引入學科競賽知識元素的教育教學改革研究與探索

王東云，張水潮，高有堂，薛冬梅，宋家友，徐源，梁明亮

摘? 要：學科競賽作為培養大學生獨立思考、研判分析、規劃設計、創新思維和團隊合作等能力培養的重要載體，不斷地推進高校人才培養和教育教學的改革。課題組研究人員在深入研究各類學科競賽知識體系和競賽元素基礎上，梳理出學科理論型競賽、學科應用型競賽、創新創業實踐型競賽三大類型，匯集河南省和兄弟省份高校的學科競賽成果和有效數據，列出了學科競賽主要需要知識元素和能力構成矩陣列表，得到分析問題、獨立思考、社會責任、拓寬視野、奠定基礎、激發興趣、溝通協調、設計開發、研判分析、創新能力、團隊合作、前沿探索12項能力競賽知識元素。然后根據競賽元素對能力提升的貢獻度和知識覆蓋面，融入各個教學環節，實現了“1133”引入學科競賽知識元素的理論教學和實踐教學的深度改革。最終完成社會型、應用型、創新型和工程型人才培養目標和12條畢業要求，實現了以學生為中心、結果為導向和持續改進的人才培養目標。

關鍵詞：學科競賽;知識元素;教學改革;研究與探索

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2021）32-0001-08

Abstract： As an important carrier of cultivating college students' abilities such as independent thinking， research， analysis， planning and design， innovative ability and team cooperation， the subject contest is constantly pushing forward the reform of talent cultivation and teaching in colleges and universities. On the basis of in-depth study of the knowledge system and competition elements of various disciplines， the researchers of the research group have sorted out three types of disciplines： theoretical competition， applied competition， and practical competition of innovation and entrepreneurship， and this paper brings together the achievements and effective data of the subject competition of the universities in Henan Province and its sister provinces， and lists the main knowledge elements and ability composition matrix of the subject competition， which has 12 competitive knowledge elements such as broadening vision， analyzing problems， independent thinking， social responsibility， laying foundation， stimulating interest， communication and coordination， design and development， innovation and entrepreneurship， research and analysis， innovation ability， team cooperation and frontier exploration. Then， according to the contribution degree and knowledge coverage of competition elements to the improvement of ability， it integrates each teaching link and realizes the deep reform of theory teaching and practice teaching of "1133" introducing subject competition knowledge elements. Finally， the goal of cultivating social， applied， innovative and engineering talents and 12 graduation requirements have been met， and the goal of cultivating students-centered， result-oriented and continuous improvement has been realized.

Keywords： subject contest; knowledge element; teaching reform; research and exploration

大學生學科競賽作為培養大學生創新精神、創新能力和團隊合作意識的有效途徑和重要載體，在創新人才培養中發揮越來越重要的作用[1]。通過競賽的形式考察學生的實際分析問題、解決問題的能力，培養學生的創新意識和競爭實力、科學嚴謹的態度和勇于探索的精神，促使學生在學習過程中能不斷地分析問題、推理推測、領悟知識，形成不怕困難努力攻關的頑強意識[2]。如何把競賽活動的知識體系和競賽元素融入人才培養方案、課程體系和全過程育人中去，同時加強創新實驗平臺建設，研判學科競賽評價機制，開展學科競賽信息化建設，制訂學科競賽管理辦法這一系列問題自然成為課題組思考和聚焦研究的重點。為此，河南省教育廳、課題組主持單位黃淮學院，參與單位鄭州大學、中原工學院、鄭州輕工業大學、南陽理工學院和鄭州鐵路職業技術學院等院校開展了課題調研與實施工作，匯集河南省和兄弟省份高校的學科競賽成果和教學改革情況，特別是研究競賽對大學生創新意識和綜合素質基礎上，梳理競賽知識體系和競賽元素，融入課程體系，重組課程模塊，推進理論教學和實踐教學的改革，最終實現人才培養目標達成和畢業要求。

