孫遠韜 張氫 朱玉田 何俊杰

摘 ?要：隨著我國工程教育逐步邁向現(xiàn)代化，也對國內(nèi)各大高校工程技術(shù)人才的培養(yǎng)提出了更高的要求。學科競賽作為高校培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)能力的一項重要載體，將學科競賽有效融入教學體系，無疑會促進對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。文章針對“上海市大學生創(chuàng)意機器人挑戰(zhàn)賽”面向行業(yè)需要的主題思想及實施過程為例，結(jié)合同濟大學機械與能源工程學院開設(shè)的面向機械專業(yè)的“創(chuàng)新實踐課程”及其課程教學體系，探討了學科競賽與院校教學體系的相互支撐作用和途徑;并在此基礎(chǔ)上，提出了高校課程理論與實踐結(jié)合的優(yōu)化措施，從而加深理論學習及其實踐的效果，促進工程教育認證培養(yǎng)目的的達成及創(chuàng)新型人才培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：學科競賽;工程認證;創(chuàng)新人才;實踐教學;教學改革

中圖分類號：C961 ? ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2020）21-0029-04

Abstract： With the gradual progress of the engineering education in our country， the higher requirements for the training of the engineering technical personnel of the major universities in China are also put forward. As an important carrier to train the students' comprehensive quality， the subject contest will effectively integrate the subject competition into the teaching system， which will undoubtedly promote the cultivation of the students' creative ability. In the light of the subject thought and the implementation process of the "Shanghai University Students' Creative Robot Challenge" facing the industry， this paper discusses the mutual relation between the subject competition and the teaching system of the university in combination with the mechanical and mechanical "innovation practice course" and the course teaching system of the Institute of Mechanical and Energy Engineering of Tongji University. In order to deepen the effect of theory study and practice， and to promote the achievement of the goal of engineering education certification and the cultivation of innovative talents， the optimization measures of combining theory with practice in colleges and universities are put forward.

Keywords： subject competition; engineering certification; innovative talents; practice teaching; teaching reform

一、概述

隨著我國綜合國力水平的飛躍式進步，國家建設(shè)面向未來、面向現(xiàn)代化的同時，我國對創(chuàng)新型工程技術(shù)人才的需求也日益加大、要求也逐年上升。從2010年我國正式啟動“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”;2013年我國第一次對工程教育質(zhì)量狀況進行了全面的梳理，并研制了《中國工程教育質(zhì)量報告（2013年度）》;到2016年中國科協(xié)代表我國順利成為《華盛頓協(xié)議》正式會員;再到2018年中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《加快推進教育現(xiàn)代化實施方案（2018-2022年）》中更是明確指出：“全面強化學校體育工作，全面加強和改進學校美育，弘揚勞動精神，強化實踐動手能力、合作能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。”[1]正是在此精神的指引下，同濟大學機械專業(yè)于2018年通過機械工程專業(yè)工程教育認證。

不難發(fā)現(xiàn)，新時代背景下，教育體系改革的主方向是：面向創(chuàng)新型教育，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。也是在時代的召喚下，以學科競賽為載體的高等教育新型實踐教學方式應(yīng)運而生，并且在相當大的范圍內(nèi)引起劇烈響應(yīng)。

就我國目前工程教育發(fā)展的態(tài)勢上看，在各大院校中，將學科競賽有效融入學科教學體系的教學方式較為普遍;同時，“教賽結(jié)合”的教學方式下，課程對學生實踐動手能力、合作能力以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)效果也是相對顯著的?；诖?，我國工程教育體系改革也相應(yīng)提出了更符合時代特色的教賽結(jié)合教學模式[2]。

本文以同濟大學承辦的“上海市大學生創(chuàng)意機器人挑戰(zhàn)賽”（以下簡稱“創(chuàng)挑賽”）實施過程為例，并結(jié)合同濟大學機械與能源工程學院開設(shè)的面向機械專業(yè)的“創(chuàng)新實踐課程”及其課程教學體系，分析學科競賽與院校教學體系的相互支撐作用和途徑;并在此基礎(chǔ)上，提出了高校課程理論與實踐結(jié)合的優(yōu)化措施，從而加深課程學習及其實踐的效果。

