基于科技競賽的大學生工程實踐創新能力提升路徑的探索
——以材料類學科“專創”融合人才培養為例

何 珺，徐慶坤，李世杰，陳學廣，付彬國，陳翠欣，劉 哲，范永哲，李 全

(1.河北工業大學 材料科學與工程學院，天津300401；2.河北工業大學 創新創業教育學院，天津300401;3.天津中德應用技術大學 能源工程學院，天津300350；4.天津市理化分析中心，天津 300051)

進入21世紀后，我國的高等教育發展規模龐大，但教學的理論深度和實踐教學能力還存在不足；學習方法“常規”與“相似”，忽視學生個性差異；師資隊伍“重科研”與“輕實踐”，缺乏實踐經驗；評價方式“片面”與“封閉”，欠缺行業認定,造成學生的知識應用深度和創新性滿足不了建設一流大學和一流學科的預期效果[1-4]。專業教育是本科生培養的基本途徑，創新創業教育是本科人才培養的延伸途徑和專業教育的重要補充[5]。因此，將創新創業教育與專業教育有機融合，將有利于知識傳播、知識應用及知識創新、家國情懷的無縫連接，形成知識鏈“知識-能力-素養-責任”四個層次的提升的無限循環與價值創造良性過程[6-8]。

國務院辦公廳《關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》(國辦發〔2015〕36號)文件當中明確表示，國內的各個高校都要合理調整專業課程設置，積極挖掘和充實各類專業課程所具有的創新創業教育資源。在傳授專業知識的同時，加強創新創業教育，推動創新創業教育與專業教育緊密結合，讓學生在創新創業中鞏固專業知識，在專業教育中提高創新創業能力，為經濟社會高質量發展培養大批敢闖會創的高素質人才[9]。

科技競賽最早源于20世紀60年代美國的開放實驗，卻是一種有別于傳統實驗的新模式，其寬松自由的開放式教學環境，強調的是學生的興趣和需要，突出的是學生的自由和充分發展，是應用型人才培養目標的有效途徑。國內大學生科技競賽起步較晚，但對培養學生的創新能力已經起到非常顯著的作用，在社會引起了巨大的反響。路甬祥院士評價全國大學生“挑戰杯在鼓勵青年發明創造、培育創新思維和創造能力方面發揮了積極的作用”。王汝言提到學生親身實踐參加科技競賽活動是培養和提高學生創新能力和實踐能力的重要途徑。大連理工大學馮林教授認為大學生科技競賽打破了以往的過分側重理論知識的傳授而忽視對學生創造性能力培養的傳統教學模式，是推動大學生從事科技創新活動的重要途徑，同時也是培養學生科技創新能力的重要手段和有效載體[10-23]。

因此，尋求恰當的科技競賽為途徑，巧妙地將大學生創新創業教育與專業實訓課程融合，即將科技競賽貫穿于“專創”融合特色示范課(第一課堂)、學生科技社團(第二課堂)、質量教育社會實踐基地(第三課堂)以及課程思政(第四課堂)四個課堂，對專創融合實踐教學對大學生工程實踐創新能力提升路徑進行探索。

一、工程實踐創新能力提升途徑的設計與課堂建設

(一)工程實踐創新能力提升路徑的四大課堂建設

大學生工程實踐創新能力路徑探索，主要是將一二三四4個課堂聯動貫穿于整個科技競賽活動中，不斷提高學生綜合素質和科研素養，培養創新能力，從而使學生從知識、能力、素養、責任四個方面得到提高，見圖1。

圖1 工程創新實踐路徑實施

首先，提高大學生素質的路徑先展開在以第一課堂為主的專業創新示范課教學內容和課程上。2020年材料科學與工程學院19級近500名學生在參加專業課程的同時參加了《創業基礎》課程，學生需完成專業知識、財務管理、營銷等方面的自主學習，后期通過沙龍輔導完成完整的關于專業相關的產品設計商業策劃書。專業課程和示范課程交錯輔助，將所學書本知識和基本理論立體化，夯實專業基礎，并且可以引導學生創新，并且綜合運用到實踐之中，讓學生的“根基強起來”，不斷培養學生的創新意識和能力，這也是學生參加科技競賽知識儲備的基礎。

然后，緊密結合第一課堂，利用學生社團、學術科研活動為主題的第二課堂，開展大學生科技競賽，學生大創項目和“輕本計劃”等活動，培養學生的科研興趣，“活力熱起來”。2018年，材料教學實驗中心指導并成立兩個學生社團實驗實踐協會和TQM云技術創新社。兩個社團主要負責金相大賽和模具的賽前培訓和賽事組織，還有一些科研講座活動。學生自主的活動激發了學生參加競賽的熱情，這也是本項目的能動性。

