新工科背景下基于競賽的創新人才培養模式的探究與實踐

孫軍英

（河北師范大學中燃工學院，河北 石家莊050024）

“新工科”體系下所培養的工程技術人才應是具備工程實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的復合型人才[1]。因此，高校需要不斷完善工科人才培養中創新能力教育體系，提升工科人才創新創業能力，探索建立創新型工程人才培養模式。

學科競賽考察的是知識點的實際應用，在提高學生實踐動手能力的同時，也有助于學生加深對專業知識的理解，而越來越多的科技競賽題目都已經超越了單一學科的范疇，需要多門學科的思想、知識和方法綜合起來才能解決。另外，由于參加學科競賽的學生人數較少，而能夠真正從學科競賽中獲益的學生更是少之又少。為了提高學科競賽對學生的受益面，只有將學科競賽融入到課堂教學過程，尤其是實踐教學環節，讓更多同學參與到學科競賽營造的教學環境中，才能最終達到提升教育教學質量、培養應用型創新人才的目標[2]。本文以國家級、省級電子信息類重要學科競賽為依托，將其涉及到的專業理論知識與實踐技能進行研究分析，提取出其共性的部分，并將其拆解到教學計劃中相應的專業課程以及實踐教學環節中。只有打破課程甚至專業之間的壁壘，融會貫通，建立良好的知識體系，才能打造出集多種交叉學科于一體的科技競賽作品。

1 重構課程體系 重組教學內容

1.1 構建“2結合，4模塊”的課程體系

課程體系是實現人才培養目標的重要載體，應當支撐起所有的畢業要求，根據新工科“人才培養”交叉與融合的特點，構建了“3結合+4模塊”的專業課程體系，即“理論、實踐與應用相結合”，根據學科競賽對學生知識和能力的要求，將專業課程分為四個模塊，“語言類模塊”“基礎類模塊”“綜合類模塊”和“創新類模塊”。各模塊之間既相互獨立，又互相支撐，逐層遞進。“語言類”模塊中涵蓋了學科競賽所需要的程序設計課程，主要開設在大學一年級階段?！皠撔骂惸K”中包括物聯網和機器人兩個專業方向，學生可以結合自己的興趣任選其一。另外，考慮到學生參加競賽時需要的知識儲備，在人才培養方案中，將單片機原理及應用、嵌入式系統設計、EDA技術和傳感器原理及應用等與學科競賽關聯較緊密的專業平臺課程的開設學期前移，使學生盡早地掌握學科競賽必備的專業知識。為了實現“寬口徑、厚基礎”的培養目標，一方面加大模擬電子技術、數字電子技術等專業基礎課程的理論和實踐比重。在原有的基礎上增設電子技術課程設計，突出“綜合性、設計性”實驗項目。另一方面，采取將多門課程整合打造成一門課程設計的方法，例如，傳感器檢測技術+單片機原理及應用；RFID技術+嵌入式系統等，這樣既保證了教學總學時，又體現了新工科對于多門課程的交叉融合和整體應用。

1.2 通過重組教學內容，實現學科競賽反哺教學

針對國家級和省級學科競賽對學生知識體系與實踐能力的不同要求，梳理各學科競賽項目中的共性專業基礎知識，并加以歸納分類。學科競賽的內容涉及知識面比較寬，可以把學科競賽融入課程教學過程中，提出理論和實踐課程需要增加的內容，弱化復雜的理論過程，強化知識在競賽中的應用。專業課程中可以增設的競賽內容與學生能力培養的對應關系如表1所示。通過修改部分理論課程教學大綱，形成實習項目及教學案例，實現學科競賽反哺教學。并在實施過程中不斷對教學內容進行調整、充實和更新。最終形成了一套完善的創新人才培養模式。

表1 競賽內容與學生能力培養的對應關系

2 建設“第二課堂—實踐基地—省級平臺”的階梯式平臺體系，發展“校園競賽—省級競賽—國家級競賽”的交互式競賽模式，著力強化學生工程實踐創新能力

成立第二課堂中心，設立學生科創項目，開展校園科創競賽，學生自主申報、自主研究，在親手實踐的過程中激發創新潛能、挖掘科研能力。與企業保持密切關系，建設校內實踐平臺與校外實習基地，真實再現生產場景，讓學生在親身體驗中感受行業魅力并探索發現問題，提升實踐能力，激發創新意識。依托河北省電子電工實驗教學示范中心和河北省物聯網創新中心兩個平臺，開展各類競賽項目，提升學生的創新能力。

為了調動學生參與的積極性、主動性，學院制定了一系列獎勵措施，遴選優秀作品報送省級、國家級競賽，發展了“校園競賽—省級競賽—國家級競賽”的交互式競賽模式，以賽促學、以賽促教、以賽促練，極大地激發了學生的參與熱情，對提高學生創新能力有著顯著效益。

3 創新教學形式，激發學生的學習興趣

隨著科技的不斷進步，新技術、新企業不斷出現，為了適應時代發展的需要，必須不斷改革教學方法和教學手段，圍繞學生的全面發展，將學生的情感認知和專業知識兩方面的增長作為課程的中心，發展學生主動參與、交流、合作與探究等多種學習形式。