二、“教賽結(jié)合”思路與內(nèi)涵

“創(chuàng)挑賽”是在新工科建設(shè)與發(fā)展的戰(zhàn)略指向下創(chuàng)辦的學科競賽，競賽以實際社會需求為動力吸引各類人才參與，符合工程教育專業(yè)認證需要，堅持以人為中心，在過程中培養(yǎng)和提升興趣，并且著重競賽中的參與和體驗，通過競賽全面發(fā)展參賽選手對實際問題的研究能力和實踐動手能力，以競賽結(jié)果作為參賽者的反饋，促進參賽者的學習熱情，延續(xù)競賽精神，將競賽成果最大化，并通過解決實際問題為社會需求提供具有創(chuàng)新性和實用性的方案和解決措施;需要指出的是，本挑戰(zhàn)賽在滬教委高[2018]63號文《上海市教育委員會關(guān)于公布2019年支持舉辦學科競賽活動名單的通知》中，已被列入支持名單，成為上海市高校最有影響的學生賽事和課外實踐活動之一。

同時值得強調(diào)指出的是，創(chuàng)挑賽相對于實踐課程而言，是作為課程教學體系的一種強化補充[3]。同濟大學機械專業(yè)在構(gòu)建相關(guān)教學體系時，已明確要求對學生創(chuàng)新精神以及實踐能力的培養(yǎng)，故而在課程體系中對基礎(chǔ)、專業(yè)課建設(shè)的基礎(chǔ)上，增設(shè)實踐課程，通過參加學科競賽的方式，強化學生創(chuàng)新實踐能力。同時，學科競賽也將通過參賽學生的表現(xiàn)和問題，反思教學中忽略和缺失的方向。尤其是在新工科發(fā)展要求下，機械工程等傳統(tǒng)工科專業(yè)的教學如何與科技發(fā)展和國家需求相適應(yīng)，如何在培養(yǎng)過程中交叉各工學學科，使課程更貼近實際需求和學生發(fā)展需要，并根據(jù)競賽宗旨和競賽結(jié)果，總結(jié)新工科下全面的人才培養(yǎng)目標，從新工科和國家建設(shè)社會需求出發(fā)摸索出了一套以人才創(chuàng)新、專業(yè)能力為重點的人才選拔模式?；诖?，不難看出新工科發(fā)展要求下，“教賽結(jié)合”在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)上的觸發(fā)思路。

而從工程教育認證的觀點和要求[4]來看，對于同濟大學機械專業(yè)實踐課程的教學要求達成以下內(nèi)涵：

1. 文獻研究：能夠通過文獻研究分析了解所研究問題的研究現(xiàn)狀及已有進展，尋求可替代解決方案或能夠分析求解過程的影響因素，獲得有效結(jié)論。

2. 設(shè)計方法：掌握工程設(shè)計方法，了解影響設(shè)計方案的各項因素，并能夠設(shè)計針對多因素、多目標機械工程問題的解決方案。

3. 創(chuàng)新與評價：能夠從多角度對設(shè)計結(jié)果做出評價，包括理解和評價機械工程問題解決方案對社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境的影響。

4. 工具開發(fā)選用：能夠針對機械領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題，開發(fā)或選用現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，進行信息檢索、模擬預(yù)測及輔助設(shè)計，并能夠理解其局限性;同時利用現(xiàn)代軟件編程環(huán)境，進行簡單的程序編寫。

5. 國際化視野：具備一定的國際化視野，理解和尊重不同文化的差異性，可在跨文化背景下進行溝通和交流。

而每一個畢業(yè)要求都需要相關(guān)課程及相關(guān)的課程目標達成度予以支撐。每一個相關(guān)課程均有對應(yīng)的教學內(nèi)容。需要強調(diào)的是，在傳統(tǒng)的課程教學過程中強調(diào)的是對知識點基本原理的講解，而創(chuàng)新實踐和學科競賽是對相關(guān)原理予以更形象化的理解，并通過實踐予以靈活應(yīng)用，強化的是知識結(jié)構(gòu)體系的完備性。

