多级联动学科竞赛培养体系构建与实践

刘战合 田秋丽 陈红海

摘    要：为提高专创能力培养水平，文章以飞行器设计专业教学为例，结合当前高校教育现状，从价值观教育、科学素养、职业素养3个角度阐述了学科竞赛的培养目标内涵。同时，基于学生、教师2个维度，构建了多级联动学科竞赛培养体系，分析了学生为主体、教师为客体的教学关系，结合3类竞赛划分的赛事联动、3类教育方式的教育联动，提出了学科竞赛多级联动培养体系，基于教学平台、导师平台构建了多级连通平台的实施路径。

关键词：学科竞赛；专业教育；创新创业教育；多级联动；实践教学

中图分类号：G641     文献标识码：A      文章编号：1002-4107（2023）12-0077-05

一、引言

目前，学科竞赛已经发展成为一种新型本科教学模式，以中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛（以下简称“互联网+”大赛）、“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛（以下简称“挑战杯”）为代表的高水平学科竞赛为高等教育提供了多样化、个性化、国际化的人才培养途径[1-3]，已成为专业教育和创新创业教育的重要补充[3]，其以教学内容丰富性、教学方法灵活性、学习兴趣能动性等特征极大改善了现有教学生态，衍生了丰富的创新创业成果[4]。为持续提高学生的专创融合能力，2019年以来，教育部进一步明确学科竞赛的教学作用，从深化创新创业教育方面要求推进国家级大学生创新创业训练项目，提高全国大学生创新创业年会水平，办好“互联网+”大赛，达到了“以赛促教、以赛促学”的教学效果[5]，充分肯定了各种学科竞赛在教学中的促进作用。但当前高校尚未形成完善的学科竞赛培养体系，专业教育和创新创业教育的融合深度不够。基于以上考虑，结合航空类专业教学实际，作者尝试构建基于学科竞赛的多级联动培养体系，实现学科竞赛、专业教育、创新创业教育的同向同行，以提高育人层次和教学水平。

二、多级联动学科竞赛的培养目标

近年来，教育教学改革更为重视专业教育和创新创业教育的实践过程，学科竞赛成为这一趋势中的新型教学模式。学科竞赛是指以理论知识、专业知识、创新创业精神等为基础，以某一专业领域或综合领域的科技创新、专业技能、创新创业能力等为培养目标的竞技赛事，旨在夯实学生的专业知识，培养并提升学生的创新创业能力、团队合作意识等。学科竞赛培养与专业教育、创新创业教育各环节密切相关，具有多级联动的培养特点，有利于实现专业知识、实践能力、科技创新（技术革新）、创新创业能力的多层次融合提升，其培养目标如下。

（一）价值观教育

区别于传统专业教育的显性教育方式，学科竞赛的价值观教育有较为显著的隐性教育特征，是当前价值观教育的有效补充。在学科竞赛过程中，学生作为参与主体保持高度自主性和积极性。指导教师应结合航空工业、通航产业需求，以及国家经济发展调研分析，使学生深刻理解爱国报国思想及社会主义核心价值观。通过学科竞赛，引导学生主动了解航空工业发展历史和我国航空科技成就，培养学生树立中国特色社会主义道路自信、理论自信、制度自信、文化自信，养成关注国家经济发展、航空工业等国家战略的良好习惯。通过学科竞赛项目组成员的分工合作，培养学生的团队意识，责任担当、互帮互助等优良品质。结合学生为主体的过程式、沉浸式、融入式培养，达到“润物细无声”的社会主义核心价值观传输。

（二）科学素养提升

从科研流程来看，飞行器设计等航空类专业背景的学科竞赛具有典型的科学和工程双重属性，大多依托科研项目、大创项目的开展并遵循基本的科研流程。指导教师通过综合把控科研流程，培养学生发现问题、分析问题、解决问题的科学思维。从专业知识培养来看，通过合理引导、高效组织、过程细化，可有序将飞行器总体技术、气动分析技术、制造工艺、试验试飞等关键技术融入研究过程，结合多级联动学科竞赛指导，使学生在跨专业、跨学科知识掌握和能力锻炼上获得较大提升。从创新创业教育来看，由于理论知识距离学生学习生活较远，课堂知识深奥难懂，因此，结合学科竞赛同台交流、专业互融，可极大提升学生科技创新意识、商业概念认识、创业能力等创新创业素养。在项目开展过程中，学生自主完成市场调研、总体设计、仿真分析、试验试飞等环节，通过教师指导、同学协作、路演展示、评委问辩等环节的不断优化改进，培养去伪存真、严谨求实的学术、科研习惯，以及尊重实验数据、科学原理的诚实守信作风。

