电塔跨区域能源共享”方案，将物理课的电磁理论与工程实践结合，获得评委“技术创新性突出”的评价。

（二）工程实践与问题解决能力

项目中遇到的三大核心挑战及应对策略极具代表性：

1. 数据整合难题：海洋垃圾分布数据缺乏，团队通过分析联合国环境署报告（2021）与卫星遥感图像，构建了垃圾密度预测模型；

2. 技术实现瓶颈：生物岩石的Revit建模无先例，学生参考釜山项目资料，通过参数化设计模拟材料特性；

3. 跨文化协作障碍：英文技术文档翻译误差，通过“学生初译导师校对外籍专家润色”的三级审核机制解决。

这些实践使学生掌握了“调研建模验证优化”的工程问题解决范式，如队员赖一伦在赛后反思中提到：“学会了用工程思维拆解问题，比如把‘抗风暴’目标分解为材料、结构、预警系统三个子任务。”

（三）团队协作与项目管理能力

团队采用敏捷管理模式，将12周工期分解为“资料收集（2周）模型初建（4周）优化迭代（5周）成果封装（1周）”四个阶段，每周通过腾讯会议进行进度核查。当一名队员中途退出时，剩余成员通过任务重分配（如计算机专业学生兼任部分环境工程模块）确保进度，体现了项目管理中的应变能力。这种协作经验直接转化为学生的职业素养，如队员李佳在后续实习中主导了车间技改项目的分工规划。

四、教育启示：技工院校创新实践教育的范式重构

（一）项目式学习的课程转化路径

未来之城项目的成功经验表明，技工院校可通过“三维课程模型”实现创新能力培养：

1. 知识维度：将竞赛中的能源系统设计转化为《新能源技术应用》课程的实践模块，要求学生设计小型光伏风能互补系统；

2. 技能维度：以Revit建模为核心，开发《数字化建模与仿真》实训课程，融入参数化设计、有限元分析等内容；

3. 素养维度：通过“虚拟项目竞标”“跨专业团队挑战”等活动，模拟真实工程场景的协作模式。

（二）校企协同的支持体系构建

宁都技师学院的实践证明，“高校导师+企业工程师+学校教师”的三方指导机制至关重要。例如北大王子舟教授在方案评审中提出的“生态浮岛生物多样性评估”建议，促使团队增加了人工湿地设计，这一经验可推广为校企合作的“双导师制”：企业导师提供行业标准，高校导师引导学术深度，学校教师负责教学转化。

（三）评价体系的创新与完善

传统以考试为主的评价方式难以反映创新能力，未来之城项目的多维评价值得借鉴：

过程性评价：记录模型迭代次数、团队冲突解决方案等过程数据；

成果性评价：不仅关注模型完成度，更重视技术方案的可行性分析（如蓬莱队对记忆合金维护成本的测算）；

反思性评价：通过项目日志、赛后复盘报告，评估学生的元认知能力。

五、结语：未竟之旅的教育价值再审视

尽管蓬莱队因签证问题未能站上决赛舞台，但其提交的作品在全球83支参赛队中脱颖而出，模型得分最高达58分（满分60），论文获“可持续设计特别提名”。更重要的是，学生在项目中展现的工程思维——如对漂浮城市“抗灾环保经济”三重目标的平衡思考，对生物岩石“成本性能维护”的tradeoff分析——已超越了竞赛本身，成为技工院校创新教育的鲜活案例。

未来之城项目的价值启示在于：创新实践能力培养并非依赖高端实验室或复杂设备，而是通过“真实问题驱动跨学科协作工程流程实践”的模式，让学生在解决具体问题中自然生长能力。这为技工院校突破“重技能、轻创新”的传统模式，提供了可操作、可评估的教育范式。

参考文献

[1]陈跃婷.技工院校学生创业创新能力培养的实践探索. 职业，2018（05）

[2]车萌.技工院校学生创新创业能力培养路径探索——基于企业经营沙盘模拟赛项视角. 中国教育技术装备，2024（09）