学科竞赛对建环专业学生创新能力培养的促进分析

方赵嵩，郑志敏，廖云丹，丁云飞，周孝清

（广州大学土木工程学院，广州市，510006）

1 引言

随着高等学校大力推进“双一流”本科建设和新工科建设的进程，如何加快培养和提升新一代大学生的创新能力和实践能力已成为高等教育的重要课题。《住房和城乡建设部高等教育建筑环境与能源应用工程专业评估（认证）标准》中，关于毕业要求中提到：能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色（个人和团队）；能够就复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。并具备一定的国家视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流（沟通）。在补充标准中，重点强调学生要进行创新训练：具有鼓励学生开展科研创新的机制，能充分利用各类资源组织学生进行创新实践，培养创新意识。在《全面提高高等教育质量的若干意见》等文件中，都明确要求将培养应用型、复合型、创新型的高层人才作为我国高等学校人才培养模式改革的重要方向。科技发展中国家指出要以自主创新为核心，积极推动教育与科技、经济的结合。因此创新型人才的培养既是国家发展的重大需要，也是各大高校“双一流”建设的具体任务之一［1］。因此，为了满足创新型人才的培养需求，各大院校对人才培养方案进行了修订，并对教学模式进行了探索和改进，其中启发式教育与实践教学现结合的模式较为普遍。学科竞赛作为高校实践教学环节的主要形式，也是人才培养最直接且有效的模式［2］［3］。它能够有效对课本知识进行拓展，是大学生创新实践能力提升的重要平台。学生在参与竞赛过程中，需要结合竞赛的内容，进行思考，查阅资料，运用所学的理论知识解决实际问题，从而培养学生的创新能力、团队合作意识等综合能力与素养。因此学科竞赛在推动科学建设、促进教育教学和创新人才培养等方面发挥重要的作用［4-8］。

建筑环境与能源应用工程（简称建环）专业是一级土木工程学科下的二级学科。目前，全国开始建环专业的高等院校有192所，入选国家级一流本科建设点的院校29所。各大院校为了推动国家“双一流”本科专业建设，都在积极推进教育教学改革，强化本科生创新创业意识和实践能力培养，探索通识教育、专业教育与创新创业教育相融合的人才培养体系。因此在“双一流”院校建设中，如何改革高校创新创业教育资源配置机制，充分发挥学科竞赛的资源，搭建理论教学与实践教育的培养平台，是专业建设可持续发展亟待解决的问题。

