以“未來飛行器創新大賽”為依托的競賽導向型教學創新研究與實踐

郭晶，吳國輝，齊輝，曾繁麗，廖晏如，李香雨

（哈爾濱工程大學，哈爾濱 150001）

百年大計，教育為本。教育是社會進步、民族振興的基石，是提高全民素質、促進個人全面發展的根本途徑[1]。在高等教育教學改革中，培養具有創新和實踐能力的高素質創新型人才是高校人才培養工作的重中之重。研究生群體是新時代的創新主體和生力軍，也是未來社會經濟發展和科技創新的領軍人。哈爾濱工程大學航天與建筑工程學院按照面向現代化、面向世界和面向未來的要求，進行教育教學改革，創新教育教學方法，以“研究生創新實踐系列大賽”為依托倡導啟發式、探究式、討論式和參與式教學，培養學生科研興趣和科研邏輯思維，通過參加競賽的方式進行領域內前沿熱點問題的研究，深入了解研究相關競賽主題的任務背景和知識，在與其他參賽隊伍進行技術交流的過程中提高研究生學術能力，與此同時，形成教學內容更新機制，充分發揮現代信息技術作用，促進優質教學資源共享。

基于學術競賽的研究生創新實踐平臺搭建對實施國家創新驅動發展戰略有著舉足輕重的作用。2013 年國家全面啟動以“服務需求、提高質量”為主線的研究生綜合教育改革，改革的首要任務是提高研究生的創新實踐能力。“中國研究生創新實踐系列大賽”以國家戰略需求和經濟社會發展為導向，以提升研究生創新實踐能力為核心，以提高研究生培養質量為目標，其運營模型為“以研究生為主體，以國家戰略需求為導向，以行業企業參與為支撐”，本單位的教學可以基于學術競賽進行研究生創新實踐平臺的搭建，將高起點、全方位、多角度的學科競賽與培養一流研究生人才的目標融為一體，以賽促學，以學強賽，激發學生的興趣和潛能，培養學生創新思維、團隊合作及解決實際問題的能力，在競賽中加強跨學科合作、高年級引導帶領低年級學生，逐步形成學生與競賽團隊相互促進、相互發展的良好態勢；以賽促教，以教助賽，將競賽融入到專業教學當中，強化學科競賽與相關課程建設的結合，圍繞學科競賽引導學生進行課題研究，不斷推動教學內容與方法的改革，打造知識、能力、素質協調發展的創新型人才，營造校園創新文化氛圍，推動研究生教育內涵式發展。

一、大賽背景

“飛行器創新大賽”是“中國研究生創新實踐系列大賽”下的一項熱門賽事，自舉辦以來全國各高校研究生積極參加，已經涌現出一大批優秀比賽項目。

“中國研究生創新實踐系列大賽”創辦于2013年，旨在通過競賽和激勵的形式，提高研究生的創新能力和實踐能力，助力國家急需、重點領域高層次創新人才培養。舉辦10 年以來，受到了500 余所高校和科研院所的60 余萬在校研究生的積極響應和廣泛參與，社會聲譽和影響力與日俱增。大賽秉承“以研究生為主體，以國家戰略需求為導向，以行業企業參與為支撐”的運行模式。協同辦賽，將研究生培養與產業需求深度融合。相關主題賽事分別得到北京市、上海市、廣州市、武漢市和成都市等地方政府的大力支持，上海自貿區臨港新片區、南京江北新區、杭州國家“芯火”雙創基地等高新產業園區和華為技術有限公司等知名企業深度參與，促進了研究生教育人才供給與產業需求的對接和融合，走出了一條政產學研用多方協同的辦賽之路。2020年，教育部、國家發展改革委、財政部《關于加快新時代研究生教育改革發展的意見》明確指出，鼓勵辦好研究生創新實踐大賽。系列大賽接受教育部學位管理與研究生教育司和教育部學位與研究生教育發展中心的指導，得到教育部和中國科協領導的高度肯定，賽事前景可期。2021年，系列大賽共設置10 項主題賽事，分別是智慧城市技術與創意設計大賽、未來飛行器創新大賽、數學建模競賽、電子設計競賽、創“芯”大賽、人工智能創新大賽、機器人創新設計大賽、能源裝備創新設計大賽、公共管理案例大賽和鄉村振興科技強農+創新大賽。這些賽事涉及的學科領域均為國家急需、重點發展領域，助力國家急需重點領域高層次人才培養。