（三）职业素养塑造

结合国民经济发展和市场驱动，从专创融合角度来看，学科竞赛在项目论证初期，由航空類、管理工程、市场营销、财务会计等专业学生组成团队开展市场需求调研，形成完整的分析报告，要求学生找到本专业、本项目与市场需求的最佳连接点，培养参赛学生的市场感知能力、商业机会挖掘能力及风险意识。通过市场调研和专业知识分析，凝练市场对现有产业、知识、技术的需求痛点，有计划、有目标地开展项目设计、专业分析、方法建立、测试验证等，系统规划项目分工与合作、仿真与试验的相互关系，培养科技创新项目规划能力、项目管理能力和组织协调能力，为学生职业素养塑造提供重要的锻炼机会。从职业角度来看，面向市场的方案设计和创新能力尤为重要，项目商业方案、研究方案、营销方案、管理方案均是这一能力的重要体现。基于系统方案和创新设计训练，培养学生自主行为能力、管理能力、商业意识、营销能力、团队意识。

三、多级联动学科竞赛培养体系的构建

（一）学科竞赛主客体关系

学科竞赛培养体系包含团队学生主体和专业指导教师客体2个维度。从学生主体维度来看，本科阶段的主要精力和时间分配给常规专业教育，而学科竞赛需要充分利用课余时间，要求学生团队具备清晰的研究目标和项目定位，从成员专业结构、专业知识储备、个人性格特点、个性化能力差异等方面出发，论证并确定新概念飞行器设计、无人机工程化设计、飞行器性能学术研究的具体内容。团队目标及研究方向确定后，需要考虑专业知识、跨专业知识的融入与整合设计，重点融合飞行器总体设计、气动布局设计、结构设计等专业知识，依据学科竞赛类型和要求，融入如大数据、智能化、航空经济、商业策划等相关专业知识，形成学科竞赛驱动的专创融合教育机制。在无人机工程化设计方面，应从市场需求角度出发，如航空测绘、农业植保、紧急救援、电力巡线等，完成工程应用改进设计，或开发专业性无人机，解决无人机工程化关键问题，如航空测绘要求的飞行器稳定性、农业植保要求的精准高度和农药流量控制、紧急救援需要的高速飞行及起降无约束要求、电力巡线的热红外图像在线处理等。对飞行器性能的学术研究，应立足本科学生的专业储备和现有试验条件，从科研项目和方向中分离出相对独立的研究内容，由学生团队完成调研、分析、规律总结，解决新概念无人机设计中涉及的空气动力学、固体力学、结构力学等多物理耦合问题，培养学生的学术探究能力和实践能力。以“互联网+”大赛、“挑战杯”等为代表的大型学科竞赛本身要求竞赛项目具有本学科或相关学科的较大创新，包含产品创意、新方案设计及科技创新等，在实施过程中，飞行器设计学科竞赛主要面向科技创新，以学生团队为主体，以项目制融入专业知识，培养学生科技创新能力、多学科综合运用能力，以及提高学生解决问题的工程实践能力和创业意识。

从教师客体维度来看，竞赛指导教师团队处于相对客体位置，主要完成方向引导、方案设计、知识体系构建等工作。为不同学生团队、不同类型学科竞赛选择专业契合度高的竞赛方向设计是学生实践能力持续发展的重要影响因素。首先，教师团队为学生团队确定竞赛属性，根据团队特点将主要任务设定为新概念飞行器设计、无人机工程设计、飞行性能学术研究之一，或是三者的融合；其次，结合团队属性，依据成员能力、专业技术基础，设计具体研究方向，使学生团队在有限的空余时间形成较高的科技创新凝聚力，引导学生自行完成调研、设计、分析、制作、试飞等任务。对于竞赛方案设计，教师团队应结合科研项目、科研方向、科技创新经验，为学生团队提供反映学科前沿、市场前沿的竞赛项目方案设计指导，同时把握科技创新方案的正确性、合理性、可行性，指导学生团队确定竞赛项目方案等。学科竞赛的出发点是知识传授和价值塑造的统一，构建完整的专业知识、创新创业知识教育体系是学科竞赛培养的关键部分，将专业教育的总体设计理论、气动性能数值仿真技术、制造工艺、工程化改进方法等专业知识融入学科竞赛的项目细节中，引入国家区域性经济发展战略、航空工业、通用航空等领域，以市场需求为目标，培养学生创新创业意识和能力。

