“以賽促教”推動(dòng)高等工程教育教學(xué)高質(zhì)量發(fā)展

黃海龍

（吉林大學(xué) 機(jī)械與航空航天工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130025）

為了全面落實(shí)《關(guān)于加快建設(shè)發(fā)展新工科實(shí)施卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃2.0 的意見(jiàn)》文件精神，深入推進(jìn)工程教育改革，堅(jiān)持工程理論實(shí)踐融通、學(xué)科專業(yè)交叉，全面強(qiáng)化工程倫理意識(shí)、提升大學(xué)生工程創(chuàng)新綜合素質(zhì)和能力水平，全國(guó)高校普遍性參與、開(kāi)展多個(gè)級(jí)別的大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽?！耙再惔賹W(xué)、以賽促教、賽教融通”是工程綜合創(chuàng)新能力培養(yǎng)的有效實(shí)踐路徑，大大改變了傳統(tǒng)的工程訓(xùn)練單一模塊化教學(xué)模式所暴露出的知識(shí)、工藝、技能孤島，學(xué)生綜合應(yīng)用與創(chuàng)新能力欠缺等缺點(diǎn)，對(duì)于調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性、探索實(shí)踐性技能、形成良好的工程創(chuàng)新氛圍、培養(yǎng)學(xué)生的工程綜合創(chuàng)新能力起了重要的作用[1]。目前，經(jīng)統(tǒng)計(jì)與調(diào)研發(fā)現(xiàn)“賽教融合”的模式已經(jīng)在國(guó)內(nèi)多所高校工程教育實(shí)踐教學(xué)中廣泛應(yīng)用，通過(guò)備賽促進(jìn)學(xué)生從工程的角度整體設(shè)計(jì)，又從中國(guó)大學(xué)生工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力大賽實(shí)施的環(huán)節(jié)親自動(dòng)手實(shí)踐，設(shè)計(jì)、工藝、制造有機(jī)融合為一體，有利于促進(jìn)工程教育由藝術(shù)回歸工程，通過(guò)指導(dǎo)競(jìng)賽，促進(jìn)了教師進(jìn)行工程教育教學(xué)研究，提升了教師的工程實(shí)踐教學(xué)水平，對(duì)高校工程教育綜合創(chuàng)新能力培養(yǎng)常態(tài)化具有重要的意義[2]。

1 體系構(gòu)建

對(duì)標(biāo)卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃，對(duì)接中國(guó)大學(xué)生工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力大賽四大賽道，構(gòu)建符合高校育人特色的五大主題教學(xué)內(nèi)容；建設(shè)支撐教學(xué)內(nèi)容有效實(shí)施的綜合加工制造實(shí)驗(yàn)室、耗材與標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)和移動(dòng)端信息化管理平臺(tái)3 項(xiàng)教學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施；培育與組建綜合型實(shí)踐教學(xué)指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)；健全制度保障體系，從耗材保障、教學(xué)計(jì)劃調(diào)整、課時(shí)置換與學(xué)分認(rèn)定3 方面充分保障以賽促教、賽教融通的工程教育實(shí)踐教學(xué)體系的有效實(shí)施[3-4]，如圖1 所示。

圖1 以賽促教、賽教融通實(shí)踐教學(xué)體系

2 教學(xué)建設(shè)

2.1 教學(xué)內(nèi)容建設(shè)

2.1.1 工程小車主題課程內(nèi)容建設(shè)

工程小車主題課程包含勢(shì)能車與熱量車兩部分，采用課內(nèi)、課外相結(jié)合的方式，計(jì)劃20 學(xué)時(shí)，以中國(guó)大學(xué)生工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力大賽“工程基礎(chǔ)”賽道任務(wù)要求和評(píng)分規(guī)則為指導(dǎo)組織課程內(nèi)容，開(kāi)展課程。在學(xué)生選課成班后，首先指導(dǎo)學(xué)生班內(nèi)自行組隊(duì)，并選出隊(duì)長(zhǎng)，教師介紹任務(wù)要求、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生討論組內(nèi)分工和任務(wù)實(shí)施流程，制定實(shí)施計(jì)劃。課下學(xué)生在指定時(shí)間段內(nèi)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下進(jìn)行小車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；課上在教學(xué)指導(dǎo)教師指導(dǎo)下進(jìn)入綜合制造實(shí)驗(yàn)室完成小車的零件加工、組裝，并進(jìn)行三輪賽道場(chǎng)地實(shí)測(cè)與迭代優(yōu)化設(shè)計(jì)，完成主題任務(wù)。最后按照大賽評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行課內(nèi)競(jìng)賽現(xiàn)場(chǎng)評(píng)比，評(píng)出并記錄課程成績(jī)，以備下一步賽項(xiàng)選拔[5]。