此外，材料科學與工程學院教學實驗中心與天津市理化分析中心建立材料測試分析實訓基地，獲批2018年河北省大學生質量教育社會實踐基地。該基地以培養材料檢測專業人才為導向，著力實現提升學生創新精神、實踐能力、社會責任感、就業能力，提升學生的職業發展素養。該基地目前每年為在校生進行職業能力培訓達1 000余人次，在學校和社會上有一定的口碑；賽前培訓和聯合舉辦3次校內金相大賽，具有一定的學生基礎；聯合培養的學生在大賽上屢獲佳績，在同行業和學校具有一定的認可度。作為第三課堂的基地建設也是本項目的特色之處。

最后，在“工程創新”的科技競賽中課程思政(第四課堂)顯得尤為重要。學生在競賽的設計和培訓中巧妙融入課程思政，著眼個人價值和社會價值的統一，更加注重個人成才的全面發展，強調培養擔當民族復興大任的時代新人，這也是教育所要實現的根本目標。

(二)工程實踐創新能力提升路徑的教學設計

在教學過程中，重視教師、學生、教學過程3個方面反饋、評價和提升。材料專業有別于其他的專業，更加注重工程應用和經驗的交流，因此實現“專創”融合，就該在方法設計上進行更為巧妙的設計，具體見圖2。本次教學設計主要是基于行動學習，項目式學習和分析體驗式教學方法，促使學生在教學或是比賽過程中，自主完成項目選擇，團隊組建，項目實踐和項目輔導沙龍等活動，結合四個課堂的特點和優勢，最終達到學生完成知識儲備、知識遷移、內化知識、民族責任的四重提升，教學過程中完成夯實基礎、培養科研興趣、職業素養提升和家國情懷培養的4個方面要求。從點到面，層層完成學生創新能力的培養和提升。

圖2 教學過程設計

(三)工程實踐創新能力提升路徑的競賽選擇

李培根院士指出：在主動實踐過程中，學生的質疑力、觀察力、協同力、領導力等多種素質都能得到很大提高，會大大增加學生今后取得創新成果的幾率。實踐教學與科技競賽相結合，為學生提供多樣化的學習和發展途徑，充分滿足學生創新學習、自主學習的需要，更好地培養學生的工程實踐能力與科技創新能力。因此，科技競賽選擇和設計上尤為重要。

經過4年的探索，河北工業大學材料教學實驗中心組織參與科技競賽及獲獎情況如圖3所示。材料學科可參與科技競賽的種類分為3種：專業基礎類賽事，材料綜合類賽事，科技創新型賽事。專業基礎賽事門檻比較低，更加強調受眾范圍，使更多的學生加入到競賽中；材料綜合賽事更看重學生專業知識的應用，對于學生專業應用有要求；而科技創新類賽事則更看重學生學科交叉的應用，對于學生有更高的工程創新要求。三類競賽依次對學生提出更高的要求，對于培養學生徐徐漸進，起到對學生工程實踐創新能力的提升的作用。

首先，專業基礎賽事主要考慮是學生的受眾度。為了激發學生的積極性，避免學生“望而生畏”“知難而退”，設置多級基礎類競賽，注重學生的參與度，助力學生多維發展。河北工業大學金相大賽自2016年以來舉辦了4屆，涉及的學生多達近百人。該項賽事在學生口中“代代相傳”，建立了一定的口碑，建立了賽事品牌效應。開設綜合創新類實踐教學課程和大創項目，并與院、校、省、全國各級大學生專業競賽掛鉤，增強學生參加競賽的意愿，強化學生的實踐和應用能力。

其次，材料綜合類賽事是在基礎賽事的基礎上擴展綜合賽事，更注重學生綜合知識的理解和應用。結合校外河北省大學生質量教育社會實踐基地-材料測試分析實訓基地定期培訓，校內“輕本計劃”一線科研教師指導學生了解最前沿科學技術，各類企業的講座和培訓帶學生領略最先進的技術，不斷提升學生工程實踐能力和職業素養。

最后，科技創新類賽事主要目的是創新拔尖類學生的選拔和培養。為了更好地激發學生的潛能，組建團隊考慮跨學院的組合，多學科學生的融合；實行長期有效的指導機制，即每項大賽配有經驗豐富的指導教師全程指導；完善競賽激勵機制，即對于成績優異的學生適當發放助賽金、科研獎勵等。

圖3 科技競賽類型選擇及獲獎情況

值得一提的事，大學生工程實踐能力的培養不僅體現在技術、知識等方面的與時俱進，還體現在家國情懷、使命擔當、價值規范等諸方面。另外，“工程創新”突出強調“新”，應該體現以往的人才所不具有的全新特點，這主要體現在強烈的時代使命、突出的價值關懷以及強烈的時代擔當。可以說，工程創新是一個綜合性、包容性的概念，而這恰恰是“課程思政”(第四課堂)所致力于工程實踐創新能力著力的關鍵點和難點。

