基于复杂工程问题的学科竞赛模式探索与实践

高秋香

中国石油大学(北京) 教务处，北京 100049

我国油气资源相对匮乏、对外依存度较高，近年来油气勘探领域已经逐渐向深海、深层和复杂地质条件区域延伸，油气勘探开发难度不断加大，亟须高校培养能够解决复杂工程问题能力的高层次创新人才。本文分析了解决复杂工程问题能力的内涵及形成规律，并介绍了学校建立石油主干学科系列基于实际复杂工程问题的有国际影响力的学科竞赛群，建立产学融合、学科交叉、学研赛用结合的学科竞赛模式的实践探索经验，提出了今后进一步改革的思路。

一、解决复杂工程问题能力的内涵及形成的规律

1.解决复杂工程问题能力的内涵

解决复杂工程问题能力是本科工科专业人才培养目标的核心要素。解决复杂工程问题能力是国际工程教育认证联盟华盛顿协议提出的四年制本科学士学位毕业要求的核心能力，是本科层次毕业要求区别于三年制大学以及两年制专科的重要特征。国际工程教育认证通用标准中的12条毕业要求指标中有8条直接针对解决复杂工程问题，要求本科生的知识、能力和素质培养主要围绕解决复杂工程问题开展，要求毕业生能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题的分析、设计和研究中。

工程是改造世界的过程，具有综合性、创造性、设计性的特征。复杂工程问题是具有较高综合性的、涉及多方面技术和非技术因素的，需要运用深入的工程原理、建立创造性的抽象模型才能解决的问题。解决复杂工程问题能力的核心是创新性设计及研究能力，具体包括系统性分析问题的能力、归纳建模的能力、工程决策能力，其心理特征包括创造性的认知、情感和意志特征，具体包括敏锐的观察力、创造的想象力、求异的思维力以及对创新性设计及研究工作的自觉的意识、积极的情感和坚强的意志等。

2.解决复杂工程问题能力形成的规律

心理发展是个体在反映客观事物的过程中不断构造新的心理结构的过程。掌握和内化是心理发展的两个基本环节[1]。创新性设计及研究能力的培养要求在教学过程中使学生了解创新性设计及研究的方法，并进行一定的创新性设计及研究活动的锻炼。解决复杂工程问题能力的培养要求采用以学生主动探究为核心的研究性教学方法，其中产学融合、多学科交叉、学研赛用结合的学科竞赛是培养学生解决复杂工程问题能力的有效途径。

（1）研究性教学是培养解决复杂工程问题能力的有效方法。

研究性教学是在近现代哲学、心理学发展的基础上逐渐产生和发展的，以建构主义学习理论为基础的，引导学生在一定的情景中，通过主动发现问题和解决问题而获得知识、形成能力、发展个性的教学模式[2]。它的实质就是让学生在教学过程中体验科学原理的发现和应用科学原理解决实际问题等不同类型的研究过程，通过主动研究问题来获取知识，发展研究能力。它能够使学生有效地进行创新性设计及研究活动的锻炼。研究性教学的基本特性包括教学内容的问题性、教学方法的探究性、学生的主体性和教师的引导性。主要包括基于问题、案例和实际课题的研究性教学方法。对于不同性质的课程内容，在教学过程中可以设计不同的问题形式和探究方法，选择学生主体性发挥的程度。

（2）产学融合、学研赛用结合的学科竞赛是研究性教学的有效途径。

在高等教育领域研究性教学最早起源于哈佛商学院的案例教学法和加拿大麦克马斯特大学医学院的基于问题的学习。20世纪60年代，国外逐渐兴起了在教学过程中实施探究式教学方法和让本科生参与科研活动之风。20世纪90年代末，美国研究型大学本科生教育全国委员会在《重建本科生教育：美国研究型大学发展的蓝图》[3]报告中提出了系统的研究性教学改革措施。主要包括：实施以“研究为本”的学习标准，本科生的每一门课程都应提供给学生一种运用发现为本的方法而获得成功的机会；建立以探索为本的新生年；最后一个学期要集中在一个专业项目上，充分利用前几年学到的研究与交流技能。当前，国内外高等教育领域已经形成了系统的研究性教学体系，包括课内研究性教学和单独设置的研究性课程两个方面。一方面通过课内研究性教学加强学生创新思维能力培养，采用问题研究式讲授、课内外问题研讨等方法，使课堂教学过程变成教师引导学生主动发现问题、分析问题和解决问题的探究过程。主要包括基础课“大班上课、小班讨论”以及专业课“小班研讨”等模式。另一方面通过单独设置的研究性课程，开展系统的课题研究活动，达到锻炼学生创新能力的目的。高校单独设置的研究性课程一般包括新生研讨课、专业设计课程以及综合设计课程等类型。具体包括专业全程系列研究性课程模式、试点班三四年级系列研究性课程模式、系列课程设计模式三种模式。其中产学融合的学科竞赛是培养学生解决复杂工程问题能力的有效途径。

