基于專業引領+學科競賽的創新教育實踐＊

白雪峰，李 沛，趙芳馨

（1.北京信息科技大學應用技術學院，北京100192；2.北京信息科技大學機電工程學院，北京100192）

1 創新教育的基本內容及現狀

學校《關于進一步深化教育教學改革，全面提升本科人才培養能力的指導意見（2020—2025 年）》使命愿景中指出：學校以學生為根本，培養專業精深、素質全面，且具有較強實踐能力、創新意識與國際化意識的全方面發展的應用型高素質人才。跟蹤調查北京信息科技大學學生畢業后就業及創業狀況，結果表明，發展前景良好、在職場中擁有競爭力的畢業生都得益于在校期間創新意識的培養，尤其突出的是積極參加學科競賽的學生。大學生創新能力的培養，核心的任務是培養其創新意識，在此基礎上培養其應用實踐能力。連續多年的調研與跟蹤數據表明，大學階段是培養創新意識、創新能力極其關鍵的階段[1]。目前，各高校都開展了豐富多彩的創新與創業教育課程，但在實施過程中還存在許多亟待解決的問題，如創新教育開展的時機較晚，難以實現對學生的創新創業全過程教育；學生的參與比例較低，教師為主導的被動式創訓管理模式不能充分激發廣大學生自主創新的活力；以實驗室指導為主的教學手段，不能充分利用優質創訓資源和實踐平臺。

改革傳統意義上的創新教育模式，將會在一定程度上緩解這些問題。培養學生的想象力、宏思維、批判性思維，建立現代學習體系，培養創新人才，已經成為應對諸多復雜性挑戰、實現可持續發展的關鍵。教師的使命也隨之發生變化，由知識和技能的傳授轉化成引領培養學生擁抱未來的能力。作為人才培養主陣地的高校，一定要不斷探索新形勢下的新任務，改革人才培養模式，創新人才培養路徑，激發教學活力、推動教育教學改革、促進內涵發展，把創新教育列為人才培養的重要內容。為此，學校正式將創新教育課程列入常規教學計劃，結合課外創新活動的實施開展，取得了良好的成效。將創新教育的內容與專業課程有機融合在一起，盡早在常規的教學活動中把培養學生的創新意識、創新能力潛移默化地融入進來，尤其是通過學科競賽，來有效達到創新教育的目的[2]。

2 推進創新創業教育與專業教育融合，提升學生實踐能力

2.1 專業引領實戰訓練課程開展方式

專業引領實戰訓練的宗旨是把專業教育和創新創業教育有機地融合在一起，取得了明顯的效果。課程采用翻轉課堂的教學理念開展教學活動，研究如何選擇不同類型單片機和機器人程序語言去實現機器人的感知、決策與智能行為，以Ardunio 語言+單片機小車套件實現循跡機器人為教學案例，使大學一年級學生通過實際設計與制作機器人小車的過程，深入地了解和掌握一般機器人組成和檢測控制系統，探索機器人設計與實現的應用與解決實際問題的方法[3]。圖1 為學生作品，以學生為主體，通過“親密接觸”，體驗到知識學習的樂趣。

圖1 學生作品

Arduino 控制模塊作為實驗小車的控制核心，TCRT5000 紅外反射傳感器作為小車系統的感光系統，能夠準確識別路面明暗度色調變化。電機驅動模塊由L298N 芯片與2 個直流電機構成，作為小車的動力系統。經過代碼輸入、系統的組裝調試，實現小車功能。正常情況下自動行駛，路面明暗相差較大時循跡行駛，特殊情況下避障行駛。

課程基本要求（必修部分）為完成2 周（10 d）的課程學習，具體內容如下：①講解本課程基本內容，講解機器人制作的基本工程思維與訓練流程；②演示機器人的運行視頻，參觀卓越聯盟實驗室、學院創新基地、智能科學與技術實驗室；③演示智能“循跡”小車，介紹小車元器件的信息，講解Arduino 平臺應用及Arduino 語言編程特點及關鍵語句；④安裝Arduino IDE，編譯例程及練習題，課堂分組訓練，解答編譯出現的問題；⑤搭建循跡小車硬件，包括底盤固定、循跡模塊、控制器、驅動板、電機，電源管理模塊的安裝；⑥編譯2 個光電傳感器循線例程，下載編譯好的循跡控制程序，調試小車；⑦講解智能傳感與檢測技術，指導完成5 種光電傳感器的原理及應用實驗；⑧完成多個傳感器檢測與融合的循跡小車，包括改進循跡小車硬件，編寫多個傳感器循跡小車的控制程序，小組討論分享編程思路，編譯下載調試；⑨進行總結，提升“舉一反三”的能力，拓展提高小車的穩、準、快的控制性能，依據相關競賽注意事項繼續改進小車性能；⑩準備參加學院機器人小車競賽。在第一學期，完成機器人小車組裝和直線、黑線循跡功能實現；在第二學期，完成多個傳感器檢測與融合的循跡小車功能實現，為參加競賽做準備。

