新工科专业知识创新系列竞赛实施方案与教学试验

刘新强 闵为 刘文兰 曹文斌 张人会

[摘 要]专业知识创新竞赛注重知识的交叉融合，培养学生创新思维与能力，是在新工科背景下提高本科教学质量的有力抓手。文章首先分析了机械电子工程专业知识结构特点与学生的认知能力，进而提出“每周一创意”创新体验竞赛、液压动力站创新设计竞赛、液压元件创新设计竞赛系列与相关课程协同的竞赛实施方案，最后通过教学试验证实了以赛促教的教学效果，明确了教学持续改进方向，这对机械电子工程及相关专业的学科竞赛教学具有一定的参考价值。

[关键词]新工科;专业知识;创新竞赛;课程协同;教学试验

[中图分类号] G640 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2022）01-0164-03

新工科以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养未来多元化、创新型卓越工程人才。新工科的内涵在于提高学生的适应能力与工程创新能力[1-2]。学科竞赛是大学创新教育的重要手段，是培养大学生创新精神和动手能力的重要环节[3]。学科竞赛将掌握基础知识和运用基础知识进行了完美的结合。在竞赛中，学生需要依靠丰富的理论知识，在教师的指导下一步步地完成自己的设想，在实践中发现问题、探索解决问题的途径，最终达到解决问题的目的[4-5]。教育部印发的《关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》指出：改革教学制度，可通过竞赛活动等方式实现。[6]在学科竞赛的组织形式方面，王英[7]提出将学科竞赛与毕业论文有效融合，实施互助式培养，构建以科研创新能力和实践应用能力为核心的毕业论文（设计）模式，从而提升毕业论文（设计）质量，为本研究提供了有益借鉴。以赛促教，通过组织相关学科的竞赛活动来激发学生的创新热情，培养学生的创新思维，增强学生知识的运用能力，有效提高教学效果。

本文以兰州理工大学机械电子工程专业为例，通过分析学生认知能力与专业知识结构特点，因地制宜地提出了适合本专业学生的与有关课程协同进行的专业知识创新系列竞赛实施方案：“每周一创意”创新体验竞赛、液压动力站创新设计竞赛、液压元件创新设计竞赛，并进行了相应的教学试验，学生参与积极性高，创新设计成果丰富，初步达到了教学目标。

一、专业知识结构特点与学生认知能力分析

兰州理工大学机械电子工程专业通过多年发展，形成了液压、气动元件与系统教学的特色，培养掌握机械、控制和流体传动等领域的基础理论和专业知识，能够从事流体传动与控制领域的产品研发、设计制造、生产管理及市场开发等工作，具备创新精神和国际视野，能适应社会、经济、科技的发展，并能通过不断学习提高个人素养和专业技能的高级专门人才。

（一）专业知识结构特点

1.课程体系完整，核心课程鲜明

機械电子工程专业课程体系包括通识教育课、学科技术基础与专业课、选修课、实践与创新类课程四大类。液压元件、液压传动与系统、液压控制系统等是专业核心课程，其中液压元件课程要求学生掌握液压元件的工作原理、结构、性能特点和液压元件的设计理论、分析计算方法;熟悉液压泵、液压阀、液压缸及液压马达的实验方法及过程。此外，还有如金工实习、课程设计、专业课程设计、毕业设计、生产实习和毕业实习等实践创新类课程。

2.学科基础口径宽，专业知识扎实

机械电子工程学科基础涉及数学、物理、机械、电子、材料、力学、流体等，专业课程从元件到系统，从液压到气动都有设置，同时也有生产实习和毕业实习、专业课程设计和毕业设计，专业课程设置完整、齐全，专业课程学时量大。专业知识涉及流体传动与控制技术领域的基本原理、基本结构，培养学生分析和解决复杂工程问题的基本能力和创新意识。

3.学科交叉性强，创新触发点多

科学史上的新理论、新发明的产生，新的工程技术的出现，经常是在学科的边缘或交叉点上。从上述分析可知，机械电子工程涉及机械、力学、电子、流体传动等多学科，属于交叉学科，从知识结构上说，机械电子工程专业学生具备新工科交叉融合和创新的内涵要求。