創(chuàng)新實踐課程相對于普通課程強化的是方案創(chuàng)新設(shè)計，在此階段強化的是通過文獻分析現(xiàn)狀，研究當前技術(shù)發(fā)展趨勢，并提出創(chuàng)新性的方案;而學科競賽除了掌握基本原理以外，有創(chuàng)新思維往往以團隊形式組隊參加，各組員有可能來自不同學院，知識結(jié)構(gòu)體系，理解問題角度，方式都可能有較大差異，所以為了在規(guī)定時間窮盡智慧完成比賽需要較好的溝通能力，并歷練項目管理水平，才有可能較好推進項目進行。

因此，對比“創(chuàng)挑賽”的創(chuàng)辦內(nèi)涵以及該實踐課程所預(yù)期的課程目標，分析相較之下，實踐課程主要對學生通過廣泛的文獻研究整合基礎(chǔ)知識能力提出要求，而學科競賽還需要強調(diào)學生溝通能力及項目管理能力的培養(yǎng)。

實踐課程作為高校課程體系中培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力的基礎(chǔ)載體，建設(shè)目標可總結(jié)為：通過對所學專業(yè)基礎(chǔ)課程知識的綜合運用，培養(yǎng)創(chuàng)新實踐能力;而創(chuàng)挑賽作為學科競賽，要求參賽學生具備一定專業(yè)知識運用基礎(chǔ)，同時也對學生創(chuàng)新、實踐能力提出要求。

由此可見：由于學科競賽與教學體系之間存在著高度的互補性，就對新工科時代背景下的實踐教學而言，“教賽結(jié)合”具有一定的優(yōu)越性，學科競賽對傳統(tǒng)的基礎(chǔ)教學體系具有很好的補充作用，將學科競賽有效融入高校教學體系，一定程度上加強對學生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)，確保每一位學生得到有效鍛煉;同時，學科競賽也能作為一個反饋，使高校及時了解到教學中存在的忽略和缺失的方向?？梢哉f從體系上競賽，創(chuàng)新實踐及專業(yè)課程體系三者相互融合，相互補充，相互檢驗，相互支撐。

三、“教賽”結(jié)合過程-以創(chuàng)挑賽為例

目前2018，2019學年“創(chuàng)挑賽”均在同濟大學嘉定校區(qū)舉行，2020也根據(jù)2019年上海市教委高60號文定在同濟大學舉行，其中2019年大賽的主題為“高塔救援”，競技組要求參賽隊在時間、距離或技能方面超越對手，各組機器人將通過攀爬高塔救援遇險對象方式，花費時間最短的組別將獲得最終勝利。從相同背景，不同方面提升參賽選手的創(chuàng)新意識。

競賽從組織架構(gòu)做起，創(chuàng)挑賽以學校和各學院為組織架構(gòu)平臺，實現(xiàn)多學科融合，通過機械、電氣以及計算機等多學科的交叉考察，強化參賽選手對于機器人及新工科要求下的研究方向的認識和研究能力，促進科教結(jié)合。

創(chuàng)挑賽要求參賽人員具有較好的機械設(shè)計能力和單片機編程能力。這也是最主要的兩種能力要求，當然也要有較好的機械操作能力，以便控制制作的機器人。同濟大學機械與能源工程學院也有若干支隊伍參加此次競賽，下面就以其中一支隊伍為例，介紹分析參賽的各個環(huán)節(jié)。

