新工科背景下基于競賽的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的探究與實踐

孫軍英

（河北師范大學(xué)中燃工學(xué)院，河北 石家莊050024）

“新工科”體系下所培養(yǎng)的工程技術(shù)人才應(yīng)是具備工程實踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國際競爭力的復(fù)合型人才[1]。因此，高校需要不斷完善工科人才培養(yǎng)中創(chuàng)新能力教育體系，提升工科人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，探索建立創(chuàng)新型工程人才培養(yǎng)模式。

學(xué)科競賽考察的是知識點的實際應(yīng)用，在提高學(xué)生實踐動手能力的同時，也有助于學(xué)生加深對專業(yè)知識的理解，而越來越多的科技競賽題目都已經(jīng)超越了單一學(xué)科的范疇，需要多門學(xué)科的思想、知識和方法綜合起來才能解決。另外，由于參加學(xué)科競賽的學(xué)生人數(shù)較少，而能夠真正從學(xué)科競賽中獲益的學(xué)生更是少之又少。為了提高學(xué)科競賽對學(xué)生的受益面，只有將學(xué)科競賽融入到課堂教學(xué)過程，尤其是實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，讓更多同學(xué)參與到學(xué)科競賽營造的教學(xué)環(huán)境中，才能最終達(dá)到提升教育教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才的目標(biāo)[2]。本文以國家級、省級電子信息類重要學(xué)科競賽為依托，將其涉及到的專業(yè)理論知識與實踐技能進(jìn)行研究分析，提取出其共性的部分，并將其拆解到教學(xué)計劃中相應(yīng)的專業(yè)課程以及實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中。只有打破課程甚至專業(yè)之間的壁壘，融會貫通，建立良好的知識體系，才能打造出集多種交叉學(xué)科于一體的科技競賽作品。

1 重構(gòu)課程體系 重組教學(xué)內(nèi)容

1.1 構(gòu)建“2結(jié)合，4模塊”的課程體系

課程體系是實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要載體，應(yīng)當(dāng)支撐起所有的畢業(yè)要求，根據(jù)新工科“人才培養(yǎng)”交叉與融合的特點，構(gòu)建了“3結(jié)合+4模塊”的專業(yè)課程體系，即“理論、實踐與應(yīng)用相結(jié)合”，根據(jù)學(xué)科競賽對學(xué)生知識和能力的要求，將專業(yè)課程分為四個模塊，“語言類模塊”“基礎(chǔ)類模塊”“綜合類模塊”和“創(chuàng)新類模塊”。各模塊之間既相互獨立，又互相支撐，逐層遞進(jìn)?！罢Z言類”模塊中涵蓋了學(xué)科競賽所需要的程序設(shè)計課程，主要開設(shè)在大學(xué)一年級階段。“創(chuàng)新類模塊”中包括物聯(lián)網(wǎng)和機(jī)器人兩個專業(yè)方向，學(xué)生可以結(jié)合自己的興趣任選其一。另外，考慮到學(xué)生參加競賽時需要的知識儲備，在人才培養(yǎng)方案中，將單片機(jī)原理及應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計、EDA技術(shù)和傳感器原理及應(yīng)用等與學(xué)科競賽關(guān)聯(lián)較緊密的專業(yè)平臺課程的開設(shè)學(xué)期前移，使學(xué)生盡早地掌握學(xué)科競賽必備的專業(yè)知識。為了實現(xiàn)“寬口徑、厚基礎(chǔ)”的培養(yǎng)目標(biāo)，一方面加大模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等專業(yè)基礎(chǔ)課程的理論和實踐比重。在原有的基礎(chǔ)上增設(shè)電子技術(shù)課程設(shè)計，突出“綜合性、設(shè)計性”實驗項目。另一方面，采取將多門課程整合打造成一門課程設(shè)計的方法，例如，傳感器檢測技術(shù)+單片機(jī)原理及應(yīng)用；RFID技術(shù)+嵌入式系統(tǒng)等，這樣既保證了教學(xué)總學(xué)時，又體現(xiàn)了新工科對于多門課程的交叉融合和整體應(yīng)用。

