北方工業(yè)大學(xué)：以學(xué)科競賽促工科實(shí)踐能力培養(yǎng)

大學(xué)工科實(shí)踐教學(xué)承擔(dān)著培養(yǎng)大學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力、工程創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的職責(zé)，是大學(xué)工科專業(yè)培養(yǎng)應(yīng)用型人才不可或缺的培養(yǎng)環(huán)節(jié)。大學(xué)工科專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生的主要目的，是為社會(huì)輸送具有實(shí)際工作能力的創(chuàng)新型專業(yè)人才，為相關(guān)工業(yè)行業(yè)的發(fā)展注入活力。工科實(shí)踐教學(xué)應(yīng)該有一套適合自身特點(diǎn)的培養(yǎng)方式，以達(dá)到較好的培養(yǎng)效率。因此，實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)方法研究一直是大學(xué)工科實(shí)驗(yàn)教師關(guān)心的教改方向。

隨著網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來，我們的生活和學(xué)習(xí)方式發(fā)生了翻天覆地的變化，高校的教學(xué)方式也發(fā)生了許多變化，工科實(shí)踐教學(xué)要適應(yīng)時(shí)代的變化，必須進(jìn)行深入的教學(xué)方法改革。北方工業(yè)大學(xué)綠色能源與電源實(shí)驗(yàn)室長期從事實(shí)踐教學(xué)工作，指導(dǎo)學(xué)生參加以大學(xué)生電子競賽為代表的各種學(xué)科競賽，取得了優(yōu)良的成績。在工作過程中，總結(jié)出一套適應(yīng)于電子信息專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)方法，以學(xué)科競賽為抓手，在競賽中培養(yǎng)學(xué)生的理論付諸實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，參與學(xué)科競賽活動(dòng)不僅有利于學(xué)生的培養(yǎng)，還有利于實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍的培養(yǎng)，有利于實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，極大地促進(jìn)了實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。

大學(xué)工科實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)狀和問題

實(shí)踐教學(xué)設(shè)立之初，很大程度上是課堂教學(xué)的輔助環(huán)節(jié)。長期以來，實(shí)踐教學(xué)自主性較差，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)占據(jù)了實(shí)踐教學(xué)的主旋律。課堂教學(xué)依賴于課本，而課本內(nèi)容都是經(jīng)過多年考驗(yàn)已經(jīng)被作為定論的知識，必然滯后于工業(yè)界現(xiàn)狀至少5-10年，乃至更多，所以很多的課堂教學(xué)與工業(yè)界脫節(jié)。課堂教學(xué)側(cè)重經(jīng)典理論、創(chuàng)新不足的特點(diǎn)也直接體現(xiàn)于實(shí)踐教學(xué)。以課堂教學(xué)為指導(dǎo)的實(shí)踐教學(xué)也必然滯后于工業(yè)現(xiàn)狀，造成培養(yǎng)出的學(xué)生進(jìn)入用人單位不能立刻進(jìn)入角色，需要二次培養(yǎng)的現(xiàn)象。

重課堂教學(xué)，輕實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)狀，也必然造成實(shí)踐教學(xué)在教學(xué)中占有的比例較少。同時(shí)，實(shí)踐教學(xué)受制于實(shí)驗(yàn)設(shè)備，完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生常常需要分批次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)教師要付出數(shù)倍甚至數(shù)十倍的時(shí)間和精力，也制約了實(shí)踐教學(xué)在教學(xué)環(huán)節(jié)中所占比例的增加。然而，“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”，沒有充足的實(shí)踐環(huán)節(jié)，掌握所學(xué)知識終歸不夠牢靠。因此，探索更高效的實(shí)踐教學(xué)方法勢在必行，我國高校工科的實(shí)踐教學(xué)處在一個(gè)亟需改革的階段。

大學(xué)教改的目的是最大限度地調(diào)動(dòng)師生的積極性，營造更加利于出人才和出成果的良好環(huán)境。目前的實(shí)踐教學(xué)因上述原因，使得學(xué)生對之沒有足夠的興趣，實(shí)驗(yàn)老師的積極性也陷于重復(fù)勞動(dòng)的陷阱不能得到充分的發(fā)揮。因此，尋找能夠充分調(diào)動(dòng)師生積極性的實(shí)踐教學(xué)方式，成為當(dāng)前工科實(shí)踐教學(xué)改革的重要一環(huán)。

