创新班+ 学科竞赛导向的双闭环创新人才培养模式探索

胡艳丽，刘团结，伍 龙，杨国诗

（淮南师范学院 机械与电气工程学院，安徽 淮南 232038）

当前，工程教育实践环节薄弱仍是人才培养中亟待解决的重要问题。 随着我国制造业的迅猛发展， 国家与社会迫切需要高校培养出更多的应用型创新人才。 新时期应用型高校教育改革的重要内容之一就是培养学生的创新实践能力［1］，而学科竞赛就是实现这个培养目标的有效途径之一。淮南师范学院机械与电气工程学院组织优秀学生成立了“创新班”，积极参加各类学科竞赛。 近年来，创新班成果丰硕，竞赛成绩斐然。 经过实践和探索，以“学科竞赛+创新班”为导向的双闭环创新人才培养模式，拓宽了学生知识面，充分调动了教师和学生的积极性，为高校建立大学生创新能力培养体系提供了借鉴，也为教学质量的监控提供了依据。

一、整体方案

根据机电学院专业发展现状和培养要求，在课程中加入CDIO 工程理念，并将学科竞赛和创新班进行融合，以大创项目、竞赛获奖、创新作品、专利、论文等为产出性指标，从而形成了创新实践能力培养的隐形指标［2］。

（一）创新班+学科竞赛导向的开环培养模式

2015 年创新班成立初期， 主要是以培养学生学科竞赛能力为出发点。教师选拔大二的优秀学生加入创新班，将为期6 个月的培训分成几个时间节点， 教师在每个时间节点布置任务并完成验收，学生组队完成系统（项目）电气控制部分设计、PLC 编程、人机界面编程、系统调试等。

图1 创新班+学科竞赛导向的开环培养模式

这种模式对学生的自主学习能力要求较高，一旦学生在某个环节失败，会失去自信心，放弃培训。大三期间，完成项目的学生团队择优选拔参加学科竞赛。 大三的学生在大四阶段忙于找工作和考研，基本不会再参加培训，创新班活动结束。 这种模式并未有反馈环节，即竞赛成绩优秀者的参赛经验没有传到下一届创新班。 学生团队组队过早，会导致部分学生沦为酱油党，未真正达到创新实践锻炼的目的，未真正体现学生的主体性和教师的主导性作用。 创新班+学科竞赛导向的开环培养模式如图1所示。

1.2 创新班+学科竞赛导向的双闭环培养模式

近年来， 在创新班+学科竞赛导向的开环培养模式的基础上积极探索， 形成了创新班+学科竞赛导向的双闭环培养模式（如图2 所示）。 该模式下，学生根据教师布置的任务进行系统方案设计、硬件和软件设计、系统联合调试，并根据调试中遇到的问题逐步完善，最终使系统满足控制要求。 项目开展过程中，学生充分发挥主体作用；教师在整个过程中给予指导，并对过程进行监督和记录，发挥了主导性作用［3］。 除了形成完善的系统闭环模式之外，还形成了以培养学生能力为主线，以成果输出为导向的闭环模式。成果包含产出性指标和隐形指标两个方面，产出性指标包含学生的专利、论文、大创项目、竞赛获奖、创新作品等，隐形指标则是指学生创新能力的培养。 双闭环的培养模式，促进了学生团队不断持续改进自身素养和能力，在完成系统任务开发的同时，锻炼其文档撰写能力、硬件软件设计能力、竞赛应变能力、团队协作能力等，形成了应用型本科学生综合素质创新培养模式。

二、学科竞赛+创新班融入课程改革

为进一步提升课程教学质量，构建“工匠精神”的人才培养模式，机电学院将创新班和学科竞赛融入电工技术实训和电气控制与PLC 等课程改革中，形成了创新能力培养的新模式，即以课程改革为基础、学科竞赛赛题为载体、创新班开发项目训练为手段的创新能力培养模式［4］。 教学中融入竞赛赛题和创新项目、实施过程中选拔表现优异的学生参加创新班培训深入学习的选拔模式更加激发了学生学习的动力，学生的潜力也得到了最大限度开发。创新班选班时间在课程结束之后，即每年年底，培训时间到下一年的6 月份结束， 历时6 个月左右。 创新班经过多次考核，推荐成绩优秀者参加学科竞赛，同时颁发“优秀学员”证书。 优秀学员根据其特长进行2～3 人组队， 参加西门子杯中智赛、智能车等竞赛，总决赛获奖学生协助老师参加下一届创新班学生培训， 表现优秀者颁发 “优秀助教”证书。创新班和学科竞赛融入课程改革的实施过程如图3 所示，每一届表现优异的创新班学员，都可成为下一届创新班的优秀助教。这种模式形成了完整的实践培训环节闭环系统， 学生时刻进行有效学习，锻炼能力，为毕业工作和考研等积累经验。

