以學(xué)科競(jìng)賽為載體的層階式創(chuàng)新教育體系構(gòu)建

張潤(rùn)梅，欒慶磊，雷經(jīng)發(fā)，趙為松

（安徽建筑大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，安徽 合肥 230022）

0 引 言

自主創(chuàng)新是國(guó)家發(fā)展的核心動(dòng)力，創(chuàng)新關(guān)鍵是人才，人才的培養(yǎng)在高校。所以我國(guó)高等學(xué)校理應(yīng)成為創(chuàng)新人才[1]培養(yǎng)、成長(zhǎng)的搖籃。改革開(kāi)放40年來(lái)，中國(guó)高等教育經(jīng)歷深刻的變革，取得了巨大的成就，高等工科教育[2-3]的培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)具有一定知識(shí)、能力和綜合素質(zhì)，面向生產(chǎn)、建設(shè)、管理、服務(wù)一線或崗位并適應(yīng)其要求，具有可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Φ母呒?jí)應(yīng)用型專(zhuān)門(mén)人才。然而隨著社會(huì)發(fā)展和進(jìn)步，新形勢(shì)下我國(guó)提出了工程教育改革方向——新工科。中國(guó)工程院院士鐘登華教授對(duì)新工科[4]的內(nèi)涵給予了解釋?zhuān)阂粤⒌聵?shù)人為引領(lǐng)，以應(yīng)對(duì)變化、塑造未來(lái)為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來(lái)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才。因此，加強(qiáng)新工科教育模式下大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。我們?cè)O(shè)計(jì)了“大學(xué)生創(chuàng)新能力現(xiàn)狀的調(diào)查問(wèn)卷”，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)采集了1 048份樣本，涉及我校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)3個(gè)專(zhuān)業(yè)4個(gè)年級(jí)的學(xué)生，經(jīng)過(guò)為期2個(gè)月的調(diào)查，部分關(guān)鍵問(wèn)題調(diào)查結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 大學(xué)生創(chuàng)新能力現(xiàn)狀調(diào)查統(tǒng)計(jì)（部分關(guān)鍵問(wèn)題）

通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到如下結(jié)論：學(xué)校缺乏比較完善的管理制度、缺乏創(chuàng)新基地、網(wǎng)絡(luò)宣傳不到位、缺乏網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源平臺(tái)、學(xué)生參與的積極性有待提高、缺乏教師指導(dǎo)等。因此，如何加強(qiáng)大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)，構(gòu)建與當(dāng)代科技發(fā)展相適應(yīng)的創(chuàng)新教育體系，是我們亟須探討和研究的課題。

1 層階式創(chuàng)新教育體系（HIES）

大學(xué)生的科技創(chuàng)新能力和創(chuàng)新素質(zhì)[5]應(yīng)該從大一開(kāi)始培養(yǎng)，由淺入深、自始至終貫穿大學(xué)4年，確保學(xué)生畢業(yè)后具有扎實(shí)深厚的理論基礎(chǔ)、較強(qiáng)的實(shí)踐動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)合作精神、科學(xué)的思維方法，并對(duì)科學(xué)前沿問(wèn)題保持濃厚興趣。因此課題組提出了層階式創(chuàng)新教育體系（HIES，hierarchical innovation education system），該模式強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)，以學(xué)科競(jìng)賽為驅(qū)動(dòng)，將學(xué)科競(jìng)賽貫穿大學(xué)4年的培養(yǎng)過(guò)程中，使創(chuàng)新教育與人才培養(yǎng)同步進(jìn)行；建立制度完善、管理規(guī)范、隊(duì)伍合理的信息類(lèi)大學(xué)生創(chuàng)新基地，充分發(fā)揮競(jìng)賽的驅(qū)動(dòng)作用和大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目的引領(lǐng)作用；建設(shè)開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)資源平臺(tái)和創(chuàng)新基地管理平臺(tái)，進(jìn)一步規(guī)范管理，不斷提高創(chuàng)新水平。通過(guò)競(jìng)賽驅(qū)動(dòng)課程體系不斷更新和完善，使學(xué)生創(chuàng)新能力不斷提高。層階式創(chuàng)新教育體系（HIES）架構(gòu)如圖1所示。

圖1 層階式創(chuàng)新教育體系（HIES）架構(gòu)