一、大學生學科競賽類型分析

我國普通高校大學生學科大賽的發展歷史經歷萌芽期、初興期，目前正處于蓬勃發展期，無論是辦賽，還是參賽都呈現積極向上的態勢[3]。高校大學生學科大賽項目種類繁多，類型多樣，特征多變，對高校學科競賽活動如何梳理分類學科競賽、大賽的知識體系和競賽元素融入高校全過程育人中去，進而科學構建人才培養方案，深化改革教育教學模式，大賽知識元素如何推進高校內涵質量建設，對學科大賽如何科學合理地評價等一系列問題都亟待探討和研究的課題，教育部中國高等教育學會也專門成立課題組展開“高校競賽評估與管理體系研究”方面的研究[4]。具體以“中國‘互聯網+大學生創新創業大賽”等46項學科大賽的學科的知識體系、知識元素和應用能力為切入點，把學科競賽可以分三大類，分別是學科理論型競賽、學科應用型競賽、創新創業及實踐類競賽。

具體如下：第一類：學科理論型競賽。這一類比賽大多為考試型的比賽，而且一般為個人賽，當然也有類似程序設計大賽這樣的團隊賽。這類比賽非常看重學生的理論功底以及基本功扎實的情況。這類比賽由于注重基本功，所以獲獎名單很大概率就是學校實力排名榜單。如中國大學生數學競賽是面向本科生的全國性高水平學科競賽，全國大學生數學競賽為青年學子提供了一個展示數學基本功和數學思維的舞臺，為發現和選拔優秀數學人才并進一步促進高等學校數學課程建設的改革和發展積累了調研素材。代表比賽：丘成桐大學生數學競賽、ACM-ICPC、CCPC、全國大學生周培源力學競賽、全國大學生數學競賽、全國大學生英語競賽、外研社杯全國大學生英語（閱讀、寫作、演講、辯論）大賽、中金所杯全國大學生金融知識大賽。第二類：學科應用型競賽。這一類比賽同樣是短時間（一般為3～4天）作品賽，作品的形式可能是一篇學術報告（比如數學建模），也可能是提交一個可以實現一些功能的作品（電子設計、機械創新），甚至可能只是一張海報或者一份PPT。絕大多數參與過競賽的本科生一般都是參與這一類型的比賽，即通過幾天幾夜的時間完成一個項目，然后提交進行評審。如全國大學生電子設計競賽是教育部倡導的大學生學科競賽之一，是面向大學生的群眾性科技活動，目的在于推動高等學校促進信息與電子類學科課程體系和課程內容的改革，有助于高等學校實施素質教育，培養大學生的實踐創新意識與基本能力、團隊協作的人文精神和理論聯系實際的學風。代表比賽：全國大學生數學建模競賽、美國大學生數學建模競賽、全國大學生電子設計競賽，全國大學生機械創新設計大賽、全國大學生結構設計競賽，還有一些企業級的比賽，如阿里巴巴天池大數據平臺、Kaggle平臺等都很不錯。第三類：創新創業及實踐類。如果說從微觀到宏觀，那么理論、應用、實踐則是不斷地把一個知識點綜合起來，最終走向社會，造福人類競賽。這類比賽的特點通常是周期十分長，短則幾個月，長則一年甚至兩年的準備周期。比如“大挑”和“小挑”，基本上都是隔一年參賽，但是想要獲得很好的成績，都需要盡早準備，并且需要花費大量的心血去做一些有實際意義的作品，這一點是與第二類比賽截然不同的地方。這類比賽應該是最為鍛煉一個人的綜合實力，如“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽是一項全國性的競賽活動，簡稱“大挑”（與“挑戰杯”中國大學生創業計劃大賽對應）。該比賽創辦于1986年，由教育部、共青團中央、中國科學技術協會、中華全國學生聯合會、省級人民政府主辦，承辦高校為國內著名大學，“挑戰杯”系列競賽被譽為中國大學生學術科技“奧林匹克”，是目前國內大學生最關注、最熱門的全國性競賽，也是全國最具代表性、權威性、示范性、導向性的大學生競賽。代表比賽：“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽（大挑）、“挑戰杯”中國大學生創業計劃大賽（小挑、創青春）、中國“互聯網+”創新創業大賽、全國大學生節能減排社會實踐與科技競賽等[5-6]。

二、學科競賽知識元素和綜合能力關聯矩陣

大學生學科競賽作為培養大學生創新精神、創新能力和團隊合作意識的有效途徑和重要載體，在創新人才培養中發揮越來越重要的作用，已經在教育界形成共識，所以如何根據OBE理念把競賽活動的知識競賽元素融入教學環節，特別是融入創新實踐教學環節和全過程育人，同時加強創新實驗平臺建設，研判學科競賽評價機制、開展學科競賽信息化建設、制訂學科競賽管理辦法這一系列問題自然成為教育工作者深思的問題，河南省教育廳指定教學改革項目組研究人員聚焦問題并展開了深入細致的研究工作。

