以學科競賽驅動的混合式協同創新培養模式研究與實踐

程立志 朱宗銘 姚瑤

長沙學院 湖南長沙 410022

一、概述

當前，國家推動創新驅動發展，對工程科技人才提出了更高要求。“新工科”更注重與行業的緊密對接，構建產教融合、科教融合的協同育人模式[1]。高校是科技創新體系的主力軍，是推動協調創新的重要力量。協同創新已經成為我國高校提高人才培養質量、提升科研水平的重要選擇。但近年來在大力發展產教融合的同時，協同育人的弊端也日漸凸顯，其問題也主要集中在以下兩點：(1)各方主體合作不緊密造成松散化發展狀態；(2)培養模式運作機理不實際導致效果顯著性不足[2]。

隨著現代科學技術和互聯網的迅猛發展，混合式教學就是在這樣一種背景下發展形成的[3]。“新工科”背景下的高等教育需要構建良好的學習生態環境，促進學生個性化發展，全方位開發學生的創新甚至研發能力。只有協同地方企業搭建針對不同學生的分級混合教學體系，才能更好地激發學生的主動創新學習能力，培養學生的研發意識。在提高教學質量的同時實現結果導向的目的，為企業輸送提高生產力的新鮮血液。

二、混合式教學現狀分析

“新工科”的提出是現代工程教育發展的必然結果，課程與教學內容的改革是無法回避的核心問題[3]。因此，混合式教學的發展和推進越來越受到許多一般高校的青睞[4]。可見，它是介于完全的傳統課堂教學和完全的在線授課的一種中間形態，是二者優勢互補的一種教學，也是加快傳統工科專業到“新工科”升級的助推劑[2]。

當前的混合式教學改革，一部分教師采用的做法是將采用MOOC+SPOC來進行知識點的熟悉，并給出與知識點有關的問題，讓學生帶著問題自主學習課件或微課程的內容，然后上課時教師引導學生就知識點一一展開討論。整個學習的過程還是以理論知識點為中心，在提高學生的整體創新能力以及與地方企業對接方面仍然存在短板[5]。當前，高校的混合課程建設還大多停留在較低層次的一些網絡輔助教學和網絡輔助教學管理的水平[6]。

針對大多數學校工科類學科基礎學科的教學現狀，有以下問題亟待解決：

(1)傳統理論知識的可接受性較差，學生主觀上認為相關性不好，就忽視了學習。

(2)多元化的知識需求與教材模式單一的矛盾，單片機作為機電產品的“智慧之芯”，學生在進入本課程學習之初，已經預設了自己的“Flag”，例如進行聲光電玩具開發、城市景觀設計、機器人運動控制等，同時未來職業中嵌入式工程應用開發也面臨著各種不同的知識需求，如電路設計與焊接、程序設計與調試等，然而目前單片機教材、知識體系過于單一，知識面較窄并且相對滯后。而最新生產應用技術和科技的發展無法實現與教學過程的“無縫對接”，實例依然來源于課本上相對滯后傳統的技術應用。因此教材理論、編程驗證等千篇一律的模式已無法滿足學生多元的知識需求。

(3)現代地方產業發展迅速，無論在生產力還是設備的更新方面隨著人類科技的日新月異，理論教學中要不斷更新內容，培養學生的創新能力，只有突破傳統教學的束縛，才能培養出滿足地方需求的學生。

綜上所述，目前各高校工科類專業課程在教學內容、教學方法、考核指標等構成的教學體系均與“新工科”的內涵要求脫節嚴重，不利于培養學生的創新能力和解決問題的能力，也不能滿足現代科技發展對于工程人才能力的需求，教學內容和方法的改革已經成為教師面臨的十分緊迫的任務。

三、分級混合式教學體系研究內容

本文分析課程教學中出現的困境，如圖1所示，本課程團隊采用了“三三一”即“三分級+三混合+一平臺”的教學模式，構建了包括基礎應用級、創新拓展級和研發提升級三個層次的分級和三種混合式教學的創新理念和模式，自主研發了一套平臺“單片機課程育人虛擬基地”，形成“分、混、融”。

