学科竞赛牵引下的工程素质培养模式探究

何岚岚， 张海光， 胡庆夕

(上海大学 工程训练国家级实验教学示范中心，上海 200444)

0 引 言

教育部[2007]1号文件中指出“继续开展大学生竞赛活动，重点资助在全国具有较大影响和广泛参与面的大学生竞赛活动，激发大学生的兴趣和潜能，培养大学生的团队协作意识和创新精神[1]。”近年来，各类竞赛层出不穷，通过竞赛培养学生的创新思维和创新技能已经获得了教育行业的共识。但是目前的竞赛数量多，水平差距大，很多竞赛缺少实践环节，学生还仅仅获得的是理论知识的学习或者创新设计的锻炼[2]。关于学科竞赛与学科建设、人才培养、教学改革等的研究也成为了研究热点[3-7]，也取得了一些研究成果，但多为泛泛而谈，结合具体竞赛的人才培养模式鲜有研究。

全国大学生工程训练综合能力竞赛(简称“工训大赛”)是教育部高等教育司发文举办的全国性大学生科技创新实践竞赛活动，是一项面向全国在校本科生开展科技创新工程实践活动的全国性大赛[8]。该赛事主要以国内各高校综合性工程训练教学平台为依托，旨在促进各高校提高工程实践和工程训练教学改革和教学水平，培养大学生的机械创新设计、制造工艺、实际动手、工程管理、现场应变和团队合作能力，是促进创新以及实践能力培养而开展的一项科技创新实践活动[9-10]。从2009年第一届开始至今已经成功举办了五届全国性大赛，每一届都涉及全国上百所高校参与，采用现场加工制造、装配调试、竞技挑战的竞赛形式，对学生能力的培养和考核较为全面，因此该赛事受到越来越多高校的关注和参与，竞赛的含金量也正在逐年提升。

现以全国大学生工程训练综合能力竞赛为牵引，提炼多年大赛的指导经验，构建工程实践课程体系，以培养兼具创新、设计、制造、采购、应变及团队协作能力的全方位复合型人才为目标，探索大学生工程素养的培养模式。同时为大赛形式和内容提供新的备选方案，助力大赛的发展。

1 工训大赛与工程素质培养的相关性

2009年出台的《全国大学生工程训练综合能力竞赛章程》明确指出：“全国大学生工程训练综合能力竞赛以“重在实践，鼓励创新”为指导思想，旨在加强大学生工程实践能力、创新意识和合作精神的培养，激发大学生进行科学研究与探索的兴趣，挖掘大学生的创新潜能与智慧，为优秀人才脱颖而出创造良好的条件；推动高等教育人才培养模式和实践教学的改革，不断提高人才培养的质量。”[11]，即工训大赛是学生在具备了基本的工程实践技能的基础上，通过大赛这种载体来加强实践能力，并激发学生的创新意识、创新潜能，而要达到这个目的，必须结合大赛探究人才工程素质培养的模式，并进行实践教学体系的改革。

1.1 工训大赛的核心价值

工训大赛一般由三部分组成：① 赛前按照命题设计，包括小车的结构设计、加工工艺制定以及制造成本分析；② 按照设计的图纸完成小车的制造，采购相关的标准件和配件，并进行小车的装配和调试；③ 利用指定工艺现场进行部分零件的设计、制造及装配调试，并根据抽签确定赛道参数，小车在赛道上进行现场运行竞技。

从该竞赛的过程中可看出：设计环节主要考查学生创新能力以及设计能力；制造和装配环节主要考查学生掌握基础工程实践知识和技能的程度；现场竞技环节考查学生的临场应变和团队协作能力。因此，若在工训大赛中取得好成绩，要求参赛选手要具备创新思维、动手实践、文档撰写以及团队协作等综合能力，做到了对学生综合工程素质的全方位考评。

1.2 工训大赛培养工程素质的途径

该竞赛因其高度综合性，对学生综合工程素质提出了很高的要求，学生必须在夯实了理论知识和实践技能的基础上，不断提高自身的创新能力，因此充分体现了工训大赛的核心思想就是“重在实践，鼓励创新”。通过竞赛形成了一套完整的创新与实践综合能力训练方案，为培养学生的工程素质提供了一条可行的途径[12-15]。建立以工训大赛为牵引的工程素质培养模式，进行一系列的改革，包括课程体系、师资队伍、校园创新氛围等，使其成为推动复合型创新人才培养的重要载体。