學科競賽可以分三大類，分別是學科理論型競賽、學科應用型競賽、創新創業及實踐型競賽。學科理論型競賽包含奠定基礎、分析問題、獨立思考、社會責任四種能力;學科應用型競賽包含拓寬視野、激發興趣、溝通協調、設計開發四種能力;創新創業及實踐類競賽包含研判分析、創新能力、團隊合作、前沿探索四種能力，合計12項能力（但不全部是這些）。按照上述大學生學科競賽的分類與分析，具體以國家課題組研究成果總結的中國“互聯網+”大學生創新創業大賽等國家46項學科大賽的知識體系元素和應用能力為切入點，對河南省和周邊省份高校參加學科競賽的指導老師和參賽學生進行網上邀請參加問卷調查《46項國家高校學科競賽排行榜分類調查表》10000份、《46項學科競賽知識體系元素分類調查表》10000份、《46項國家高校學科競賽排行榜知識能力調查表》10000份，共收獲有效調查表分別是9800份、9610份和8930份，然后把46項學科競賽主要需要的知識元素和12項能力構成矩陣列表，可以計算得出522個知識點，列表矩陣涉及A、B和C課程模塊，D、E和F教育平臺，具體A代表通識課程知識元素，包含知識點93個，占知識點的比例為17.82%;B代表基礎課程知識元素，包含知識點120個，占知識點的比例為22.99%;C代表專業課程知識元素，包含知識點107個，占知識點的比例為20.50%;D代表實踐教育知識元素，包含知識點134個，占知識點的比例為25.67%;E代表創新教育知識元素，包含知識點61個，占知識點的比例為11.69%;F代表工程教育知識元素，包含知識點51個，占知識點的比例為9.77%。遵循課程體系重構基本原則，再從競賽知識能力矩陣中提取知識體系元素對學生能力提升的貢獻度入手，最后重構培養方案課程體系模塊和教育平臺，推進人才培養綜合素質和創新能力的提高，表1是學科競賽主要需要知識元素和能力構成矩陣列表，也可見《全國普通高等院校大學生競賽白皮書》，由中國高等教育學會“高校競賽評估與管理體系研究”專家工作組編寫，2019年5月浙江大學出版社出版。

通過對46項學科競賽主要涉及的知識元素進行梳理，然后對知識元素和12項能力構成矩陣列表進行分析，可以得到如圖1所示的6項競賽知識元素和12項能力構成柱狀圖，如圖2所示的6項競賽知識元素和12項能力構成雷達圖。從圖1可以分析在三大類競賽中取知識元素影響最高前三項強化課程教學設置，分析結果是A通識課程模塊設置時，強化基礎知識、團隊合作和前沿探索教學的內容和課程體系設置;在B基礎課程模塊設置時，強化分析問題和獨立思考教學的內容和課程體系設置;在C專業課程模塊設置時，強化拓寬視野和設計開發教學的內容和課程體系設置;在D實踐課程模塊設置時，強化激發興趣和設計開發實踐教學的內容和課程體系設置;在E實踐課程模塊設置時，強化激發興趣和設計開發教學內容知識體系內容;在F實踐課程模塊設置時，強化激發興趣和設計開發教學內容知識體系內容。排在前三的知識元素分別是創新能力、分析問題和溝通協調。

從圖2可以分析競賽元素和學生能力提升的知識元素覆蓋面，分析結果排序是D實踐知識元素覆蓋面最大，包含的競賽元素最多，具體體現在溝通協調、激發興趣、設計開發和研判分析能力方面的知識元素，所以實踐教育平臺教學內容設置時注重溝通協調、激發興趣、設計開發和研判分析方面教學內容引入;C專業競賽知識元素覆蓋面第二，具體體現在拓寬視野、設計開發、獨立思考和研判分析能力方面的知識元素，所以專業課程模塊教學內容設置時注重拓寬視野、設計開發、獨立思考和研判分析方面教學內容引入;B基礎競賽知識元素覆蓋面第三，具體體現在分析問題、獨立思考、設計開發和奠定基礎能力方面的知識元素，所以基礎課程模塊教學內容設置時注重分析問題、獨立思考、設計開發和奠定基礎方面教學內容引入;A通識競賽知識元素覆蓋面第四，具體體現在前沿探索、奠定基礎、分析問題和社會責任能力方面的知識元素，所以通識課程模塊教學內容設置時注重前沿探索、奠定基礎、分析問題和社會責任方面教學內容引入;F工程競賽知識元素覆蓋面第五，具體體現在團隊合作、設計開發和前沿探索能力方面的知識元素，所以工程教育平臺教學內容設置時注重團隊合作、設計開發和前沿探索方面教學內容引入;E創新競賽知識元素覆蓋面第六，具體體現在創新能力、溝通協調和研判分析能力方面的知識元素，所以創新教育平臺教學內容設置時注重創新能力、溝通協調和研判分析教學內容引入。