經過學習實踐，學院組織競賽，現場檢驗學生自己動手的成果，激發學生內在潛能，增強創新精神和實踐能力。賽場上，學生們緊張地調試自己的程序，根據賽道的實際情況不斷修正自己的設計，看到自己動手完成的小車在賽道上馳騁，學生們熱情高漲。開發了學生潛在的創造能力，真正激發了實踐創新的熱情。

在剛開始接觸專業實戰課程的時候，學生們感覺很興奮和茫然。對這門課程有很大的興趣，但也對自己將要學的課程缺乏了解。專業引領實戰訓練使學生對專業有了初步的了解以及對自身今后專業發展有了較為系統的認識。在初學的時候，大多學生對這門課程有較多的困擾，主要與高中所學知識出入較大并且對編程代碼也不甚熟悉。在經過一學期代碼語言的學習與教師悉心地教導后解決了一系列問題，成功地做出了循跡小車并且開始有了自己的想法和創新。與此同時，在學習過程中，除了增加了對這門課的了解外也對自身專業進行了認識與學習，對今后的專業學習有了心理目標及預期。教師定期講解疑難點、組員們共同學習解決問題，對這門課程的學習越加得心應手。在競賽中，當自己的想法與設計付諸實踐，當小車在比賽中順利到達終點的瞬間，成就感油然而生，激發了學生們學習、實踐、創新的樂趣。圖2 為參賽作品及比賽現場[4]。

圖2 參賽作品及比賽現場

2.2 與時俱進改革實踐教學方式，提高教學質量

在疫情的特殊情況下，學校全方位地推進線上教學，面對疫情結合實踐教學的特殊性，學校整體部署加強實踐教學的工作，緊密結合專業特點“轉危為機”，依據課程的特點，改革實踐教學傳統的方式方法，從實際情況出發，充分利用自建及公共虛擬仿真實驗資源，持續提升人才培養質量。創新實踐系列課程指導教師團隊進行了“分布式居家實踐+學習成果導向”的教學設計，利用嵌入式系統仿真開發及專業電路仿真軟件平臺和已建設的線上學習通課程資源，開展線上實踐教學。將實驗室實物小車開發套件郵寄給全國各地的學生，實現專業引領實戰訓練課程設計的“線上教學+實際機器人小車操作+課程結業考核+開學后學科競賽”教學方式的實施，開拓創新出了實踐教學方式新模式，線上線下有機融合，保證工程實踐教學質量。學生們對這門課程的學習都很投入，并沒有因為距離遙遠而斷了聯系，反而因為這一輛小車每天共同鉆研它的組裝與編程方法而拉近了彼此之間的距離，不僅學到了知識，還增進了友誼。

新型的創新教育人才培養-專業引領實戰課程平臺能很好地激發大學生的創造性思維，新生自入學開始，及早進入創新平臺培養，并以此為基礎，在后續學習過程中，根據不同年級階段的特點，采用相應的培訓方式及評價體系，做到4 年不間斷，以專業為導向，從啟發創意思維、引導創訓實踐、提高創新能力、推動創業培育4 個維度進行遞進式培養，力求實現創新創業教育的全覆蓋[5]。

3 展望

將創新教育與專業教育進行有機深度融合的意義非常重大，是培養適應當代與未來發展所需人才的重要舉措，在實踐過程中會遇到很許多問題與挑戰，要進行系統的梳理與實施。

3.1 構建科學的專業評價體系，筑牢專業基礎

在學科專業評價體系構建過程中，要注意人才培養以專業教育為根本，讓學生筑牢基礎，學到扎實的專業基本功，為培養高水平應用性人才奠定扎實的基礎。在創新創業型學科專業人才培養道路中，根本原則依然要以促進人才專業化發展為基礎增強雙創素養。在評價指標上，重點體現專業基礎上創新能力的延伸。構建評價指標的過程中，將專業理論基礎、實踐能力、創新意識養成、創造性思維培養、創業精神培育等方面作為第一級評價指標，再根據各項一級指標細劃其他各級評價指標，由此確保最終評價結果更具指導性和客觀性，真正達到專業學科特色化，培養學生創新創業能力。

3.2 縱深推進創新創業教育，培養高水平應用性人才

高校需要從人才教育全過程進行創新創業教育，縱向上，創新教育應該整個大學4 年學習階段不間斷，構建并不斷完善實踐創新平臺課程體系，增設實踐基地，加強校內外實踐教學資源建設，在校內外建設合適的實驗室，打造科技創新類實訓基地，不斷增強學生的實踐能力與實踐經驗；橫向上加強與地方、行業、企業之間的協同育人，以社會發展和學生職業生涯發展需求為雙導向，強化與企業、行業的合作，利用專業知識，讓學生積極參與到企業實習中去，參與項目實戰，不斷增長實踐經驗，為以后學生進入企業打下堅實基礎，培養具有創新、創造、創業能力的高素質應用型人才。