（二）学科竞赛多级联动指导

以学生参与为主线，从赛事联动、教育联动2个维度构建面向不同学生团队的多级联动指导方法，依据赛事特点、学生团队特点、个体特点、专业覆盖情况，形成综合型、专业型、外延型3种赛事的多级联动指导体系，有机融入专业知识、创新创业知识，提高学生的综合能力。从多级赛事联动指导来看，航空类专业一般兼具科学性、工程性，相关的学科竞赛涉及面广，考虑其与知识体系、内容的相关度，可以将学科竞赛分为3类：综合型、专业型、外延型。综合型竞赛内容较为广泛，涵盖市场应用、专业知识、科技创新、跨专业知识、创新创业等，以“互联网+”大赛、“挑战杯”创业大赛、全国大学生创新创业年会等为代表；专业型竞赛内容较为聚焦，着眼于本科教学中专业知识的理论提升和工程改进中关键技术，研究内容更注重方案方法新颖性、工程应用可行性、科技创新性，如“挑战杯”、中航工业杯、中国国际飞行器设计挑战赛等；外延型竞赛是指以专业知识教育为出发点，通过对学生团队竞赛项目的外延拓展，可对部分研究内容提炼升华，形成独立的竞赛内容，有针对性地锻炼学生的个性化能力，如总体外形设计的数字建模技术、气动特性的性能分析技术、飞行器电子电路设计、飞行器控制技术、飞行器试验及试飞技术等，可参与竞赛较多，如机械创新设计大赛、电子设计大赛、数学建模竞赛、全国三维数字化创新设计大赛等，有利于提高学生团队专业技能。

尽管3类赛事在表现形式上有一定区别，但在竞赛内容和方向指导上有较大共性。从多级联动思路来看，专业知识教育贯穿3类赛事，以无人机设计为例，构建综合型—专业型—外延型多级联动指导模式。学生团队组建时，应考虑综合型学科竞赛需求、学生个人科学素养、团队专业背景等。鉴于专创融合教育要求，从新概念飞行器设计、无人机工程设计、飞行器性能学术研究等相关研究内容出发，面向综合型竞赛，在团队建设上横向注重成员的多学科特性、纵向保持团队成员和研究方向的延续性。在研究内容上注重飞行器设计专业、飞行器动力工程专业、飞行器制造专业知识的综合运用；在创新创业能力上注重科技创新意识、职业创业素养培养。基于综合型竞赛项目研究内容，根据参与学生专业归属及项目研究特点，将学生团队进行分组，对项目进行任务细化分配，在不同任务分组推进的同时，可以形成相对完整独立的研究方向，瞄准本专业学科竞赛，如“挑战杯”、中航工业杯等航空专业赛事，提升专业知识掌握能力。通过对综合型、专业型学科竞赛的过程管理，依据飞行器、发动机设计等项目研究的专业知识需求，项目研究过程应包含总体设计、性能分析、试验、试飞，涵盖数字建模、气动仿真、动力仿真等技术，通过外延型竞赛，如3D建模大赛、电子设计大赛等，针对性提升学生专业技能。

考虑到学科竞赛培养的主要目的是实现专业教育、创新创业教育的融合提升，构建专业教育—创新创业教育—科研项目的多级教育联动策略，以科研项目为依托有效推动专业教育、创新创业教育的融合。传统专业教育体系以“理论课程+实践课程”为主，但在专业知识理論运用和实践能力上仍存在“短腿”现象。以学科竞赛开展为驱动，通过团队阶梯式培养、“传帮带”、团队协作等可以带动基础理论课、专业基础课、专业核心课、专业选修课内容的掌握和扩充，通过具体项目研究，持续推进学生个性化培养、专业运用能力的有效提高，夯实飞行器总体设计、空气动力学、飞行器结构设计、飞行器系统设计、流体力学等核心学科知识基础。对创新创业教育来说，基于市场需求、经济发展等，教师可从创意、创新、创业、创造4个方面开展学科竞赛培养，结合航空类相关专业情况，重点关注科技创新、创业精神培养，以“互联网+”大赛、“挑战杯”等为指引，通过对市场的调研、总结、分析，形成技术需求，针对性开展飞行器的创新性设计及工程化关键问题研究，以解决市场存在的痛点，使学生具备科技创新、科技创业的双重素养，提高创新创业教育质量。从实现途径来看，科研项目是学科竞赛良性发展的主要方式，也是专业教育、创新创业教育的重要支撑，应采用学科竞赛和科研项目并行培养策略，即学科竞赛团队均有对应科研项目支持。科研项目一般有2种来源：一是教师科研项目的分解；二是学生科技创新项目（如大学生创新创业训练项目等）。科研项目有明确的科研计划和研究目标，与学科竞赛的内容、方法、方向融合，可进一步促进学生主动思考，形成创新凝聚力、创业新思路，培养学生科研素养。