其中，“中國研究生未來飛行器創新大賽”是“中國研究生創新實踐系列大賽”主題賽事之一，由教育部學位管理與研究生教育司和教育部學位與研究生教育發展中心指導，中國學位與研究生教育學會和中國科協青少年科技中心主辦，國際宇航聯合會、中國航天基金會、中國宇航學會、中國航空學會聯合主辦。大賽以“創新改變未來”為理念，圍繞飛行器技術創新，著力增強廣大研究生自主創新能力、綜合實踐能力，切實培養和發掘高素質拔尖創新人才。每屆承辦單位與各培養單位攜手共進，旨在把大賽辦成在研究生群體、研究生培養單位、航空航天院所廠企及社會上有較大影響力，被國內外研究生培養單位和行業廣泛認可的全國性、高層次重要賽事，逐步向高水平國際重大賽事邁進。

二、競賽導向型教學模式

（一）現狀與發展前景

以學術競賽為依托的研究生教學改革為高校啟發式、探究式、討論式和參與式教學提供了實踐平臺，強化與相關課程建設的結合，是一個有效提高研究生創新能力和實踐能力的教學手段，目前國內外已經逐步以學術競賽為契機，創新課程體系和課程內容，促進科研團隊的成長[2-4]。

國內在大學生科研能力的培養上起步較晚，但是國家從立法方面，高校從行政方面都給予了支持和重視，部分學者也從理論和實證的角度對大學生科研能力培養的重要性進行了研究。國內許多普通高等院校忽略了對學生創新能力的培養，專業課程設計也只是注重對課本知識的傳授，在教學管理中注重對基礎知識的考察而缺乏發散思維課題的實踐，2013 年研究生教育綜合改革以來，從人才培養客觀規律和學生需求出發，圍繞提升拔尖學生培養質量和綜合素質的目標，以促進學生自主性、創新性開展科學研究為根本，多所高校多種專業開展基于學術競賽的研究生創新實踐平臺搭建，提高學生的創新能力和知識技能。

國外學者對影響大學生參與科研活動成效的諸多因素進行了深入研究。普遍認為課外科研活動更加有助于學生的認知發展，參與科研活動能夠提高大學生的交流能力、批判性思維和科學分析能力；提高學生自主學習的積極性、主動性和責任心；提高溝通能力、領導能力和人際交往能力，對大學生的智力、能力、人格、社會性和職業規劃的發展具有巨大的促進作用[5-6]。

本文在總結國內外學者經驗的基礎上進行相關研究分析和實踐應用，將研究成果應用到本專業專業課的教學當中，并推廣到其他相關專業學科的教學當中。考慮到“研究生創新實踐系列大賽”其下包括一系列囊括多學科的競賽項目，我們可以充分結合和利用它的多元性，讓多種學科都能參考本項目的研究內容，設置相應的教學模式，最大程度發揮實踐教學的優勢，打破傳統的教學模式單一、教學知識碎片化和學科課程孤立化的局面，從整體上建構多學科知識間的有機關聯，提高學生綜合運用多學科知識觀察問題、分析問題和解決問題的能力，形成基于學生發展需要的、綜合的、完整的和開放的問題解決能力，使教學效果顯著提升。

（二）結合本專業現狀的競賽導向型教學模式內容

作者所在單位哈爾濱工程大學航天與建筑工程學院十分注重研究生的培養質量，為教師結合自身特點進行教學改革研究提供了大力支持，出臺了一系列保障措施以保障教師順利開展教學研究方面的工作，為將高起點、全方位、多角度的學科競賽與培養一流研究生人才的目標融為一體提供了保障。學院一直鼓勵教師和學生參加學術類競賽，且作者在近兩年曾獲得國際工程力學競賽組委會（亞洲區）國家級優秀指導教師一等獎和黑龍江省基礎力學微課教學比賽黑龍江省力學學會省部級一等獎，具有豐富的教學經驗和心得體會。