2.1.2 “智能+”主題課程內(nèi)容設(shè)計(jì)

“智能+”主題課程包含 “智能+搬運(yùn)” “智能+分揀” 兩部分，采用課內(nèi)、課外相結(jié)合的方式，計(jì)劃20 學(xué)時(shí)，以中國(guó)大學(xué)生工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力大賽“智能+”賽道任務(wù)要求和評(píng)分規(guī)則為指導(dǎo)組織課程內(nèi)容，開(kāi)展課程。小組分工協(xié)作結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、零件加工制作與組裝過(guò)程與工程小車主題相同，物理結(jié)構(gòu)完成后，學(xué)生課下查詢資料在指定的時(shí)間段內(nèi)完成程序設(shè)計(jì)，回到課上進(jìn)行賽道場(chǎng)地實(shí)測(cè)、程序調(diào)試。最后按大賽評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行課內(nèi)競(jìng)賽現(xiàn)場(chǎng)評(píng)比，評(píng)出并記錄課程成績(jī)，以備下一步賽項(xiàng)選拔[6]。

2.1.3 飛行器設(shè)計(jì)主題課程內(nèi)容設(shè)計(jì)

飛行器設(shè)計(jì)主題課程目標(biāo)包括設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試，以實(shí)現(xiàn)飛行器飛行、搬運(yùn)、分揀、列隊(duì)等任務(wù)，采用課內(nèi)、課外相結(jié)合的方式，計(jì)劃20 學(xué)時(shí)，課程內(nèi)容以中國(guó)大學(xué)生工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力大賽“飛行器設(shè)計(jì)仿真”賽道任務(wù)要求和評(píng)分規(guī)則為指導(dǎo)組織課程內(nèi)容，開(kāi)展課程。在學(xué)生選課成班后，組隊(duì)分工協(xié)作課下完成設(shè)計(jì)，指導(dǎo)教師審核通過(guò)后，課內(nèi)進(jìn)入綜合制造實(shí)驗(yàn)室完成零件結(jié)構(gòu)制造和組裝過(guò)程，課下在指定的時(shí)間段內(nèi)查詢資料并結(jié)合虛擬仿真平臺(tái)初步完成程序設(shè)計(jì)，課內(nèi)進(jìn)行賽道場(chǎng)地實(shí)測(cè)、程序調(diào)試。最后按大賽評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行課內(nèi)競(jìng)賽現(xiàn)場(chǎng)評(píng)比，評(píng)出并記錄課程成績(jī)，以備下一步賽項(xiàng)選拔[7]。

2.1.4 工程場(chǎng)景數(shù)字化主題課程內(nèi)容設(shè)計(jì)

工程場(chǎng)景數(shù)字化主題課程內(nèi)容無(wú)固定任務(wù)目標(biāo)，利用數(shù)字化的手段充分展現(xiàn)數(shù)字媒體形態(tài)下的工程創(chuàng)新能力，傳播工程知識(shí)，普及先進(jìn)技術(shù)，以課下完成為主，計(jì)劃課內(nèi)20 學(xué)時(shí)，指導(dǎo)教師引導(dǎo)學(xué)生組建團(tuán)隊(duì)后，充分頭腦風(fēng)暴，發(fā)揮自身想象力和創(chuàng)造力，設(shè)計(jì)規(guī)劃虛擬場(chǎng)景，查閱資料，開(kāi)發(fā)相應(yīng)數(shù)字化場(chǎng)景程序，經(jīng)迭代優(yōu)化設(shè)計(jì)后，在要求的時(shí)間范圍內(nèi)完成設(shè)計(jì)任務(wù)。最后作品呈現(xiàn)展示，按大賽評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行課內(nèi)競(jìng)賽現(xiàn)場(chǎng)評(píng)比，評(píng)出并記錄課程成績(jī)，以備下一步賽項(xiàng)選拔。

2.1.5 開(kāi)放性創(chuàng)新作品主題課程內(nèi)容設(shè)計(jì)

