以學科競賽為載體的層階式創新教育體系構建

張潤梅，欒慶磊，雷經發，趙為松

（安徽建筑大學 機電學院，安徽 合肥 230022）

0 引 言

自主創新是國家發展的核心動力，創新關鍵是人才，人才的培養在高校。所以我國高等學校理應成為創新人才[1]培養、成長的搖籃。改革開放40年來，中國高等教育經歷深刻的變革，取得了巨大的成就，高等工科教育[2-3]的培養目標是培養具有一定知識、能力和綜合素質，面向生產、建設、管理、服務一線或崗位并適應其要求，具有可持續發展潛力的高級應用型專門人才。然而隨著社會發展和進步，新形勢下我國提出了工程教育改革方向——新工科。中國工程院院士鐘登華教授對新工科[4]的內涵給予了解釋：以立德樹人為引領，以應對變化、塑造未來為建設理念，以繼承與創新、交叉與融合、協調與共享為主要途徑，培養未來多元化、創新型卓越工程人才。因此，加強新工科教育模式下大學生創新能力培養具有重要的現實意義。我們設計了“大學生創新能力現狀的調查問卷”，通過網絡采集了1 048份樣本，涉及我校機械設計制造及其自動化、電氣工程及其自動化、計算機科學與技術3個專業4個年級的學生，經過為期2個月的調查，部分關鍵問題調查結果見表1。

表1 大學生創新能力現狀調查統計（部分關鍵問題）

通過對數據進行分析，得到如下結論：學校缺乏比較完善的管理制度、缺乏創新基地、網絡宣傳不到位、缺乏網絡學習資源平臺、學生參與的積極性有待提高、缺乏教師指導等。因此，如何加強大學生創新能力培養，構建與當代科技發展相適應的創新教育體系，是我們亟須探討和研究的課題。

1 層階式創新教育體系（HIES）

大學生的科技創新能力和創新素質[5]應該從大一開始培養，由淺入深、自始至終貫穿大學4年，確保學生畢業后具有扎實深厚的理論基礎、較強的實踐動手能力、團隊合作精神、科學的思維方法，并對科學前沿問題保持濃厚興趣。因此課題組提出了層階式創新教育體系（HIES，hierarchical innovation education system），該模式強調以學生為主體，以教師為主導，以學科競賽為驅動，將學科競賽貫穿大學4年的培養過程中，使創新教育與人才培養同步進行；建立制度完善、管理規范、隊伍合理的信息類大學生創新基地，充分發揮競賽的驅動作用和大學生創新項目的引領作用；建設開放的網絡資源平臺和創新基地管理平臺，進一步規范管理，不斷提高創新水平。通過競賽驅動課程體系不斷更新和完善，使學生創新能力不斷提高。層階式創新教育體系（HIES）架構如圖1所示。

圖1 層階式創新教育體系（HIES）架構

2 層階式創新教育體系（HIES）的構建及實施

2.1 構建與信息類人才培養方案相結合的層階式創新教育體系

（1）2011年學校的管理體制從學年制改為學分制，信息類專業開始實行大類招生（2+2模式），學生的課程體系分為三大模塊：大一主修通識教育與基礎課程，大二、大三主修大類學科基礎與專業基礎課程，大四主修專業與專業方向課程；同時實踐教學課程貫穿大一至大四整個培養過程。

（2）創新教育必須融入到人才培養的全過程中，因此創新教育體系可以與人才培養體系結合，劃分為：基礎創新、專業創新和綜合創新3個層次，每個層次均以1—4類競賽為載體，促進相關課程的教學改革和資源建設。①基礎創新層次以計算機設計大賽、程序設計比賽、電子產品焊接大賽、電子測向大賽等基礎性比賽為載體，調動學生參與比賽的積極性，吸引更多學生對電子技術產生興趣，鍛煉學生的基本動手實踐能力，為學生參加專業創新比賽打下基礎。②專業創新環節以電子設計大賽、機器人足球比賽、全國大學生智能汽車競賽、“西門子杯”中國智能制造挑戰賽等為載體，主要面向大二及以上的學生，他們已經修完了學校培養方案中規定大類學科基礎課和專業基礎課的內容，具有一定的專業知識，可以通過以上4類比賽，以完成某一個比賽任務為目標，利用所學的一門或者幾門課程的專業知識，通過團隊合作完成比賽任務，將理論知識融入到實踐項目中，培養創新技能，提升實踐動手能力和團隊合作能力。③綜合創新環節以“挑戰杯”大學生學術競賽、“互聯網+”大學生創新創業大賽、大學生節能減排科技競賽、綜合布線大賽等綜合性創新性比賽為載體，主要面向大三及大四的學生，利用大學所學的各專業知識、實踐技能設計開發一款知識具有復雜功能的作品、產品樣機等，所需知識涉及電子技術、通信技術、計算機網絡技術、電氣控制技術等，通過比賽，切實提高學生的實踐操作能力、創新開發能力、團隊合作意識以及工程素養。

