以科技競賽促進學生能力全面培養(yǎng)的案例研究

簡毅文　桑煜峰　白睿杰　潘梓棟　李桐波

[摘 要] 大學生科技競賽活動是高等學校本科生創(chuàng)新教育體系的重要組成部分，是培養(yǎng)學術人才的重要途徑之一。更重要的，學生在參賽過程中收獲了成長，在思考能力、動手能力、溝通協(xié)作能力以及書面表達能力方面得到了全面的培養(yǎng)和提高，增強了對課堂理論知識的理解和認識。對此加以分析和總結，可為學科競賽的深入開展、學生能力的全面培養(yǎng)和提高以及理論教學方式的改革和完善提供新的案例支撐。

[關鍵詞] 科技競賽;創(chuàng)新教育;能力培養(yǎng);案例支撐

[基金項目] 2020年度北京工業(yè)大學教育教學研究課題“新工科背景下土木類建環(huán)專業(yè)開展項目化教學的探索”（ER2020B021）

[作者簡介] 簡毅文（1967—），女，江西上高人，博士，北京工業(yè)大學城市建設學部副教授（通信作者），主要從事建筑節(jié)能技術研究。

[中圖分類號] G642.41 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）04-0176-04 [收稿日期] 2021-06-03

引言

國務院辦公廳《關于深化高等學校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實施意見》明確指出，各高校都要合理調整專業(yè)課程設置，積極挖掘和充實各類專業(yè)課程所具有的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育資源。在傳授專業(yè)知識的同時，加強創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，推動創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與專業(yè)教育緊密結合，讓學生在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)中鞏固專業(yè)知識，在專業(yè)教育中提高創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，為經(jīng)濟社會高質量發(fā)展培養(yǎng)大批敢闖會創(chuàng)的高素質人才[1]。大學生科技競賽活動是學校本科生創(chuàng)新教育體系的重要組成部分，是培養(yǎng)學術人才的重要途徑。教育部積極關注學科競賽和人才培養(yǎng)工作，提出開展大學生競賽活動，重點資助具有較大影響和參與面大的競賽活動，激發(fā)大學生的興趣和潛能，培養(yǎng)大學生的團隊協(xié)作意識和創(chuàng)新精神[2]。

為全面貫徹黨的教育方針，努力培養(yǎng)適應社會主義建設要求的高科技人才，國內各高校從教師、學生以及管理等多個層面相繼開展了一系列的創(chuàng)新教育活動，積極鼓勵和引導學生參加科技競賽和調查實踐等活動，開展了高等教育人才培養(yǎng)模式改革的有效嘗試，對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力起到非常顯著的作用，有效地推進了高校大學生的科技實踐活動，促進了實驗教學改革;同時也鍛煉了學生的動手能力，增強了學生的競賽意識，培養(yǎng)了學生的團隊合作精神以及在設計開發(fā)中的創(chuàng)新意識，倡導了理論聯(lián)系實際的學風，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才開辟了一條有效途徑[3，4]。目前已有很多科技競賽管理模式、培養(yǎng)模式、培養(yǎng)路徑等相關的分析報道，為大學生科技競賽的廣泛深入開展提供了非常具有借鑒價值的參考[5-8]。

一、案例介紹

節(jié)能減排是我國一項長期的基本國策，尤其在力爭2030年前實現(xiàn)碳達峰，2060年前實現(xiàn)碳中和行動目標的大背景下，節(jié)能減排更成為整個社會所有公民都應參與的一項重要活動。

全國大學生節(jié)能減排社會實踐與科技競賽是由教育部高等學校能源動力類專業(yè)教學指導委員會指導、全國大學生節(jié)能減排社會實踐與科技競賽委員會主辦的學科競賽。該競賽充分體現(xiàn)了“節(jié)能減排、綠色能源”的主題，緊密圍繞國家能源與環(huán)境政策，緊密結合國家重大需求，在教育部的直接領導和廣大高校的積極協(xié)作下，起點高、規(guī)模大、精品多、覆蓋面廣，是一項具有導向性、示范性和廣泛性的全國大學生競賽，得到了各省教育廳、各高校的高度重視。該競賽活動每年舉辦一屆，截至目前已舉辦了十三屆。每屆競賽共有幾百所高校報名參加，提交有效作品幾千件，參賽學生人數(shù)超過16000人，參賽作品類型多、專業(yè)性強、涵蓋面廣，涉及了能源、機械、資源、建筑、電氣、海洋、社會、經(jīng)濟、礦業(yè)等多個領域，不僅有關系到國民經(jīng)濟重大發(fā)展的能源生產(chǎn)問題，也有貼近日常生活節(jié)水節(jié)電的小發(fā)明和小制作等。競賽委員會和專家委員會由院士、高校領導、長江學者等著名專家組成。節(jié)能減排大賽已在全國高校范圍內產(chǎn)生了重要和深遠的影響，形成了廣泛的參與度，由此增強了大學生的節(jié)能減排意識，促進了當代大學生對生活的認真觀察、對于人類社會可持續(xù)發(fā)展的高度關注和對節(jié)能減排技術的深入理解與應用。

