基于光電設計競賽的專創融合教育教學研究＊

杜云剛，趙二俊，胡秀珍

（內蒙古工業大學理學院，內蒙古 呼和浩特 010051）

全國大學生光電設計競賽是由中國光學學會主辦、全國大學生光電設計競賽委員會具體負責的一項全國高校光電類專業的重要賽事，2020-01 全國大學生光電設計競賽被納入了全國高校競賽排行榜競賽樣本庫。該賽事為全國光電專業及相關專業學生綜合運用專業知識開展科研實踐活動提供了權威的國家級交流平臺，在促進高等教育改革和人才培養，促進學生創新實踐能力提升等方面起到了重要作用。

課程教學與學科競賽深度融合能較好地促進高校人才培養質量提升。李斌等以光電設計競賽為載體，研究了“以賽促賽，以賽育人”的光電創新人才培養和選拔模式[1]。張瑞成等提出將大學生電子設計競賽等比賽內容向實驗教學內容、畢業設計轉化，切實培養學生的創新能力[2]。國內學者在學科競賽與專業課程體系的融合[3-4]、學科競賽與實踐教學、學科競賽促進工程實踐能力提升、學科競賽促進創新創業能力提升等方面開展了研究[5]。胡海山等提出從理念更新、機制完善等方面著力，將創新創業教育融入高校人才培養全過程，形成暢通有效的創新創業人才培養路徑[6]。孫萍多維度分析地方高校“創專”教育融合的問題，提出了創專教育融合的措施[7]。學科競賽是創新創業教育的重要環節和手段，歷屆競賽產生的賽題、參賽項目等可以整合為豐富實用的教育教學資源。本文提出以全國大學生光電設計競賽的賽題和參賽項目為創新創業教育教學資源，通過具體可行的教學設計，使資源有效融入光電類本科專業人才培養全過程，提高專業課程的高階性、創新性、挑戰度，提升大學生的創新實踐能力。

1 大學生光電設計競賽現狀分析

大學生光電設計競賽自2008 年首屆競賽舉辦以來，至今已經成功舉辦八屆。競賽賽制改為一年一屆，其中奇數年舉辦創意賽，注重光電專業競賽的開放性，為命題賽征集賽題、為“互聯網+”等創新創業競賽儲備推薦項目；偶數年舉辦命題賽，注重光電專業競賽的專業性。

1.1 光電設計競賽的參與院校有擴展空間

表1 列舉了近幾屆競賽的信息，2019 年參加區域競賽的規模達到178 所高校（這些高校不是都有光電專業），1 448支賽隊、5 000 余名參賽學生。但相對于全國有光電類專業的高校數（其中有光電信息科學與工程專業的院校接近260所）還有差距，區域競賽的參賽規模還可以大幅擴展。受疫情影響，2020 年光電設計競賽由命題賽改為創意賽，參賽高校達到246 所。

表1 近幾屆全國大學生光電設計競賽的參賽信息

1.2 大學生參賽的影響因素分析

表2 列舉了近幾屆命題賽的賽題，從表中可以看出，完成競賽需要的知識來源于單片機技術、光電檢測技術及系統、光電圖像處理等專業課程，這些課程一般在大三才開設。“基于智能手機的蘋果糖度無損測量”這個賽題中水果無損糖度測量是很多碩士論文研究的內容，因此即使學過了相關光電專業課程，要完成命題賽的實物制作也是很難的。大學生光電設計競賽一般在暑假進行賽區決賽、國賽，大三學生因就業、考研等原因參賽不積極，大一大二學生要進行相關內容的自學才有可能參賽。技術原因是影響地方院校大學生參加光電設計競賽的主要原因。創意賽相對于命題賽規定技術難度降低，2019 年、2020 年參賽高校數量大幅增加。

表2 近幾屆全國大學生光電設計競賽（命題賽）賽題

2 基于光電設計競賽的專創融合教育的需求分析

2.1 提高專創融合的認識

根據問卷統計，參加光電競賽全國決賽的指導教師有55%是光電技術類課程任課教師自發擔任；25%是學院選拔和指定；20%是校院成立競賽指導小組，由成員擔任，主要是有校賽和省賽的院校。參加國賽的學生有三個來源：校級、省級光電競賽后選拔[1]，由學院相關培訓后考核選拔，由指導老師挑選。對于大多數地方院校主要是由光電技術類課程任課教師挑選一些學生組隊參賽。由于普通地方本科院校師資水平、生源等因素的限制，光電競賽的指導教師、學生選拔都存在困難。所以每年能實際完成一屆比賽的學生人數還是很有限的。

學科競賽是高校專業建設和課程改革的有力抓手，是培養學生創新實踐能力和團隊協作精神的有效途徑。參賽高校、指導教師如果把“獲得好的名次”作為參加光電設計競賽的唯一目標，由于受學生能力、實踐條件、經費、現場發揮等因素的制約，地方院校的參賽積極性、持續性將不能保證。所以光電設計競賽在學生創新實踐能力培養的同時，也要突出在專業建設和課程改革方面的作用。可以在區賽、國賽期間舉行實踐教學（如課賽融合）等方面的教育教學研討會，實現“以賽促學、以賽促教”，提高參賽作品的賽后教學利用率，吸引更多地方院校師生關注光電設計競賽。每年暑假開設的全國高校光電信息類課程教師研修班可以開設競賽指導相關的專題。