（二）学生的思维习惯和创新意识

1.大三学生思想活跃，兴趣爱好广泛

随着知识的增长，大三学生对于政治、经济、社会等领域出现的新事物、新情况等极为敏感，思想比较活跃，他们积极参加各种活动，重视培养各种能力。大多数机械电子工程专业大三的学生对新的专业知识都极为感兴趣，能够及时思考，不懂的地方及时提问，积极和教师、同学讨论，尤其是一些平时积极参加学校组织的各种竞赛的学生，他们经常能够提出一些新颖的想法。可见，这个阶段的学生在创新能力培养方面具有很大的潜力。

2.大四学生自主支配意识强，注重学以致用

大四是大学生从学校走向社会的心理准备期，也是大学教育的最后一个阶段。此时，大学生的人生观、世界观已基本形成，思想趋于成熟，能够比较客观和理智地对待各种问题，具有一定的观察、分析和解决问题的能力。毕业去向是这个阶段的大学生最为关心和忧虑的问题，他们希望找一份理想的工作，学以致用，充分发挥自己的特长。

机械电子工程专业课程体系完整，核心课程鲜明;学科基础口径宽、交叉性强，创新触发点多，为学生的创新潜力的开发和创新能力的培养提供了良好的条件。学生思想活跃，兴趣爱好广泛;自主支配意识强，注重学以致用，为专业创新竞赛的开展提供了良好的主观因素。

二、专业知识创新系列竞赛实施方案

在分析学生认知能力与专业知识结构特点的基础上，我们因地制宜地设计了适合本专业学生的专业知识创新系列竞赛实施方案：“每周一创意”创新体验竞赛、液压动力站创新设计竞赛、液压元件创新设计竞赛，分别依协同于液压元件、专业课程设计和毕业设计三门课程，具体实施方案如下。

（一）“每周一创意”创新体验竞赛实施方案

竞赛以本专业大三学生为参赛对象，鼓励学生“每周一观察，每周一设想，每周一创新”，目的在于在实际专业知识教学中激发学生的创新意识，鼓励学生敢于创新、善于创新，重点在于帮助学生养成创新思维习惯，让学生善于捕捉生活和学习的创新灵感，及时记录和总结，从而提高学生的专业创新能力。

竞赛要求学生以个人为参赛单位，在一个月的参赛时间内，每周记录一个自己的创意。每个创意可以是一种想法、一种实际问题的解决方案或者一种新概念等。每周在液压元件课余时间集中交流，每周由5～8名学生现场表达自己的创意，然后指导教师进行点评优化，交流完师生共同汇总创意，最后评奖总结。

（二）液压动力站创新设计竞赛实施方案

以专业课程设计——液压站的设计为载体，实施方案有：主题化的创新设计竞赛，设置符合液压动力单元（液压站）发展趋势的主题，如“高集成化”“轻量化”“智能化”等;应用型的创新设计竞赛，根据企业或者某种应用需求进行应用定制化设计，如“汽车举升机液压动力单元”，选聘企业导师对液压站创新设计进行正向讲解，让企业导师参与竞赛评审。具体以“甲方有一执行元件（双活塞杆液压缸），要求乙方设计一液压动力站来驱动该执行元件往复运动”为基本要求，要求学生完成液压动力站系统原理图，液压动力站装配图，油箱、电机泵联接套和集成块零件的生产用图，集成块阀组装配图，设计计算说明书。竞赛注重考查学生在各个环节（如原理方案、结构设计等）中的创新意识，重点打造机械电子工程专业“阀控缸”核心专业能力的设计与计算分析能力。

（三）液压元件创新设计竞赛实施方案

为了推动兰州理工大学机械电子工程专业的新工科建设，提高毕业设计教学质量，激发学生对液压技术的学习兴趣，培养学生的创新意识、创新思维、创新能力以及团结协作精神，打造机械电子工程专业“微米级摩擦副设计”的核心专业能力，我们举办了“液压元件创新设计竞赛”，以液压泵/马达、液压阀等液压元件为载体，提倡在已有液压元件产品型号的基础上进行创新设计、集成创新设计及原始创新设计。对于创新性强的作品，鼓励学生申请国家发明专利。

