學科競賽目標驅動的新工科大創訓練模式探索

陳重學，徐 飛，杜富瀅，曾玉彬

（武漢大學動力與機械學院 湖北 武漢 430072）

黨的十八大以來，我國把創新作為引領發展的第一動力，全面實施創新驅動發展戰略。日前，全球創新指數的排名[1]顯示中國從2012年的第34位上升到2021年的第12位，昭示著我國已邁入創新型國家行列。然而，近幾年大型精密儀器、芯片、航空發動機等系列“卡脖子”技術困境[2]警示我們必須要提升制造業核心競爭力，推動我國從制造大國邁向制造強國。新型工程人才是推動制造業制造能力質變的源動力，面對新一輪的科技革命和產業變革，如何將創新有機融入新工科人才的培養全過程，更好地服務于“中國制造2025”戰略規劃[3]，是國內高校在當前新工科教育中需要著力思考和探索的重大課題。

為了進一步深化創新教育改革，加強工科大學生的創新精神，提升實踐能力，共青團中央、中國科協、教育部、工信部等單位先后主辦或倡導了多項全國性大學生學科競賽活動[4]，積極引導大學生參與角逐。其中，與工科大學生相關的不乏互聯網+、挑戰杯、節能減排、機械創新設計等高級別賽事。學科競賽是在課堂教學知識基礎上的升華，旨在通過競賽課題的研究，培養大學生的創造意識和創新精神，以使學生綜合素質和動手能力得到全面提高。文獻[5]指出大多數學科競賽是以團隊形式開展，有利于增強學生的協作意識和合作精神。然而，并非所有的學科競賽與學生創新能力的提升都呈正相關。雖然學科競賽一定是建立在學科基礎上，需要扎實的專業知識作為支撐，但是文獻[6]提到很多學生剛進大學就開始忙于參加各類賽事，而忽略了專業基礎理論知識的系統學習，依靠東拼西湊勉強完成競賽指定的目標和任務。因此，即便他們可能獲得好的成績，但其專業知識是碎片化和殘缺的，知識儲備不全面、不系統，就很難結出創新之果。

與大學生學科競賽并行的大學生創新創業訓練計劃也是高校轉變教育思想觀念，改革人才培養模式的另一有力舉措。在大創項目中，學生團隊在老師的指導下需要對課題的目的和意義、課題的內容、課題的思路和方案等進行研究，整個項目需要經歷團隊的組織、項目的申請、項目研究和實施、項目結題等過程。通過項目的實施可使學生認識到如何將書本上的知識運用到實踐中，并建立基本的科學素養和科學精神。文獻[7]指出學科競賽和大創訓練是當前提升新工科大學生實踐能力的兩大創新載體，二者既有相通之處，但又各有側重。共同之處在于兩者均是以強化創新能力訓練，增強高校學生的實踐創新能力和在創新基礎上的創業能力，培養適應創新型國家建設需要的高水平創新人才為最終目標。但與學科競賽相比，大創訓練更貼合教師的科研課題，覆蓋面更廣，自由度更高，目標性和任務性不像學科競賽那么明確，因此門檻相對較低，學生參與度更高。文獻[8]針對新工科人才培養的特點，提出深化科教融合、創新育人，校企合作、協同育人，采用多學科交叉和體系化培養提高學生的綜合素質。

在創新型新工科人才的培養過程中，如何利用好學科競賽和大創訓練兩大載體，建立兩者互通互促的紐帶，發展人才培養的新理念、新模式和新體系，是當前新工科人才培養的重要命題。本文針對目前提升新工科大學生實踐能力的兩大創新載體，學科競賽和大創訓練的差異性和相通性進行了深入分析和總結，結合對（武漢大學以下簡稱“我校”）新工科大學生的問卷調查，提出以學科競賽為目標驅動大學生創新訓練的培養模式，以期提高新工科人才培養質量。

1 學科競賽和大創訓練兩大創新載體的差異性和相通性

近期，我們圍繞“能否以學科競賽為目標驅動新工科大學生創新訓練”這一研究課題，開展了問卷調查，以期厘清兩者間的關系。

圖1顯示在我校受訪的180名工科大學生（含本科生和研究生）中，有56%的同學參加過學科競賽，其中以團隊形式參與的占參賽總人數的55%，并且他們全部都參與過大創訓練項目，說明我校工科學生對開展創新實踐訓練抱有濃厚的熱情。83%的參賽學生認為創新性是學科競賽評分的重要標準，92%的學生認為參加學科競賽對培養創新意識有幫助，但只有56%的學生認為課程知識在學科競賽中有適用，63%的學生認為學科競賽對專業學習有幫助。從以上統計數據可以看出，開展學科競賽的初衷的確是鼓勵創新，但創新的基礎是知識積累，很多參賽同學為了創新而創新，而忽視了創新的本質。