“研究生創新實踐系列大賽”是落實全國研究生教育會議精神、推動新時代研究生教育改革創新發展、助力研究生成長成才的有力抓手。我們致力于從這一系列比賽入手，將課程教學與比賽相結合，以《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020 年）》[1]及《國家中長期人才發展規劃綱要（2010—2020 年）》[7]等文件的精神為指導，將理論與實踐相結合，遵循學生學習能力培養和創新實踐能力發展的基本規律，以課程基本內容為基礎，比賽內容為導向，整合、優化教學內容，由理論到實踐、從學到做，將教學與比賽相結合，充分利用系列比賽的多元化，為學生提供一個可以跨學科學習合作的平臺，培養學生的理論實際應用能力和多學科知識聯合使用的能力，實現高水平的“教、學、做”一體化。

本研究主要包含以下幾個方面，結合了實際情況，整合出一套實際有用、推廣度高的教學方案，為構建完善高效的研究生創新實踐平臺提出行之有效的方案。

1.系統分析研究“研究生創新實踐系列大賽”。分析系列比賽中各項比賽的主要針對專業和研究方向，梳理其中包含的各研究方向的縱向橫向關系和聯系緊密程度，找出其中和本學科相關及靠近的專業方向，有針對性地整合相關理論知識來準備理論教學內容。

2.綜合分析本學科重點方向和學科優勢。對本學科各研究進行分析研究，掌握各專業的優勢研究方向，整理相關專業內容和研究方向，橫向對比選擇優勢學科，提取相關學科的重點理論和應用實例，整合成綜合性的課程內容。

3.將學科專業內容與具體比賽相鏈接，形成具體的目標導向，針對比賽內容定制相應參賽計劃和項目大綱，有目的地學習要用到的和相關的理論知識，參考學科經典應用案例，學習邏輯思維和問題處理辦法。

4.協助學生分析個人需求。從學生的研究方向出發，考慮未來發展計劃，工作需求等因素，分析適合學生的具體專業方向。協助學生分析選擇合適的參賽項目，并為學生在比賽中的具體定位提出指導意見。

5.針對學生需求培養學生個性化發展。在協助學生分析選擇合適的研究方向和參賽項目的基礎上，有針對性地從整體理論教學內容中選取適合的部分，單獨學生形成單獨的知識體系，而又在整體學生小組中達成平衡互補的最終效果。使每個學生得到個性化發展，培養學生的自主創新實踐能力。同時，培養小組內學生的團結協作能力，充分發揮各種學科專業的優勢，相互合作相互補充，學生間配合得到1+1＞2 的高效成果。

6.將理論代入到比賽的實踐應用當中。在指定合理的理論教學規劃和比賽計劃后，指導學生實現從理論到實踐的高效應用，將所學的課程理論知識投入到實際應用當中。而比賽過程正是一個很好的理論實際應用的過程，也能通過在比賽中和參賽隊伍進行技術交流，發現不足，學習新的應用，并檢驗最終的應用結果。

（三）競賽導向型教學模式現有難題

我們擬在競賽的基礎上實現科學教學，使學生以競賽為導向掌握理論知識并應用到競賽當中，實現理論與實踐相結合的高效教學，幫助學生形成系統的科研思維和應用能力。但在實際施行中我們發現了以下需要解決的重點問題。

1.學生的參賽主動性和積極性欠缺，使我們注意到學生間的一系列競賽的推廣問題，目前很多研究生將更多精力投入到科研當中，對研究生競賽的認知度較低或不愿過多投入精力到課外科研比賽當中。因此教師應當在教學中進行相關的科普，在“破五唯”[8]的當下，重視競賽在研究生生涯中的比重，了解競賽對于研究的意義和重要性，提高學生參與競賽的積極性和主動性。

2.理論到實踐的轉化過程是一個值得深思和關注的重點過程。建立什么樣的衡量標準，以什么指標為衡量依據十分重要，這決定著轉化成功與否和對教學過程評價的準確度。這不僅考驗學生對于理論知識的靈活應用的能力，同時也考驗教師在指導教育過程中能不能將理論與實際緊密結合的能力。