2 建环专业主要学科竞赛

学科竞赛是大学生创新实践能力提升的实践平台。为了促进建环专业学生创新能力的培养，国家教育部、省、市相关企事业单位每年提供了大量竞赛供学生参与。根据竞赛的内容可以分为与专业相近的和针对专业学生举办的竞赛。根据竞赛的级别、影响力、参与广度和历史时间，与专业近的竞赛主要有：中国互联网大学生创新创业大赛、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、“挑战杯”中国大学生创业设计大赛、全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛、全国高等院校斯维尔杯BIM软件建模大赛等。竞赛内容涉及专业调查报告、自然科学论文、软件模拟、工程设计和科技发明等，相关主题如表1所示。从表上可以看出，主题上存在明显差异，例如全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛，其主题是围绕“节能减排，绿色能源”。而“挑战杯”全国大学生系列科技学术竞赛体现的是：崇尚科学、追求真知、勤奋学习、迎接挑战。其涉及的专业较广泛，体现的是一种理念和精神。另外主要针对建环专业开展的学科竞赛有以下五个竞赛，包括：人工环境工程学科奖学金、CARASHRAE学生设计竞赛、MDV中央空调设计应用大赛、“天加杯”全国暖通空调学生科技竞赛和中国制冷空调行业大学生科技竞赛。对于本专业学生来说，历史较长，影响最广，认可度最高的专业竞赛是“全国高等院校人工环境工程学科奖学金”，简称“人环奖”。该竞赛是我国人工环境工程届唯一的国家级奖学金。由清华同方股份有限公司于1992年倡导并支持，由建筑环境与能源应用工程教育部教学指导分委员会设立该奖项，目的是激励青年学生的奋发进取精神，促进我国暖通行业的发展和进步，培养优秀的暖通人才，奖励立志在人工环境领域做出贡献的优秀在校大学生。该竞赛主要面向我国建筑环境与能源应用工程专业的大学三年级本科生，主要考察建环专业的四大基础课的相关知识，促进学生对专业基础课的理解和掌握。CAR-ASHRAE学生设计竞赛是2009年起，中国制冷学会（CAR）、教育部高等学校建筑环境与能源应用工程专业教学指导分委员会（以下简称“建环教指委”）和美国供热制冷空调工程师学会（ASHRAE）共同倡议发起［9］。竞赛由中国制冷学会及ASHRAE主办，建环教指委为竞赛设立、制度建立等方面提供指导意见，并将继续在竞赛组织及评审等工作中给予大力支持。该比赛主要面向我国建筑环境与能源应用工程专业大学四年级本科生。竞赛以实际工程项目为主题，旨在通过考察大学生的专业理论知识、实践操作能力和创新设计能力，鼓励大学生将理论知识与实践相结合，通过查阅大量的文献，对相关工程实际项目进行调研，并对实际方案进行详细的技术经济性比较，采用一些新技术合理有效的解决工程中的难题。本竞赛的赛制较为全面，持续时间长。学生完成作品后，需通过网评、专家评审到最后复赛答辩，三个环节，因此通过本竞赛的训练，在巩固学生的大学四年所学的专业基本理论知识的同时，全方位培养学生的能力，包括研究分析、工程设计、团队协作、交流沟通等能力。MDV中央空调设计大赛主要是培养学生工程设计和创新的能力；“天加杯”全国暖通空调学生科技竞赛和中国制冷空调行业大学生科技竞赛，面向大学生和研究生的群众性科技活动，目的在于推动高校能源动力类、建筑环境与能源应用工程类学科面向二十一世纪课程体系和内容的创新改革，协助高等学校实施素质教育，吸引广大青年学生踊跃参加课外科技活动，培养学生的创新能力和工程实践素质。其参赛作品多样化，没有明显的规定，覆盖了暖通专业的相关领域，包括：暖通空调技术、建筑设备、室内环境控制、建筑能效等领域。所采用的方法可以是实验、数值模拟、理论分析或工程设计等，这对学生综合能力的培养有较多的帮助。从建环专业影响力比较大的这几项全国竞赛来看，每项竞赛的考核侧重点各有不同。这也充分体现建环专业的特色，通过上述竞赛的训练，全方位提升建环专业学生的综合素质和创新能力。

表1 相关学科竞赛的汇总

3 学科竞赛对专业建设的促进

（1）学科竞赛对新培养目标的支撑

由于社会经济的发展，国家对新工科专业人才培养的需求，我校对建环专业的人才培养方案不断进行修改。在最新的人才培养目标中指出：经过四年的培养，学生能够掌握运用现代信息技术获取相关信息的基本方法；具有良好的创新意识和应用研究与开发能力；具有较强的自主学习能力和终生学习意识，能力发展性强；具有国际化视野和跨文化背景下沟通和交流的能力；具有团队合作精神和一定的组织、管理和领导能力。积极合理组织学生参加相关的学科竞赛对实现这一培养目标提供了有力的保障，我校建环专业在学科竞赛上进行了有效的组织和相关的尝试，方案具体图1所示：