（三）学科竞赛多级联动平台

平台是影响学科竞赛培养的重要因素，从竞赛指导维度出发，包含2个方面：教学平台和导师平台。教学平台采用“项目团队—飞行器创新实验室—众创空间”的多级教学平台联动。科研项目团队一般围绕科研项目建立，有相对不变的成员和奋斗目标，并保持内容的延续性，学科竞赛团队则来源于科研项目团队。基于科研项目团队的持续推进和科研进化，依托飞行器创新实验室，重点培养凝聚力强、科研潜力优秀的项目团队，提升科研项目团队的科技创新能力、工程应用能力、市场推广能力，围绕新概念飞行器设计、飞行器性能分析关键技术、飞行器制造新工艺等，培养学生科研分析及飞行器制作、分析、试验、试飞的综合实践能力，以学科竞赛为牵引，提高学生对学科发展新趋势、市场新动向的敏锐判断力，改善学生对专业知识与科研项目的协同认知。通过科研项目、学科竞赛的融合锻炼，部分优秀项目、前瞻性项目入驻学校众创空间（国家级双创平台）进行市场开拓和孵化设计，为学生提供与投资人、市场、科技接触交流的机会，进一步提高学生创新创业意识和能力。

從导师平台来看，学科竞赛具有典型的跨专业特点，且面向市场的科技创新与企业行为相关，通过“院系联

合—校际联合—校企联合”的多级指导教师联动平台，提高学科竞赛培养水平和跨专业、创新创业实践指导水平。鉴于学科竞赛尤其是综合型学科竞赛在跨专业指导上的需求，在学校院系间形成学科竞赛指导教师联合机制，实现不同院系学科竞赛的跨专业指导，如考虑市场应用的飞行器设计学科竞赛，在市场调研、商业方案策划、计划书撰写、财务分析、企事业管理及雷达识别、智能化、电子电气等方面需要相关专业教师指导，协同推进，提高学科竞赛跨专业综合能力。不同院校在学科建设、科研水平、实验室条件、市场资源、指导教师能力等方面优势各异。为提高学生团队了解行业发展、科研方向的能力，学习兄弟院校优秀竞赛经验，郑州航空工业管理学院邀请西北工业大学、北京航空航天大学专业课教师参与学科竞赛指导，实现科研内容、科技创新、项目工程化等关键技术联合指导，进一步提高学生团队学科竞赛项目水平。优秀的学科竞赛项目必然与市场关系密切，综合型竞赛重点考虑项目和市场的融合，专业型竞赛主要面向科学或工程的关键技术，外延型竞赛在一定程度上与企业需求相关。为提高学生创新创业能力，高校可采用校企联合培养，周期性邀请校外企业指导教师融入学科竞赛指导团队，从市场、企业、创新点、方案策划等角度出发，培养学生创新创业能力，提升学科竞赛培养水平。

四、多级联动学科竞赛的教学实践成效

学科竞赛的重要特点是实践，结合飞行器设计专业特点，以多级联动学科竞赛培养体系及方法为基础，通过设计新概念无人机的实践，培养并提升学生理论分析和工程实践复合应用能力。在多级联动学科竞赛培养实践中，结合无人机创新设计，使学生掌握数学、计算机、制图、建模等基本技能，同时，能够熟练运用飞行器总体设计、空气动力学、飞行力学、无人机工程技术等学科知识解决关键问题。在学科竞赛培养体系中深度融入创新创业知识、创业思维意识等，协同提升学生创新创业知识运用能力、工程研究能力等，挖掘跨学科专业应用潜力，拓宽培养体系知识覆盖面，以及应用能力培养广度。对飞行器设计专业来说，学科竞赛和创新创业教育以专业科研项目为载体，以学生创新创业团队为核心，以学生为主体、教师为客体，结合竞赛内容、创新创业教育实际，实现专业知识的全面性、实践性、创新性培养，立足学生团队优势、关注学生个人兴趣，提高学生学习主观能动性，以及教师个性化培养水平。基于飞行器专业实际情况，学科竞赛培养以学生团队为核心，以新概念飞行器为研究对象，结合专业知识，培养学生多学科专业知识运用能力、科技创新意识、创业精神，是专业教育和创新创业教育实践教学的重要组成和补充。郑州航空工业管理学院以多级联动学科竞赛培养为基础，获批立项国家级一流课程1门、省级一流课程2门、省级专创融合课程3门、省级教改项目3项，为专业教育和创新创业教育的深度融合改革提供了重要的实践支撑。

