面向工程教育认证的以学科竞赛为载体的高校创新型人才培养研究

孙远韬 张氢 朱玉田 何俊杰

摘  要：随着我国工程教育逐步迈向现代化，也对国内各大高校工程技术人才的培养提出了更高的要求。学科竞赛作为高校培养学生综合素质能力的一项重要载体，将学科竞赛有效融入教学体系，无疑会促进对学生创新能力的培养。文章针对“上海市大学生创意机器人挑战赛”面向行业需要的主题思想及实施过程为例，结合同济大学机械与能源工程学院开设的面向机械专业的“创新实践课程”及其课程教学体系，探讨了学科竞赛与院校教学体系的相互支撑作用和途径;并在此基础上，提出了高校课程理论与实践结合的优化措施，从而加深理论学习及其实践的效果，促进工程教育认证培养目的的达成及创新型人才培养。

关键词：学科竞赛;工程认证;创新人才;实践教学;教学改革

中图分类号：C961         文献标志码：A         文章编号：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

隨着我国综合国力水平的飞跃式进步，国家建设面向未来、面向现代化的同时，我国对创新型工程技术人才的需求也日益加大、要求也逐年上升。从2010年我国正式启动“卓越工程师教育培养计划”;2013年我国第一次对工程教育质量状况进行了全面的梳理，并研制了《中国工程教育质量报告（2013年度）》;到2016年中国科协代表我国顺利成为《华盛顿协议》正式会员;再到2018年中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《加快推进教育现代化实施方案（2018-2022年）》中更是明确指出：“全面强化学校体育工作，全面加强和改进学校美育，弘扬劳动精神，强化实践动手能力、合作能力、创新能力的培养。”[1]正是在此精神的指引下，同济大学机械专业于2018年通过机械工程专业工程教育认证。

不难发现，新时代背景下，教育体系改革的主方向是：面向创新型教育，培养创新型人才。也是在时代的召唤下，以学科竞赛为载体的高等教育新型实践教学方式应运而生，并且在相当大的范围内引起剧烈响应。

就我国目前工程教育发展的态势上看，在各大院校中，将学科竞赛有效融入学科教学体系的教学方式较为普遍;同时，“教赛结合”的教学方式下，课程对学生实践动手能力、合作能力以及创新能力的培养效果也是相对显著的。基于此，我国工程教育体系改革也相应提出了更符合时代特色的教赛结合教学模式[2]。

本文以同济大学承办的“上海市大学生创意机器人挑战赛”（以下简称“创挑赛”）实施过程为例，并结合同济大学机械与能源工程学院开设的面向机械专业的“创新实践课程”及其课程教学体系，分析学科竞赛与院校教学体系的相互支撑作用和途径;并在此基础上，提出了高校课程理论与实践结合的优化措施，从而加深课程学习及其实践的效果。

二、“教赛结合”思路与内涵

“创挑赛”是在新工科建设与发展的战略指向下创办的学科竞赛，竞赛以实际社会需求为动力吸引各类人才参与，符合工程教育专业认证需要，坚持以人为中心，在过程中培养和提升兴趣，并且着重竞赛中的参与和体验，通过竞赛全面发展参赛选手对实际问题的研究能力和实践动手能力，以竞赛结果作为参赛者的反馈，促进参赛者的学习热情，延续竞赛精神，将竞赛成果最大化，并通过解决实际问题为社会需求提供具有创新性和实用性的方案和解决措施;需要指出的是，本挑战赛在沪教委高[2018]63号文《上海市教育委员会关于公布2019年支持举办学科竞赛活动名单的通知》中，已被列入支持名单，成为上海市高校最有影响的学生赛事和课外实践活动之一。