1.2 通過重組教學(xué)內(nèi)容，實現(xiàn)學(xué)科競賽反哺教學(xué)

針對國家級和省級學(xué)科競賽對學(xué)生知識體系與實踐能力的不同要求，梳理各學(xué)科競賽項目中的共性專業(yè)基礎(chǔ)知識，并加以歸納分類。學(xué)科競賽的內(nèi)容涉及知識面比較寬，可以把學(xué)科競賽融入課程教學(xué)過程中，提出理論和實踐課程需要增加的內(nèi)容，弱化復(fù)雜的理論過程，強(qiáng)化知識在競賽中的應(yīng)用。專業(yè)課程中可以增設(shè)的競賽內(nèi)容與學(xué)生能力培養(yǎng)的對應(yīng)關(guān)系如表1所示。通過修改部分理論課程教學(xué)大綱，形成實習(xí)項目及教學(xué)案例，實現(xiàn)學(xué)科競賽反哺教學(xué)。并在實施過程中不斷對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整、充實和更新。最終形成了一套完善的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。

表1 競賽內(nèi)容與學(xué)生能力培養(yǎng)的對應(yīng)關(guān)系

2 建設(shè)“第二課堂—實踐基地—省級平臺”的階梯式平臺體系，發(fā)展“校園競賽—省級競賽—國家級競賽”的交互式競賽模式，著力強(qiáng)化學(xué)生工程實踐創(chuàng)新能力

成立第二課堂中心，設(shè)立學(xué)生科創(chuàng)項目，開展校園科創(chuàng)競賽，學(xué)生自主申報、自主研究，在親手實踐的過程中激發(fā)創(chuàng)新潛能、挖掘科研能力。與企業(yè)保持密切關(guān)系，建設(shè)校內(nèi)實踐平臺與校外實習(xí)基地，真實再現(xiàn)生產(chǎn)場景，讓學(xué)生在親身體驗中感受行業(yè)魅力并探索發(fā)現(xiàn)問題，提升實踐能力，激發(fā)創(chuàng)新意識。依托河北省電子電工實驗教學(xué)示范中心和河北省物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新中心兩個平臺，開展各類競賽項目，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。

為了調(diào)動學(xué)生參與的積極性、主動性，學(xué)院制定了一系列獎勵措施，遴選優(yōu)秀作品報送省級、國家級競賽，發(fā)展了“校園競賽—省級競賽—國家級競賽”的交互式競賽模式，以賽促學(xué)、以賽促教、以賽促練，極大地激發(fā)了學(xué)生的參與熱情，對提高學(xué)生創(chuàng)新能力有著顯著效益。

3 創(chuàng)新教學(xué)形式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

隨著科技的不斷進(jìn)步，新技術(shù)、新企業(yè)不斷出現(xiàn)，為了適應(yīng)時代發(fā)展的需要，必須不斷改革教學(xué)方法和教學(xué)手段，圍繞學(xué)生的全面發(fā)展，將學(xué)生的情感認(rèn)知和專業(yè)知識兩方面的增長作為課程的中心，發(fā)展學(xué)生主動參與、交流、合作與探究等多種學(xué)習(xí)形式。

3.1 項目為導(dǎo)向的教學(xué)形式

實踐教師團(tuán)隊以學(xué)科交叉融合為特色，結(jié)合學(xué)科競賽對知識和能力的要求開發(fā)了6個具體的實踐教學(xué)項目：《離線式激光雕刻機(jī)的設(shè)計與制作》《通信收發(fā)信機(jī)的設(shè)計與研制》《無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點供能的振動能量收集裝置》《基于嵌入式智能化工程項目》《基于CDIO的機(jī)電融合類項目實訓(xùn)》與《汽車坐墊溫控器》。每個項目既包含了機(jī)械建模，機(jī)械部件的加工與組裝；又涵蓋了電子線路設(shè)計；電路模塊焊接、調(diào)試；高頻信號發(fā)生器、頻譜分析儀等設(shè)備的使用以及嵌入式系統(tǒng)設(shè)計和計算機(jī)編程等多學(xué)科專業(yè)知識，使學(xué)生掌握了更多的專業(yè)知識，真正實現(xiàn)了多學(xué)科交叉融合的目標(biāo)，培養(yǎng)了跨學(xué)科人才，增強(qiáng)了學(xué)生的綜合能力，提升了學(xué)生競爭力。