首先，前期的準備工作主要是進行方案的確定。參賽隊伍的各個成員通過對大賽主題及其面向社會的需求進行分析，初步擬定一個理論上可執(zhí)行的方案，設(shè)計相應(yīng)的主要執(zhí)行機構(gòu)。接下來需要進行方案的細節(jié)確定，主要包括方案各機構(gòu)、零部件執(zhí)行的可行性分析，即參賽隊伍的各個成員通過三維建模軟件等現(xiàn)代實用工具完成對執(zhí)行方案的初步細化（軟件可選用的有：CAD、Solidworks、Inventor等），同時選擇合適的材料為最終實物制作做準備（需要對所學知識的綜合運用，包括：高等數(shù)學、理論力學、材料力學、機械原理、機械設(shè)計等等）。在此基礎(chǔ)上通過控制工程基礎(chǔ)的基本原理及相關(guān)計算機原理進行程序的編寫，即根據(jù)所確定的執(zhí)行機構(gòu)所要完成的預(yù)期動作，編寫代碼（可選用的編程環(huán)境有：Arduino、STM32等）。最終需要進行具體實物模型的制作與調(diào)試，對前期各個環(huán)節(jié)預(yù)設(shè)的原材料進行收集、組裝;在組裝成功的基礎(chǔ)上，對實物模型進行預(yù)期功能的調(diào)試，檢驗實物模型能否達到理論預(yù)期要求。

綜合上述流程分析，在同濟大學教學體系中，實踐課程以基礎(chǔ)、專業(yè)課程為基礎(chǔ)，在此之上，提出創(chuàng)新、實踐能力的要求，以達到工程教育專業(yè)認證的標準，培養(yǎng)符合時代市場需要的工程技術(shù)人才;而創(chuàng)挑賽作為上海大學生交流平臺，為參賽選手提供科研支撐、研究環(huán)境、專家資源，以實際成果和參與展示提升創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和經(jīng)驗，通過競賽實踐熟悉創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的要求和過程，同樣，其理論基礎(chǔ)依然是各門基礎(chǔ)、專業(yè)課程。

四、“以賽促學”的教學培養(yǎng)思考及優(yōu)化措施

同濟大學強調(diào)以學科競賽為載體，注重對學生綜合能力的培養(yǎng)，一方面將實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)融入學校教學全過程，促進學生水平的進步，以達到時代對工程技術(shù)人才的要求;另一方面，借助學科競賽以檢驗現(xiàn)有教學體系的不足，持續(xù)教學改革。以下就針對目前同濟大學“教賽結(jié)合”的教學體系存在的問題，提出相應(yīng)客觀的優(yōu)化措施：

（一）加強基礎(chǔ)課程知識體系建設(shè)

課程知識點的基礎(chǔ)性必須強化，通過創(chuàng)新及其學科競賽更為具體的了解了在實踐過程中的課程學習的不足之處，那么從專業(yè)認證的角度看，即可更為生動的了解各教學目標達成情況，能夠在教學過程中生動說明各教學內(nèi)容，有助于提高教學效果，易于達成教學培養(yǎng)的內(nèi)涵，從實質(zhì)上促進持續(xù)改進的方向和內(nèi)容。

（二）有針對性的豐富創(chuàng)新實踐課程教學內(nèi)容

目前，同濟大學機械與能源工程學院的創(chuàng)新平臺課程主要是各任課老師根據(jù)學生不同階段發(fā)展情況，從各任課老師的科研實踐出發(fā)，在不同學期創(chuàng)新思想與創(chuàng)新方案方面進行訓練，但是相對而言，針對本科生相關(guān)學科競賽的內(nèi)容并不多;通過部分引入學科競賽的內(nèi)容，加上所設(shè)創(chuàng)新學分，可以在一定程度上激發(fā)學生的主動性與積極性，擴大學生的參與面，同時能夠更為聚焦同學們的實際需求，豐富創(chuàng)新實踐課程的教學內(nèi)容，需要強調(diào)的是，同濟大學機械與能源工程學院考慮到教學目標的廣泛性，創(chuàng)新實踐課程并非完全以競賽為目標進行訓練，而是適度融入競賽內(nèi)容，保障豐富特征的同時能夠系統(tǒng)、全面而具體的培養(yǎng)學生，使得學生后勁更足。

（三）強化教學指導師資隊伍建設(shè)