图2 创新班+学科竞赛导向的双闭环培养模式

图3 创新班和学科竞赛融入课程改革的实施过程

图4 “学科竞赛+课程改革”运行模式

（一）优化“学科竞赛+课程改革”运行机制

电工技术实训和电气控制与PLC 等课程是实践应用型较强的专业必修课，其传统的实验课程多是验证性项目，学生机械地按照老师制定的实验步骤完成验证，不利于培养学生主动思考能力，达不到创新能力培养的目标。将学科竞赛的赛题作为实际工程案例引入课程可以极大调动学生学习的积极性和主动性［5］。 比如将西门子杯中国智能制造挑战赛自由探索赛项赛题——旋转升降式智能立体自行车库加入电工技术实训项目， 可分解成子项目：抓取机构控制实训、垂直移动机构控制实训、水平移动控制实训、旋转机构控制实训。 学生在实训附加项目中，2～3 人组队， 选取一个子项目进行设计，完成总体设计方案、接线、可编程控制器和人机界面编程、项目调试和优化、项目报告撰写等部分，通过模型观察立体车库运行情况， 并进行实时监控。这种创新性项目作为选修项目，虽然难度加大，但是学生的学习兴趣高。 为了充分保证学习效果，将电工技术实训室进行开放，同时聘任往届竞赛优秀学生作为课程助教进行指导，形成了“以赛促教，赛教融合，以老带新”模式，优化了“学科竞赛+课程改革”运行机制。同时，这种将工程项目引入教学的方式，使学生以工程师的角色投入“工作”，在校期间培养了其较高的职业素养和工匠精神。 “学科竞赛+课程改革”运行模式如图4 所示。

利用工程项目开展教学， 实验室充分开放，给予了学生自由发挥的空间。学生利用实验室提供的设备完成了以竞赛赛题设置的实训项目，并利用所学专业知识解决了项目中出现的问题，不仅对课堂教学进行了很好的补充，同时也提高了创新能力和综合素质。因此，“学科竞赛+创新班”和实验室开放相结合的模式被越来越多的高校采用。

（二）打造能力导向的创新班培训平台

机电学院创新班属于第二课堂活动，是电气控制与PLC、电工技术实训等课程教学活动的延伸。创新班是学院各专业学生组成的虚拟班级， 不影响学生正常课程的开展，主要利用业余时间开展学习。

创新班制定“班级”管理制度和考核方案，并以培养“创新、创造、创业”拔尖人才为目标［6］。 “班级”的运行以项目为主线，结合西门子杯中智赛和智能车竞赛等开设一系列创新课程，发挥学生的主体地位和教师的主导作用。创新班指导老师均是学院各学科竞赛负责老师和往届竞赛获奖学生，指导经验丰富，除了上课，还指导学生完成科技创新作品、竞赛、撰写课程设计和论文、撰写专利申报书等工作，有利于培养社会需要的具有“创新精神+专业应用”的高素质拔尖人才。

以“西门子杯”创新班为例，学生课堂所学是S7-200 系列PLC， 创新班在此基础上开设S7-1200PLC 课程，课程设置情况如表1 所示。 往届获奖学生加入授课团队的模式不仅可以促进学生之间“传帮带”精神的发挥，也为不同学科学生提供知识互补的交流平台。

表1 创新班培训课程

三、以创新班和学科竞赛为平台培养学生工程素养

创新班和学科竞赛包含着丰富的教学研究、科学研究、师生合作、实践创作、团队合作等要求，是进行三全育人的重要途径，是将学校培养什么样的人、学生要成为什么样的人和社会需要什么样的人进行有机融合。 创新班和学科竞赛项目相结合，为培养学生的工程能力和工程素养搭建平台。教师们利用此平台在传授新知识、新技术的同时，将自己的专业素养传递给学生，感染学生，培养学生的责任意识、 工匠精神和学好课程服务社会的家国情怀，以及勇于担当和探索的品质［7］。

以西门子杯中智赛为例，学生通过竞赛项目进行科学系统的训练， 不仅可以了解行业发展动态，还可以培养学生处理硬件、软件、调试等问题的能力。 在训练中，通过查找、阅读中外参考文献，有助于拓宽眼界，萌发创新意识。 在创新班开展电梯项目训练过程中，教师首先布置项目任务，学生组建团队，制定计划并实施。实施过程中，教师进行过程监督和指导，并进行评价和总结。 团队学生根据教师指导意见反复讨论并进行项目优化，使各个参数达到最优。项目结束，学生自行制作PPT，以团队形式进行汇报，完成实训报告撰写，教师进行综合评价，并评选出优秀案例，在创新班进行表彰与分享。这种模式激发了学生自我提升的动力，在实践中拓展了思维。 教师在评价体系中融入了工程素养，即将学生的专业素养和工程意识作为评价要素，形成了“平时成绩+项目运行成绩+职业素养成绩+团队协作成绩”的多元成绩［8］。