同时值得强调指出的是，创挑赛相对于实践课程而言，是作为课程教学体系的一种强化补充[3]。同济大学机械专业在构建相关教学体系时，已明确要求对学生创新精神以及实践能力的培养，故而在课程体系中对基础、专业课建设的基础上，增设实践课程，通过参加学科竞赛的方式，强化学生创新实践能力。同时，学科竞赛也将通过参赛学生的表现和问题，反思教学中忽略和缺失的方向。尤其是在新工科发展要求下，机械工程等传统工科专业的教学如何与科技发展和国家需求相适应，如何在培养过程中交叉各工学学科，使课程更贴近实际需求和学生发展需要，并根据竞赛宗旨和竞赛结果，总结新工科下全面的人才培养目标，从新工科和国家建设社会需求出发摸索出了一套以人才创新、专业能力为重点的人才选拔模式。基于此，不难看出新工科发展要求下，“教赛结合”在创新型人才培养上的触发思路。

而从工程教育认证的观点和要求[4]来看，对于同济大学机械专业实践课程的教学要求达成以下内涵：

1. 文献研究：能够通过文献研究分析了解所研究问题的研究现状及已有进展，寻求可替代解决方案或能够分析求解过程的影响因素，获得有效结论。

2. 设计方法：掌握工程设计方法，了解影响设计方案的各项因素，并能够设计针对多因素、多目标机械工程问题的解决方案。

3. 创新与评价：能够从多角度对设计结果做出评价，包括理解和评价机械工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律、文化以及环境的影响。

4. 工具开发选用：能够针对机械领域的复杂工程问题，开发或选用现代工程工具和信息技术工具，进行信息检索、模拟预测及辅助设计，并能够理解其局限性;同时利用现代软件编程环境，进行简单的程序编写。

5. 国际化视野：具备一定的國际化视野，理解和尊重不同文化的差异性，可在跨文化背景下进行沟通和交流。

而每一个毕业要求都需要相关课程及相关的课程目标达成度予以支撑。每一个相关课程均有对应的教学内容。需要强调的是，在传统的课程教学过程中强调的是对知识点基本原理的讲解，而创新实践和学科竞赛是对相关原理予以更形象化的理解，并通过实践予以灵活应用，强化的是知识结构体系的完备性。

创新实践课程相对于普通课程强化的是方案创新设计，在此阶段强化的是通过文献分析现状，研究当前技术发展趋势，并提出创新性的方案;而学科竞赛除了掌握基本原理以外，有创新思维往往以团队形式组队参加，各组员有可能来自不同学院，知识结构体系，理解问题角度，方式都可能有较大差异，所以为了在规定时间穷尽智慧完成比赛需要较好的沟通能力，并历练项目管理水平，才有可能较好推进项目进行。

因此，对比“创挑赛”的创办内涵以及该实践课程所预期的课程目标，分析相较之下，实践课程主要对学生通过广泛的文献研究整合基础知识能力提出要求，而学科竞赛还需要强调学生沟通能力及项目管理能力的培养。

实践课程作为高校课程体系中培养学生创新实践能力的基础载体，建设目标可总结为：通过对所学专业基础课程知识的综合运用，培养创新实践能力;而创挑赛作为学科竞赛，要求参赛学生具备一定专业知识运用基础，同时也对学生创新、实践能力提出要求。

由此可见：由于学科竞赛与教学体系之间存在着高度的互补性，就对新工科时代背景下的实践教学而言，“教赛结合”具有一定的优越性，学科竞赛对传统的基础教学体系具有很好的补充作用，将学科竞赛有效融入高校教学体系，一定程度上加强对学生创新实践能力培养，确保每一位学生得到有效锻炼;同时，学科竞赛也能作为一个反馈，使高校及时了解到教学中存在的忽略和缺失的方向。可以说从体系上竞赛，创新实践及专业课程体系三者相互融合，相互补充，相互检验，相互支撑。

三、“教赛”结合过程-以创挑赛为例

目前2018，2019学年“创挑赛”均在同济大学嘉定校区举行，2020也根据2019年上海市教委高60号文定在同济大学举行，其中2019年大赛的主题为“高塔救援”，竞技组要求参赛队在时间、距离或技能方面超越对手，各组机器人将通过攀爬高塔救援遇险对象方式，花费时间最短的组别将获得最终胜利。从相同背景，不同方面提升参赛选手的创新意识。