在對(duì)接國(guó)賽四大標(biāo)準(zhǔn)賽道的同時(shí)，為廣泛拓展學(xué)生的興趣，盡可能地提升學(xué)生在工程綜合實(shí)踐方面的參與積極性。同時(shí)，工程訓(xùn)練課程雖然說(shuō)是全校性的工程教育基礎(chǔ)類課程，但是其以工科或近工科專業(yè)為主，在全校學(xué)生中的覆蓋面仍然非常有限，尚有很多學(xué)院學(xué)生無(wú)法接觸到，對(duì)于具有濃厚工程興趣的工程訓(xùn)練課程課外學(xué)生，或者課內(nèi)任務(wù)完成后，仍然希望進(jìn)一步的深入工程實(shí)踐創(chuàng)新探索的學(xué)生，工程教育實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)以開(kāi)放性創(chuàng)新作品主題實(shí)踐的方式向全校師生開(kāi)放，搭建起工程綜合創(chuàng)新實(shí)踐共享平臺(tái)作為“賽教融合”的延伸。專業(yè)不限的學(xué)生自行組隊(duì)，以興趣愛(ài)好為驅(qū)動(dòng)自擬工程項(xiàng)目，編制包含工程圖紙、制作工藝和耗材明細(xì)的設(shè)計(jì)方案，通過(guò)信息化管理平臺(tái)提交設(shè)計(jì)方案，方案通過(guò)教學(xué)指導(dǎo)人員審核后，進(jìn)入綜合制造實(shí)驗(yàn)室加工制作環(huán)節(jié)，完成創(chuàng)新作品的制作后，以現(xiàn)場(chǎng)答辯的方式完成考核，獲得相應(yīng)成績(jī)[8]。

2.2 教學(xué)設(shè)施建設(shè)

2.2.1 綜合加工制造實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

以賽促教5 大主題課程的實(shí)施需要教學(xué)場(chǎng)地、設(shè)備等基礎(chǔ)設(shè)施的支撐，包括零件的加工制造、電子元器件焊裝、裝配與調(diào)試、賽道實(shí)測(cè)與迭代優(yōu)化設(shè)計(jì)等，為消除工程教育實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)原有的加工制造工藝模塊化孤島，對(duì)多工藝綜合創(chuàng)新項(xiàng)目在實(shí)施過(guò)程中對(duì)多工藝教學(xué)指導(dǎo)人員、多場(chǎng)地設(shè)備調(diào)配兩方面需求的影響，需建立同時(shí)支撐多個(gè)主題課程的綜合加工制造實(shí)驗(yàn)室，其中包含必備的常用的設(shè)備，如3D 打印機(jī)、金屬/非金屬激光切割機(jī)、數(shù)控車床、數(shù)控銑床、鉆床、設(shè)計(jì)用PC 機(jī)、鉗工拆裝工作臺(tái)、電子焊裝工作臺(tái)以及幾大賽道主題場(chǎng)地等。使學(xué)生的常用零件的加工制造、裝配與調(diào)試、實(shí)測(cè)與迭代優(yōu)化調(diào)整等工作能夠在綜合加工制造實(shí)驗(yàn)室一站式完成，以消除場(chǎng)地、設(shè)備、人員對(duì)主題課程實(shí)施的影響[9]。

2.2.2 賽教兩用競(jìng)賽場(chǎng)地建設(shè)

對(duì)標(biāo)國(guó)賽，建設(shè)與大賽完全相同的賽項(xiàng)工作臺(tái)，搭建相同的大賽場(chǎng)地，教中充分營(yíng)造賽的環(huán)境與氛圍，滿足實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試與課內(nèi)、校內(nèi)兩級(jí)競(jìng)賽的需要。

2.2.3 耗材與標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)建設(shè)

在工程小車主題、智能+主題和飛行器設(shè)計(jì)主題課程實(shí)施過(guò)程中，學(xué)生團(tuán)隊(duì)會(huì)常態(tài)化需要各種標(biāo)準(zhǔn)件、標(biāo)準(zhǔn)模塊和非標(biāo)件原材料，如智能電子模塊（傳感器、電機(jī)）、標(biāo)準(zhǔn)件（軸承、螺絲、螺母、連接件）、桿類耗材、板類耗材（鋁合金板、亞克力板、有機(jī)玻璃板）等，在場(chǎng)地建設(shè)常用耗材與標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，根據(jù)學(xué)生通過(guò)審核的方案中的耗材需求明細(xì)，經(jīng)專人管理，按計(jì)劃分配使用[10]。

2.2.4 移動(dòng)端信息化管理平臺(tái)建設(shè)

