依托課外科技創(chuàng)新競賽開展卓越工程師能力強(qiáng)化培養(yǎng)的探索與實(shí)踐

辛華 肖定邦 吳學(xué)忠 陳劍 洪華杰

【摘要】卓越工程師培育是當(dāng)前我國高等工程教育的重要任務(wù)。課外科技創(chuàng)新競賽是培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的重要平臺。以中國大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽為例，從創(chuàng)新能力、工程能力、表達(dá)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力四個(gè)方面，介紹了在指導(dǎo)競賽過程中開展卓越工程師能力強(qiáng)化培養(yǎng)的探索與實(shí)踐。

【關(guān)鍵詞】卓越工程師創(chuàng)新競賽質(zhì)量工程

【基金項(xiàng)目】湖南省普通高等學(xué)校教學(xué)改革研究項(xiàng)目“卓越軍事工程師人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新研究與實(shí)踐”。

【中圖分類號】G643.0 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2012）10-0251-02

黨的十七大以來，黨中央、國務(wù)院做出了走中國特色新型工業(yè)化道路、建設(shè)創(chuàng)新型國家、建設(shè)人才強(qiáng)國等一系列重大戰(zhàn)略部署，這對高等工程教育改革發(fā)展提出了迫切要求。走中國特色新型工業(yè)化道路，建設(shè)創(chuàng)新型國家迫切需要培養(yǎng)一大批能夠適應(yīng)和支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展的創(chuàng)新型工程人才[1]。為此，教育部聯(lián)合有關(guān)部門在2010年啟動了“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”（以下簡稱“卓越計(jì)劃”）。

“卓越計(jì)劃”的核心內(nèi)容是要強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程能力。要適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求還要注重培養(yǎng)學(xué)生的表達(dá)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力[2]。課外科技創(chuàng)新活動是鍛煉培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的重要平臺[3]。教育部質(zhì)量工程支持了一系列大學(xué)生課外科技創(chuàng)新競賽，美新杯中國大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽是其中之一。近三年來，筆者組織了該賽事湖南賽區(qū)的選拔賽，并指導(dǎo)學(xué)生在全國總決賽中獲得了優(yōu)異成績。本文以該競賽為例，介紹依托課外科技創(chuàng)新競賽，開展卓越工程師能力強(qiáng)化培養(yǎng)的探索與體會。

一、我校參加中國大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽情況介紹

美新杯中國大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽（原美新杯中國 MEMS 傳感器應(yīng)用大賽，以下簡稱美新杯）始于2007年，是面向全國大學(xué)生創(chuàng)新的年度科技競賽。大賽要求參賽選手以團(tuán)隊(duì)形式參賽，采用MEMS傳感器和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)制作可以演示和操作的創(chuàng)新應(yīng)用系統(tǒng)。參賽作品必須為學(xué)生原創(chuàng)，謝絕導(dǎo)師課題參賽[4]。大賽吸引了國內(nèi)外知名MEMS企業(yè)（如美新公司、中星測控、Intellisense、Smartec等）的深度參與。這些公司不僅將其產(chǎn)品免費(fèi)提供給參賽學(xué)生使用，為參賽學(xué)生提供技術(shù)支持，還組織優(yōu)秀選手到企業(yè)開展夏令營活動，并在決賽現(xiàn)場進(jìn)行人才招聘。美新杯在人才培養(yǎng)和企業(yè)需求之間搭建了一座橋梁，實(shí)現(xiàn)了兩者的良好銜接。由于美新杯形式新穎，近年來吸引了越來越多的學(xué)生參賽。2011年度參賽隊(duì)伍達(dá)到800多支，參賽總?cè)藬?shù)超過3000人，參賽院校80余所。

作為學(xué)校本科學(xué)科競賽計(jì)劃的組成部分，我校從2009年開始參與美新杯，并一直是湖南賽區(qū)的承辦單位。我校參賽隊(duì)伍的數(shù)量在逐年上升，參與的范圍也在逐漸擴(kuò)大，2012年的報(bào)名參賽隊(duì)伍達(dá)到62支，參賽學(xué)員來自機(jī)械、儀器、控制、計(jì)算機(jī)、電子、信息等多個(gè)專業(yè)。學(xué)校歷年來參加美新杯全國總決賽取得的成績見表1。

表1 本校歷年參加美新杯全國總決賽取得的成績

二、依托創(chuàng)新競賽開展卓越工程師能力強(qiáng)化培養(yǎng)的途徑

舉辦課外科技創(chuàng)新競賽目的是在課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高學(xué)生的知識應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。學(xué)生的能力培養(yǎng)是老師指導(dǎo)課外科技創(chuàng)新競賽的工作重點(diǎn)。美新杯要求參賽隊(duì)員設(shè)計(jì)并制作出可演示的創(chuàng)新應(yīng)用系統(tǒng)，并在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)博覽會現(xiàn)場進(jìn)行答辯與展示，目的是對學(xué)生的創(chuàng)新能力、工程能力、表達(dá)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力進(jìn)行全面的鍛煉和培養(yǎng)，完全符合教育部對卓越工程師的培養(yǎng)要求。