1.3 工训大赛推动复合人才培养

工训大赛对于学生的工程素质培养作用毋庸置疑，但是大赛举办至今尽管一直在不断提升竞赛难度，完善竞赛规则，但是尚不能完全跟上制造业对技术和人才的新需求，比如信息技术、智能技术及互联网技术等在该大赛中尚未体现，同时还要进一步加强成本意识。因此，如果能够形成一套完整的培养模式，并在人才培养过程中，为工训大赛培养和选拔兼具多种能力于一身的掌握先进技术的复合型人才，同时为大赛的形式和内容提供紧跟行业需求的新方案，必将对大赛的发展将起到积极的推动作用。

2 大赛牵引下的工程素质培养模式

2.1 工程素质培养模式

工程技术训练中心作为国家级实践教学示范中心，一直在努力探索工程素质人才培养的培养模式。通过总结工程训练综合能力大赛的指导经验，并将其与中心开设的课程进行紧密结合，构建了“以赛带课”、“以课带学”“以学助赛”的三位一体人才培养模式(见图1)，即以竞赛项目作为课程学习的载体，以课程教学为基础，实现学生有目标学习的过程，最后通过学习过程的知识和经验积累优选出竞赛选手。

图1 “三位一体”工程素质培养模式

(1) 以竞赛项目为载体。工训大赛是学生对知识的深度理解、消化吸收并再创造的实践过程，需要通过长期的教学工作来实现。而现有的课堂教学课程之间缺少关联性，采用的案例不具有代表性，大多数课程缺少创新能力和实践能力的培养。因此，以大赛项目为载体，将竞赛用小车引入课程，结合中心的软硬件资源、师资情况和学生专业特点，逐步构建一个系统的竞赛项目体系。

(2) 以课程教学为基础。工训大赛是对学生创新能力和实践技能的综合考查，但是这些能力的培养离不开学科基本理论、知识和技能的学习，而这些知识必然要通过课堂教学来获取。因此，必须抓住课堂教学这个关键环节，设计与竞赛相关的课程体系，改革现有的教学内容和教学方式，根据不同年级学生的知识层次和实践能力，开设相应的课程，做到循序渐进有的放矢地培养学生的工程素质。

(3) 以学习成果助竞赛。学生在以竞赛项目为载体的课程学习过程中，会有新的创意方案，包括赛车的机械结构设计与优化、功能升级与扩展、竞赛规则改进与完善等。例如，结构向更小更轻更易于调节方向发展，从无碳小车到机电小车到3D打印小车发展到智能小车。通过系列课程的有序开展，积累大量的学生创新作品，同时学生的工程素质也得到了系统培养和提升，从学生的设计中可以选出更具时代性更典型的作品作为竞赛的候选赛题，也有利于优选出综合能力强的学生参加大赛，避免短期集中培训式的选拔，从而可以大大提高竞赛的获奖率。

总之，课程教学、竞赛项目和学生培养这三者是相辅相成的关系，缺一不可，环环相扣，在规划得当和实施到位的前提下，将形成良性循环，是一个完整的“三位一体”式的工程素质培养体系，对其他学科竞赛的人才培养均具有一定的借鉴意义。

2.2 构建工程素质课程体系

要真正落实工程素质人才培养模式，课程是核心，将大赛项目引入以及对于学生的培养都必须通过课程教学实现。那么随着学生知识面和知识层次的变化，设计并开设相关的课程是需要解决的最关键问题。结合工训大赛项目及中心多年的课程建设经验，构建了由基础性工程实训、专业基础及选修课程和创新类课程构成的工程素质培养的课程体系(见图2)。

本环节的教学，教师顺应学生的思维倾向，鼓励学生小组内动手操作，把重点放在从条件入手分析上。再通过画示意图、列表等方法分析数据和数量的关系，初步掌握运用数形结合分析数量关系的方法。教师针对学生的薄弱点，强调要抓“相关联”的两个条件。也正是通过教师的点拨，学生的智慧火花闪现：“老师，我发现‘单价’是关键。”“我也有新发现……”相信学生从分析数量关系开始，就建立匹配的“模型”，这对于他们“解决问题”，无疑是一笔长期受用的财富！