竞赛从组织架构做起，创挑赛以学校和各学院为组织架构平台，实现多学科融合，通过机械、电气以及计算机等多学科的交叉考察，强化参赛选手对于机器人及新工科要求下的研究方向的认识和研究能力，促进科教结合。

创挑赛要求参赛人员具有较好的机械设计能力和单片机编程能力。这也是最主要的两种能力要求，当然也要有较好的机械操作能力，以便控制制作的机器人。同济大学机械与能源工程学院也有若干支队伍参加此次竞赛，下面就以其中一支队伍为例，介绍分析参赛的各个环节。

首先，前期的准备工作主要是进行方案的确定。参赛队伍的各个成员通过对大赛主题及其面向社会的需求进行分析，初步拟定一个理论上可执行的方案，设计相应的主要执行机构。接下来需要进行方案的细节确定，主要包括方案各机构、零部件执行的可行性分析，即参赛队伍的各个成员通过三维建模软件等现代实用工具完成对执行方案的初步细化（软件可选用的有：CAD、Solidworks、Inventor等），同时选择合适的材料为最终实物制作做准备（需要对所学知识的综合运用，包括：高等数学、理论力学、材料力学、机械原理、机械设计等等）。在此基础上通过控制工程基础的基本原理及相关计算机原理进行程序的编写，即根据所确定的执行机构所要完成的预期动作，编写代码（可选用的编程环境有：Arduino、STM32等）。最终需要进行具体实物模型的制作与调试，对前期各个环节预设的原材料进行收集、组装;在组装成功的基础上，对实物模型进行预期功能的调试，检验实物模型能否达到理论预期要求。

综合上述流程分析，在同济大学教学体系中，实践课程以基础、专业课程为基础，在此之上，提出创新、实践能力的要求，以达到工程教育专业认证的标准，培养符合时代市场需要的工程技术人才;而创挑赛作为上海大学生交流平台，为参赛选手提供科研支撑、研究环境、专家资源，以实际成果和参与展示提升创新创业能力和经验，通过竞赛实践熟悉创新创业的要求和过程，同样，其理论基础依然是各门基础、专业课程。

四、“以赛促学”的教学培养思考及优化措施

同济大学强调以学科竞赛为载体，注重对学生综合能力的培养，一方面将实践能力和创新能力培养融入学校教学全过程，促进学生水平的进步，以达到时代对工程技术人才的要求;另一方面，借助学科竞赛以检验现有教学体系的不足，持续教学改革。以下就针对目前同济大学“教赛结合”的教学体系存在的问题，提出相应客观的优化措施：

（一）加强基础课程知识体系建设

课程知识点的基础性必须强化，通过创新及其学科竞赛更为具体的了解了在实践过程中的课程学习的不足之处，那么从专业认证的角度看，即可更为生动的了解各教学目标达成情况，能够在教学过程中生动说明各教学内容，有助于提高教学效果，易于达成教学培养的内涵，从实质上促进持续改进的方向和内容。

（二）有针对性的丰富创新实践课程教学内容

目前，同济大学机械与能源工程学院的创新平台课程主要是各任课老师根据学生不同阶段发展情况，从各任课老师的科研实践出发，在不同学期创新思想与创新方案方面进行训练，但是相对而言，针对本科生相关学科竞赛的内容并不多;通过部分引入学科竞赛的内容，加上所设创新学分，可以在一定程度上激发学生的主动性与积极性，扩大学生的参与面，同时能够更为聚焦同学们的实际需求，丰富创新实践课程的教学内容，需要强调的是，同济大学机械与能源工程学院考虑到教学目标的广泛性，创新实践课程并非完全以竞赛为目标进行训练，而是适度融入竞赛内容，保障丰富特征的同时能够系统、全面而具体的培养学生，使得学生后劲更足。