（四）研究途徑與方法

我們擬采取多元化的研究途徑，充分利用現代教學手段，最大程度發揮互聯網等高效教學資源的便利性和優越性。具體包括如下內容。

1.對于“研究生創新實踐系列大賽”的分析研究。首先在網絡進行相關資料的收集匯總，包括官方的競賽報名通知、各大高校的校內通知、競賽報名要求、往年競賽項目名單和往年獲獎項目名單等。之后大數據分析所得資料，整合往年所有包括的專業方向，挖掘分析高競爭力的研究內容和方向為后續教學內容的安排和競賽報名做好準備。

2.探索學科優勢和提取重點內容。對本學科所包括的所有研究方向進行分析梳理，找出發展最好的方向前沿，選取相關方向的經典理論和應用實例。考慮聯系合作其他院系相關專業的導師，聯合分析雙方重點優勢方向并選取合理有用的相關理論知識，實現跨學科合作，建構多學科知識間的有機關聯，以提高學生綜合運用各學科知識觀察問題、分析問題和解決問題的能力。

3.競賽推廣。在這一環節，通過校園公眾號推廣，班級宣傳，網絡會議宣講，班級組織群內消息推廣，導師推介等多元方式促進消息的充分擴散，提高學生對于競賽的認知。之后可以推廣往年競賽獲獎項目的詳細內容，吸引相關方向感興趣的同學進行了解參與，提高學生參賽的積極主動性。

4.對于學生的需求分析，可以采用問卷調查，班級座談，交流分享會等多種形式形成基于學生發展需要的教學規劃和參賽建議。

5.提供跨學院合作的平臺，調查各學科的優勢專業，促進各學科有機結合。以競賽為導向，聚焦真實問題解決，營造開放包容的學習場域，培養學生綜合的、完整的和開放的問題解決能力。

（五）研究結果分析

根據以上研究內容與方法，我們從本單位所在專業領域出發，選取力學和航空宇航兩個專業為重點，將學科知識與系列大賽旗下的“未來飛行器創新大賽”相結合，進行了教學實踐研究。

“未來飛行器創新大賽”以“創新改變未來”為理念，圍繞飛行器的技術創新開展相關賽事，著力考察參賽研究生的自主創新能力、綜合實踐能力，旨在培養和發掘高素質拔尖創新人才。我們分析了往年賽事章程和參賽隊伍的項目內容組成結構，結合本專業研究優勢，選取跨介質無人飛行器為研究方向組成研究生參賽隊伍。首先參加校賽選拔，取得校賽一等獎第一名的好成績。之后報名國賽的國際賽道，經過學生和指導老師的共同探討分析和內容優化，結合學科前沿熱點，最終選定參賽題目為“Variable Configuration Power Propeller UAV for Large Envelope Submarine Flight Mode”。

在備賽過程中，針對大賽的特色，幾名研究生分別對各自專業的知識進行分析和梳理，討論發現，有導向性的學習使得學生對于知識的掌握更加精準，記憶深刻，且能夠快速地結合實際情況運用到比賽項目上。對比傳統課堂的理論學習模式，以競賽為導向的學習研究極大地提高了教學效果。與此同時，跨學科的合作打開了學生的思維格局，在對本專業學科知識達到了很好地掌握的同時還學習了其他學科的基本知識，打破了研究的局限性。除了專業知識的學習，由于隊伍內學生包含力學、航空宇航等不同專業，需要不斷地磨合協作，在整個合作過程中，學生的協調組織能力、交際能力都得到了很好的鍛煉和發展。以競賽為導向，聚焦真實問題解決，營造開放包容的學習場域，培養了學生綜合的、完整的和開放的問題解決能力。

三、結束語

通過分析研究，我們發現，以競賽為導向的教學模式具有極大的優勢。這一教學模式打破了現有的課程教學的學科界限和壁壘，是基于學生完整的問題解決能力和綜合的實踐創新素質培養的跨學科融合教學。幫助學生進行參賽定位的同時充分發揮每個學生的特長，相互促進，共同學習。能夠進行聚焦具體競賽問題的理論教學，實現理論與實踐相結合的高效學習，為學生提供日常科研以外的途徑形成系統的科研思維和理論應用能力。這一模式應當在高校教育改革中獲得更多的重視和發展，充分發揮競賽導向在教學引導中的積極作用。