美新杯的參賽過程可分為作品構(gòu)思、作品制作和作品答辯三個(gè)環(huán)節(jié)。我們將卓越工程師創(chuàng)新能力、工程能力、表達(dá)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的強(qiáng)化培養(yǎng)融入到大賽的指導(dǎo)過程中，引導(dǎo)學(xué)生在參與課外創(chuàng)新競賽中逐漸提高綜合能力。

（一）在作品構(gòu)思中強(qiáng)化創(chuàng)新能力

人們對已積累的知識和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)的加工創(chuàng)造，產(chǎn)生新知識、 新思想、 新概念、 新成果或新產(chǎn)品的能力就是創(chuàng)新能力[5]。作品的創(chuàng)意是參賽學(xué)生創(chuàng)新能力的集中體現(xiàn)。在美新杯競賽的報(bào)名中，很多學(xué)生雖然有強(qiáng)烈的參賽意向，但對創(chuàng)新存在畏難情緒，對自己的創(chuàng)新能力不夠自信，在作品構(gòu)思中思路不夠清晰。針對此問題，我們分三個(gè)階段指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行作品構(gòu)思，逐步提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

1.激發(fā)創(chuàng)新興趣，樹立創(chuàng)新信心

興趣是堅(jiān)持的動力，信心是成功的保證。我們利用第二課堂舉辦大賽的啟動活動，介紹MEMS傳感器和物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)知識，展示由此產(chǎn)生的一系列新穎的軍用和民用產(chǎn)品，讓學(xué)生深切體會到創(chuàng)新在社會生活中無處不在，激發(fā)學(xué)生利用自己的知識與技術(shù)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新夢想的興趣。通過深入剖析歷屆優(yōu)秀作品的制作思路，讓學(xué)生認(rèn)識到，利用他們的已有知識和技術(shù)，完全能夠設(shè)計(jì)并制作出同樣優(yōu)秀的作品。解除學(xué)生認(rèn)為創(chuàng)新遙不可及的誤解，樹立學(xué)生自主創(chuàng)新的信心。

2.培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的能力

創(chuàng)新的關(guān)鍵在于發(fā)現(xiàn)問題。創(chuàng)新能力的強(qiáng)化培養(yǎng)關(guān)鍵在于提高學(xué)生在學(xué)習(xí)、訓(xùn)練和生活中觀察發(fā)現(xiàn)問題的能力。根據(jù)我校的性質(zhì)與培養(yǎng)目標(biāo)，我們重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生討論分析武器裝備和軍事訓(xùn)練中的問題和需求，鼓勵(lì)學(xué)生在日常訓(xùn)練和部隊(duì)實(shí)習(xí)中注意觀察和思考，并及時(shí)記錄自己發(fā)現(xiàn)的問題和產(chǎn)生的靈感。

3.結(jié)合作品構(gòu)思開展創(chuàng)新實(shí)踐

優(yōu)秀作品的構(gòu)思過程并非一蹴而就，需要經(jīng)過反復(fù)的討論與修改。自主完成作品構(gòu)思對參賽學(xué)生而言是一次很好的創(chuàng)新實(shí)踐。我們引導(dǎo)學(xué)生針對他們發(fā)現(xiàn)的問題，提出作品初步想法，然后指導(dǎo)學(xué)生對這些想法的創(chuàng)新性進(jìn)行深入調(diào)研，根據(jù)調(diào)研結(jié)果對其想法進(jìn)行淘汰或者修改。出色的作品構(gòu)思需要經(jīng)歷多個(gè)“發(fā)現(xiàn)問題——產(chǎn)生想法——調(diào)研創(chuàng)新性——淘汰修改”的過程，學(xué)生的創(chuàng)新能力也在作品構(gòu)思過程中逐漸提高。