（三）强化教学指导师资队伍建设

明确教学的执行者是广大的教师，无论是理论教学，还是实践教学，均由教师来贯彻落实教学理念，富有经验与理论教学能力师资队伍力量，显然在很大程度上能够促进教学的效果。基于此，强化师资队伍的建设，通过组织教师开展交流学习工作，目前同济大学机械与能源工程学院就保持了稳定的教学团队，从而能够将教学理念持续融入后续教学当中，继承和发展，稳步推进创新实践的成果。

（四）增强校内基础硬件设施建设

创新实践课程的理念是培养创新实践能力，同时，学科竞赛的内涵也源于实践，基于此，大学生实践、实训基地的配套硬件设施的完善性、经费投入的充裕性是深入开展学科竞赛的先决条件。就同济大学目前的情况而言，需要进一步供给学生实践的场地以及相应的硬件设施。因此，可通过增设校内实践基地、实验室等实践平台并完善其硬件设施，同时面向全校大学生开放而非仅限自身学院需要，鼓励学生利用院校实践平台完成相应学科竞赛，达到实践教学与理论知识结合的目的。

（五）深化学科竞赛管理机制改革

同济大学“以学科竞赛作为载体，促进院校实践教学水平”的教学体系已初步建成，但教学体系的管理机制还可以进一步优化。目前同济大学依托本科生院及创新实践基地推进和管理各项赛事的进行，包括上创、国创等创新实践课程的开展，头绪较多，管理人员偏少，而组织承办赛事牵扯各部门较多，协调部门情况的同时要同各赛事组委会、工作委员会进行具体事务讨论，推进过程比较曲折，也会间接影响竞赛组织水平，同济大学依托专业教师的具体业务负责制在一定程度上缓解了上述矛盾，但是对于校内各资源整合特别是场馆、安全保障、食品卫生还需要有专门的业务流程保障从而提高组织效率和效果，而对于宣传需要有更为专业的队伍支撑效果将更为妥当，本次2019“创挑赛”就首次通过图文直播方式极大促进了赛事影响，可见优化管理机制，整合资源有助于提高水平，扩大赛事影响力，吸引更多学生积极创新。

五、结束语

在国家新工科建设背景下，我国工程教育面向现代化的同时，明确学科竞赛对于创新实践能力培养的作用与意义[5]，教育的主旋律正面向创新型教育转型，以学科竞赛为载体的教学体系相对传统的实践教学模式存在較好的优越性，通过学科竞赛有助于搭建检验教学改革的平台，对专业课程建设提供反馈，持续完善各基础、专业课程中课程目标及对应的毕业要求指标点的内涵;同时有助于丰富课程目标及教学内容及教学方式，并从体系上加强各课程知识点的融合，作为强化补充，促进对学生创新精神与实践能力的培养。可见，通过学科竞赛、创新实践及相关教学体系有机结合有助于实现高校教学体系的改革，将实践能力和创新能力培养融入教学全过程，进一步深化教学改革的同时，促进工程教育认证的培养目标达成和持续改进，从而培养出满足新时代社会发展需要的人才。

参考文献：

[1]中共中央办公厅.国务院办公厅.加快推进教育现代化实施方案（2018-2022年）[J].人民教育，2019（05）：11-13.

[2]李贵安，刘洋，王力，等.“以赛促教、以赛促学”的教育心理学理论依据与实践价值[J].高等理科教育，2019（04）：59-63.

[3]高圣伟，刘晓明，李龙女，等.工程教育认证毕业要求指标点支撑设计与优化[J].高教学刊，2019（11）：23-26.

[4]吴晓明.中国工程教育认证标准启示[J].机械工业标准化与质量，2018（07）：41-45.

[5]祖维.依托学科竞赛 提升工科院校学生创新实践能力[J].继续教育研究，2015（05）：87-88.