該平臺依據機電專業教學規律和學生成長成才規律，針對教學對象的行為特點和心理，對智慧教學工具進行大膽的創新，有機地融合學習通、教學立方、雨課堂等各教學平臺優勢，為機電專業學生量身定做了手機智慧教學系統——“單片機課程育人虛擬基地”。

圖1 混合式分級教學理念及思路

(一)學科競賽驅動下的分級協同創新培養體系內涵研究

根據分級教學思路，將協同創新培養體系層級分為基礎應用級、創新拓展級和研發提升級，從以下方面對各級的內涵進行研究：基礎應用級的課程以基礎理論為主要內容，以工程項目為驅動，主要為學生今后在工程應用中能解決該類專業相關技術問題奠定理論基礎；創新拓展級課程主要根據專業課程所涵蓋的知識體系，綜合三個以上的知識點，以企業真實項目為驅動，達到課程理論知識的靈活運用；研發提升級課程以相關學科內容為依托，以創新產品、各工科大賽為驅動，甚至參加到教師科研課題中去，實現企業需求與課程培養無縫對接。

(二)學科競賽驅動下的分級協同創新培養方法及教學內容設計

(1)長沙學院工程類專業開設有機電類、電氣控制類、計算機類等專業課程內容的分解，任課教師根據培養計劃課時數要求，在教學大綱中確定基礎應用級的課程，以工程模型為內容，利用微課、雨課堂等信息化手段分析即時學情，以問題為導向進行啟發式的小翻轉教學，培養學生工程意識。

(2)根據學生對課程群理論知識掌握程度及專業基礎高低的實際進度差異，確定學生所屬的創新拓展級，以企業實際案例、各類MOOC資源等為內容，以課立方為手段，以需求為導向進行研討式的大翻轉教學，培養學生創新意識。

(3)根據工科創新設計大賽的需求，對相關學科群進行協同整合，以開發小組、工作室等形式確定研發提升級，以開放實驗、企業第三課堂為主要形式，形成頭腦風暴，產品孵化，以產出為導向進行探究學習的大混合教學，培養研發協作意識。

(4)根據大學生工程訓練綜合能力競賽、大學生機械設計創新競賽等學科競賽的內容融入實踐教學的各個層次。從培養方案入手，大一培養興趣，增加專業導論課程，大二培養能力，增加創新創業指導課程，大三大四培養專業核心技能和提升經驗，對接地方企業對學生的實際能力需求，立足地方，個性化培養有創造力的學生。

四、分級混合式教學體系實踐

(一)混合式教學分級體系實施

以機電類、電氣控制類、計算機類等專業課程內容為例進行分解，任課教師根據培養計劃課時數要求，在教學大綱中確定基礎應用級的課程；根據學生對課程群(如機電一體化、PLC可編程控制器、液壓傳動等)理論知識掌握程度及專業基礎高低的實際進度差異，確定學生所屬的創新拓展級；根據企業對產品的設計(如機器人)或工科創新設計大賽(如機械設計創新大賽)的需求，對相關學科群(如機械類、電子類、計算機類等)進行協同整合，以開發小組、工作室等形式確定研發提升級。

而在具體的課堂教學中，分級混合式教學體系可以動態調整。如圖2所示，分級混合式教學體系分為三層分級4組，每組5人，可以自主設定圖片。利用標簽ABC三類，先由學生自主選擇適合自己的標簽，然后根據標簽類別和圖片進行拼圖，形成分級分組。教師可以根據前置課程進行微調，而學生有興趣并確實達到上一級設計要求，可以提出申請進入高一等級學習，以達到提高學生高階知識水平的目的。