經(jīng)過有意識的引導(dǎo)，參賽學(xué)生觀察發(fā)現(xiàn)問題的能力明顯增強(qiáng)，開展創(chuàng)新實(shí)踐的思路也更加清晰，參賽學(xué)生產(chǎn)生了一系列優(yōu)秀的創(chuàng)新作品，如2011年我校作品“三軸陀螺儀智能姿態(tài)模擬遙控”。該作品的構(gòu)思過程非常艱苦。在比賽之初，該組隊(duì)員一直沒有形成很好的作品創(chuàng)意，但在指導(dǎo)老師的鼓勵(lì)和引導(dǎo)下，他們沒有放棄比賽，而是更加細(xì)心地在學(xué)習(xí)和訓(xùn)練中尋找突破點(diǎn)。最終他們在部隊(duì)實(shí)習(xí)過程中，發(fā)現(xiàn)軍用無人機(jī)的應(yīng)用十分重要，但存在操控難度較高，操作手培訓(xùn)成本高、周期長等問題，制約了無人機(jī)的廣泛應(yīng)用。于是他們提出了利用三軸陀螺儀測量遙控器姿態(tài)，簡化無人機(jī)操控過程的想法。最終該作品榮獲全國一等獎(jiǎng)和中星測控最佳創(chuàng)意獎(jiǎng)。艱苦的構(gòu)思過程讓參賽學(xué)生對創(chuàng)新有了更深刻的認(rèn)識和體會。類似的作品還有2010年的“嬰語翻譯器”。參賽學(xué)生為了幫助年輕父母更好地了解寶寶的心思，提出了利用嬰兒哭聲頻譜辨識其身體狀態(tài)和需求的想法。該創(chuàng)意的構(gòu)思是參賽學(xué)生在指導(dǎo)老師的引導(dǎo)下，在假期生活中得到的靈感。

（二）在作品制作中提升工程能力

工程能力的強(qiáng)化培養(yǎng)是卓越工程師培養(yǎng)的重要內(nèi)容。作品制作是參賽學(xué)生將其構(gòu)思轉(zhuǎn)變?yōu)榭裳菔镜膶?shí)物的過程，是參賽學(xué)生的一次工程實(shí)踐，對于鍛煉提高學(xué)生的工程能力具有重要作用。我們在指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行作品制作過程中，重點(diǎn)從自主學(xué)習(xí)能力和工程實(shí)踐能力兩個(gè)方面強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的工程能力。

1.作品的工程設(shè)計(jì)以學(xué)生為主體，注重培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力

自主設(shè)定學(xué)習(xí)目標(biāo)，主動、自覺、獨(dú)立地完成學(xué)習(xí)任務(wù)的能力即自主學(xué)習(xí)能力[6]。卓越工程師必須具備優(yōu)秀的自主學(xué)習(xí)能力。在課外科技創(chuàng)新競賽中，作品工程設(shè)計(jì)的任務(wù)則是根據(jù)作品構(gòu)思形成可指導(dǎo)具體操作的圖紙，如機(jī)械結(jié)構(gòu)圖、電路圖、程序流程圖等。在設(shè)計(jì)過程中，參賽學(xué)生會面臨很多課堂教學(xué)內(nèi)容之外的新理論、新方法、新技術(shù)、新器件等。在參賽學(xué)生遇到新知識和新問題時(shí)，指導(dǎo)老師不能直接給出解決方案，而應(yīng)循序漸進(jìn)引導(dǎo)學(xué)生通過查閱資料和自主學(xué)習(xí)尋找答案。學(xué)生在獨(dú)立完成作品設(shè)計(jì)的過程中，自主學(xué)習(xí)能力也得到逐漸提高。

2.依托創(chuàng)新基地和科研實(shí)驗(yàn)室資源，加強(qiáng)工程實(shí)踐能力培養(yǎng)

放手讓參賽學(xué)生獨(dú)立完成作品的實(shí)物制作是提高學(xué)生工程實(shí)踐能力的重要途徑。指導(dǎo)老師的工作重點(diǎn)是為學(xué)生積極創(chuàng)造開展工程實(shí)踐的條件，在學(xué)生遇到工程問題時(shí)提供方向指引。我們通過設(shè)立創(chuàng)新基地為參賽學(xué)生提供了基本的制作條件和相對集中的制作環(huán)境。同時(shí)，在指導(dǎo)美新杯的過程中，我們還向?qū)W生開放了微系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室、軍用機(jī)電實(shí)驗(yàn)室等我校相關(guān)科研實(shí)驗(yàn)室。學(xué)生不僅可以利用實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)的儀器設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，還能向?qū)嶒?yàn)室的老師和高年級研究生學(xué)習(xí)很多工程技術(shù)與工程方法。

實(shí)踐結(jié)果表明，這種重視學(xué)生主體性的指導(dǎo)方法雖然延緩了作品制作的進(jìn)度，很多參賽作品甚至直到競賽前一天還緊張調(diào)試，但對于提高學(xué)生的工程能力卻具有明顯的效果。在完成作品制作后，參賽學(xué)生最大的變化是面對工程與技術(shù)問題時(shí)，不再不知所措，而能自信地通過自主學(xué)習(xí)逐漸解決。部分優(yōu)秀的參賽學(xué)生目前已經(jīng)在科學(xué)研究和工程技術(shù)中發(fā)揮著重要作用。