四、创新班+学科竞赛导向的创新人才培养模式特色

面向机电学院机电类专业学生应用型能力的培养目标，从创新班成立、管理制度制定、指导团队构成、学科竞赛项目设定等方面，形成了创新型人才培养的新模式，具有适合学校和学院发展的特色。

(1) 打造“竞争+合作”的学生团队创新氛围。在课程结束后， 选拔优秀学生成立虚拟班级—创新班，学生组队共同完成创新项目或竞赛项目，在培养竞争意识的同时培养合作意识。学生在做单部电梯控制项目时，完成组队之后，每队开展独立设计编程。 根据组委会制定的规则，每个院校选拔5 队参加分赛区比赛。 因此，学生为了得到竞赛机会，各个团队之间形成相互竞争的氛围， 团队每位同学之间为了共同进步，彼此相互学习，形成了“竞争+合作”的模式［9］。

(2) 实施大学生助教制度。为了激励学生，在创新班和学科竞赛管理制度中实施大学生助教制度，激发学生开展创新活动的积极性。 学生经过培训，成绩优秀者可获评“优秀助教”或“优秀学员”，并给予创新学分认定。创新班选拔出的学生参加学科竞赛校赛、省赛、国赛，获奖者均可取得相应的创新学分。 这种机制既可以使学生的知识能力结构得到优化， 又可以使创新班运行和学科竞赛高效持续发展［10］。

图5 创新班+学科竞赛导向的人才培养模式成果

(3) 建立人才选拔机制。 创新班和学科竞赛指导老师在大一新生入校进行入学教育时，对学院的学科竞赛和创新班成果进行介绍，选拔感兴趣和能力强的学生进行培训，内容包含项目设计、作品创作、团队组建等。 培训过程中择优选拔学生参加省赛、国赛等，没有入围的学生作为下一届创新班和竞赛的人才储备。 除了指导老师之外，学生之间这种组队帮扶、以老带新的方法，不断为创新班和学科竞赛团队持续注入新鲜血液，为学校自动化类竞赛源源不断输送人才，并充分发挥了老队员的榜样作用。

五、培养模式成效突出

经过不断试验和探索， 创新班+学科竞赛导向的创新人才培养模式成效显著。 学生获奖多，就业质量高，指导教师的教学能力得到提升。同时，学生完成创新班的培训和竞赛后， 可通过申报大创项目、申请专利等方式提升知识转化能力，为后期的专业实训、毕业设计等打下良好基础。创新班+学科竞赛导向的人才培养模式成果如图5 所示。

(1) 指导教师教学能力提升：近五年来，教师组1 人获得省教育系统模范教师和省卓越教学新秀奖，3 人获得省教坛新秀奖，1 人获得校教坛新秀奖。 在青年教师教学基本功竞赛中，1 人获得教学联盟比赛一等奖，2 人获得省赛三等奖，2 人获得校赛1 等奖，3 人获得校赛二等奖。 由于成果突出，学院先后获得省教学成果一等奖和二等奖6 项。

(2) 竞赛和大创项目方面：经过创新班培训，学生在重要学科竞赛中取得骄人成绩。在由教育部主办的“西门子杯”中智赛、智能汽车竞赛等竞赛中获得国家奖（A 类赛事）13 项，包含特等奖 2 项、一等奖和二等奖 11 项，省级奖项（B 类赛事）109 项。 尤其是西门子杯竞赛中获奖学生达149 人次且获奖级别高（如表2 所示）。创新班学生主持创新创业项目国家级8 项、省级20 项、校级21 项；多名学生获得专利，发表论文。 这些成绩的取得，为学生考研、就业和创业奠定了坚实基础。

表2 西门子杯竞赛近五年获奖情况

(3) 就业创业方面：学生经过创新班+学科竞赛导向的人才培养模式训练，获得了扎实的专业知识和丰富的实践创新经验，毕业后找到了理想的工作岗位，三年内已有多名同学成功创业。

六、结语

创新班+学科竞赛导向的双闭环人才培养模式，包含完成创新作品、专利、论文、获奖等产出性指标和创新实践能力培养的隐形指标，相较于开环模式优势明显。淮南师范学院机电学院师生取得的突出成果， 说明该模式具有一定的推广及借鉴意义，学院将继续营造良好的创新和竞赛氛围，吸纳更多的学生加入创新班，投入学科竞赛，培养越来越多的创新型拔尖人才。