三、引入學科競賽知識元素的教育教學改革

把大學生競賽活動的知識體系和競賽元素融入高校全過程育人，進而科學構建人才培養方案、深化改革教育教學模式，深化研究“四新”背景下的人才培養模式，配合工程教育、專業評估與新技術、新產業、新經濟的協調發展關系，把大學生學科競賽知識體系和競賽元素對人才培養質量和創新能力作為提升抓手[5];課題組和參與學校研究者在深入研究學科競賽知識體系和競賽元素對人才培養質量和創新能力的同時，在OBE理論指導下，堅持以學生為中心、以成果為導向和持續改進的基本理念，根據專業教育質量國家標準，構建符合校情的人才培養質量標準體系。從學科競賽中梳理知識點，融入通識、基礎和專業教育模塊;同時融入實踐、創新、工程教育平臺。促進教學改革以競賽促進能力的基礎上，重構理論教學和實踐教學體系，實現社會型、應用型、創新型和工程型人才培養，最后完成畢業要求和人才目標達成[6]。參與學校在研究學科競賽研究成果的基礎上，展開深度有效的人才教學模式改革研究與探索，特別要加強人才培養目標與畢業要求的邏輯關系構成，兼顧把學科型競賽知識體系和12項競賽元素融入人才培養全過程，強化了人才教學模式改革，構建了“1融入1執行3課程3實踐”的“1133”融入學科競賽知識元素的教育教學改革體系。“1融入”是融入課程思政元素，做到各門課同向同行。“1執行”是執行國家專業標準。理論課程“3改革”第一個是通識課程改革、第二個是基礎課程改革、第三個是專業課程改革。實踐教學“3改革”第一個是實驗教學改革、第二個是實訓教學改革、第三個是設計實踐改革。有條件的學校還建立分專業人才培養環節質量標準體系。如圖3“1133” 融入學科競賽知識元素的教育教學改革流程圖，詮釋了課程標準、課程思政、學科競賽、理論教學改革和實踐教學改革關系及構建流程。

（一）融入課程思政

深入學習貫徹習近平總書記系列重要講話精神和治國理政新理念新思想新戰略，貫徹全國高校思想政治工作會議和我校思想政治工作會議精神，落實立德樹人根本任務，確保育人工作貫穿教育教學全過程。按照價值引領、能力達成、知識傳授的總體要求，深化學校課程思政、專業思政的改革，加強綜合素養課程建設，發揮專業課程育人作用，使各門課程都要“守好一段渠、種好責任田”，與思政課程同向同行，形成協同效應。各門課程都蘊含著豐富的思想政治教育元素，都要發揮思想政治教育功能，在傳道授業解惑中引人以大道、啟人以大智。將價值導向與知識傳授相融合，明確課程思政教學目標，在知識傳授、能力培養中，弘揚社會主義核心價值觀，傳播愛黨、愛國、積極向上的正能量，培養科學精神、工匠精神等。將思想價值引領貫穿課程方案、課程標準、教學計劃、備課授課、教學評價等教育教學全過程，培育專業知識與思政元素深度融合的通識課和專業課。根據不同學科的性質特點，把握好所要挖掘拓展的重點。

社會科學類專業課程要突出體現馬克思主義中國化的最新理論成果，重視價值引導和優秀傳統文化的傳承，引導學生自覺弘揚和踐行社會主義核心價值觀，不斷增強“四個自信”。

自然科學類專業課程要突出培育科學精神、探索創新精神，注重把辯證唯物主義、歷史唯物主義貫穿滲透到專業課教學中，引導學生增強人與自然環境和諧共生意識，明確人類共同發展進步的歷史擔當。

工程技術類專業課程要突出培育求真務實、實踐創新、精益求精的工匠精神，培養學生踏實嚴謹、耐心專注、吃苦耐勞、追求卓越等優秀品質，成長為心系社會并有時代擔當的技術性人才。

