多級聯動學科競賽培養體系構建與實踐

劉戰合 田秋麗 陳紅海

摘? ? 要：為提高專創能力培養水平，文章以飛行器設計專業教學為例，結合當前高校教育現狀，從價值觀教育、科學素養、職業素養3個角度闡述了學科競賽的培養目標內涵。同時，基于學生、教師2個維度，構建了多級聯動學科競賽培養體系，分析了學生為主體、教師為客體的教學關系，結合3類競賽劃分的賽事聯動、3類教育方式的教育聯動，提出了學科競賽多級聯動培養體系，基于教學平臺、導師平臺構建了多級連通平臺的實施路徑。

關鍵詞：學科競賽；專業教育；創新創業教育；多級聯動；實踐教學

中圖分類號：G641? ? ?文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1002-4107（2023）12-0077-05

一、引言

目前，學科競賽已經發展成為一種新型本科教學模式，以中國國際“互聯網+”大學生創新創業大賽（以下簡稱“互聯網+”大賽）、“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽（以下簡稱“挑戰杯”）為代表的高水平學科競賽為高等教育提供了多樣化、個性化、國際化的人才培養途徑[1-3]，已成為專業教育和創新創業教育的重要補充[3]，其以教學內容豐富性、教學方法靈活性、學習興趣能動性等特征極大改善了現有教學生態，衍生了豐富的創新創業成果[4]。為持續提高學生的專創融合能力，2019年以來，教育部進一步明確學科競賽的教學作用，從深化創新創業教育方面要求推進國家級大學生創新創業訓練項目，提高全國大學生創新創業年會水平，辦好“互聯網+”大賽，達到了“以賽促教、以賽促學”的教學效果[5]，充分肯定了各種學科競賽在教學中的促進作用。但當前高校尚未形成完善的學科競賽培養體系，專業教育和創新創業教育的融合深度不夠。基于以上考慮，結合航空類專業教學實際，作者嘗試構建基于學科競賽的多級聯動培養體系，實現學科競賽、專業教育、創新創業教育的同向同行，以提高育人層次和教學水平。

二、多級聯動學科競賽的培養目標

近年來，教育教學改革更為重視專業教育和創新創業教育的實踐過程，學科競賽成為這一趨勢中的新型教學模式。學科競賽是指以理論知識、專業知識、創新創業精神等為基礎，以某一專業領域或綜合領域的科技創新、專業技能、創新創業能力等為培養目標的競技賽事，旨在夯實學生的專業知識，培養并提升學生的創新創業能力、團隊合作意識等。學科競賽培養與專業教育、創新創業教育各環節密切相關，具有多級聯動的培養特點，有利于實現專業知識、實踐能力、科技創新（技術革新）、創新創業能力的多層次融合提升，其培養目標如下。

（一）價值觀教育

區別于傳統專業教育的顯性教育方式，學科競賽的價值觀教育有較為顯著的隱性教育特征，是當前價值觀教育的有效補充。在學科競賽過程中，學生作為參與主體保持高度自主性和積極性。指導教師應結合航空工業、通航產業需求，以及國家經濟發展調研分析，使學生深刻理解愛國報國思想及社會主義核心價值觀。通過學科競賽，引導學生主動了解航空工業發展歷史和我國航空科技成就，培養學生樹立中國特色社會主義道路自信、理論自信、制度自信、文化自信，養成關注國家經濟發展、航空工業等國家戰略的良好習慣。通過學科競賽項目組成員的分工合作，培養學生的團隊意識，責任擔當、互幫互助等優良品質。結合學生為主體的過程式、沉浸式、融入式培養，達到“潤物細無聲”的社會主義核心價值觀傳輸。