圖1 學科競賽、大創訓練及二者關聯度問卷調查

在受訪的參加大創訓練項目的學生中，有84%的學生認為課程知識在大創訓練中有適用，這一比例遠高于上述學科競賽的統計數據。雖然他們在開展大創項目研究的過程中遇到了知識儲備不足、缺乏實踐經驗、撰寫報告困難等諸多問題，但仍然通過師長指導、團隊合作和資料查閱等方式攻堅克難，科研素養和合作意識得到了全面提升。87%的受訪學生認為學科競賽和創新訓練所需的基礎知識重合程度高，且都需要嚴密的邏輯思維和發散思維。雖然大創訓練與學科競賽的目標導向有所差異，大創訓練與理論結合更緊密，學科競賽更注重實踐，但是以學科競賽為目標可以更好地驅動大創項目的開展。受訪學生認為大創訓練中的知識積累可為學科競賽奠定理論基礎，研究平臺可為學科競賽提供硬件支持，孕育的科學素養可為學科競賽提供軟件支撐。

2 以學科競賽為目標驅動大創訓練的培養模式

以上研究結果表明：以學科競賽為目標來驅動新工科大學生創新訓練的策略是合理可行的。那么，在指導學生開展大創訓練和學科競賽時，如何做到有的放矢，有章可循？我們認為可以從以下三個方面進行。

2.1 以大創訓練夯實專業知識基礎

扎實的專業知識和系統的知識結構是創新的基礎，學生創新思維的培養離不開知識的積累。大創訓練與課堂知識緊密相關，因此，教師可以吸引低年級（大一、大二）學生開展大創項目研究，一方面引導他們通過科學研究鞏固課堂知識；另一方面激勵他們發揮主觀能動性，通過探索獲取知識，獲得解決問題的方法，形成探究的學習精神。教師需要運用各種方法和手段，讓學生在參與發現、探索、研究的過程中，感受和理解知識產生和發展的過程，積累專業基礎知識，為創新能力的培養打好堅實基礎。

2.2 以學科競賽升華實踐能力

實踐能力是在專業知識積累的基礎上升華的經驗與技能。在指導學生開展學科競賽時，教師要注重將目標實現和學生實踐能力的培養融為一體，把實踐放在整體知識結構的框架內，在實現目標的過程中循序漸進、有針對性地提升學生的實踐能力。一方面引導學生樹立科研思維，學會快速、有效搜集和整理競賽相關信息，并利用專業知識解決競賽難題。另一方面，以學科競賽為引導可以促進實踐教學建設和改革，真正實現“以賽促學、以賽促教，學教互促，良性發展”。

2.3 將創新思維培養貫穿于培養全過程

創新意識和創新思維是創新能力的核心。科學史上的新理論、新發明的產生，新的工程技術的出現，經常是在學科的邊緣或交叉點上，而新工科學生參與的大創訓練和學科競賽大多為多學科交叉課題，易于培育出創新點。教師要以大創訓練和學科競賽為創新載體，與專業教育有機結合，使創新教育貫穿新工科人才培養全過程。鼓勵學生開拓思維、細心觀察、深入思考，學會在前人研究的基礎上結合實踐發現問題，教會學生用創新的思維去分析和解決問題。

以筆者指導大創訓練和學科競賽的親身經歷為例，筆者要求能源化學工程專業大一學生進實驗室參加業余科研，并申報大創項目。在指導大創項目開展時，經常用研究課題中的問題[9]啟發學生通過課堂知識加以解決，以此來鞏固專業基礎知識。經過一年多的科研訓練后，學生不僅能熟練掌握知識的運用，而且能樹立基本的科研意識，形成一定的科研素養。在大二下學期和大三上學期時，筆者會鼓勵他們依托大創項目研究成果參加各種學科競賽，并引導他們針對性地根據競賽的屬性調整技術路線以達到最終的目標要求。在該培養模式下，筆者指導了多名學生先后獲得全國大學生化學電源作品設計競賽一等獎、全國大學生節能減排社會實踐與科技競賽二等獎等好成績。

3 結語

大創訓練和學科競賽注重知識積累和學科交叉，是新工科背景下培養學生實踐創新能力的兩大有力抓手。針對大創訓練和學科競賽的差異性和相通性，根據工科學生不同學習階段的專業知識結構和認知能力，提出以學科競賽為目標驅動大學生創新訓練的培養模式，以大創訓練夯實專業知識基礎，以學科競賽升華實踐能力，將創新思維培養貫穿于人才培養全過程，切實提高新工科人才培養質量。