3.2 基于CDIO的小組互助式學(xué)習(xí)形式

在項目的實施過程中結(jié)合CDIO工程教育模式（如圖2所示），以小組為單位，每個小組由4～6名學(xué)生組成。采取個人學(xué)習(xí)和小組互助學(xué)習(xí)相結(jié)合的形式。個人學(xué)習(xí)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，在創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識方面得到提升，使學(xué)生獲得最佳的學(xué)習(xí)體驗；小組互助學(xué)習(xí)能夠提高團(tuán)隊解決復(fù)雜工程問題的能力，培養(yǎng)團(tuán)隊協(xié)作精神，掌握溝通合作技能，增強(qiáng)個人和集體榮譽(yù)感。在考核評價環(huán)節(jié)，側(cè)重考查學(xué)生在項目完成過程中的參與度和貢獻(xiàn)度，通過個人自評、小組成員互評、組間互評、教師評價相結(jié)合，分階段、分層次的方式。

圖2 基于CDIO的小組互助式學(xué)習(xí)形式

3.3 “線上+線下”的實踐教學(xué)模式

實踐教學(xué)作為理論教學(xué)的有益補(bǔ)充，旨在線上教學(xué)資源的日益豐富，打破了以教師實驗室面授為主的傳統(tǒng)線下實踐教學(xué)模式，延長了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)時間。采用了如圖3所示的3種“線上+線下”的實踐教學(xué)新模式：①“線上優(yōu)質(zhì)資源課+線下”模式。通過網(wǎng)上大量優(yōu)秀的資源共享實驗課程使學(xué)生提前熟悉實驗內(nèi)容，了解實驗器材，厘清實驗內(nèi)容和相關(guān)理論知識之間的聯(lián)系，帶著問題走進(jìn)實驗室。②“微課、慕課+線下”模式。教師借助雨課堂、學(xué)習(xí)通、QQ群、釘釘群等網(wǎng)絡(luò)平臺發(fā)布錄制好的微課或慕課視頻，學(xué)生們可以隨時隨地登陸平臺進(jìn)行學(xué)習(xí)，也方便教師對學(xué)生的預(yù)習(xí)效果進(jìn)行監(jiān)督和檢測。教師錄制的視頻不只是單單的將以教師講解為主的線下操作步驟搬到了網(wǎng)絡(luò)上，而是結(jié)合“啟發(fā)式”“探究式”等多種教學(xué)方式，引導(dǎo)學(xué)生自覺地、主動地探索，掌握認(rèn)識和解決問題的方法和步驟。③“虛擬仿真平臺+線下”模式。前兩種教學(xué)模式都是需要學(xué)生在實驗室完成全部實驗項目，教師從旁協(xié)助和指導(dǎo)，同學(xué)們之間可以相互探討和溝通?！疤摂M仿真平臺+線下”模式采取部分實驗項目借助虛擬仿真軟件在線上完成，但是完全線上式虛擬仿真又無法使學(xué)生獲得真正的實際操作體驗，而且欠缺與教師之間的互動，導(dǎo)致實驗效果受到影響。因此需要結(jié)合線下的方式，讓學(xué)生走入實驗室，看一看，用一用真正的實驗設(shè)備，縮小仿真與實際之間的差距。這種模式一方面實現(xiàn)了學(xué)生無論在自習(xí)室、圖書館還是家里都可以共享實驗資源；另一方面緩解了實驗設(shè)備使用緊張，也更加方便教師來布置一些拓展項目用于學(xué)生在課后完成。