二、基于复杂工程问题的产学融合、学科交叉、学研赛用结合的学科竞赛模式实践探索

为满足石油工业对油气资源开发过程中的钻井效率、储层保护、采收率、经济评价等综合效益的需求，培养学生解决油气、钻完井、采油气、油气储运等多专业协作的复杂工程问题的整体化思维能力，中国石油大学（北京）2011年以来与行业企业以及国内外高校合作举办了高水平石油主干学科系列学科竞赛。

1.建立基于实际复杂工程问题的石油主干学科高水平学科竞赛群

（1）竞赛平台。

2011年中国石油大学（北京）在世界石油理事会中国国家委员会、中国石油学会、中国石油教育学会的支持下，在中国石油天然气集团公司、中国石油化工集团公司、中国海洋石油总公司等石油企业的赞助下，发起筹办了首届中国石油工程设计大赛。2013年，教育部学位与研究生教育发展中心将大赛纳入“中国研究生创新实践系列大赛”中。随后，学校又先后创办了全国大学生勘探地球物理大赛、全国油气地质大赛、全国海洋工程设计大赛等，逐步建立起覆盖石油主干学科的竞赛群。学科竞赛参赛学生涵盖专科、本科、硕士和博士培养层次，涵盖国内外、校内外的石油学子。

（2）竞赛内容。

学科竞赛直接采用生产现场的实际复杂工程问题，石油企业提供赛题基础数据、专业软件的正版使用许可和系统培训。所需的知识涵盖地质工程、石油工程等多学科、多专业，需要综合应用地质研究、油（气）田勘探、油（气）田开发等多学科交叉知识。同时，竞赛以“为石油献我青春”作为口号，传承大庆精神、铁人精神等行业文化。引导学生结合所学知识，在综合考虑使用功能、工业价值、经济效益等多方面因素的基础上，以团队形式完成方案的编制，并进行理论和工艺方面的创新，从而全面考察学生的专业知识水平、总体化设计思想，训练学生创新性思维能力和团队协作能力，提升学生综合运用专业知识解决复杂问题的能力。

（3）指导模式。

竞赛由校企多学科专家共同指导。学校安排包括数理、地质、石工、储运等多学科专家共同指导，同时企业安排高级专家对优秀作品进行全方位评审和深入指导。竞赛先后邀请苏义脑、贾承造、王德民、周守为、高德利、李根生等院士讲述行业最新进展，并与青年学子直接对话，提升石油学子的人文情怀，也让青年学子看到了行业巨匠，寻找奋斗的动力。竞赛在筹备过程中，通过成立设计协会、招募赛事服务志愿者等方式，让学生深度参与到筹备工作中，不仅培养了学生的组织协调能力，开阔了学生眼界，也提升了学生的行业自信和集体荣誉感。

2.构建国内外企业和高校参与竞赛举办的互利共赢的人才培养机制

学校构建了与国内外企业和高校共同举办竞赛的互利共赢机制。共与中石油、中石化、中海油等国内大型石油企业以及壳牌、道达尔、斯伦贝谢、哈丁歇尔顿、沙特阿美等27个知名跨国企业，与北京大学、清华大学、浙江大学、吉林大学、中国科技大学等50余所国内高校以及美国德州农工大学、泰国朱拉隆功大学、加拿大卡尔加里大学等27所国外知名高校，与中石油勘探开发研究院、中海油研究总院、油气资源与探测国家重点实验室等6个国家著名科研院所建立了共同举办竞赛的互利共赢机制。