搭建教學(xué)管理移動(dòng)端信息化管理平臺(tái)微信小程序，具備學(xué)生端預(yù)約申請(qǐng)、方案提交、教師端審核與過(guò)程跟蹤記錄等功能。學(xué)生按創(chuàng)新項(xiàng)目管理流程提交計(jì)劃，指導(dǎo)教師完成審核與評(píng)審，并進(jìn)行線上指導(dǎo)，學(xué)生加工制作與試驗(yàn)預(yù)約，并同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)耗材、標(biāo)準(zhǔn)件等物資、設(shè)備使用記錄等的信息化管理。

2.3 師資隊(duì)伍建設(shè)

2.3.1 教師綜合實(shí)踐教學(xué)水平提升

以賽促教5 大主題課程的實(shí)施，需要機(jī)械設(shè)計(jì)與制造、機(jī)電結(jié)合、電控結(jié)合的功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、多工藝種類的加工制造工藝、程序設(shè)計(jì)與調(diào)試、仿真與優(yōu)化等多學(xué)科知識(shí)與技能的支持，需要具有大賽指導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)、具備多項(xiàng)工藝技能綜合指導(dǎo)學(xué)生方案設(shè)計(jì)與實(shí)施以及迭代優(yōu)化的能力，對(duì)工程教育教學(xué)指導(dǎo)人員綜合實(shí)踐教學(xué)水平有了更高的要求。通過(guò)專項(xiàng)培訓(xùn)，老帶新等方式，短期內(nèi)增強(qiáng)對(duì)教學(xué)人員的大賽經(jīng)驗(yàn)分享和綜合技能培訓(xùn)，以提升其工程教育教學(xué)人員的綜合實(shí)踐教學(xué)指導(dǎo)能力[11]。

2.3.2 教學(xué)工作量分級(jí)核算

以賽促教的5 大主題課程的實(shí)施過(guò)程，不再像模塊化實(shí)踐課程一樣嚴(yán)格按照工程訓(xùn)練教學(xué)大綱和教學(xué)計(jì)劃在固定的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行，教學(xué)工作量可視可控。根據(jù)學(xué)生組建團(tuán)隊(duì)的知識(shí)與技能水平和實(shí)踐能力上的差異，對(duì)學(xué)生的指導(dǎo)更具有靈活性，有的團(tuán)隊(duì)需要更多的設(shè)計(jì)、工藝、加工制造、調(diào)試方面的指導(dǎo)，有的團(tuán)隊(duì)能力較強(qiáng)可能不需要太多的指導(dǎo)，指導(dǎo)時(shí)間不再局限于原有的工作日時(shí)間，可能會(huì)有更多的課余時(shí)間指導(dǎo)，故對(duì)教學(xué)指導(dǎo)人員靈活的工作量如何進(jìn)行有效核算，將成為影響工作積極性和創(chuàng)新成果質(zhì)量的重要指標(biāo)，公平合理的教學(xué)工作量分配將成為師資隊(duì)伍建設(shè)的重要保障。建立以20 學(xué)時(shí)為基準(zhǔn)，按高、中、低難度等級(jí)分級(jí)，設(shè)計(jì)指導(dǎo)與加工制作指導(dǎo)課時(shí)獨(dú)立分配的教學(xué)工作過(guò)量分級(jí)核定分配制度，使教學(xué)實(shí)施與管控有序。

2.4 制度保障建設(shè)

2.4.1 教學(xué)耗材經(jīng)費(fèi)支持

除工程場(chǎng)景數(shù)字化主題不需要持續(xù)性教學(xué)耗材之外，工程小車主題、智能+主題和飛行器設(shè)計(jì)主題常態(tài)化需要各種標(biāo)準(zhǔn)件（軸承、螺絲、螺母、連接件）、智能電子模塊（傳感器、電機(jī)）、桿類耗材、板類耗材（鋁合金板、亞克力板、有機(jī)玻璃板）等，此類耗材是原有工程訓(xùn)練模塊化課程常規(guī)耗材之外的部分，故學(xué)生工程綜合創(chuàng)新能力的培養(yǎng)、課程的開(kāi)展和穩(wěn)定運(yùn)行需要教學(xué)管理部們給予額外的教學(xué)耗材經(jīng)費(fèi)支持與保障。