藝術類專業課程要突出培育高尚的文化素養、健康的審美情趣、樂觀的生活態度，注重把愛國主義、民族情懷貫穿滲透到專業課教學中，幫助學生樹立起文化自覺和文化自信。

體育類課程要主動與德育相融合，改革體育教學模式，引導學生養成運動習慣，掌握運動技能，發展健全人格，弘揚體育精神。

（二）執行專業國家標準

2018年元月，教育部發布了《普通高等學校本科專業類教學質量國家標準》，涵蓋普通高校本科專業目錄中全部92個本科專業類、587個專業，涉及全國高校5.6萬多個專業點。主要包括概述、適用專業范圍、培養目標、培養規格、師資隊伍、教學條件、質量保障體系、附錄等8項內容。特別對各專業類師資隊伍數量和結構、教師學科專業背景和水平、教師教學發展條件等提出定性和定量相結合的要求。同時，明確了各專業類的基本辦學條件、基本信息資源、教學經費投入等要求。

質量為王、標準先行，頒布《普通高等學校本科專業類教學質量國家標準》對建設中國特色、世界水平的高等教育質量標準體系具有重要的標志性意義。《標準》圍繞以下三大原則：第一，突出學生中心，注重激發學生的學習興趣和潛能，創新形式、改革教法、強化實踐，推動本科教學從“教得好”向“學得好”轉變;第二，突出產出導向，主動對接經濟社會發展需求，科學合理設定人才培養目標，完善人才培養方案，優化課程設置，更新教學內容，切實提高人才培養的目標達成度、社會適應度、條件保障度、質保有效度和結果滿意度;第三，突出持續改進，強調做好教學工作要建立學校質量保障體系，要把常態監測與定期評估有機結合，及時評價、及時反饋、持續改進，推動教育質量不斷提升。有了標準就有了展開教學改革、教學實施的剛性依據，同時也是加強引導、加強監管、加強問責方式。

（三）通識課程教學改革：采用分散組合、分級分層和時效新穎的形式展開教學改革

分散組合。如大學體育課，該課程采用分散組合的方式實施教學改革和教學，全員實施陽光體育工程，比如可以將體育課分為八大類。第一類速度力量型：速滑、短跑、投擲、舉重等;第二類耐力型：競走、游泳、滑冰、長跑;第三類表現健美型：健美操、體操、瑜伽、花樣游泳、冰上芭蕾;第四類技能準確型：射擊、射箭;第五類隔網對抗型：乒乓球、排球、網球;第六類同場對抗型：籃球、足球、橄欖球、冰球、曲棍球;第七類格斗對抗型：武術、擊劍、柔道、摔跤、攀擊;第八類綜臺型：現代五項、現代冬季兩項。然后對每一類進行分組，根據大學生自身情況和學校資源實施教學，不僅兼顧了學生的自身愛好，還達到了教學目的。

分級分層。如大學外語課，根據大學生高考成績或者學校出題考試分級分層教學，把大學生外語水平分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級別和層次，然后再配置教師和教學資源展開教學，達到事半功倍的教學效果，真正扭轉“外語學習一輩子，最后不會說一句” 的局面。

時效新穎。如馬克思主義原理、毛澤東思想概論、時事政治等課程在嚴格遵守教育部規定教學內容的前提下，強化時政時效，把黨的最高指示、國家方針政策和社會經濟發展正能量的內容引進教學，做到時事政治教育“咸中有甜，入心入腦”的效果，增強大學生愛國情懷、民族自信心和自豪感。

（四）基礎課程教學改革：采用知識重組、課程重構和前沿引領的形式展開教學改革

知識重組。如高等數學是一門重要的基礎學科，尤其是現代電子計算機的出現和普及使得數學的應用領域更加拓寬，現代數學正成為科技發展的強大動力，同時也廣泛和深入地滲透到了社會科學領域。把高等數學牽涉的微積分（常規高等數學）、線性代數（數學專業學高等代數）、概率論與數理統計（有些數學專業分開學）、積分變換與復變函數（工程數學）等知識進行重新組合，加入MATLAB軟件仿真，得到大類培養的綜合高等數學知識。大學物理是一門基礎課程，通過課程的教學改革，使學生熟悉自然界物質的結構、性質、相互作用及其運動的基本規律，為后續專業基礎與專業課程的學習及進一步獲取有關知識奠定必要的物理基礎。大學物理以力學、電學和光學三大部分為主要授課，按照大類培養的設想對三部分物理知識點進行知識重組，并且加入有限元軟件操作，得到大類培養的綜合大學物理知識。