图2 面向工训大赛的工程素质培养课程体系

(1) 基础性工程实训。该层次包括工程通识类和基础实践类两个课程模块。其中，工程通识类课程面向大一所有新生，从多方面让学生对工程领域有较为全面的初步认知，激发其学习机械工程和电气工程领域知识的兴趣。基础实践类课程又分为机械基础实践和电子基础实践，是面向全校理工大类学生开展的以实践动手为主的实习课程，并运用“案例教学法”和“项目教学法”将大赛作品中的典型案例引入课程，让学生系统地掌握机械制造和电子与自动化两个方面的基础知识，并具备一定的实践技能。

(2) 专业基础及选修课程。该课程是在基础实践课程的基础上开设的专业必修和选修课程。其中“三维设计与工程制图”课程是为解决目前学生绘制的工程图与实际工业需求严重脱节的窘境，对原有的机械制图课程进行改革，在课程中以工训大赛的无碳小车作为教学案例(见图3)，利用业界公认的高端设计软件CATIA作为工具，培养学生读图和机械设计能力，强化培养学生的工程实践能力。“CATIA实践”课程具有很强的实践性，在课程中以工训大赛的无碳小车为例学习零件三维实体建模、机构及整车装配、工程图绘制等，是竞赛项目设计必不可少的技能之一。

(a) 小车底板零件工程图

(b) 小车整体装配图

教材使用中心教师主编的机械工业出版社教材《三维建模与工程制图》。

(3) 创新类课程。该层次课程在一、二层次的基础上开设，针对学有余力、专业基础扎实、实践能力强，且具备较强创新能力的学生开发，属于具有研究性质的实践课程。该类课程包括“机械基础创新与实践(1)、(2)”和“电子基础创新与实践(1)、(2)”，配备具有大赛指导经验的教师，学生以小组团队形式参与，利用任务驱动教学方法，形成以自主式、合作式、研究式为主的学习方式。根据竞赛要求以及对竞赛未来趋势预测确定项目任务，学生通过查阅资料、设计方案、编制工艺、加工制造、检验修改、采购零配件、组装调试、设计报告、现场答辩等全过程，将前期所学到的知识融会贯通并熟练运用，有助于学生创新能力、实践能力及团队合作能力等综合工程素质培养。课程学习过程中有助于选拔优秀学生作为竞赛选手，同时也通过学生的不断创新提取新的竞赛形式和内容(见图4)。

该课程体系有明显的层次性，专业性逐渐增强，创新能力和实践能力的要求逐渐增加，各门课程之间的相关性强，并且都有很明显的实践动手能力的需求和培养环节，符合大赛对创新型复合型人才培养的需求。

(a) 项目设计

(b) 无碳小车

(c) 3D打印小车

(d) 电控小车

3 工程素质培养模式实施及成效

3.1 实施措施

(1) 加强指导教师队伍建设。竞赛中学生是主体，教师是保障，学生的能力培养以及竞赛结果与指导教师的经验和能力息息相关。根据课程体系的构建以及竞赛对教师梯队的需求，建立一支指导经验丰富、知识及技能水平高、且能够实现传承帮带的师资队伍尤为重要。

(2) 营造及优化竞赛氛围。利用各种宣传机会，如举办与大赛相关的讲座、论坛、研讨会，让学生了解大赛的要求，清楚知道可以对自己的能力提高的作用，营造一种创新和实践的氛围，利用往届同学的切身体验做到口碑相传，从而实现整个模式的良性开展。

(3) 建立激励及约束机制。既然是竞赛，必然存在失利的风险，制定全面考评奖励制度有利于教师和学生能够全身心地投入该项工作。对于学生可以采取对等课程的学分减免、推免研究生时优先考虑、毕业优先推荐就业等措施；对于教师将竞赛成绩与职称评定、年终考核、单项奖、年度评优及绩效工资挂钩。

3.2 实施成效

至今，中心在国家和省级各届工训学科大赛上一共获奖32项，其中获得省级竞赛一等奖以上占89%和国家级竞赛一等奖以上占62%，多年竞赛成果验证了该人才培养模式的可行性。

4 结 语

通过分析工程训练综合能力竞赛与工程素质培养的相互关系，将工训大赛引入工程素质培养过程中，构建了课程教学、竞赛项目和学生培养“三位一体”式的工程素质人才培养体系，尤其详细论述了课程教学体系建设思路，并对该模式实施的保障措施进行了总结，该培养模式已经在工程技术训练中心得到了实施，效果显著，无论对学校学科发展、中心教学改革、教师教学能力和经验提升以及学生工程素质培养都起到了积极的作用。同时该模式对于其他学科的人才培养可供参考。