總之，根據學生的個體和成長特點，選擇不同的科技競賽路徑和科技社團，依托社會實踐基地，輔以課程思政，不僅僅為學生提供平時的學習、實驗和實習機會，同時還為學生綜合工程能力應用和家國情懷的培養提高創造了良好的環境。這是深入開展科技競賽的重要支撐條件，同時也為科技競賽平臺的構建鋪設靈活的課堂。在研究科技競賽中出現的問題和發展趨勢，根據“四個課堂”相互作用和提升的教學改革模式，并結合實踐教學環節，為科技競賽平臺構建起核心的載體，這是對科技競賽的變革和延伸，使科技競賽為創新型人才培養服務的導向作用更加明確，從而科技競賽和教學改革實現雙贏。

二、本項目的特色和創新

把第一二三四課堂有機結合，實行多維度評價，具體見圖4。對于學生學業的評價不僅僅停留在第一課堂上，而更重視對學生過程的評價，學生也可自主評價考核。同時第二三四課堂聯動評價學生，學生的評價系統更加立體、科學、多元。

圖4 課程評價體系

打破學科界限，把原本割裂開來的大學生科技競賽與教學實踐結合起來，找到最佳的契合點，建立多元化激勵機制，最大限度發揮每個學生的潛能，實現個性化培養。

課程思政引入科技競賽的任務和目標，不僅提高大學生的實踐創新能力，而且實現了科技競賽的最終目標，提高大學生的國家使命和民族自豪感。

三、基于科技競賽路徑設計實施效果

基于科技競賽的大學生工程實踐創新能力提升路徑目前取得了初步效果。

由我教學實驗中心實驗教師和實驗技術人員主編的《金屬材料基礎實驗指導書》《金相分析技術及應用教材》已被實驗課程體系采納，并且廣泛應用在工程技術人員。校級教改課題3項，省級教改課題2項，教改論文若干篇，申請了多項專利和軟件著作權，獲得多項各級競賽獎勵。

對2016―2019年參與競賽的材料類專業學生近100人反饋統計，發現學生金相大賽的參與度逐年提高，如圖5所示，這也說明該項賽事的知名度在學生中建立起來，其對于學生的影響作用也越來越大。我中心連續3年指導學生參加全國大學生金相大賽、全國大學生材料綜合技能大賽和河北省、天津金相大賽，累計獲得特等獎5項，一等獎7項，二等獎6項，三等獎6項，并且多次獲得優秀指導教師的稱號。課題組成員多次指導節能減排社會實踐與科技競賽、“互聯網+”大學生創業大賽、“挑戰杯”、iCAN國際創新創業大賽，中國TRIZ杯大學生創新方法大賽， “互聯網+”大學生創新創業大獎賽，全國大學生電子商務“創新、創意及創業”賽，取得校內獎項十余次，省級獎項數次，國賽兩次。

圖5 歷年參加校級金相大賽的人數統計

圖6為材料類基礎賽事2016—2019年調查統計。學生通過基礎賽事對于學科興趣、動手能力、主動性、表達能力和團隊溝通意識有顯著的提高。在2016年金相大賽舉辦的第一年，材料類學生參加競賽人數較少，學生參與度很低。但是到了2019年，隨著參賽學生人數的增多，學生的訴求也發生了明顯的變化：單一的賽事對于學生的影響越來越小，學生更看重綜合應用型和科技拔尖類的大賽。

圖6 材料類基礎賽事2016—2019年調查統計

圖7為材料類綜合賽事2016—2019年調查統計。學生通過基礎賽事對于學科興趣、動手能力、主動性、表達能力和團隊溝通意識有顯著的提高。2016—2019年的提高程度幾乎相同。這是由于綜合類賽事一般選拔的為優等生，對于其專業拔尖的能力的提升具有持續的需求。

圖7 材料類綜合賽事2016—2019年調查統計

2019年我中心開始在科技拔尖類賽事嶄露頭角，但是還存在一些課程和專業銜接的問題，目前我中心跟創新創業教育學院達成意向，繼續改善“專創”融合的教育模式。

四、結語

將科技競賽與“專創融合”教育巧妙融合，不僅為學生提供科研學習展示平臺，也彌補了現有“專創融合”的不足，而且顯著提高了學生的工程創新能力，努力實現中國教育現代化2035的目標。在科技競賽中，協同“四個課堂”的功效，改善“專創”融合的教學改革模式，注重實踐教學環節，變革和延伸“課堂”作用，使科技競賽為創新創業型人才培養服務的導向作用更加明確，實現創新創業教學的四個提升，即：“知識-能力-素養-責任”的提升。總之，基于科技競賽的大學生工程實踐創新能力路徑，是提高工程型創新創業類人才培養質量的有效之法。