與全國的比賽相對應，北京工業(yè)大學每年舉辦一次節(jié)能減排大賽，目前共舉辦了十二屆，得到了校內學生的廣泛響應。每屆比賽將獲得一等獎、二等獎的前6名獲獎作品推薦參加全國的節(jié)能減排大賽。筆者基于多年空調行為研究的科研實踐，帶領學生通過對教學樓空調及照明設施開啟運行狀況的觀察及由此產(chǎn)生的能耗影響狀況的思考，提出了一種新型基于人體紅外感應電子模塊的空調及燈光開關的自動控制系統(tǒng)，以期避免環(huán)境控制責任主體不明確、教學樓空調系統(tǒng)能源浪費現(xiàn)象嚴重的問題。本項目將傳統(tǒng)空調系統(tǒng)、人體紅外感應模塊和人工智能深度學習有機結合，該控制系統(tǒng)結構簡單、泛用性強、成本低、回收期限短和節(jié)能效果顯著，搭建了與建筑房間相結合的整體模型，并針對紅外測點位置的選取開展了細致的理論研究。

二、學生反饋

為真實反映學生在此次科技競賽中的收獲和成長，體現(xiàn)學生在思考能力、動手能力、溝通協(xié)作能力以及書面表達能力方面的提高，以下直接給出各主要參賽學生的感受和體會，也為課堂理論教學方式的完善提供第一手的反饋信息。

（一）學生A

轉眼間，本項目的研究已經(jīng)歷時一個月，從2021年4月開始到現(xiàn)在，我們從申請立項到提交申報書及說明書最終通過初審，并榮獲二等獎，這無疑是對參與本項目研究同學辛苦付出的最好回報。

此次比賽中，我最大的感觸就是，項目能夠取得現(xiàn)在這樣的成績，離不開每個人的努力。在整個研究過程中，我提高了研究問題的能力和方法，明白了當遇到問題的時候應該從什么樣的角度去思考問題。在研究課題的過程中，我更加認識到，若想要以不同的方法解決問題，就必須提高對相關問題的思考和研究的敏銳度。同時，通過一個多月的合作，我充分認識到合理分工與組內協(xié)作的重要性。由于時間比較緊迫，工作量大，我們能夠保質保量完成任務，都是得益于合理的分工，這對于我們解決日常學習生活中所遇到的困難也有著很大的借鑒意義。

總之，參加科技競賽對我來說是百利而無一害，我能夠從中學到很多在課本中無法學習到的東西，收獲頗豐。

（二）學生B

在這次節(jié)能減排大賽中，簡老師作為我們的指導教師，為我們的研究提出了專業(yè)性的意見，提供給我們各種寶貴的研究資源，給予我們很大的幫助，令我們受益匪淺。

我們小組有兩位來自電控專業(yè)的同學，他們主要負責自控系統(tǒng)設計和編程的部分。這次跨專業(yè)的合作讓我學習到許多電控專業(yè)的知識，我深切地感受到不同領域知識的共通性和互補性。這不僅拓寬了我的知識面，也讓我對自控系統(tǒng)在節(jié)能減排方面的應用產(chǎn)生了一些新的思考。

此外，在教師的指導下，我還提前接觸了有關建筑環(huán)境及HVAC系統(tǒng)模擬的DeST軟件，并與研究生學長進行了相關交流。這讓我對本行業(yè)使用的軟件有了提前的認識，對我專業(yè)知識的學習也起到很大的幫助。

在撰寫說明書、申報書時，教師也是逐詞逐句審閱，為我們指出錯誤、提出修改建議。我認為這些規(guī)范和技巧對我是有很大幫助的。在科研過程中必然少不了文章的撰寫，在校期間學習并掌握相關技巧是非常有意義的。

在這次競賽中，我明顯感受到自己的交流能力、專業(yè)知識、思維方式等都有了不同以往的變化。這些個人能力的提升都離不開教師在各方面的支持。在今后的學習中，我也將牢記這次可貴的經(jīng)驗，不斷鉆研，不斷進步。

（三）學生C

科技競賽是一個連接課內知識與實際應用的橋梁，通過參加科技競賽鞏固和擴大理論知識是很高效的做法。

在和同學相處的過程中，我發(fā)現(xiàn)他們在常規(guī)課程中往往無法很好地理解知識。同學們即使完成了作業(yè)，也做不到真正地掌握知識。完成作業(yè)就如同圖靈測試中學習中文的任務一樣，學生不需要理解知識，大部分時間只需要照著PPT簡單地套公式即可完成;但課本中的知識意義并不明確，對于沒有實操經(jīng)驗的學生就是空中樓閣，就算會做題，真正問起這些知識的用處在哪也不清楚。

而在我看來，科技競賽中，一切都是從應用出發(fā)的。項目有應用的背景，目標明確，過程清晰，學生至少知道自己在干什么。面對空白的答卷，學生必須要思考知識與應用的關系，即如何才能讓知識為己所用。我認為這個過程是極其珍貴的，它同時解決了掌握不牢和用途不明兩個問題：掌握不牢，理論計算怎么能做得對;用途不明，怎么能根據(jù)知識設計出模型。

