依托課外科技創新競賽開展卓越工程師能力強化培養的探索與實踐

辛華 肖定邦 吳學忠 陳劍 洪華杰

【摘要】卓越工程師培育是當前我國高等工程教育的重要任務。課外科技創新競賽是培養學生綜合能力的重要平臺。以中國大學生物聯網創新創業大賽為例，從創新能力、工程能力、表達能力和團隊協作能力四個方面，介紹了在指導競賽過程中開展卓越工程師能力強化培養的探索與實踐。

【關鍵詞】卓越工程師創新競賽質量工程

【基金項目】湖南省普通高等學校教學改革研究項目“卓越軍事工程師人才培養模式的創新研究與實踐”。

【中圖分類號】G643.0 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2012）10-0251-02

黨的十七大以來，黨中央、國務院做出了走中國特色新型工業化道路、建設創新型國家、建設人才強國等一系列重大戰略部署，這對高等工程教育改革發展提出了迫切要求。走中國特色新型工業化道路，建設創新型國家迫切需要培養一大批能夠適應和支撐產業發展的創新型工程人才[1]。為此，教育部聯合有關部門在2010年啟動了“卓越工程師教育培養計劃”（以下簡稱“卓越計劃”）。

“卓越計劃”的核心內容是要強化培養學生的創新能力和工程能力。要適應產業發展需求還要注重培養學生的表達能力和團隊協作能力[2]。課外科技創新活動是鍛煉培養學生綜合能力的重要平臺[3]。教育部質量工程支持了一系列大學生課外科技創新競賽，美新杯中國大學生物聯網創新創業大賽是其中之一。近三年來，筆者組織了該賽事湖南賽區的選拔賽，并指導學生在全國總決賽中獲得了優異成績。本文以該競賽為例，介紹依托課外科技創新競賽，開展卓越工程師能力強化培養的探索與體會。

一、我校參加中國大學生物聯網創新創業大賽情況介紹

美新杯中國大學生物聯網創新創業大賽（原美新杯中國 MEMS 傳感器應用大賽，以下簡稱美新杯）始于2007年，是面向全國大學生創新的年度科技競賽。大賽要求參賽選手以團隊形式參賽，采用MEMS傳感器和物聯網技術制作可以演示和操作的創新應用系統。參賽作品必須為學生原創，謝絕導師課題參賽[4]。大賽吸引了國內外知名MEMS企業（如美新公司、中星測控、Intellisense、Smartec等）的深度參與。這些公司不僅將其產品免費提供給參賽學生使用，為參賽學生提供技術支持，還組織優秀選手到企業開展夏令營活動，并在決賽現場進行人才招聘。美新杯在人才培養和企業需求之間搭建了一座橋梁，實現了兩者的良好銜接。由于美新杯形式新穎，近年來吸引了越來越多的學生參賽。2011年度參賽隊伍達到800多支，參賽總人數超過3000人，參賽院校80余所。

作為學校本科學科競賽計劃的組成部分，我校從2009年開始參與美新杯，并一直是湖南賽區的承辦單位。我校參賽隊伍的數量在逐年上升，參與的范圍也在逐漸擴大，2012年的報名參賽隊伍達到62支，參賽學員來自機械、儀器、控制、計算機、電子、信息等多個專業。學校歷年來參加美新杯全國總決賽取得的成績見表1。

表1 本校歷年參加美新杯全國總決賽取得的成績

二、依托創新競賽開展卓越工程師能力強化培養的途徑

舉辦課外科技創新競賽目的是在課堂教學的基礎上，進一步提高學生的知識應用能力和創新能力。學生的能力培養是老師指導課外科技創新競賽的工作重點。美新杯要求參賽隊員設計并制作出可演示的創新應用系統，并在物聯網技術博覽會現場進行答辯與展示，目的是對學生的創新能力、工程能力、表達能力和團隊協作能力進行全面的鍛煉和培養，完全符合教育部對卓越工程師的培養要求。

美新杯的參賽過程可分為作品構思、作品制作和作品答辯三個環節。我們將卓越工程師創新能力、工程能力、表達能力和團隊協作能力的強化培養融入到大賽的指導過程中，引導學生在參與課外創新競賽中逐漸提高綜合能力。

（一）在作品構思中強化創新能力

人們對已積累的知識和經驗進行科學的加工創造，產生新知識、 新思想、 新概念、 新成果或新產品的能力就是創新能力[5]。作品的創意是參賽學生創新能力的集中體現。在美新杯競賽的報名中，很多學生雖然有強烈的參賽意向，但對創新存在畏難情緒，對自己的創新能力不夠自信，在作品構思中思路不夠清晰。針對此問題，我們分三個階段指導學生進行作品構思，逐步提高學生的創新能力。