課程重構。電路分析是與電力及電信等專業有關的一門基礎學科。它的任務是在給定電路模型的情況下進行電路的拓撲結構分析，然后計算電路中各部分的電流i和（或）電壓v輸入輸出關系。電工基礎主要內容包括：直流電路、電磁的基本知識、正弦交流電路、變壓器與三相異步電動機、簡單機床電路、安全用電。兩部分有交叉重疊部分，所以對電路分析和電工基礎進行課程重構，適合大類招生與培養的要求;數字電路可以分為組合邏輯電路和時序邏輯電路兩大類，用數字信號完成對數字量進行算術運算和邏輯運算的電路稱為數字電路，現代的數字電路由半導體工藝制成的若干數字集成器件構造而成。模擬電路是指用來對模擬信號進行傳輸、變換、處理、放大、測量和顯示等工作的電路。模擬信號是指連續變化的電信號。傳統方法是分開講授，適合大類課程的是把數字電路和模擬電路重構，加入新的軟件PROTEUS內容構成電子技術。

前沿引領。如專業導論課是學校為了使大學生和社會大眾了解相關本科專業內涵特點、專業與社會經濟發展的關系、專業涉及的主要學科知識和課程體系、專業人才培養基本要求等，幫助高校學生形成較系統的專業認識，滿足社會大眾了解相關專業內涵和發展趨勢的要求而開設的課程。專業導論要加入本專業的新的前沿知識，比如電子信息工程專業導論加入一些新的前沿知識，如在模電、數電的復雜電路虛擬仿真方面，Multisim是當之無愧的首選。Proteus是一款集電路仿真、PCB設計、單片機仿真于一體的軟件。Cadence收購并整合了Pspice的功能，涵蓋了電子設計的整個流程，包括系統級設計，功能驗證，IC綜合及布局布線，模擬、混合信號及射頻IC設計，全定制集成電路設計，IC物理驗證，PCB設計和硬件仿真建模等。大型科學計算與仿真軟件Matlab已經配備了電力系統工具包，這使得Matlab可以用于電力電子仿真。Simulink是Matlab軟件包中最重要的功能模塊之一，是交互式、模塊化的建模和仿真的動態分析系統。Simulink對C語言代碼提供了很好的支持，既可以工作在交互式圖形環境下，也可以工作在Matlab指令語言模式的批處理模式下等。

（五）專業課程教學：采用交叉融合、綜合培養和推陳出新的形式展開教學改革

交叉融合。如電子CAD課程，采用Altium Designer軟件教學，它除了全面繼承包括Protel99SE、ProtelDXP在內的先前一系列版本的功能和優點外，還進行許多改進，并增加了很多高端仿真功能，該平臺拓寬了板級設計的傳統界面，全面集成了FPGA設計功能和SOPC設計實現功能，也就是交叉電子設計自動化EDA的內容，從而允許工程設計人員將系統設計中的FPGA與PCB設計及嵌入式設計集成在一起。但是只講解軟件是不夠的，還要交叉引入模電、數電、電子裝配實踐內容，可以達到事半功倍的效果。

綜合培養。單片機原理與應用課程，傳統的授課方式是講理論，做實驗，考試考核結束。但是隨著技術的發展，專用單片機的發展自然形成了SoC化趨勢，隨著微電子技術、IC設計、EDA工具的發展，基于SoC的單片機應用系統設計會有較大的發展。因此，對單片機的理解可以從單片微型計算機、單片微控制器延伸到單片應用系統。所以講授單片機時要綜合仿真軟件Proteus電子設計自動化軟件QuartusII，它是Altera公司開發的CPLD/PGFA系列器件的綜合性開發軟件，其版本不斷升級，從4.0版到12.0版。

推陳出新。軟件選講引入最新專業軟件，如電子信息工程專業涉及的軟件如下如Multisim、PSPICE、OrCAD、PCAD、Protel、ViewLogic、Quartus II、Fundation、Proteus、TINA、Mentor、Graphics、Synopsys、LSIlogic、Ca-ence、MicroSim、FiltrerPro、SwitchPro等。