图1 培养方案

本专业对学生培养分成了三个阶段，第一阶段主要是大学第一年和第二年，学生对通识课程和相关的学科基础课程进行学习，并掌握了相关的基础知识。在此基础上鼓励学生参加全国相关的竞赛，包括：全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛和“挑战杯”全国大学生系列科技学术竞赛。这让学生对所学的基础知识进行巩固，培养学生对专业的认识，拓宽他们的知识面。在大学三年级，重点组织学生参加“人工环境工程学科奖学金”。在专业基础课的学习上，结合竞赛对四门（工程热力学、传热学、流体力学和建筑环境学）的要求，把竞赛的相关内容融入教学，使学生对专业知识的掌握更加牢固；在大学四年级学习中，宣传鼓励学生参加CAR-ASHRAE学生设计竞赛、MDV中央空调设计应用大赛、“天加杯”全国暖通空调学生科技竞赛等，把竞赛融入到大四的课程学习中。以CAR-ASHRAE学生设计竞赛为例：当题目发布后，结合毕业设计，成立导师组，并根据学生的成绩和意愿遴选成绩较好，综合素质较高的学生组成参赛队伍参加竞赛。在实施过后中，以竞赛题目作为学生毕业设计的题材，在为期15周的毕业设计中，进行设计题目研读，前期文献查阅和同类建筑的调研与测试，全年动态负荷的模拟分析，冷热源方案的技术经济性比较，重点区域的气流组织模拟，最终确定较优的设计方案。通过该竞赛的训练，学生的能力得到了全面培养和提升，包括：创新和科研能力，新技术的掌握能力，团队合作与交流能力等。另外在参赛期间，根据竞赛的需要，会指定参赛队伍的负责人，全程负责进度和组织工作，这对学生组织、管理和领导能力培养有重要作用。根据近四年的统计，参加竞赛的同学，继续深造的比例为87 %，且读研究生期间的表现较为突出，多数学生获得学业奖学金，部分学生获国家奖学金。

（2）学科竞赛提升生源质量

生源质量直接影响专业的发展。原有建环专业的生源是通过高考时专业招生确定的。随着新高考改革的逐步推进，越来越多的院校开始采用大类招生方式进行招生，并在完成通识课程学习后，进行专业分流。为了争取到较好的生源质量，让学习成绩较为优秀的学生能够选报建环专业，各大院校采取了大量有效的宣传措施进行宣传。其中学科竞赛发挥了重要的作用。以本校建环专业为例，从2018年建环专业开始在土木大类招生，学生在经过一年级的通识课程学习后，在一年级第二学期末（每年5月）进行专业分流。2017年学校按专业招生，建筑环境与能源应用工程专业实际招生47人。2018、2019、2020年按土木大类招生，分流时本专业实际招收人数分别为73、75和90人，其中招收第一志愿人数分别为55、67和89人，具体如图2所示。随着宣传力度的加大，第一志愿选取本专业的学生逐年在增加，2020级的专业分流中，由于报选人数超过了80人，因此组建了三个自然班，98 %以上的学生都是第一志愿选建环专业。这是学科竞赛在专业分流中起到很好的宣传作用。由于目前的竞赛和相关创新项目申报均需要配置不同年级的学生，因此，高年级的学生主持申报时，均会带上低年级学生，促进了不同年级学生间的交流。这对低年级学生了解本专业，认同本专业提供了有效的途径。在专业分流中，高年级学生的宣传起到重要的作用，提高了建环专业的第一志愿的选报率。因此，组织好学科竞赛，对建环专业生源质量提升有显著的促进作用。