2.4.2 教學(xué)計(jì)劃的調(diào)整與課程設(shè)置

課內(nèi)教學(xué)部分5 大主題綜合創(chuàng)新教學(xué)活動(dòng)的開(kāi)展需要學(xué)生提前完成對(duì)應(yīng)的工程訓(xùn)練模塊化課程，需要學(xué)生先掌握必備的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)方法、工藝知識(shí)、加工制造技能，在學(xué)分和培養(yǎng)計(jì)劃課時(shí)數(shù)不變的情況下，學(xué)生根據(jù)自身的興趣愛(ài)好點(diǎn)選擇一個(gè)主題后，前期需要具備哪些模塊化課程的學(xué)習(xí)儲(chǔ)備，自由選課的過(guò)程必將打亂原有的模塊化課程排課順序。在充分利用工程教育教學(xué)平臺(tái)現(xiàn)有教學(xué)條件的基礎(chǔ)上，為實(shí)現(xiàn)以賽促教的學(xué)生工程綜合創(chuàng)新能力培養(yǎng)目標(biāo)，工程教育實(shí)踐教學(xué)在教學(xué)計(jì)劃調(diào)整和課程設(shè)置方面將面臨復(fù)雜的課程安排協(xié)調(diào)與優(yōu)化的過(guò)程，需要更多調(diào)動(dòng)教學(xué)人員業(yè)余時(shí)間完成相應(yīng)的教學(xué)指導(dǎo)任務(wù)。

2.4.3 課時(shí)置換與學(xué)分認(rèn)定

以賽促教和以5 大主題課程為引領(lǐng)的工程綜合創(chuàng)新能力培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，將打亂原有的應(yīng)試模塊化課程，使得教學(xué)內(nèi)容更加豐富、學(xué)生依據(jù)興趣愛(ài)好有了更為寬泛的選擇，并且綜合創(chuàng)新項(xiàng)目任務(wù)的實(shí)施過(guò)程需要大量的課時(shí)支撐，在學(xué)分和培養(yǎng)計(jì)劃總課時(shí)數(shù)不變的情況下，以興趣為驅(qū)動(dòng)的綜合創(chuàng)新主題與原有模塊化課程之間的等效學(xué)時(shí)需要進(jìn)行有效的置換與認(rèn)定，保證課程學(xué)分，并實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的管理[12]。

3 教學(xué)實(shí)施

工程綜合創(chuàng)新實(shí)踐采用課內(nèi)、課外2 個(gè)渠道有序開(kāi)展，課內(nèi)對(duì)接4 大國(guó)賽賽道以主題方式按教學(xué)計(jì)劃有序執(zhí)行，課外廣泛開(kāi)展開(kāi)放性創(chuàng)新作品設(shè)計(jì)與制作，學(xué)生先提交參與申請(qǐng)，按計(jì)劃提交設(shè)計(jì)方案、工程圖紙、效果圖、加工制造工藝、耗材明細(xì)等文件；之后到綜合加工制造實(shí)驗(yàn)室完成加工制作與組裝調(diào)試，到賽教兩用競(jìng)賽場(chǎng)地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)與組間競(jìng)賽，實(shí)施過(guò)程佐證如圖2 所示[13]。

圖2 教學(xué)建設(shè)與實(shí)施場(chǎng)景

4 結(jié)束語(yǔ)

以賽教融通為背景，以工程綜合創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標(biāo)，在工程教育實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)基礎(chǔ)上搭建起多學(xué)科交叉的綜合創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)，對(duì)標(biāo)中國(guó)大學(xué)生工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力大賽賽項(xiàng)規(guī)則與要求，在校內(nèi)常態(tài)化開(kāi)展四大主題工程綜合創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)。教學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施層面，建設(shè)綜合加工制造實(shí)驗(yàn)室消除了傳統(tǒng)工程教育實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)中的加工制造工藝模塊化孤島對(duì)有效開(kāi)展多學(xué)科交叉工程創(chuàng)新的束縛；搭建賽教兩用競(jìng)賽場(chǎng)地?zé)o縫對(duì)接國(guó)賽要求，充分營(yíng)造國(guó)賽氛圍；以實(shí)效性為主導(dǎo)實(shí)施教師綜合實(shí)踐教學(xué)水平提升計(jì)劃；從教學(xué)課時(shí)工作量分級(jí)核算、耗材經(jīng)費(fèi)保障、教學(xué)計(jì)劃的有序調(diào)整、課時(shí)置換與學(xué)分認(rèn)定4 個(gè)方面制定制度保障體系充分保障了賽教融通教學(xué)模式的有效實(shí)施，從而在賽教常態(tài)化融合的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)以賽促教、以賽促學(xué)[14]。