（三）在作品答辯中鍛煉表達(dá)能力

表達(dá)能力即說與寫的能力，要求能思路清晰、流利地、形象生動地表達(dá)自己的思想和觀點(diǎn)[7]。美新杯的答辯在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)博覽會現(xiàn)場舉行，參賽學(xué)生要面對的不僅是專業(yè)評委，還包括眾多國內(nèi)外參展專家和技術(shù)人員，對學(xué)生的表達(dá)能力是一次全面鍛煉。在參賽之前，我們會組織參賽隊(duì)伍進(jìn)行集中試講，模擬比賽全過程。從參賽隊(duì)伍的試講情況來看，多數(shù)參賽隊(duì)伍的表達(dá)能力還不夠出色，答辯中不能準(zhǔn)確抓住聽眾的心聲，過于注重技術(shù)細(xì)節(jié)的講解，沒有突出作品的特色與前景。

針對上述問題，我們從創(chuàng)新性、應(yīng)用前景、技術(shù)路線等多個(gè)方面調(diào)整演講思路，突出作品重點(diǎn)和我校特色。同時(shí)，我們還為參賽學(xué)生展示了一些著名人物的演講視頻，如蘋果公司創(chuàng)始人喬布斯在產(chǎn)品發(fā)布會上的演講視頻等，分析他們的演講技巧，探討在演講中利用多媒體幻燈片、視頻片段和姿態(tài)語言增強(qiáng)感染力的方法，引導(dǎo)參賽學(xué)生對比完善自己的答辯過程，并在決賽前組織參賽隊(duì)伍進(jìn)行多次試講和排練。經(jīng)過上述培訓(xùn)，參賽學(xué)生的表達(dá)能力明顯增強(qiáng)，各參賽隊(duì)伍在作品答辯中普遍表現(xiàn)出色。尤其是2011年度總決賽，我校參賽隊(duì)伍的現(xiàn)場表現(xiàn)獲得了現(xiàn)場專家的高度評價(jià)。

（四）貫穿競賽始終的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力強(qiáng)化培養(yǎng)

在工程技術(shù)高度復(fù)雜化的今天，高層次的創(chuàng)新成果大多是基于團(tuán)隊(duì)的合作思維，靠個(gè)人單打獨(dú)斗是無法取得高水平的創(chuàng)新成果，因此，團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力是一名卓越工程師必須具備的能力。然而團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的培養(yǎng)是我國當(dāng)前教育體系中比較薄弱的環(huán)節(jié)。在課外創(chuàng)新競賽中加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的培養(yǎng)對于高層次工程技術(shù)人才的培養(yǎng)具有重要作用。

美新杯要求參賽學(xué)員必須以團(tuán)隊(duì)形式參賽。團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識的強(qiáng)化培養(yǎng)應(yīng)當(dāng)貫穿大賽指導(dǎo)的全過程。我們引導(dǎo)各參賽隊(duì)伍的隊(duì)長調(diào)動好成員的積極性，營造良好的團(tuán)隊(duì)氣氛，充分發(fā)揮每名隊(duì)員的能力與特長，鼓勵(lì)每名隊(duì)員在團(tuán)隊(duì)中貢獻(xiàn)自己的最大力量，充分融入到團(tuán)隊(duì)合作當(dāng)中。由于許多作品涉及多方面的專業(yè)知識，尤其應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)不同專業(yè)的隊(duì)員進(jìn)行合作，進(jìn)行技術(shù)互補(bǔ)，培養(yǎng)學(xué)生在多學(xué)科人員組成的團(tuán)隊(duì)中的協(xié)作能力。通過參加全國比賽，學(xué)生不僅拓展了對本校不同專業(yè)方向的認(rèn)識，還加強(qiáng)了與普通高校的交流。

經(jīng)過大賽的歷練，參賽學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力顯著加強(qiáng)。我校2011年作品“三軸陀螺儀智能姿態(tài)模擬遙控”的四名參賽隊(duì)員分別來自系統(tǒng)工程、機(jī)械工程、電子工程和計(jì)算機(jī)專業(yè)，他們經(jīng)過磨合，最終默契配合，形成了很好的團(tuán)隊(duì)能力。

三、結(jié)束語

“卓越計(jì)劃”是我國高等工程教育的重大戰(zhàn)略計(jì)劃，該計(jì)劃的實(shí)施需要從培養(yǎng)方案、教學(xué)改革、課外實(shí)踐等多方面入手，課外科技創(chuàng)新競賽是“卓越計(jì)劃”實(shí)施的重要環(huán)節(jié)。本文以“美新杯中國大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”為例，介紹了我們在課外科技創(chuàng)新競賽中如何充分調(diào)動學(xué)生參與課外創(chuàng)新競賽的積極性，并在指導(dǎo)競賽的過程中注重學(xué)生能力的培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新能力、工程能力、表達(dá)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力全面提升所進(jìn)行的一些有益探索，希望能為我國“卓越計(jì)劃”的實(shí)施提供一定的借鑒作用。

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