2 層階式創(chuàng)新教育體系（HIES）的構(gòu)建及實(shí)施

2.1 構(gòu)建與信息類(lèi)人才培養(yǎng)方案相結(jié)合的層階式創(chuàng)新教育體系

（1）2011年學(xué)校的管理體制從學(xué)年制改為學(xué)分制，信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)開(kāi)始實(shí)行大類(lèi)招生（2+2模式），學(xué)生的課程體系分為三大模塊：大一主修通識(shí)教育與基礎(chǔ)課程，大二、大三主修大類(lèi)學(xué)科基礎(chǔ)與專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，大四主修專(zhuān)業(yè)與專(zhuān)業(yè)方向課程；同時(shí)實(shí)踐教學(xué)課程貫穿大一至大四整個(gè)培養(yǎng)過(guò)程。

（2）創(chuàng)新教育必須融入到人才培養(yǎng)的全過(guò)程中，因此創(chuàng)新教育體系可以與人才培養(yǎng)體系結(jié)合，劃分為：基礎(chǔ)創(chuàng)新、專(zhuān)業(yè)創(chuàng)新和綜合創(chuàng)新3個(gè)層次，每個(gè)層次均以1—4類(lèi)競(jìng)賽為載體，促進(jìn)相關(guān)課程的教學(xué)改革和資源建設(shè)。①基礎(chǔ)創(chuàng)新層次以計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)大賽、程序設(shè)計(jì)比賽、電子產(chǎn)品焊接大賽、電子測(cè)向大賽等基礎(chǔ)性比賽為載體，調(diào)動(dòng)學(xué)生參與比賽的積極性，吸引更多學(xué)生對(duì)電子技術(shù)產(chǎn)生興趣，鍛煉學(xué)生的基本動(dòng)手實(shí)踐能力，為學(xué)生參加專(zhuān)業(yè)創(chuàng)新比賽打下基礎(chǔ)。②專(zhuān)業(yè)創(chuàng)新環(huán)節(jié)以電子設(shè)計(jì)大賽、機(jī)器人足球比賽、全國(guó)大學(xué)生智能汽車(chē)競(jìng)賽、“西門(mén)子杯”中國(guó)智能制造挑戰(zhàn)賽等為載體，主要面向大二及以上的學(xué)生，他們已經(jīng)修完了學(xué)校培養(yǎng)方案中規(guī)定大類(lèi)學(xué)科基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課的內(nèi)容，具有一定的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，可以通過(guò)以上4類(lèi)比賽，以完成某一個(gè)比賽任務(wù)為目標(biāo)，利用所學(xué)的一門(mén)或者幾門(mén)課程的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，通過(guò)團(tuán)隊(duì)合作完成比賽任務(wù)，將理論知識(shí)融入到實(shí)踐項(xiàng)目中，培養(yǎng)創(chuàng)新技能，提升實(shí)踐動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。③綜合創(chuàng)新環(huán)節(jié)以“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生學(xué)術(shù)競(jìng)賽、“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、大學(xué)生節(jié)能減排科技競(jìng)賽、綜合布線大賽等綜合性創(chuàng)新性比賽為載體，主要面向大三及大四的學(xué)生，利用大學(xué)所學(xué)的各專(zhuān)業(yè)知識(shí)、實(shí)踐技能設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一款知識(shí)具有復(fù)雜功能的作品、產(chǎn)品樣機(jī)等，所需知識(shí)涉及電子技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、電氣控制技術(shù)等，通過(guò)比賽，切實(shí)提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力、創(chuàng)新開(kāi)發(fā)能力、團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)以及工程素養(yǎng)。

2.2 構(gòu)建創(chuàng)新平臺(tái)，發(fā)揮學(xué)生主體積極性

1）構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源平臺(tái)和創(chuàng)新管理平臺(tái)。

大學(xué)生創(chuàng)新資源學(xué)習(xí)平臺(tái)可以提供各類(lèi)競(jìng)賽相關(guān)的資訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)競(jìng)賽的在線學(xué)習(xí)和虛擬參賽；大學(xué)生創(chuàng)新管理平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)學(xué)生及團(tuán)隊(duì)的管理，競(jìng)賽管理及創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目管理。