（二）科學素養提升

從科研流程來看，飛行器設計等航空類專業背景的學科競賽具有典型的科學和工程雙重屬性，大多依托科研項目、大創項目的開展并遵循基本的科研流程。指導教師通過綜合把控科研流程，培養學生發現問題、分析問題、解決問題的科學思維。從專業知識培養來看，通過合理引導、高效組織、過程細化，可有序將飛行器總體技術、氣動分析技術、制造工藝、試驗試飛等關鍵技術融入研究過程，結合多級聯動學科競賽指導，使學生在跨專業、跨學科知識掌握和能力鍛煉上獲得較大提升。從創新創業教育來看，由于理論知識距離學生學習生活較遠，課堂知識深奧難懂，因此，結合學科競賽同臺交流、專業互融，可極大提升學生科技創新意識、商業概念認識、創業能力等創新創業素養。在項目開展過程中，學生自主完成市場調研、總體設計、仿真分析、試驗試飛等環節，通過教師指導、同學協作、路演展示、評委問辯等環節的不斷優化改進，培養去偽存真、嚴謹求實的學術、科研習慣，以及尊重實驗數據、科學原理的誠實守信作風。

（三）職業素養塑造

結合國民經濟發展和市場驅動，從專創融合角度來看，學科競賽在項目論證初期，由航空類、管理工程、市場營銷、財務會計等專業學生組成團隊開展市場需求調研，形成完整的分析報告，要求學生找到本專業、本項目與市場需求的最佳連接點，培養參賽學生的市場感知能力、商業機會挖掘能力及風險意識。通過市場調研和專業知識分析，凝練市場對現有產業、知識、技術的需求痛點，有計劃、有目標地開展項目設計、專業分析、方法建立、測試驗證等，系統規劃項目分工與合作、仿真與試驗的相互關系，培養科技創新項目規劃能力、項目管理能力和組織協調能力，為學生職業素養塑造提供重要的鍛煉機會。從職業角度來看，面向市場的方案設計和創新能力尤為重要，項目商業方案、研究方案、營銷方案、管理方案均是這一能力的重要體現?；谙到y方案和創新設計訓練，培養學生自主行為能力、管理能力、商業意識、營銷能力、團隊意識。

三、多級聯動學科競賽培養體系的構建

（一）學科競賽主客體關系

學科競賽培養體系包含團隊學生主體和專業指導教師客體2個維度。從學生主體維度來看，本科階段的主要精力和時間分配給常規專業教育，而學科競賽需要充分利用課余時間，要求學生團隊具備清晰的研究目標和項目定位，從成員專業結構、專業知識儲備、個人性格特點、個性化能力差異等方面出發，論證并確定新概念飛行器設計、無人機工程化設計、飛行器性能學術研究的具體內容。團隊目標及研究方向確定后，需要考慮專業知識、跨專業知識的融入與整合設計，重點融合飛行器總體設計、氣動布局設計、結構設計等專業知識，依據學科競賽類型和要求，融入如大數據、智能化、航空經濟、商業策劃等相關專業知識，形成學科競賽驅動的專創融合教育機制。在無人機工程化設計方面，應從市場需求角度出發，如航空測繪、農業植保、緊急救援、電力巡線等，完成工程應用改進設計，或開發專業性無人機，解決無人機工程化關鍵問題，如航空測繪要求的飛行器穩定性、農業植保要求的精準高度和農藥流量控制、緊急救援需要的高速飛行及起降無約束要求、電力巡線的熱紅外圖像在線處理等。對飛行器性能的學術研究，應立足本科學生的專業儲備和現有試驗條件，從科研項目和方向中分離出相對獨立的研究內容，由學生團隊完成調研、分析、規律總結，解決新概念無人機設計中涉及的空氣動力學、固體力學、結構力學等多物理耦合問題，培養學生的學術探究能力和實踐能力。以“互聯網+”大賽、“挑戰杯”等為代表的大型學科競賽本身要求競賽項目具有本學科或相關學科的較大創新，包含產品創意、新方案設計及科技創新等，在實施過程中，飛行器設計學科競賽主要面向科技創新，以學生團隊為主體，以項目制融入專業知識，培養學生科技創新能力、多學科綜合運用能力，以及提高學生解決問題的工程實踐能力和創業意識。