图2 建环专业学生人数变化

4 多渠道促进学科竞赛

（1）完善的学科竞赛制度

学科竞赛受多方面的影响，涉及完善的竞赛组织机构，新颖的竞赛主题，合理有序的竞赛环节，广泛、高效的宣传推广方式，缺一不可［10］。由于目前不同类型、层次的学科竞赛较多，而建环专业学生学习任务相对较重，不可能参加太多的学科竞赛，因此在选择上较为慎重。首先是考虑竞赛的组织机构和主办方。因为目前各大高校对于学科竞赛的评级各不相同，但总体上对教育部相关部门主办的竞赛，基本被认定为国家级竞赛；竞赛主题的新颖性也是吸引学生参加的主要因素，建环专业涵盖了多个领域和方向，具有较为显著的交叉特性，尤其是目前“碳达峰和碳中和”和新冠疫情防控常态的多个领域均与建环专业信息相关，因此以“节能减排、舒适、健康”为主题，紧扣国家发展需求，并体创新性的学科竞赛，能满足新的人才培养方案的需求；另外，合理有序的竞赛环节对参赛学的训练也至关重要。丰富的竞赛环节应包括校内的选拔、决赛队伍遴选、指导老师团队组建、竞赛作品的提交、初审环节、复审环节、决赛现场答辩环节等。不同环节对参赛学生均有一定的培养和训练。以CAR-ASHRAE学生设计竞赛为例，竞赛要求各院校可以有多个团队参与竞赛设计，但最终每个院校只一个团队正式报名参赛。评审设置了三个环节，包括网络评审（初审环节），现场复审环节和现场答辩环节，经过复评推选出七支队伍进入决赛答辩，参加决赛答辩的队伍需进行现场陈述并接受专家提问，最终确定获奖情况。通过以上环节训练，提升学生创新能力，团队合作能力，与专家、院校间选手交流的能力。此外，决赛期间主办方邀请专业大师跟参赛学生进行面对面交流，同时参观资助企业先进的技术，拓宽学生的视野。最后竞赛宣传是推动竞赛持续举办的前提，主办方应加大宣传力度，多渠道进行宣传，例如高校现场宣讲、网站宣传、公众号推送、相关重要会议的主题报告等，使参赛学生能够全方位了解竞赛的相关情况。

（2）推动学科竞赛的措施

学科竞赛对建环专业的建设与提升有着重要的作用，因此学校也采取了一系列的措施支持学科竞赛，具体体现在以下几个方面：

①“导师制”建立，本校建环专业从一年级开始实行导师制，每位专业老师每届联系3～4名学生，让学生参与专业相关的学术活动和科研活动，同时鼓励指导老师通过对所带学生的了解，组队参加相关的学科竞赛。由于指导老师所指导的学生涵盖了四个年级。根据相关竞赛和创新项目的要求，需要不同年级的学生参加，因此“导师制”有利于竞赛队伍组建和参赛学生的管理；

②根据“一流”本科专业的建设需要，学校、学院越来越重视学科竞赛，在经费有一定的支持，来解决学生和指导老师在参赛过程中产生的相关经费；另外对获奖学生和指导老师也设置了相应的奖励措施，这大大提高了学生和指导老师的积极性，促使指导老师积极参与学科竞赛的系列组织工作，营造良好的学科竞赛氛围。

③软硬件的支持是确保学科竞赛顺利开展的保障措施。由于在完成作品的过程涉及大量的数值模拟分析，因此本校建环专业根据竞赛内容，为参赛学生提供相应的软硬件配置（工作站，模拟软件），并进行有针对性的培训，确保学生能够掌握运用。另外，部分竞赛还需要进行测试和调研，在实验仪器的使用上优先确保学科竞赛的调研和测试；为了方便参赛学生的交流和参赛队伍的管理，我校建环专业专门提供场地供参数学生使用，效果显著。

④ 校外指导老师的加入，增强了指导老师队伍。在建环专业评估（认证）中，明确指出学生在培养过程中，必须有校外专家参与学生的指导。另外由于相关的学科竞赛主题涉及实际工程项目，因此本校建环专业在指导学科竞赛时会不定时邀请各大设计院的资深总工对参赛作品进行指导，确保作品的可行性和创新性。

5 结束语

基于“双一流”建设需求和新工科要求下，具有一定创新能力的应用型人才越来越受到用人单位的青睐，这也是大多数院校人才培养的目标。对比传统的培养方式，以学科竞赛为载体，探索建环专业学生创新能力培养途径，建立合适的培养机制，促进建环专业创新人才的培养有着重要的意义。因此相关部门应该加大对学科竞赛的支持力度，使其可持续发展。