以菱形翼无人机创新设计为例，学生团队采用独特的菱形结构布局，将飞行器总体设计、气动外形优化与市场定位有效融合。从项目角度看，学生全程设计、分析、制作、试飞，有效融入学科竞赛目标、专业知识（飞行器设计、飞行器动力工程、飞行器制造、目标识别、电子电路、财务管理、设计学、经济学等）、创新创业知识（创业思维、投融资、企业构建等）。为解决我国边境巡检任务、山林常规巡检存在的起降问题、航程问题、飞行安全问题，学生团队针对性设计出系列菱形翼结构无人机，通过赛事多级联动、教育多级联动，在横向飞行器设计专业理论及关键问题解决上、纵向多学科专业融合培养上取得了良好效果。学生团队设计的4套菱形翼结构无人机新型方案（即常规巡检、长航时巡检、隐身巡检、可变菱形翼），全部进行了试飞验证和分析改进（图1）。在专创融合能力培养上，指导教师处于客体位置，为学生团队提供竞赛方案、方向引导和专业知识体系融合，如菱形翼结构无人机市场定位、关键技术、创新点、试验与试飞等，形成项目、实验室、众创空间的多级联动，联合西北工业大学等院校协同指导，提升学科竞赛项目科技创新水平。

为实现价值观教育、科学素养、职业素养3个培养目标，郑州航空工业管理学院开展了大量教学实践。各学生团队以新概念飞行器设计为核心，面向水面污染监测、航空测绘、山区物流运输、城市群物流等需求，基于市场调研、需求定位、方案设计、方案分析、技术验证等详细研究，经过多轮方案迭代，优化并定型了技术方案，创新性设计了新概念菱形翼无人机、双机身连接翼无人机、高稳定性环形翼航测无人机、连翼式水上无人机、可变翼垂直起降无人机等。所有方案均成功完成了大型湖面、普通公路、郑州上街机场的试飞验证，在学科竞赛中表现优秀，获得评委专家一致好评。2017—2022年，学生团队获“挑战杯”国赛奖6项（其中，国赛最高奖1项）、“互联网+”大赛国赛银奖7项、中国国际飞行器设计挑战赛国赛一等奖4项、全国三维数字化建模大赛国赛一等奖4项，其他省部级奖项60余项，授权专利20余项。学生团队入选2019年度第二届“最美郑航人”，获省级科技创新奖2人、省级最美大学生1人、省级创新之星1人、省级文明学生3人、省级“三好学生”4人、省级“二十岁遇上二十大”2人、校级最美大学生4人。将学科竞赛融入教学实践，大幅提升了学生的应用、创新、实践等综合能力，教学效果显著。

五、结束语

作者根据多年的教学实践，结合飞行器设计等航空类专业教学实际，从专创能力培养角度出发，探讨了学科竞赛的主客体关系、多级联动指导、多级联动平台等内容，构建了多级联动学科竞赛培养体系。学科竞赛作为本科教学的重要环节，是专业教育、创新创业教育的有益拓展，也是实践教学的重要途径，对学生专业知识、创新创业能力的综合培养具有重要作用。高校应结合学校定位及专业特色，系统开展学科竞赛与专业教育、创新创业教育的融合教育模式改革，探索以学科竞赛为驱动的人才培养新思路。

参考文献：

[1]  李忠玉，孙睿，郭阳勇.培养创新实践能力的学科竞赛教学模式探索[J].实验室研究与探索，2021，40（11）：200.

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[3]  李明.高校专创融合教育体系及实践平台建设研究[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2021，75（9）：16.

[4]  刘战合，杨波，田秋丽.强化学科竞赛牵引 聚焦“专创融合”培养[J].西安航空学院学报，2021，39（4）：79.

[5]  教育部关于深化本科教育教学改革全面提高人才培养质量的意见[J].中华人民共和国教育部公报，2019（9）：26-30.

收稿日期：2023-03-20                                                           修回日期：2023-04-26

作者简介：刘战合（1977—），男，陕西富平人，郑州航空工业管理学院航空宇航学院副教授，博士，研究方向为新概念飞行器设计、创新创业教育。

基金项目：河南省本科高校研究性教学系列项目“‘四维驱动聚合，双向范式耦合空天特色研究性教学模式改革实践”（2022SYJXLX070）；河南省高校人文社会科学研究一般项目“思维能力塑造提升的大学生创业教学‘思创融合模式研究”（2022-ZZJH-229）；河南省高等教育教学改革研究与实践项目“‘互联网+大赛导向下‘专思创三元融合航空特色双创教育模式探索与实践”（2019SJGLX594）