從教師客體維度來看，競賽指導教師團隊處于相對客體位置，主要完成方向引導、方案設計、知識體系構建等工作。為不同學生團隊、不同類型學科競賽選擇專業契合度高的競賽方向設計是學生實踐能力持續發展的重要影響因素。首先，教師團隊為學生團隊確定競賽屬性，根據團隊特點將主要任務設定為新概念飛行器設計、無人機工程設計、飛行性能學術研究之一，或是三者的融合；其次，結合團隊屬性，依據成員能力、專業技術基礎，設計具體研究方向，使學生團隊在有限的空余時間形成較高的科技創新凝聚力，引導學生自行完成調研、設計、分析、制作、試飛等任務。對于競賽方案設計，教師團隊應結合科研項目、科研方向、科技創新經驗，為學生團隊提供反映學科前沿、市場前沿的競賽項目方案設計指導，同時把握科技創新方案的正確性、合理性、可行性，指導學生團隊確定競賽項目方案等。學科競賽的出發點是知識傳授和價值塑造的統一，構建完整的專業知識、創新創業知識教育體系是學科競賽培養的關鍵部分，將專業教育的總體設計理論、氣動性能數值仿真技術、制造工藝、工程化改進方法等專業知識融入學科競賽的項目細節中，引入國家區域性經濟發展戰略、航空工業、通用航空等領域，以市場需求為目標，培養學生創新創業意識和能力。

（二）學科競賽多級聯動指導

以學生參與為主線，從賽事聯動、教育聯動2個維度構建面向不同學生團隊的多級聯動指導方法，依據賽事特點、學生團隊特點、個體特點、專業覆蓋情況，形成綜合型、專業型、外延型3種賽事的多級聯動指導體系，有機融入專業知識、創新創業知識，提高學生的綜合能力。從多級賽事聯動指導來看，航空類專業一般兼具科學性、工程性，相關的學科競賽涉及面廣，考慮其與知識體系、內容的相關度，可以將學科競賽分為3類：綜合型、專業型、外延型。綜合型競賽內容較為廣泛，涵蓋市場應用、專業知識、科技創新、跨專業知識、創新創業等，以“互聯網+”大賽、“挑戰杯”創業大賽、全國大學生創新創業年會等為代表；專業型競賽內容較為聚焦，著眼于本科教學中專業知識的理論提升和工程改進中關鍵技術，研究內容更注重方案方法新穎性、工程應用可行性、科技創新性，如“挑戰杯”、中航工業杯、中國國際飛行器設計挑戰賽等；外延型競賽是指以專業知識教育為出發點，通過對學生團隊競賽項目的外延拓展，可對部分研究內容提煉升華，形成獨立的競賽內容，有針對性地鍛煉學生的個性化能力，如總體外形設計的數字建模技術、氣動特性的性能分析技術、飛行器電子電路設計、飛行器控制技術、飛行器試驗及試飛技術等，可參與競賽較多，如機械創新設計大賽、電子設計大賽、數學建模競賽、全國三維數字化創新設計大賽等，有利于提高學生團隊專業技能。