三、专业知识创新系列竞赛教学试验

（一）“每周一创意”创新体验竞赛实践

“每周一创意”竞赛以2016级机械电子工程红柳基地班56名学生为参赛对象，竞赛时间为2019年4月1日到2019年4月28日，累计收到创意34项，其中专业类创意8项、生活类创意26项，共评出一等奖7人、二等奖11人、三等奖16人，代表作详见表1。本次竞赛与液压元件课程教学同时进行，得到了全班学生的高度重视，学生积极参与。参赛学生每周积极记录自己的点滴想法，并在全班同学面前表达自己的想法，很好地培养了学生的创新思维习惯和创新能力。其中，专业类创意中的“一种液压式电梯紧急缓冲安全保护装置”和“一种液驱型高稳定性升降座椅”，与机械电子工程专业液压技术直接相关，可见，学生的专业知识迁移创新能力得到了较好的训练。生活类中的“一种分类去污感应式组合洗洁剂”“一种剩余电量可视化的友好型话筒”紧紧围绕生活中的实际问题进行思考，并提出了具备创新性的解决方案。

（二）液压动力站创新设计竞赛实践

以2016级机械电子工程专业红柳基地班56人为参赛对象，以专业课程设计——液压站的设计为载体进行竞赛，分为“静音化组”“轻量化组”“高集成组”与无任务对比组4个小组，时间为2019年12中旬到2019年1月初，共计4周时间。竞赛最终仅收到具有创新设计性作品7件，详见表1。其中原因主要有：课程设计教学时间短，任务量大;正值学生考研黄金时期，学生精力和时间不够;课程设计中创新设计引导不够。有鉴于此，可通过提前开始竞赛，适当增加竞赛时间来解决液压动力站创新设计竞赛质量不高的问题。

（三）液压元件创新设计竞赛实践

以2015级机械电子工程专业两个毕业设计小组18名大四学生为参赛对象，竞赛时间从2019年4月到2019年6月，累计收到创新设计作品16项，最终评出一等奖2项、二等奖3项、三等奖5项，代表作详见表1。其中，获奖作品“一种蜂窝式阻尼孔+气囊脉动衰减器”“一种轻量化斜柱塞孔新型柱塞泵缸体”“一种柱塞泵热保护系统”等创新设计，针对液压元件中的实际工程问题进行了原始创新设计，并给出了有效的解决方案。“一种表面织构化的减磨滑靴”“内设加筋板的降噪柱塞泵/马达壳体”和“柱塞滑靴反包结构”等创新设计，集成了现有液压柱塞泵产品优势和交叉融合电控、表面工程学等学科知识，使得液压泵性能更为优良。本次竞赛是与机械电子工程专业毕业设计课程教学并列进行的，参赛过程中学生能充分挖掘液压泵设计过程中的创新点，融合自己的专业知识，积极思考，打破原有产品样本结构束缚，大胆尝试。这个过程很好地培养了学生的创新思维习惯和创新能力。

四、总结

专业知识创新竞赛注重知识的交叉融合，注重培养学生的创新思维与能力，是新工科背景下提高本科教学质量的有力抓手。针对学生不同学习阶段的专业知识结构和认知能力，以相应的课程为载体，提出系列化专业知识创新竞赛，鼓励学生立足本专业，融合相关学科知识，激发学生的创新热情，培养学生的创新思维，增强学生的知识运用能力，以赛促教，切实提高人才培养质量。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[2] 陸国栋，李拓宇.新工科建设与发展的路径思考[J].高等工程教育研究，2017（3）：20-26.

[3] 吴明晖，李培兴.学科竞赛在创新人才培养中的作用与实践探索[J].教育现代化，2019（53）：18-19，42.

[4] 袁峻，朱华平，侯彦明.以学科竞赛为导向的递进式创新性人才教学培养模式的研究[J].教育教学论坛，2016（25）：122-123.

[5] 贺建良，陈文凯.基于学科竞赛的知识向能力转化分析[J].湖北农机化，2019（15）：23-24.

[6] 刘佳丽，吕津.以赛促教的学科竞赛探索与实践：以“全国大学生市场调查与分析大赛”为例[J].工业和信息化教育，2019（8）：90-94.

[7] 王英.将学科竞赛与毕业论文（设计）有效融合的互助式培养模式探索[J].智库时代，2019（24）：236，238.

[责任编辑：陈 明]