學(xué)科競賽有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力

學(xué)科競賽在結(jié)合專業(yè)知識教學(xué)的基礎(chǔ)上，通過競賽的手段，能夠激發(fā)學(xué)生的自主能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生理論付諸實(shí)踐的能力、科研探索的精神和創(chuàng)新能力，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神。從根源上看，學(xué)科競賽與實(shí)踐教學(xué)具有一致的目的，是實(shí)踐教學(xué)的有力補(bǔ)充；從形式上看，學(xué)科競賽更加注重系統(tǒng)地分析和解決具體問題，更接近于實(shí)際；從效果上看，學(xué)科競賽更能調(diào)動(dòng)學(xué)生的自主能動(dòng)性，有利于學(xué)生的培養(yǎng)。最終，學(xué)科競賽通過一個(gè)系統(tǒng)的過程，訓(xùn)練和培養(yǎng)學(xué)生，使學(xué)生能夠站在人文與自然科學(xué)的交叉點(diǎn)創(chuàng)新，增強(qiáng)了學(xué)生的社會(huì)競爭力。

學(xué)科競賽的題目與工業(yè)界聯(lián)系緊密，一般都來自于目前關(guān)心的具有廣泛應(yīng)用背景的課題，內(nèi)容比較復(fù)雜，有較高的甚至是苛刻的指標(biāo)要求。學(xué)生在參與競賽過程中，需要綜合所學(xué)的專業(yè)知識，查找相關(guān)的較新的技術(shù)文獻(xiàn)，深入分析設(shè)計(jì)，才能得到較好的設(shè)計(jì)方案；之后還要把設(shè)計(jì)方案通過實(shí)踐手段制作出來。在此過程中，不僅培養(yǎng)了學(xué)生理論付諸實(shí)踐的能力，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生敢于面對困難、勇于解決困難的精神；不僅要學(xué)生能運(yùn)用已學(xué)的知識，還要學(xué)生能主動(dòng)查閱資料，學(xué)習(xí)、理解和應(yīng)用新知識，培養(yǎng)了科研探索的精神和創(chuàng)新的能力。

學(xué)科競賽的組織形式是競賽，有完整的獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，學(xué)生在努力做出好的作品時(shí)，也能得到更具象化的肯定——獲得競賽獎(jiǎng)勵(lì)，使學(xué)生在日后的評優(yōu)、評定獎(jiǎng)學(xué)金、升學(xué)、找工作中獲益，物質(zhì)上的獎(jiǎng)勵(lì)之外，學(xué)生更能夠獲得精神上滿足，因此更能激發(fā)學(xué)生的自主能動(dòng)性。此外，學(xué)科競賽一般都是學(xué)生組隊(duì)參加，在比賽過程中，參賽學(xué)生需要互相配合，協(xié)調(diào)分工，盡可能發(fā)揮自己的強(qiáng)項(xiàng)，出現(xiàn)意見分歧時(shí)，需要求同存異，形成統(tǒng)一的意見。在這個(gè)過程之中，培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和溝通能力。

總之，學(xué)科競賽將師生從相對死板的教學(xué)形式中解放出來，遠(yuǎn)文試而就實(shí)戰(zhàn)，以實(shí)戰(zhàn)檢驗(yàn)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。這種實(shí)踐教學(xué)方式適應(yīng)了當(dāng)前的社會(huì)現(xiàn)狀，能夠?yàn)樯鐣?huì)培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的工程技術(shù)人才。北方工業(yè)大學(xué)綠色能源與電源實(shí)驗(yàn)室長期指導(dǎo)學(xué)生參加大學(xué)生電子競賽、“挑戰(zhàn)杯”競賽等多種學(xué)科競賽活動(dòng)。以全國大學(xué)生電子競賽為例，自2001年以來，共指導(dǎo)學(xué)生參加7屆，獲得全國一等獎(jiǎng)3次，全國二等獎(jiǎng)5次，24名獲獎(jiǎng)同學(xué)均已畢業(yè)，有19人考取研究生或出國深造，其他5名同學(xué)就業(yè)狀況良好，在相關(guān)行業(yè)的知名企業(yè)中成為技術(shù)骨干或項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。

學(xué)科競賽有利于實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍的培養(yǎng)

學(xué)科競賽過程中要求指導(dǎo)老師基于模型進(jìn)行理性思維，基于仿真數(shù)值進(jìn)行特例驗(yàn)證，是一種典型案例教學(xué)方式。目前，歐洲形成了以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的模型方法；美國人形成了以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的仿真方法；中國人文學(xué)科是典型案例方法，而我國理工科教學(xué)尚未形成自己的思維模式和方法。在學(xué)科競賽中探索典型的理工科思維方法，也是理工科教學(xué)改革的研究方向。在學(xué)科競賽的過程中，不僅學(xué)生得到培養(yǎng)，指導(dǎo)學(xué)生參賽的實(shí)驗(yàn)教師也能得到提高和培養(yǎng)，并逐漸形成穩(wěn)定的指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)，為學(xué)科和科研團(tuán)隊(duì)建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