盡管3類賽事在表現形式上有一定區別，但在競賽內容和方向指導上有較大共性。從多級聯動思路來看，專業知識教育貫穿3類賽事，以無人機設計為例，構建綜合型—專業型—外延型多級聯動指導模式。學生團隊組建時，應考慮綜合型學科競賽需求、學生個人科學素養、團隊專業背景等。鑒于專創融合教育要求，從新概念飛行器設計、無人機工程設計、飛行器性能學術研究等相關研究內容出發，面向綜合型競賽，在團隊建設上橫向注重成員的多學科特性、縱向保持團隊成員和研究方向的延續性。在研究內容上注重飛行器設計專業、飛行器動力工程專業、飛行器制造專業知識的綜合運用；在創新創業能力上注重科技創新意識、職業創業素養培養。基于綜合型競賽項目研究內容，根據參與學生專業歸屬及項目研究特點，將學生團隊進行分組，對項目進行任務細化分配，在不同任務分組推進的同時，可以形成相對完整獨立的研究方向，瞄準本專業學科競賽，如“挑戰杯”、中航工業杯等航空專業賽事，提升專業知識掌握能力。通過對綜合型、專業型學科競賽的過程管理，依據飛行器、發動機設計等項目研究的專業知識需求，項目研究過程應包含總體設計、性能分析、試驗、試飛，涵蓋數字建模、氣動仿真、動力仿真等技術，通過外延型競賽，如3D建模大賽、電子設計大賽等，針對性提升學生專業技能。

考慮到學科競賽培養的主要目的是實現專業教育、創新創業教育的融合提升，構建專業教育—創新創業教育—科研項目的多級教育聯動策略，以科研項目為依托有效推動專業教育、創新創業教育的融合。傳統專業教育體系以“理論課程+實踐課程”為主，但在專業知識理論運用和實踐能力上仍存在“短腿”現象。以學科競賽開展為驅動，通過團隊階梯式培養、“傳幫帶”、團隊協作等可以帶動基礎理論課、專業基礎課、專業核心課、專業選修課內容的掌握和擴充，通過具體項目研究，持續推進學生個性化培養、專業運用能力的有效提高，夯實飛行器總體設計、空氣動力學、飛行器結構設計、飛行器系統設計、流體力學等核心學科知識基礎。對創新創業教育來說，基于市場需求、經濟發展等，教師可從創意、創新、創業、創造4個方面開展學科競賽培養，結合航空類相關專業情況，重點關注科技創新、創業精神培養，以“互聯網+”大賽、“挑戰杯”等為指引，通過對市場的調研、總結、分析，形成技術需求，針對性開展飛行器的創新性設計及工程化關鍵問題研究，以解決市場存在的痛點，使學生具備科技創新、科技創業的雙重素養，提高創新創業教育質量。從實現途徑來看，科研項目是學科競賽良性發展的主要方式，也是專業教育、創新創業教育的重要支撐，應采用學科競賽和科研項目并行培養策略，即學科競賽團隊均有對應科研項目支持?？蒲许椖恳话阌?種來源：一是教師科研項目的分解；二是學生科技創新項目（如大學生創新創業訓練項目等）?？蒲许椖坑忻鞔_的科研計劃和研究目標，與學科競賽的內容、方法、方向融合，可進一步促進學生主動思考，形成創新凝聚力、創業新思路，培養學生科研素養。

（三）學科競賽多級聯動平臺

平臺是影響學科競賽培養的重要因素，從競賽指導維度出發，包含2個方面：教學平臺和導師平臺。教學平臺采用“項目團隊—飛行器創新實驗室—眾創空間”的多級教學平臺聯動?？蒲许椖繄F隊一般圍繞科研項目建立，有相對不變的成員和奮斗目標，并保持內容的延續性，學科競賽團隊則來源于科研項目團隊?；诳蒲许椖繄F隊的持續推進和科研進化，依托飛行器創新實驗室，重點培養凝聚力強、科研潛力優秀的項目團隊，提升科研項目團隊的科技創新能力、工程應用能力、市場推廣能力，圍繞新概念飛行器設計、飛行器性能分析關鍵技術、飛行器制造新工藝等，培養學生科研分析及飛行器制作、分析、試驗、試飛的綜合實踐能力，以學科競賽為牽引，提高學生對學科發展新趨勢、市場新動向的敏銳判斷力，改善學生對專業知識與科研項目的協同認知。通過科研項目、學科競賽的融合鍛煉，部分優秀項目、前瞻性項目入駐學校眾創空間（國家級雙創平臺）進行市場開拓和孵化設計，為學生提供與投資人、市場、科技接觸交流的機會，進一步提高學生創新創業意識和能力。