圖3 “線上+線下”實踐教學(xué)新模式

4 競賽成績學(xué)分化、指導(dǎo)教師團(tuán)隊化、項目團(tuán)隊交叉化

4.1 競賽成績學(xué)分化

我院將學(xué)科競賽納入人才培養(yǎng)方案，支持競賽成績向?qū)W分轉(zhuǎn)化。為鼓勵學(xué)生積極參與，學(xué)院成立了由院團(tuán)委與專業(yè)教研室骨干成員組成的“本科生創(chuàng)新競賽項目立項委員會”，統(tǒng)籌負(fù)責(zé)參賽宣傳與作品選拔，并對優(yōu)秀作品予以經(jīng)費(fèi)支持，為學(xué)生競賽項目研究提供了組織保障、制度保障與經(jīng)費(fèi)支撐。

4.2 指導(dǎo)教師團(tuán)隊化

學(xué)院組織具有豐富指導(dǎo)學(xué)生競賽經(jīng)驗的一線教師和行業(yè)企業(yè)專家成立了專門的學(xué)生競賽導(dǎo)師團(tuán)隊，他們中既有充滿活力和創(chuàng)新思維的年輕教師，也有經(jīng)驗豐富在教學(xué)和科研方面能力突出的中老年教師。在指導(dǎo)參賽學(xué)生完善作品的同時，創(chuàng)造性地將競賽成果融入教學(xué)改革中，豐富了教學(xué)內(nèi)容，實現(xiàn)了“競賽成果”與“教學(xué)內(nèi)容”的雙向轉(zhuǎn)化。

4.3 競賽團(tuán)隊交叉化

我院作為河北師范大學(xué)的工科學(xué)院，在專業(yè)設(shè)置上涵蓋了機(jī)械工程、電子信息工程、電氣工程及其自動化、汽車服務(wù)工程等專業(yè)。而許多國家級的學(xué)科競賽旨在引導(dǎo)和提升大學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性、實踐性和創(chuàng)新性，涉及電子、機(jī)械、控制、計算機(jī)等工科專業(yè)。因此組建跨學(xué)科的學(xué)生團(tuán)隊尤為重要，也能夠充分發(fā)揮我院的優(yōu)勢。對于學(xué)生的選拔，尊重人才培養(yǎng)規(guī)律，從大一新生開始就組織校賽進(jìn)行人才選拔，選拔有興趣、有潛力又有能力的學(xué)生參加校賽、省賽以及國賽，通過培養(yǎng)讓學(xué)生實現(xiàn)自我創(chuàng)新能力的不斷提升。另外，組建跨年級的學(xué)生團(tuán)隊，在高年級本科生中，選拔一批曾在各類學(xué)科競賽中獲獎的同學(xué)，參與到競賽團(tuán)隊中，一方面充分發(fā)揮榜樣的作用，將他們的經(jīng)驗傳承下去，除此之外，還可以充實到教師指導(dǎo)團(tuán)隊中，輔助教師進(jìn)行賽前指導(dǎo)。

5 結(jié)論

隨著新經(jīng)濟(jì)、新產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，“創(chuàng)新”的概念也有了延伸，在“變革與發(fā)展”的基礎(chǔ)上，更加強(qiáng)調(diào)了各創(chuàng)新主體、創(chuàng)新要素的交互復(fù)雜作用。我院以學(xué)科競賽為平臺，通過改革課程體系，重建教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新教學(xué)形式，學(xué)生團(tuán)隊、指導(dǎo)教師團(tuán)隊和實踐教學(xué)項目實現(xiàn)交叉融合等一系列舉措，對創(chuàng)新性人才培養(yǎng)模式進(jìn)行了探索和實踐，學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力得到了提升，人才培養(yǎng)質(zhì)量得到了提高。進(jìn)一步推動了教學(xué)改革的深入發(fā)展。