1.激發創新興趣，樹立創新信心

興趣是堅持的動力，信心是成功的保證。我們利用第二課堂舉辦大賽的啟動活動，介紹MEMS傳感器和物聯網的基礎知識，展示由此產生的一系列新穎的軍用和民用產品，讓學生深切體會到創新在社會生活中無處不在，激發學生利用自己的知識與技術實現創新夢想的興趣。通過深入剖析歷屆優秀作品的制作思路，讓學生認識到，利用他們的已有知識和技術，完全能夠設計并制作出同樣優秀的作品。解除學生認為創新遙不可及的誤解，樹立學生自主創新的信心。

2.培養學生發現問題的能力

創新的關鍵在于發現問題。創新能力的強化培養關鍵在于提高學生在學習、訓練和生活中觀察發現問題的能力。根據我校的性質與培養目標，我們重點引導學生討論分析武器裝備和軍事訓練中的問題和需求，鼓勵學生在日常訓練和部隊實習中注意觀察和思考，并及時記錄自己發現的問題和產生的靈感。

3.結合作品構思開展創新實踐

優秀作品的構思過程并非一蹴而就，需要經過反復的討論與修改。自主完成作品構思對參賽學生而言是一次很好的創新實踐。我們引導學生針對他們發現的問題，提出作品初步想法，然后指導學生對這些想法的創新性進行深入調研，根據調研結果對其想法進行淘汰或者修改。出色的作品構思需要經歷多個“發現問題——產生想法——調研創新性——淘汰修改”的過程，學生的創新能力也在作品構思過程中逐漸提高。

經過有意識的引導，參賽學生觀察發現問題的能力明顯增強，開展創新實踐的思路也更加清晰，參賽學生產生了一系列優秀的創新作品，如2011年我校作品“三軸陀螺儀智能姿態模擬遙控”。該作品的構思過程非常艱苦。在比賽之初，該組隊員一直沒有形成很好的作品創意，但在指導老師的鼓勵和引導下，他們沒有放棄比賽，而是更加細心地在學習和訓練中尋找突破點。最終他們在部隊實習過程中，發現軍用無人機的應用十分重要，但存在操控難度較高，操作手培訓成本高、周期長等問題，制約了無人機的廣泛應用。于是他們提出了利用三軸陀螺儀測量遙控器姿態，簡化無人機操控過程的想法。最終該作品榮獲全國一等獎和中星測控最佳創意獎。艱苦的構思過程讓參賽學生對創新有了更深刻的認識和體會。類似的作品還有2010年的“嬰語翻譯器”。參賽學生為了幫助年輕父母更好地了解寶寶的心思，提出了利用嬰兒哭聲頻譜辨識其身體狀態和需求的想法。該創意的構思是參賽學生在指導老師的引導下，在假期生活中得到的靈感。

（二）在作品制作中提升工程能力

工程能力的強化培養是卓越工程師培養的重要內容。作品制作是參賽學生將其構思轉變為可演示的實物的過程，是參賽學生的一次工程實踐，對于鍛煉提高學生的工程能力具有重要作用。我們在指導學生進行作品制作過程中，重點從自主學習能力和工程實踐能力兩個方面強化培養學生的工程能力。

1.作品的工程設計以學生為主體，注重培養學生的自主學習能力

自主設定學習目標，主動、自覺、獨立地完成學習任務的能力即自主學習能力[6]。卓越工程師必須具備優秀的自主學習能力。在課外科技創新競賽中，作品工程設計的任務則是根據作品構思形成可指導具體操作的圖紙，如機械結構圖、電路圖、程序流程圖等。在設計過程中，參賽學生會面臨很多課堂教學內容之外的新理論、新方法、新技術、新器件等。在參賽學生遇到新知識和新問題時，指導老師不能直接給出解決方案，而應循序漸進引導學生通過查閱資料和自主學習尋找答案。學生在獨立完成作品設計的過程中，自主學習能力也得到逐漸提高。

2.依托創新基地和科研實驗室資源，加強工程實踐能力培養

放手讓參賽學生獨立完成作品的實物制作是提高學生工程實踐能力的重要途徑。指導老師的工作重點是為學生積極創造開展工程實踐的條件，在學生遇到工程問題時提供方向指引。我們通過設立創新基地為參賽學生提供了基本的制作條件和相對集中的制作環境。同時，在指導美新杯的過程中，我們還向學生開放了微系統實驗室、軍用機電實驗室等我校相關科研實驗室。學生不僅可以利用實驗室先進的儀器設備進行調試，還能向實驗室的老師和高年級研究生學習很多工程技術與工程方法。