從導師平臺來看，學科競賽具有典型的跨專業特點，且面向市場的科技創新與企業行為相關，通過“院系聯

合—校際聯合—校企聯合”的多級指導教師聯動平臺，提高學科競賽培養水平和跨專業、創新創業實踐指導水平。鑒于學科競賽尤其是綜合型學科競賽在跨專業指導上的需求，在學校院系間形成學科競賽指導教師聯合機制，實現不同院系學科競賽的跨專業指導，如考慮市場應用的飛行器設計學科競賽，在市場調研、商業方案策劃、計劃書撰寫、財務分析、企事業管理及雷達識別、智能化、電子電氣等方面需要相關專業教師指導，協同推進，提高學科競賽跨專業綜合能力。不同院校在學科建設、科研水平、實驗室條件、市場資源、指導教師能力等方面優勢各異。為提高學生團隊了解行業發展、科研方向的能力，學習兄弟院校優秀競賽經驗，鄭州航空工業管理學院邀請西北工業大學、北京航空航天大學專業課教師參與學科競賽指導，實現科研內容、科技創新、項目工程化等關鍵技術聯合指導，進一步提高學生團隊學科競賽項目水平。優秀的學科競賽項目必然與市場關系密切，綜合型競賽重點考慮項目和市場的融合，專業型競賽主要面向科學或工程的關鍵技術，外延型競賽在一定程度上與企業需求相關。為提高學生創新創業能力，高?？刹捎眯Ｆ舐摵吓囵B，周期性邀請校外企業指導教師融入學科競賽指導團隊，從市場、企業、創新點、方案策劃等角度出發，培養學生創新創業能力，提升學科競賽培養水平。

四、多級聯動學科競賽的教學實踐成效

學科競賽的重要特點是實踐，結合飛行器設計專業特點，以多級聯動學科競賽培養體系及方法為基礎，通過設計新概念無人機的實踐，培養并提升學生理論分析和工程實踐復合應用能力。在多級聯動學科競賽培養實踐中，結合無人機創新設計，使學生掌握數學、計算機、制圖、建模等基本技能，同時，能夠熟練運用飛行器總體設計、空氣動力學、飛行力學、無人機工程技術等學科知識解決關鍵問題。在學科競賽培養體系中深度融入創新創業知識、創業思維意識等，協同提升學生創新創業知識運用能力、工程研究能力等，挖掘跨學科專業應用潛力，拓寬培養體系知識覆蓋面，以及應用能力培養廣度。對飛行器設計專業來說，學科競賽和創新創業教育以專業科研項目為載體，以學生創新創業團隊為核心，以學生為主體、教師為客體，結合競賽內容、創新創業教育實際，實現專業知識的全面性、實踐性、創新性培養，立足學生團隊優勢、關注學生個人興趣，提高學生學習主觀能動性，以及教師個性化培養水平?；陲w行器專業實際情況，學科競賽培養以學生團隊為核心，以新概念飛行器為研究對象，結合專業知識，培養學生多學科專業知識運用能力、科技創新意識、創業精神，是專業教育和創新創業教育實踐教學的重要組成和補充。鄭州航空工業管理學院以多級聯動學科競賽培養為基礎，獲批立項國家級一流課程1門、省級一流課程2門、省級專創融合課程3門、省級教改項目3項，為專業教育和創新創業教育的深度融合改革提供了重要的實踐支撐。