學(xué)科競賽的題目一般工業(yè)背景較強(qiáng)，難度較高。為了適應(yīng)這個(gè)特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)教師需要不斷地跟蹤新知識、新技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，才能游刃有余的指導(dǎo)學(xué)生參加比賽。競賽期間，面對題目苛刻的指標(biāo)，往往需要使用一些之前不熟悉的技術(shù)。此時(shí)，需要迅速學(xué)習(xí)相關(guān)技術(shù)，根據(jù)自己的需要進(jìn)行知識的再構(gòu)造，指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)出滿足題目要求的方案，可以說是一個(gè)典型的研發(fā)過程。在此過程中，實(shí)驗(yàn)教師的知識水平得到了提高，與工業(yè)界的聯(lián)系逐漸緊密起來，科研能力也得到了提高。以正在進(jìn)行的“2015國際未來能源挑戰(zhàn)賽”為例，題目要求制作一種500W的無線電動(dòng)車充電器，引入了無線輸電技術(shù)這個(gè)目前極為熱門的研究方向，整機(jī)效率要求達(dá)到92%，體積、重量、成本以及電磁兼容性能也都有嚴(yán)格的要求。目前我們已經(jīng)引入了無線輸電這個(gè)研究方向，投入大量的人力物力，并組織了數(shù)名研究生和本科生參與項(xiàng)目，經(jīng)過幾個(gè)月的努力，初步掌握了無線輸電技術(shù)的設(shè)計(jì)方法，制作出一臺實(shí)現(xiàn)基本無線充電功能的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。

競賽進(jìn)行的過程中，時(shí)間緊，任務(wù)重，難度高，學(xué)生心理也相對脆弱，任務(wù)難以全部完成，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師面臨著眾多的抉擇，既要保證參賽隊(duì)伍的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，又要盡可能取得較好的成績，如何取舍，對教師的整體把握能力也是一個(gè)考驗(yàn)。經(jīng)過指導(dǎo)競賽，對實(shí)驗(yàn)教師的組織協(xié)調(diào)能力有很好的培養(yǎng)效果。

為取得較好的競賽成績，賽前培訓(xùn)必不可少。在競賽前的培訓(xùn)工作中，實(shí)驗(yàn)室老師總結(jié)以往競賽的經(jīng)驗(yàn)，將典型的電路功能結(jié)構(gòu)列出清單，逐個(gè)為參賽的同學(xué)講解，類似于進(jìn)行專題講座。在此過程中，教師的歸納、講解能力都得到了鍛煉，增強(qiáng)了教師的培訓(xùn)能力。每年暑假期間，我們都會(huì)組織學(xué)生進(jìn)行電子競賽基礎(chǔ)能力的培訓(xùn)，在總結(jié)競賽經(jīng)驗(yàn)過程中，找到了較為系統(tǒng)的培訓(xùn)方法，從而得到了良好的培訓(xùn)效果。每年經(jīng)過培訓(xùn)的學(xué)生都在各種開放式或非開放式的電子競賽中獲獎(jiǎng)。

目前學(xué)科競賽題目復(fù)雜程度越來越高，單個(gè)指導(dǎo)教師難以全方位有力指導(dǎo)，指導(dǎo)教師組隊(duì)，分工合作越來越必不可少。合作指導(dǎo)過程中，指導(dǎo)教師以老帶新，形成了穩(wěn)定的指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)，有效地促進(jìn)了教師隊(duì)伍發(fā)展，并逐步發(fā)展為教學(xué)、科研團(tuán)隊(duì)。

學(xué)科競賽促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

學(xué)科競賽活動(dòng)必須在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，這對實(shí)驗(yàn)室提出了更多的要求，從而促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的現(xiàn)代化。北方工業(yè)大學(xué)綠色能源與電源實(shí)驗(yàn)室是以科學(xué)研究為主的實(shí)驗(yàn)室，開展學(xué)科競賽，也為實(shí)驗(yàn)室增添了新的功能。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容現(xiàn)代化

學(xué)科競賽有助于更新實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容，將已經(jīng)或接近成熟的、被工業(yè)界采用的技術(shù)和研究成果轉(zhuǎn)化為學(xué)生的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，以此作為實(shí)踐內(nèi)容更新的源泉。我們強(qiáng)調(diào)學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)要與科研和生產(chǎn)相結(jié)合，進(jìn)行以系統(tǒng)為主的實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生解決工程實(shí)際問題的能力。為此，我們建設(shè)了多個(gè)功率電子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺（如交錯(cuò)PFC電路實(shí)驗(yàn)平臺），開設(shè)了數(shù)個(gè)高級演示實(shí)驗(yàn)（如風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電實(shí)驗(yàn)，傳遞干擾測試實(shí)驗(yàn)），深受學(xué)生的歡迎。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備現(xiàn)代化