（1）企业为学校提供结合生产实际的教学资源。

在系列学科竞赛举办过程中，石油企业提供赛题基础数据、专业软件的正版使用许可和系统培训，安排高级专家对优秀作品进行全方位评审和深入指导，为赛事活动提供活动经费；学科竞赛模式为学校课程体系改革提供了参考，学校为竞赛开设综合设计课程促进了学校人才培养与社会需求的契合。学校石油工程专业根据学科竞赛的经验成果整合课程资源开设“石油工程综合设计”课程。课程结合油田地质、开发实例分析，系统讲述油田勘探开发过程中常用的技术方法和应用程序，着重培养学生油田开发设计的基本技能，提高学生应用石油工程基本知识解决复杂工程问题的综合能力，真正意义上实现了大赛进课堂，大赛进培养方案。国内外各石油高校积极组织学生参与，互相竞争、互相学习合作，增进了彼此的交流互信，促进了文化碰撞融合。

（2）学校为企业提供高层次研究成果及高水平创新人才。

学校教师在指导学生参赛过程中，可将研究成果应用在生产方案的编制中，并通过企业专家的评审验证成果的可用性及发展潜力，缩短了从理论到应用的研究周期，在一定程度上为科研工作提供参考。系列学科竞赛为参会的高校和企业领导专家提供了展示学术成果、探讨行业发展的平台，成为了行业交流的盛会。企业高层领导为获奖学生颁奖，开通就业“绿色通道”。美国哈丁歇尔顿集团公司连续四年全额资助中国石油工程设计大赛“卓越杯”获奖团队赴美进行为期一周的实习交流，开阔了学生的国际视野，增强了学生的就业竞争力。中国石化将系列学科竞赛列入“优才引进”计划，获得中国石油工程设计大赛一等奖的学生不参与初试，直接进入面试环节。

3.高水平石油主干学科系列学科竞赛实施成效

系列学科竞赛产生了良好社会示范效应和辐射作用。系列学科竞赛自创办以来，规模逐渐壮大，影响力不断提升，累计参赛学生数量超过5万人，并培养了大批适应经济、社会发展需要的科技创新型、工程实践型和团队协作型的高素质技术人才，受到各方好评。系列学科竞赛的基于复杂工程问题的产学融合、学科交叉、学研赛用结合的学科竞赛模式得到了国内外高校、企业和相关组织的高度认可。全球石油领域最为著名的学术组织国际石油工程师协会（SPE）主席Giovanni Paccaloni先后两次参与赛事相关活动，并称赞系列赛事是中国石油教育界“闪亮的星星”。第21届世界石油大会邀请中国石油大学（北京）校长张来斌参会宣讲，分享赛事成果和经验。大赛主要发起者梁永图教授也因此获得了SPE授予的“创新教学奖”（SPE Innovative Teaching Award），是首位获得该奖项的亚洲人。该奖项由国际石油工程师协会设立，每年会从全球大量的申请者中仅评选出5位获奖者，体现了国际石油工程师协会对中国石油工程设计大赛和人才培养高度认可。学校先后出版《首届全国石油工程设计大赛优秀作品集》《斩获卓越杯——中国石油工程设计大赛指南》等专著，依托大赛育人模式公开发表各类论文50余篇，为石油教育的发展和其他学科竞赛的举办提供了经验和借鉴。

三、今后进一步改革的思路

为进一步加强学生解决复杂工程问题能力的培养，培养适应社会需求的复合型创新型人才，学校计划将学科竞赛活动进一步普及化、规范化。通过将竞赛纳入课程设置组织学生广泛参与，在导师配备、指导方式等方面进一步规范。进一步完善企业参与竞赛举办的互利共赢机制，促进竞赛活动的顺利进行。

1.将竞赛纳入课程设置

组织各专业设置一门本科必修的为参加科技竞赛做准备的综合性创新设计课程，将指导学生参与竞赛活动课程化、规范化。合理规划组织全部学生开展复杂工程问题项目设计研究，并参加竞赛，激发学生的积极性，扩大学生的受益面；合理安排多学科导师，明确指导方式，合理计算导师工作量，调动教师指导的积极性；构建课内外融合、多学科交叉、学研赛用结合的科技竞赛模式，有效加强学生解决复杂工程问题能力、高阶性综合创新能力的培养。

2.构建企业参与竞赛举办的互利共赢机制

依托学校与这些企业的紧密合作关系，争取与企业签订合作举办竞赛的互利共赢的长期协议，为学校顺利举办竞赛打下基础。与企业合作，由企业提供实际复杂工程问题赛题、数据、软件、评审专家、经费，使竞赛贴近工程实际和前沿。将项目研究成果应用于企业生产实际、竞赛平台作为企业选拔人才的平台，提高企业参与的积极性。