以菱形翼無人機創新設計為例，學生團隊采用獨特的菱形結構布局，將飛行器總體設計、氣動外形優化與市場定位有效融合。從項目角度看，學生全程設計、分析、制作、試飛，有效融入學科競賽目標、專業知識（飛行器設計、飛行器動力工程、飛行器制造、目標識別、電子電路、財務管理、設計學、經濟學等）、創新創業知識（創業思維、投融資、企業構建等）。為解決我國邊境巡檢任務、山林常規巡檢存在的起降問題、航程問題、飛行安全問題，學生團隊針對性設計出系列菱形翼結構無人機，通過賽事多級聯動、教育多級聯動，在橫向飛行器設計專業理論及關鍵問題解決上、縱向多學科專業融合培養上取得了良好效果。學生團隊設計的4套菱形翼結構無人機新型方案（即常規巡檢、長航時巡檢、隱身巡檢、可變菱形翼），全部進行了試飛驗證和分析改進（圖1）。在專創融合能力培養上，指導教師處于客體位置，為學生團隊提供競賽方案、方向引導和專業知識體系融合，如菱形翼結構無人機市場定位、關鍵技術、創新點、試驗與試飛等，形成項目、實驗室、眾創空間的多級聯動，聯合西北工業大學等院校協同指導，提升學科競賽項目科技創新水平。

為實現價值觀教育、科學素養、職業素養3個培養目標，鄭州航空工業管理學院開展了大量教學實踐。各學生團隊以新概念飛行器設計為核心，面向水面污染監測、航空測繪、山區物流運輸、城市群物流等需求，基于市場調研、需求定位、方案設計、方案分析、技術驗證等詳細研究，經過多輪方案迭代，優化并定型了技術方案，創新性設計了新概念菱形翼無人機、雙機身連接翼無人機、高穩定性環形翼航測無人機、連翼式水上無人機、可變翼垂直起降無人機等。所有方案均成功完成了大型湖面、普通公路、鄭州上街機場的試飛驗證，在學科競賽中表現優秀，獲得評委專家一致好評。2017—2022年，學生團隊獲“挑戰杯”國賽獎6項（其中，國賽最高獎1項）、“互聯網+”大賽國賽銀獎7項、中國國際飛行器設計挑戰賽國賽一等獎4項、全國三維數字化建模大賽國賽一等獎4項，其他省部級獎項60余項，授權專利20余項。學生團隊入選2019年度第二屆“最美鄭航人”，獲省級科技創新獎2人、省級最美大學生1人、省級創新之星1人、省級文明學生3人、省級“三好學生”4人、省級“二十歲遇上二十大”2人、校級最美大學生4人。將學科競賽融入教學實踐，大幅提升了學生的應用、創新、實踐等綜合能力，教學效果顯著。

五、結束語

作者根據多年的教學實踐，結合飛行器設計等航空類專業教學實際，從專創能力培養角度出發，探討了學科競賽的主客體關系、多級聯動指導、多級聯動平臺等內容，構建了多級聯動學科競賽培養體系。學科競賽作為本科教學的重要環節，是專業教育、創新創業教育的有益拓展，也是實踐教學的重要途徑，對學生專業知識、創新創業能力的綜合培養具有重要作用。高校應結合學校定位及專業特色，系統開展學科競賽與專業教育、創新創業教育的融合教育模式改革，探索以學科競賽為驅動的人才培養新思路。

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收稿日期：2023-03-20? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?修回日期：2023-04-26

作者簡介：劉戰合（1977—），男，陜西富平人，鄭州航空工業管理學院航空宇航學院副教授，博士，研究方向為新概念飛行器設計、創新創業教育。

基金項目：河南省本科高校研究性教學系列項目“‘四維驅動聚合，雙向范式耦合空天特色研究性教學模式改革實踐”（2022SYJXLX070）；河南省高校人文社會科學研究一般項目“思維能力塑造提升的大學生創業教學‘思創融合模式研究”（2022-ZZJH-229）；河南省高等教育教學改革研究與實踐項目“‘互聯網+大賽導向下‘專思創三元融合航空特色雙創教育模式探索與實踐”（2019SJGLX594）