（六）實驗環節教學：采用融合改造、案例教學、技能提升的形式展開教學改革

融合改造。如高等數學的一般傳統課程，教學內容沒有設計實驗教學環節，通過大學生數學競賽的參與和經驗總結，引入Matlab仿真和項目設計訓練內容，深化了大學生對高等數學在工程、金融、電商、大數據、人工智能和機器人等領域的應用。

案例教學。如自動化專業的自動控制原理課程實驗，經常是“教師難教、學生難學”的局面，把大學生學科競賽飛思卡爾、智能機器人等競賽的案例引入實驗教學，使得深奧難懂的知識借助競賽案例教學的方式傳送給學生。

技能提升。PLC控制系統實驗是電氣工程和自動化專業教學環節，把軟件設計、硬件控制、物聯網技術、電機驅動等技能融入實驗，根據學生學習興趣按照三人小組的方式進行訓練教學，各有分工，綜合提升。

（七）實訓環節教學：采用多能引入、項目教學、實際操作的形式展開教學改革

多能引入。如專業認識實習，根據簽訂的校外實習基地的工藝技術需要，引入問題分析、創新規劃、設計開發和團隊合作多能提升。

項目教學。推動學科建設的一個關鍵是科研項目，梳理教師的橫向縱向的項目知識點，把適合本科教學的內容抽取出來反哺教學，實現專業教育和內涵質量提升。

實際操作。一般每個專業基本有15～20個穩定的校外實習基地和合作單位，外聘實習基地工作人員指導學生崗位實訓的項目訓練，最后完成實際崗位訓練。

（八）設計環節教學：采用項目規劃、競賽融入、設計創新的形式展開教學改革

項目規劃。可將校企合作聯合項目納入畢業設計環節，如城市規劃、鄉村改造，精準扶貧、電商服務，工業互聯、智慧城市等附帶的項目設計與規劃引入教學設計。

競賽融入。把機械成圖、數學建模、英語競賽、機器人大賽、化學大賽、市場調查與分析大賽等46種大賽和12項核心能力的知識點引入教學設計。

設計創新。把挑戰杯、“互聯網+”創新創業大賽、全國大學生節能減排社會實踐與科技等學科競賽知識點元素等引入教學設計。

通過大學生學科競賽知識元素研究與實踐、理論教學和實踐模式的改革與探索、課程體系的研究與重構，在保障和滿足培養目標和畢業要求的前提下，通過督導聽課、教學檢查、教學評價和專業評估等環節監控教學標準是否執行到位，為實踐教學和全方位內涵質量提升保駕護航，形成教學過程持續改進的反饋機制。教學改革首先是融入課程思政元素，做到各門課同向同行;其次是執行國家專業標準;理論課程“3改革”第一個是通識課程改革、第二個是基礎課程改革、第三個是專業課程改革。實踐教學“3改革”第一個是實驗教學改革、第二個是實訓教學改革、第三個是設計實踐改革。教學檢查是監控教學文件是否標準，督導聽課監控教師實施教學環節是否到位和規范，教學評價監控教學各環節是否到達培養目標要求和畢業要求等教育環節，同時也是落實教育部《關于一流本科課程建設的實施意見》核心內容的重要舉措，即建設適應新時代類型教育的高校和要求，適合當地經濟發展和社會需求的一流專業，要讓課程優起來、教師強起來、學生忙起來、管理嚴起來、效果實起來，構建更高水平人才培養體系。

四、結束語

大學生競賽活動已經成為學生自愿夜以繼日全身心投入的學習活動之一，成為激發學生創新激情、訓練思維能力和勞動意識的有效途徑，成為大學生展示創新創意創造力及其成果的重要平臺，引導大學生投入競賽接受挑戰、學出精彩、賽出水平，也是改變“玩命的中學，快樂的大學”悖論之有效途徑之一，更是中學適度減負、大學合理增負之有效手段。文章具體通過大學生學科競賽的分類分析，列出了學科競賽主要需要的知識元素和能力構成矩陣列表，得到奠定基礎、分析問題、獨立思考、社會責任、激發興趣、拓寬視野、溝通協調、設計開發、創新創業、研判分析、創新能力、團隊合作、前沿探索12項能力競賽知識元素。然后根據競賽元素對能力提升的貢獻度和知識覆蓋面融入各個教學改革環節，實現了“1133”融入學科競賽知識元素的教育教學改革，最終滿足了社會型、應用型、創新型和工程型人才培養目標達成和12條畢業要求，實現了以學生為中心、結果為導向和持續改進的人才培養目標。

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