3.1 項目為導向的教學形式

實踐教師團隊以學科交叉融合為特色，結合學科競賽對知識和能力的要求開發了6個具體的實踐教學項目：《離線式激光雕刻機的設計與制作》《通信收發信機的設計與研制》《無線傳感網絡節點供能的振動能量收集裝置》《基于嵌入式智能化工程項目》《基于CDIO的機電融合類項目實訓》與《汽車坐墊溫控器》。每個項目既包含了機械建模，機械部件的加工與組裝；又涵蓋了電子線路設計；電路模塊焊接、調試；高頻信號發生器、頻譜分析儀等設備的使用以及嵌入式系統設計和計算機編程等多學科專業知識，使學生掌握了更多的專業知識，真正實現了多學科交叉融合的目標，培養了跨學科人才，增強了學生的綜合能力，提升了學生競爭力。

3.2 基于CDIO的小組互助式學習形式

在項目的實施過程中結合CDIO工程教育模式（如圖2所示），以小組為單位，每個小組由4～6名學生組成。采取個人學習和小組互助學習相結合的形式。個人學習激發學生學習積極性，在創新能力和創新意識方面得到提升，使學生獲得最佳的學習體驗；小組互助學習能夠提高團隊解決復雜工程問題的能力，培養團隊協作精神，掌握溝通合作技能，增強個人和集體榮譽感。在考核評價環節，側重考查學生在項目完成過程中的參與度和貢獻度，通過個人自評、小組成員互評、組間互評、教師評價相結合，分階段、分層次的方式。

圖2 基于CDIO的小組互助式學習形式

3.3 “線上+線下”的實踐教學模式

實踐教學作為理論教學的有益補充，旨在線上教學資源的日益豐富，打破了以教師實驗室面授為主的傳統線下實踐教學模式，延長了學生的自主學習時間。采用了如圖3所示的3種“線上+線下”的實踐教學新模式：①“線上優質資源課+線下”模式。通過網上大量優秀的資源共享實驗課程使學生提前熟悉實驗內容，了解實驗器材，厘清實驗內容和相關理論知識之間的聯系，帶著問題走進實驗室。②“微課、慕課+線下”模式。教師借助雨課堂、學習通、QQ群、釘釘群等網絡平臺發布錄制好的微課或慕課視頻，學生們可以隨時隨地登陸平臺進行學習，也方便教師對學生的預習效果進行監督和檢測。教師錄制的視頻不只是單單的將以教師講解為主的線下操作步驟搬到了網絡上，而是結合“啟發式”“探究式”等多種教學方式，引導學生自覺地、主動地探索，掌握認識和解決問題的方法和步驟。③“虛擬仿真平臺+線下”模式。前兩種教學模式都是需要學生在實驗室完成全部實驗項目，教師從旁協助和指導，同學們之間可以相互探討和溝通。“虛擬仿真平臺+線下”模式采取部分實驗項目借助虛擬仿真軟件在線上完成，但是完全線上式虛擬仿真又無法使學生獲得真正的實際操作體驗，而且欠缺與教師之間的互動，導致實驗效果受到影響。因此需要結合線下的方式，讓學生走入實驗室，看一看，用一用真正的實驗設備，縮小仿真與實際之間的差距。這種模式一方面實現了學生無論在自習室、圖書館還是家里都可以共享實驗資源；另一方面緩解了實驗設備使用緊張，也更加方便教師來布置一些拓展項目用于學生在課后完成。

圖3 “線上+線下”實踐教學新模式

4 競賽成績學分化、指導教師團隊化、項目團隊交叉化

4.1 競賽成績學分化

我院將學科競賽納入人才培養方案，支持競賽成績向學分轉化。為鼓勵學生積極參與，學院成立了由院團委與專業教研室骨干成員組成的“本科生創新競賽項目立項委員會”，統籌負責參賽宣傳與作品選拔，并對優秀作品予以經費支持，為學生競賽項目研究提供了組織保障、制度保障與經費支撐。

4.2 指導教師團隊化

學院組織具有豐富指導學生競賽經驗的一線教師和行業企業專家成立了專門的學生競賽導師團隊，他們中既有充滿活力和創新思維的年輕教師，也有經驗豐富在教學和科研方面能力突出的中老年教師。在指導參賽學生完善作品的同時，創造性地將競賽成果融入教學改革中，豐富了教學內容，實現了“競賽成果”與“教學內容”的雙向轉化。

4.3 競賽團隊交叉化

我院作為河北師范大學的工科學院，在專業設置上涵蓋了機械工程、電子信息工程、電氣工程及其自動化、汽車服務工程等專業。而許多國家級的學科競賽旨在引導和提升大學生學習的自主性、實踐性和創新性，涉及電子、機械、控制、計算機等工科專業。因此組建跨學科的學生團隊尤為重要，也能夠充分發揮我院的優勢。對于學生的選拔，尊重人才培養規律，從大一新生開始就組織校賽進行人才選拔，選拔有興趣、有潛力又有能力的學生參加校賽、省賽以及國賽，通過培養讓學生實現自我創新能力的不斷提升。另外，組建跨年級的學生團隊，在高年級本科生中，選拔一批曾在各類學科競賽中獲獎的同學，參與到競賽團隊中，一方面充分發揮榜樣的作用，將他們的經驗傳承下去，除此之外，還可以充實到教師指導團隊中，輔助教師進行賽前指導。

5 結論

隨著新經濟、新產業的迅速發展，“創新”的概念也有了延伸，在“變革與發展”的基礎上，更加強調了各創新主體、創新要素的交互復雜作用。我院以學科競賽為平臺，通過改革課程體系，重建教學內容，創新教學形式，學生團隊、指導教師團隊和實踐教學項目實現交叉融合等一系列舉措，對創新性人才培養模式進行了探索和實踐，學生創新思維和創新能力得到了提升，人才培養質量得到了提高。進一步推動了教學改革的深入發展。