2.2 加大光電設計競賽的宣傳和推廣

2020 年全國競賽（創意賽）決賽的232 個項目中，涉及醫藥健康的53 項，涉及城市交通的52 項，涉及生活服務的67 項，涉及工業制造的32 項，涉及科學儀器的21 項，涉及娛樂的2 項，涉及農牧漁業的5 項。建議各賽區要發動理工科、醫科、師范類、農科類院校參賽，鼓勵各地參賽院校推薦當地其他院校師生聯合參賽，促進光電技術與教育、醫療、交通、制造、金融、綠色能源、生態農業、消費生活等深度融合。擴大光電設計競賽賽題征集師生范圍，提前賽題發布時間，便于大學生以賽題為基礎申請各級各類大學生創新創業項目，解決參賽經費問題，提高光電設計競賽作品質量。

在全國大學生光電設計競賽官網開設專欄及時發布歷屆競賽的優秀作品的視頻、文本，供參賽學生交流學習和教師教學應用。鼓勵大學生對參賽項目在賽后進行持續研究，申報教育部產學合作協同育人項目、大學生創新創業訓練計劃項目，發表學術論文和申請專利。

3 基于大學生光電設計競賽的教育教學設計

3.1 基于命題賽賽題的實踐教學設計

從表2 可以看出，光電設計競賽（命題賽）的賽題從智能移動測量小車到光電智能垃圾分揀車，技術越來越新，對學生能力要求越來越高，使用的控制板、傳感器等不斷升級。“基于光電導航的智能移動測量小車”賽題要求設計一輛具有光電導航功能的智能車，要求從線路的指定點出發，沿軌道上鋪設的“8”字形導航條走完全程。在行走過程中，利用光電技術測量、記錄沿途所通過的三段隧道各自的長度及沿途路邊樹木的總棵數。這個賽題內容就可以引入本科專業實踐教學環節。

很多高校的電子信息類專業在大學一年級開設了“C 語言”課程（也有慕課可供自學），“C 語言”可以用于51 單片機編程。基于光電競賽賽題配合單片機學習板和光電傳感器可以實現電子信息類專業同一年級全部學生的實踐能力訓練。基于賽題的實踐教學不是所有人完成整個賽題，而是從賽題中提煉出合適的內容進行實踐教學，降低對實驗器材和場地的要求。表3 是以光電設計競賽賽題為內容的實踐教學項目設計，可以為電子信息類、物理類、測控類專業實踐課程采用，提升低年級大學生的創新實踐能力。

表3 基于光電設計競賽賽題的實踐教學項目設計

表3（續）

3.2 基于創意賽參賽項目的教育教學設計

在本科專業培養方案中畢業要求是對學生畢業時應掌握的知識和能力的具體描述，包括學生通過本專業學習所掌握的知識、技能和素養。中國的工程教育認證組織采用EC2000 標準，包括工程知識、問題分析、設計/開發解決方案、研究、使用現代工具、工程與社會、環境和可持續發展、職業規范、個人和團隊、溝通、項目管理和財務、終身學習等共計12 條標準項，這就轉化為理工科本科專業培養方案中畢業要求 12 條[8]。

全國大學生光電設計競賽（創意賽）已經舉辦了兩屆，決賽項目共429 項。這些項目集中展示了大學生如何發現問題，提出研究方案，解決問題，與企業開展的創新項目不同，這些參賽項目貼近在校大學生實際，能引起在校大學生的關注和興趣。教師收集創意賽項目素材按照表4 進行梳理，生成的教育教學資源可用于本科生專創融合教育，用于專業課程知識點的教學和課程設計，也可供學生申報各級大學生創新創業計劃項目時參考。培養方案中通過課程目標的達成支撐畢業要求的達成，反過來，也可以根據畢業要求選擇參賽項目引入課程教學內容，提高專業課程的高階性、創新性、挑戰度。

表4 用工程教育認證12 條分析創意賽參賽項目

國賽決賽項目中共有27 項為初創組，這些項目在參賽時已完成工商登記注冊，基本實現了將光電信息技術與移動互聯網、人工智能、物聯網等新一代信息技術和經濟社會各領域緊密結合，培育出了新產品、新服務、新業態、新模式，實現了初步盈利和社會價值。這些項目展示了一個企業的創新創業過程，是光電類本科專業開展認識實習、畢業實習的全新教學資源。參加光電設計競賽的大學生中有勵志的故事、創新的故事，教師可以整理形成課程思政教育資源，與創新創業教育資源同時融入本科專業教學中。

3.3 基于光電設計競賽的專創融合教育教學實踐與成果

2018—2020 年，內蒙古工業大學充分挖掘光電設計競賽中的創新創業教育資源，在專業導論、認識實習、專業創新實踐、畢業設計（論文）、專業課等課程中靈活應用，取得了較好的教學效果。基于光電競賽賽題學生申請校院兩級科技創新項目14 項。學生獲得光電競賽區賽獎41 項；獲得國賽一等獎（金獎第一）1 項，二等獎1 項，三等獎4 項；內蒙古工業大學獲得競賽優秀組織獎3 項；光電設計競賽參賽項目引入“走近科技——大學生創新實踐”自治區級在線開放課程，在智慧樹教育平臺46 所高校的9 700 余人選課，帶動了內蒙古醫科大學首次參加大學生光電設計競賽。

4 結語

全國大學生光電設計競賽是培養大學生創新實踐能力的重要環節，擴大競賽的影響力和受益學生范圍具有重要意義。國內高校的光電類、物理類、測控類專業可以充分利用光電競賽的資源，組織學生積極參與校賽、省賽、區賽、國賽等實踐，在參與競賽準備的過程中促進自學，在賽場上促進互相學習。高校教師把賽題、參賽項目等轉變為適合本校的教學資源應用于課堂教學等環節，能充實各類專業課程的創新創業教育資源，能有效改善對大學生創新創業實踐的指導幫扶，增強學生的認同感，提高大學生參與實踐的積極性和創新創業能力。