圖2 分級分組拼圖及構成示意

(二)混合式教學方法和內容實施

1.小翻轉教學的實施

首先，教師通過課程中心前置學習，掌握最基本的理論知識。課中，通過反饋分析的結果以工程模型設計課堂內容，用微課、雨課堂等信息化手段分析即時學情，以問題為導向進行啟發式的小翻轉教學，解決個性化問題，培養學生工程意識。

2.大翻轉教學的實施

大翻轉課堂引入企業工程師，針對相關產業正在研發的項目進行靶向性教學模式，在提高學生設計和解決實際能力的基礎上，激發學生的創新能力。以“單片機原理及接口技術”和“傳感與檢測技術”課程群為例，利用項目化教學結合翻轉課堂教學的教學設計，課堂上引入智能按需過馬路、生產車間良品率智能電子看板等設計環節，使理論結合實踐。

在智慧教室課堂上，以企業實際案例、各類MOOC資源等為內容，以課立方為手段，以需求為導向進行研討式的大翻轉教學。通過小組討論、組間討論、師生討論的形式將問題逐一擊破，通過該種教學方法有利于提高學生的自學能力和學習興趣，增強學生的自信心，培養學生的創新意識。

3.大混合教學的實施

在總結翻轉式課堂教學成果的基礎上，根據企業對產品的設計(如機器人)或工科創新設計大賽(如機械設計創新大賽)的需求，加入課堂直播的教學改革模式：將原有的校企合作培養由簡單地引入企業導師現場指導和學生去企業進行現場實踐，轉化成企業相關項目負責人直接以直播的形式在課堂上和學生互動，提出當前項目中需要解決的問題讓學生提供方案。

與地方企業更緊密的合作，對相關學科群(如機械類、電子類、計算機類等)進行協同整合，以開放實驗、企業第三課堂為主要形式，將學生學習和研發實踐相結合。改變傳統混合式教學的課前線上預習、課中線下教學以及課后線上交作業的簡單混合模式，使線上線下在整個教學過程中成為一個整體，以產出為導向進行探究學習的大混合教學，培養研發協作意識，更加充分地體現出與地方產業相結合的混合式教學模式的優勢。

五、實施效果

(一)學生的基礎知識水平增強和綜合素質的提升

在以“三三一”為核心的分級混合教學實踐過程中，從近四年來機械、機電專業連續開展教學應用的學生成績可以看出，優秀率提升了8.1%，70～79分增加25.0%，不及格率減少了31%，學生的平均成績穩步提升。從學生控制類畢業設計過程也可以看出，學生解決實際問題的能力有明顯增強，學生參與學科競賽獲得國家、省級等比賽20余獎項。

(二)教學團隊水平的提升

教學團隊老師通過創新模式提升了教學能力，其中1人獲得全國青年教師教學競賽二等獎，1人獲得省課堂教學競賽一等獎，2人獲得省信息化教學競賽一等獎。教學相長的同時，也解決了學生的多元化知識需求。

(三)學生的學習動機得到了進一步激發

利用智慧教學平臺對參與“單片機”課程的學生進行了評教。評教結果顯示：92.7%的學生認為該課程提高了學習興趣，94.4%的學生認為該課程提高了個人能力，100%的學生對該課程表示滿意，50%以上的學生有了進一步考研繼續學習的想法。因此單片機課程智慧融合教學實施，解決學科群的相對割裂，實現了工科思政。

結語

改進原有的以單學科為教學中心的單一化的培養方式，將學科競賽、企業工程案例引入課堂，構建產教融合的協同育人模式。針對學生的不同特點進行分級的目標化培養，最大限度地激勵學生的創新意識和工程能力，真正做到踐行“新工科”。

(1)構建包括基礎應用級、創新拓展級和研發提升級三個層次的分級混合式教學體系，建立傳統教學與混合式教學既獨立又相輔相成的辯證統一關系；

(2)以學科競賽為驅動力，綜合啟發式教學、研討式教學和探究學習，利用現代信息化工具，結合“線下”和“線上”教學方法，形成小翻轉、大翻轉在內的包含企業參與的大混合式產教融合的協同育人模式。