明確教學的執(zhí)行者是廣大的教師，無論是理論教學，還是實踐教學，均由教師來貫徹落實教學理念，富有經(jīng)驗與理論教學能力師資隊伍力量，顯然在很大程度上能夠促進教學的效果?；诖?，強化師資隊伍的建設(shè)，通過組織教師開展交流學習工作，目前同濟大學機械與能源工程學院就保持了穩(wěn)定的教學團隊，從而能夠?qū)⒔虒W理念持續(xù)融入后續(xù)教學當中，繼承和發(fā)展，穩(wěn)步推進創(chuàng)新實踐的成果。

（四）增強校內(nèi)基礎(chǔ)硬件設(shè)施建設(shè)

創(chuàng)新實踐課程的理念是培養(yǎng)創(chuàng)新實踐能力，同時，學科競賽的內(nèi)涵也源于實踐，基于此，大學生實踐、實訓基地的配套硬件設(shè)施的完善性、經(jīng)費投入的充裕性是深入開展學科競賽的先決條件。就同濟大學目前的情況而言，需要進一步供給學生實踐的場地以及相應(yīng)的硬件設(shè)施。因此，可通過增設(shè)校內(nèi)實踐基地、實驗室等實踐平臺并完善其硬件設(shè)施，同時面向全校大學生開放而非僅限自身學院需要，鼓勵學生利用院校實踐平臺完成相應(yīng)學科競賽，達到實踐教學與理論知識結(jié)合的目的。

（五）深化學科競賽管理機制改革

同濟大學“以學科競賽作為載體，促進院校實踐教學水平”的教學體系已初步建成，但教學體系的管理機制還可以進一步優(yōu)化。目前同濟大學依托本科生院及創(chuàng)新實踐基地推進和管理各項賽事的進行，包括上創(chuàng)、國創(chuàng)等創(chuàng)新實踐課程的開展，頭緒較多，管理人員偏少，而組織承辦賽事牽扯各部門較多，協(xié)調(diào)部門情況的同時要同各賽事組委會、工作委員會進行具體事務(wù)討論，推進過程比較曲折，也會間接影響競賽組織水平，同濟大學依托專業(yè)教師的具體業(yè)務(wù)負責制在一定程度上緩解了上述矛盾，但是對于校內(nèi)各資源整合特別是場館、安全保障、食品衛(wèi)生還需要有專門的業(yè)務(wù)流程保障從而提高組織效率和效果，而對于宣傳需要有更為專業(yè)的隊伍支撐效果將更為妥當，本次2019“創(chuàng)挑賽”就首次通過圖文直播方式極大促進了賽事影響，可見優(yōu)化管理機制，整合資源有助于提高水平，擴大賽事影響力，吸引更多學生積極創(chuàng)新。

五、結(jié)束語

在國家新工科建設(shè)背景下，我國工程教育面向現(xiàn)代化的同時，明確學科競賽對于創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的作用與意義[5]，教育的主旋律正面向創(chuàng)新型教育轉(zhuǎn)型，以學科競賽為載體的教學體系相對傳統(tǒng)的實踐教學模式存在較好的優(yōu)越性，通過學科競賽有助于搭建檢驗教學改革的平臺，對專業(yè)課程建設(shè)提供反饋，持續(xù)完善各基礎(chǔ)、專業(yè)課程中課程目標及對應(yīng)的畢業(yè)要求指標點的內(nèi)涵;同時有助于豐富課程目標及教學內(nèi)容及教學方式，并從體系上加強各課程知識點的融合，作為強化補充，促進對學生創(chuàng)新精神與實踐能力的培養(yǎng)?？梢姡ㄟ^學科競賽、創(chuàng)新實踐及相關(guān)教學體系有機結(jié)合有助于實現(xiàn)高校教學體系的改革，將實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)融入教學全過程，進一步深化教學改革的同時，促進工程教育認證的培養(yǎng)目標達成和持續(xù)改進，從而培養(yǎng)出滿足新時代社會發(fā)展需要的人才。

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