2）整合實(shí)驗(yàn)室資源成立大學(xué)生創(chuàng)新中心，建立開(kāi)放制度。

將現(xiàn)有的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室整合，成立信息類(lèi)大學(xué)生創(chuàng)新中心（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“中心”），建立完善的組織結(jié)構(gòu)，制定合理的規(guī)章制度，嚴(yán)格日常管理，規(guī)范學(xué)科競(jìng)賽，強(qiáng)化創(chuàng)新項(xiàng)目實(shí)施；中心采用項(xiàng)目制設(shè)立若干創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，每個(gè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)有穩(wěn)定的指導(dǎo)教師隊(duì)伍、競(jìng)賽項(xiàng)目和科研方向；中心建立開(kāi)放的管理體制，做到五個(gè)自主，即由學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主管理、自主選題、自主申請(qǐng)、自主完成。中心具有機(jī)器人足球比賽和電子設(shè)計(jì)大賽兩個(gè)創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新基地，購(gòu)置了一批先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備。中心2016年成立“自動(dòng)化創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”，目前面積達(dá)360平方米，儀器設(shè)備投資達(dá)240余萬(wàn)元。中心采取了學(xué)生自主管理模式，老生帶新生，學(xué)生可以根據(jù)所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，提出產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案交指導(dǎo)教師審核，方案通過(guò)即可在中心進(jìn)行科技制作，優(yōu)秀作品可以申請(qǐng)參加大學(xué)生科技創(chuàng)新競(jìng)賽等。中心每年組織學(xué)生參加RoboCup機(jī)器人足球賽、大學(xué)生智能汽車(chē)競(jìng)賽、“西門(mén)子杯”中國(guó)智能制造挑戰(zhàn)賽、電子設(shè)計(jì)大賽等。

3）鼓勵(lì)學(xué)生申請(qǐng)創(chuàng)新基金項(xiàng)目，參與教師科研課題。

通過(guò)基礎(chǔ)創(chuàng)新項(xiàng)目、專(zhuān)業(yè)創(chuàng)新項(xiàng)目等實(shí)踐創(chuàng)新活動(dòng)的實(shí)施，學(xué)生的基本技能和專(zhuān)業(yè)技能得到了提高，激發(fā)了學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的興趣。課題組教師將自己的科研項(xiàng)目分出子課題作為創(chuàng)新基金項(xiàng)目，鼓勵(lì)學(xué)生參與其中并與教師一起完成科研課題。此舉調(diào)動(dòng)了學(xué)生參與科研項(xiàng)目的積極性，同時(shí)可以充分發(fā)揮學(xué)生的才智，學(xué)生的科研能力和創(chuàng)新能力得到切實(shí)的提高。從大三開(kāi)始，給學(xué)生布置一些綜合性創(chuàng)新項(xiàng)目，讓能力突出的優(yōu)秀學(xué)生參與教師的科研項(xiàng)目，進(jìn)一步提升他們創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。

2.3 通過(guò)以賽促學(xué)，不斷提升學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力

學(xué)生通過(guò)參加基礎(chǔ)性創(chuàng)新比賽培養(yǎng)了主動(dòng)學(xué)習(xí)意識(shí)、獨(dú)立思考意識(shí)；通過(guò)專(zhuān)業(yè)創(chuàng)新比賽培養(yǎng)了查閱專(zhuān)業(yè)文獻(xiàn)能力、自主分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力；通過(guò)綜合性創(chuàng)新比賽培養(yǎng)了綜合設(shè)計(jì)能力、獨(dú)立設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能力、科技論文寫(xiě)作能力，培養(yǎng)了理論聯(lián)系實(shí)際的工作作風(fēng)、團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神和創(chuàng)新能力[6-8]。

（1）每學(xué)期開(kāi)展科技講座，利用公選課普及科技競(jìng)賽相關(guān)知識(shí)，以便吸引更多的優(yōu)秀學(xué)生參與到科技創(chuàng)新活動(dòng)中來(lái)。從大一開(kāi)始動(dòng)員、宣傳鼓勵(lì)大學(xué)生參與基礎(chǔ)性創(chuàng)新比賽，培養(yǎng)他們積極參與比賽、參與創(chuàng)新的意識(shí)，每學(xué)期通過(guò)電子科技協(xié)會(huì)組織開(kāi)展基本的電子焊接大賽。鼓勵(lì)他們參加各項(xiàng)競(jìng)賽活動(dòng)，并通過(guò)競(jìng)賽訓(xùn)練，切實(shí)提高學(xué)生實(shí)踐操作能力，培養(yǎng)積極參與科研項(xiàng)目的意識(shí)。每年暑假針對(duì)有一定理論基礎(chǔ)和實(shí)踐能力的學(xué)生開(kāi)展有針對(duì)性的培訓(xùn)實(shí)踐，進(jìn)一步強(qiáng)化他們的理論聯(lián)系實(shí)踐的能力，作為參加省賽和國(guó)賽的預(yù)備隊(duì)員。