2.2 構建創新平臺，發揮學生主體積極性

1）構建網絡學習資源平臺和創新管理平臺。

大學生創新資源學習平臺可以提供各類競賽相關的資訊，實現對各類競賽的在線學習和虛擬參賽；大學生創新管理平臺能夠實現對學生及團隊的管理，競賽管理及創新訓練項目管理。

2）整合實驗室資源成立大學生創新中心，建立開放制度。

將現有的創新實驗室整合，成立信息類大學生創新中心（以下簡稱“中心”），建立完善的組織結構，制定合理的規章制度，嚴格日常管理，規范學科競賽，強化創新項目實施；中心采用項目制設立若干創新團隊，每個創新團隊有穩定的指導教師隊伍、競賽項目和科研方向；中心建立開放的管理體制，做到五個自主，即由學生自主學習、自主管理、自主選題、自主申請、自主完成。中心具有機器人足球比賽和電子設計大賽兩個創業創新基地，購置了一批先進的實驗實訓設備。中心2016年成立“自動化創新實驗室”，目前面積達360平方米，儀器設備投資達240余萬元。中心采取了學生自主管理模式，老生帶新生，學生可以根據所學專業知識，提出產品設計方案交指導教師審核，方案通過即可在中心進行科技制作，優秀作品可以申請參加大學生科技創新競賽等。中心每年組織學生參加RoboCup機器人足球賽、大學生智能汽車競賽、“西門子杯”中國智能制造挑戰賽、電子設計大賽等。

3）鼓勵學生申請創新基金項目，參與教師科研課題。

通過基礎創新項目、專業創新項目等實踐創新活動的實施，學生的基本技能和專業技能得到了提高，激發了學生創新創業的興趣。課題組教師將自己的科研項目分出子課題作為創新基金項目，鼓勵學生參與其中并與教師一起完成科研課題。此舉調動了學生參與科研項目的積極性，同時可以充分發揮學生的才智，學生的科研能力和創新能力得到切實的提高。從大三開始，給學生布置一些綜合性創新項目，讓能力突出的優秀學生參與教師的科研項目，進一步提升他們創新能力和綜合素質。

2.3 通過以賽促學，不斷提升學生的創新創業能力

學生通過參加基礎性創新比賽培養了主動學習意識、獨立思考意識；通過專業創新比賽培養了查閱專業文獻能力、自主分析問題與解決問題的能力；通過綜合性創新比賽培養了綜合設計能力、獨立設計開發能力、科技論文寫作能力，培養了理論聯系實際的工作作風、團結協作的精神和創新能力[6-8]。

（1）每學期開展科技講座，利用公選課普及科技競賽相關知識，以便吸引更多的優秀學生參與到科技創新活動中來。從大一開始動員、宣傳鼓勵大學生參與基礎性創新比賽，培養他們積極參與比賽、參與創新的意識，每學期通過電子科技協會組織開展基本的電子焊接大賽。鼓勵他們參加各項競賽活動，并通過競賽訓練，切實提高學生實踐操作能力，培養積極參與科研項目的意識。每年暑假針對有一定理論基礎和實踐能力的學生開展有針對性的培訓實踐，進一步強化他們的理論聯系實踐的能力，作為參加省賽和國賽的預備隊員。

（2）學生的潛力是無限的，教師的科研項目每年都會吸引一大批優秀大學生參與其中，并且取得了一系列的成果，如發表科研論文、獲得軟件著作權等。通過參與教師的科研項目，學生的實踐能力和創新意識得到了強化。一些優秀的學生從大三開始，就參加教師的科研項目，協助教師完成一些科研實驗調試等工作，充實了科研隊伍的力量，使學生的科研水平得到了提高。每年各類學科競賽難度不斷加大，比賽內容不斷調整，這也對指導教師提出了新的挑戰，同時產生了一些新的科研和工程課題。教師在上課過程中，可以引入學科競賽題目作為案例，理論聯系實際，激發學生對本學科的濃厚興趣，讓學生學有所用。學科競賽與學科的發展是相輔相成的，這就要求教師不斷更新課程內容，不斷引入新的應用案例，幫助學生理解晦澀的定義定理，通過競賽案例教學、實驗、課程設計、畢業設計等，進一步培養學生的理論聯系實際和工程創新能力。

3 層階式創新教育體系（HIES）的應用效果

（1）我院學生在各類學科競賽中成績顯著，如在中國機器人大賽、“西門子杯”中國智能制造挑戰賽、全國大學生智能汽車比賽、全國電子設計競賽、全國智能建筑綜合布線比賽等70項競賽中獲獎，平均每年獲國家級獎項達十幾項，省特等獎、一等獎等達二十多項。 如2007年我校學生在機器人足球比賽中，與中國科技大學、廈門大學等進入了機器人足球世界杯全球總決賽，在新加坡舉辦的仿真2D組的國際比賽中獲得三等獎的優異成績。我校自2016年開始參加“西門子杯”中國智能制造挑戰賽，一舉獲得國家級一等獎、二等獎共7項；省賽特等獎7項，一等獎、二等獎若干項。HIES教育體系的實施極大地提高了學生參與比賽、參與創新創業的積極性，成效明顯。

（2）人才培養質量得到進一步提升。通過HIES教育體系的實施，畢業生的就業率明顯提高，而且就業的公司多為小米、華為、中興等國內知名企業；同時學生的考研率逐年提高，其中參加過比賽并獲得國家級三等獎以上的學生考研成功率達100%，獲得省級二等獎以上的學生考研率達90%以上，而且學生被錄取的高校多為985和211高校。可以說，正是HIES創新教育體系的實施和全體教師學生的努力使我校學生能夠與國內一流大學的學生同臺競技，并取得了優異成績。此外，該模式還輻射到學校的其他專業，在獲得省部級以上獎勵的學生中還包括電氣工程、自動化、機械設計制造及其自動化等專業，使各專業學生的綜合能力得到切實的提高，為社會培養了一大批優秀的工程師。