學(xué)科競賽題目指標(biāo)要求很高，需要一些品質(zhì)精良的新設(shè)備才能滿足競賽的需要。學(xué)校對競賽活動(dòng)給予了大力支持，增添了高檔數(shù)字示波器、頻譜儀，電子負(fù)載，大功率直流電源等十多種新設(shè)備。可以說學(xué)科競賽促進(jìn)了實(shí)現(xiàn)室設(shè)備的更新，有助于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的現(xiàn)代化。這些更新的設(shè)備，在滿足競賽需求之余，還能夠滿足綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性等現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)教學(xué)、研究生培養(yǎng)、科學(xué)研究和適量的社會(huì)服務(wù)等多功能需要，推進(jìn)了相應(yīng)的教學(xué)科研工作。

實(shí)驗(yàn)手段現(xiàn)代化

單以實(shí)際實(shí)驗(yàn)為手段的設(shè)計(jì)過程一旦發(fā)生指標(biāo)與設(shè)計(jì)不符，往往需要往復(fù)的推倒重來，耗費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行裝置的制作，同時(shí)浪費(fèi)大量的人力物力，無法滿足學(xué)科競賽的要求。為了減少重復(fù)制作，學(xué)科競賽中需要引進(jìn)仿真技術(shù)，使學(xué)生在設(shè)計(jì)或?qū)嶒?yàn)前充分利用現(xiàn)有的仿真軟件得到相應(yīng)的仿真結(jié)果，做到心中有數(shù)，再進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。仿真技術(shù)是依托于計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展起來的新技術(shù)，近年來取得了非常大的突破，可以實(shí)現(xiàn)十分逼真的模擬仿真，仿真結(jié)果與實(shí)際結(jié)果具有極高的吻合度。引入仿真技術(shù)，并將之推廣到日常實(shí)驗(yàn)中去，使學(xué)生掌握仿真的能力，可以增強(qiáng)學(xué)生對專業(yè)知識的認(rèn)知，提高學(xué)生專業(yè)能力。實(shí)驗(yàn)室為此專門配備了電腦和實(shí)驗(yàn)器材，購買了ORCAD10、PSIM等多款仿真軟件，鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室中先仿真再實(shí)驗(yàn)，取得了較好的教學(xué)效果。對實(shí)驗(yàn)室來說，引入仿真技術(shù)，是引入了新的實(shí)驗(yàn)手段，促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)手段的現(xiàn)代化。

實(shí)驗(yàn)管理現(xiàn)代化

學(xué)科競賽要求實(shí)驗(yàn)室提供靈活的實(shí)踐時(shí)間，同時(shí)實(shí)驗(yàn)場地和實(shí)踐內(nèi)容的需求也有很大的不確定性，是典型的開放性實(shí)踐教學(xué)。為了保證實(shí)驗(yàn)室常規(guī)實(shí)踐教學(xué)和科學(xué)研究的正常運(yùn)行，必須建立以網(wǎng)絡(luò)信息平臺為基礎(chǔ)的智能化的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)管理的現(xiàn)代化。

經(jīng)過良好建設(shè)的實(shí)驗(yàn)室逐步改變了單一作為實(shí)踐教學(xué)場地的功能，還可以承擔(dān)科學(xué)研究、設(shè)備研發(fā)、研究生培養(yǎng)、學(xué)生或外來人員的培訓(xùn)等工作，使實(shí)驗(yàn)室能夠跟蹤新技術(shù)的發(fā)展趨勢，教學(xué)與科研相結(jié)合，培養(yǎng)出高質(zhì)量的學(xué)生。充分發(fā)揮能力，承擔(dān)更多社會(huì)責(zé)任，為社會(huì)的科技進(jìn)步提供動(dòng)力。

作為一種行而有效的實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)方式，學(xué)科競賽在對學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)上具有普通實(shí)踐教學(xué)難以企及的優(yōu)勢；能夠有力的促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教師的自我提高，引領(lǐng)并形成獨(dú)特的工科教學(xué)思維方式；能夠全方位推動(dòng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，賦予實(shí)驗(yàn)室新的社會(huì)功能。北方工業(yè)大學(xué)綠色能源與電源實(shí)驗(yàn)室在十余年的指導(dǎo)學(xué)生參加學(xué)科競賽過程中，初步形成了一套培訓(xùn)體系，取得了較為豐碩的成果。（作者劉元超系北方工業(yè)大學(xué)試驗(yàn)教師；張衛(wèi)平系北方工業(yè)大學(xué)研究生部主任）