（2）學(xué)生的潛力是無(wú)限的，教師的科研項(xiàng)目每年都會(huì)吸引一大批優(yōu)秀大學(xué)生參與其中，并且取得了一系列的成果，如發(fā)表科研論文、獲得軟件著作權(quán)等。通過(guò)參與教師的科研項(xiàng)目，學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)得到了強(qiáng)化。一些優(yōu)秀的學(xué)生從大三開(kāi)始，就參加教師的科研項(xiàng)目，協(xié)助教師完成一些科研實(shí)驗(yàn)調(diào)試等工作，充實(shí)了科研隊(duì)伍的力量，使學(xué)生的科研水平得到了提高。每年各類(lèi)學(xué)科競(jìng)賽難度不斷加大，比賽內(nèi)容不斷調(diào)整，這也對(duì)指導(dǎo)教師提出了新的挑戰(zhàn)，同時(shí)產(chǎn)生了一些新的科研和工程課題。教師在上課過(guò)程中，可以引入學(xué)科競(jìng)賽題目作為案例，理論聯(lián)系實(shí)際，激發(fā)學(xué)生對(duì)本學(xué)科的濃厚興趣，讓學(xué)生學(xué)有所用。學(xué)科競(jìng)賽與學(xué)科的發(fā)展是相輔相成的，這就要求教師不斷更新課程內(nèi)容，不斷引入新的應(yīng)用案例，幫助學(xué)生理解晦澀的定義定理，通過(guò)競(jìng)賽案例教學(xué)、實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的理論聯(lián)系實(shí)際和工程創(chuàng)新能力。

3 層階式創(chuàng)新教育體系（HIES）的應(yīng)用效果

（1）我院學(xué)生在各類(lèi)學(xué)科競(jìng)賽中成績(jī)顯著，如在中國(guó)機(jī)器人大賽、“西門(mén)子杯”中國(guó)智能制造挑戰(zhàn)賽、全國(guó)大學(xué)生智能汽車(chē)比賽、全國(guó)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、全國(guó)智能建筑綜合布線比賽等70項(xiàng)競(jìng)賽中獲獎(jiǎng)，平均每年獲國(guó)家級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)達(dá)十幾項(xiàng)，省特等獎(jiǎng)、一等獎(jiǎng)等達(dá)二十多項(xiàng)。 如2007年我校學(xué)生在機(jī)器人足球比賽中，與中國(guó)科技大學(xué)、廈門(mén)大學(xué)等進(jìn)入了機(jī)器人足球世界杯全球總決賽，在新加坡舉辦的仿真2D組的國(guó)際比賽中獲得三等獎(jiǎng)的優(yōu)異成績(jī)。我校自2016年開(kāi)始參加“西門(mén)子杯”中國(guó)智能制造挑戰(zhàn)賽，一舉獲得國(guó)家級(jí)一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)共7項(xiàng)；省賽特等獎(jiǎng)7項(xiàng)，一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)若干項(xiàng)。HIES教育體系的實(shí)施極大地提高了學(xué)生參與比賽、參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的積極性，成效明顯。

（2）人才培養(yǎng)質(zhì)量得到進(jìn)一步提升。通過(guò)HIES教育體系的實(shí)施，畢業(yè)生的就業(yè)率明顯提高，而且就業(yè)的公司多為小米、華為、中興等國(guó)內(nèi)知名企業(yè)；同時(shí)學(xué)生的考研率逐年提高，其中參加過(guò)比賽并獲得國(guó)家級(jí)三等獎(jiǎng)以上的學(xué)生考研成功率達(dá)100%，獲得省級(jí)二等獎(jiǎng)以上的學(xué)生考研率達(dá)90%以上，而且學(xué)生被錄取的高校多為985和211高校。可以說(shuō)，正是HIES創(chuàng)新教育體系的實(shí)施和全體教師學(xué)生的努力使我校學(xué)生能夠與國(guó)內(nèi)一流大學(xué)的學(xué)生同臺(tái)競(jìng)技，并取得了優(yōu)異成績(jī)。此外，該模式還輻射到學(xué)校的其他專(zhuān)業(yè)，在獲得省部級(jí)以上獎(jiǎng)勵(lì)的學(xué)生中還包括電氣工程、自動(dòng)化、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化等專(zhuān)業(yè)，使各專(zhuān)業(yè)學(xué)生的綜合能力得到切實(shí)的提高，為社會(huì)培養(yǎng)了一大批優(yōu)秀的工程師。