實踐結果表明，這種重視學生主體性的指導方法雖然延緩了作品制作的進度，很多參賽作品甚至直到競賽前一天還緊張調試，但對于提高學生的工程能力卻具有明顯的效果。在完成作品制作后，參賽學生最大的變化是面對工程與技術問題時，不再不知所措，而能自信地通過自主學習逐漸解決。部分優秀的參賽學生目前已經在科學研究和工程技術中發揮著重要作用。

（三）在作品答辯中鍛煉表達能力

表達能力即說與寫的能力，要求能思路清晰、流利地、形象生動地表達自己的思想和觀點[7]。美新杯的答辯在物聯網技術博覽會現場舉行，參賽學生要面對的不僅是專業評委，還包括眾多國內外參展專家和技術人員，對學生的表達能力是一次全面鍛煉。在參賽之前，我們會組織參賽隊伍進行集中試講，模擬比賽全過程。從參賽隊伍的試講情況來看，多數參賽隊伍的表達能力還不夠出色，答辯中不能準確抓住聽眾的心聲，過于注重技術細節的講解，沒有突出作品的特色與前景。

針對上述問題，我們從創新性、應用前景、技術路線等多個方面調整演講思路，突出作品重點和我校特色。同時，我們還為參賽學生展示了一些著名人物的演講視頻，如蘋果公司創始人喬布斯在產品發布會上的演講視頻等，分析他們的演講技巧，探討在演講中利用多媒體幻燈片、視頻片段和姿態語言增強感染力的方法，引導參賽學生對比完善自己的答辯過程，并在決賽前組織參賽隊伍進行多次試講和排練。經過上述培訓，參賽學生的表達能力明顯增強，各參賽隊伍在作品答辯中普遍表現出色。尤其是2011年度總決賽，我校參賽隊伍的現場表現獲得了現場專家的高度評價。

（四）貫穿競賽始終的團隊協作能力強化培養

在工程技術高度復雜化的今天，高層次的創新成果大多是基于團隊的合作思維，靠個人單打獨斗是無法取得高水平的創新成果，因此，團隊協作能力是一名卓越工程師必須具備的能力。然而團隊協作能力的培養是我國當前教育體系中比較薄弱的環節。在課外創新競賽中加強團隊協作能力的培養對于高層次工程技術人才的培養具有重要作用。

美新杯要求參賽學員必須以團隊形式參賽。團隊協作意識的強化培養應當貫穿大賽指導的全過程。我們引導各參賽隊伍的隊長調動好成員的積極性，營造良好的團隊氣氛，充分發揮每名隊員的能力與特長，鼓勵每名隊員在團隊中貢獻自己的最大力量，充分融入到團隊合作當中。由于許多作品涉及多方面的專業知識，尤其應當鼓勵不同專業的隊員進行合作，進行技術互補，培養學生在多學科人員組成的團隊中的協作能力。通過參加全國比賽，學生不僅拓展了對本校不同專業方向的認識，還加強了與普通高校的交流。

經過大賽的歷練，參賽學生的團隊協作能力顯著加強。我校2011年作品“三軸陀螺儀智能姿態模擬遙控”的四名參賽隊員分別來自系統工程、機械工程、電子工程和計算機專業，他們經過磨合，最終默契配合，形成了很好的團隊能力。

三、結束語

“卓越計劃”是我國高等工程教育的重大戰略計劃，該計劃的實施需要從培養方案、教學改革、課外實踐等多方面入手，課外科技創新競賽是“卓越計劃”實施的重要環節。本文以“美新杯中國大學生物聯網創新創業大賽”為例，介紹了我們在課外科技創新競賽中如何充分調動學生參與課外創新競賽的積極性，并在指導競賽的過程中注重學生能力的培養，實現學生創新能力、工程能力、表達能力、團隊協作能力全面提升所進行的一些有益探索，希望能為我國“卓越計劃”的實施提供一定的借鑒作用。

參考文獻：

[1]教育部啟動實施“卓越工程師教育培養計劃”[J]. 中國大學教育， 2010（7）： 4-5.

[2]上海交通大學高教研究所課題組. 培養下一代卓越的國際化工程師——“全球工程教育卓越計劃”研究綜述[J]. 高等工程教育研究， 2007（1）： 24-27.

[3]劉學忠. 大學生創新精神與創新能力的培養路徑[J]. 教育研究， 2008（1）： 103-105.

[4]第五屆美新杯大賽參賽手冊[EB/OL]. [2011-03-05]. http：//china.ican-contest.org/a/download/2011.

[5]馮捷梅. 關于培養學生創新精神和創新能力的思考[J]. 隴東學院學報， 2009（5）：140-141.

[6]王健， 郭本禹. 論學生自主學習能力的培養[J]. 教育探索， 2009（3）： 12-13.

[7]劉純武， 黃芝平， 唐貴林. 關于培養學生表達能力教學方法的探討[J]. 高等教育研究學報， 2004（2）：48-49.