更進一步地講，嘗試應用本身就學生而言也是有益的。應用不光反哺了知識，也讓學生了解了生產(chǎn)實際情況，更方便與未來的工作接軌。常規(guī)課程中最缺乏的就是實際應用，而科技競賽正好彌補了這一問題。

（四）學生D

我覺得科技競賽相較于專業(yè)的學科學習更加注重實踐，能更綜合應用理論知識。科技競賽無疑是一個更高的平臺，讓我們能夠自主鉆研、鍛煉學科能力、提升專業(yè)技能。而教師對科技競賽所提供的支持和指導讓我們能在科技競賽中更快更好地發(fā)展和成長。

（五）學生E

通過此次競賽，我主要是學習到了如何通過和同學們相互配合去完成一個整體的項目。首先是每個同學有擅長的領域，針對各自的優(yōu)勢進行分工，這樣可以大大提高效率。其次，是在項目進行過程中，往往會遇到一系列問題。例如，我們做這個模型的時候，常常會遇到一些器件不太會用或者是精度不高的問題，通過一次次的嘗試和努力，最后成功解決了問題，這種不斷嘗試的堅持也是很重要的。

（六）學生F

通過這次參賽，我的反應能力和專注度有所提升。在討論模型細節(jié)的時候，我們需要快速理解別人所描述的抽象的模型并在腦海中想象出大致的樣子，在他人發(fā)表完觀點后，需要針對他人的想法提出一些建議或者問題。這個過程中，我們需要注意力高度集中，并快速思考，盡可能多地考慮到各個要素對于結果的影響。開始的時候，我會出現(xiàn)跟不上他們討論節(jié)奏的情況，就是我的腦海中不能很快形成他們所描述的模型細節(jié)，他們發(fā)表完觀點后我不能提出自己的想法。但是在經(jīng)歷了一次次的討論之后，我發(fā)現(xiàn)我現(xiàn)在能加入討論中去，甚至還提出了一些意見，同時發(fā)現(xiàn)平時做事情也更加專注，逐漸開始對一些事情進行深度的思考。

通過這次參賽，我的溝通能力有所增強。在項目的每一個環(huán)節(jié)，我們都會進行溝通和討論，需要匯報自己已經(jīng)完成的工作以及商量后續(xù)的計劃并合理分工。在這個過程中，我覺得自己的溝通能力有所提升。我們在第一次線下溝通的時候把這個項目分成幾個部分，并列出每一部分大致需要完成哪些事項以及需要注意的問題，還列舉出了可能會遇到的困難以及現(xiàn)在可以利用的資源。在后續(xù)的一次次會議中，我們會溝通和分享分工和自己的一些好點子。比如3D建模時紅外線的安裝位置，我們各自提出想法并展開討論。在這整個過程中，我們需要準確表達自己內心的想法并以一種邏輯清晰的方式展現(xiàn)出來，我覺得對我們的溝通能力很有幫助。

通過這次參賽，我學會了如何做項目研究。之前沒有什么競賽經(jīng)驗，也沒有做過這種項目研究，這次的科研項目讓我學習到了如何進行項目研究。首先是項目的可行性及其研究意義，這也是我們費了那么多功夫進行能耗計算的目的。我們需要驗證一個項目存在的意義，否則我們所做的工作也將沒有意義。其次是針對需要解決的問題尋找合適的資源并進行明確的分工。比如暖通的同學負責能耗計算、模型搭建、3D建模等，電控的同學需要設計電路、紅外模擬等。然后就是定期舉行會議上報進度，并不斷解決每個環(huán)節(jié)遇到的問題和困難。定期的會議上，兩位教師都會提出寶貴的意見，解決我們遇到的困難，讓我們之后的工作方向和重點更加明確。

結語

創(chuàng)新是一個國家和民族不斷持續(xù)發(fā)展的靈魂所在。高等學校在國家的建設和發(fā)展中擔負著培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要職責。各項科研活動的參與為創(chuàng)新精神的培養(yǎng)、創(chuàng)新能力的提高提供了更廣闊的舞臺。

紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。通過學生的感受和體會可以看到，此次科技競賽為學生提供了一個將理論應用于實踐，從而加深對理論知識理解和認識，并促進學生能力全面培養(yǎng)和發(fā)展的平臺。

參考文獻

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A Case Study on Promoting the All-round Cultivation of Students’ Ability by Science and

Technology Competition

JIAN Yi-wena， SANG Yu-fenga， BAI Rui-jieb， PAN Zi-donga， LI Tong-boa

（a.Faculty of Urban Construction， b. Faculty of Information Technology， Beijing University of Technology， Beijing 100124， China）

Abstract： College students’ science and technology competition is an important part of the undergraduate innovation education system in colleges and universities， and one of the important ways is to cultivate academic talents. More importantly， students’ thinking ability， practical ability， communication and cooperation ability and written expression ability have been comprehensively cultivated and improved， and their understanding of classroom theoretical knowledge have been enhanced. This analysis and summary can provide new case support for the in-depth development of subject competition， the comprehensive cultivation and improvement of students’ ability and the reform and improvement of theoretical teaching methods.

Key words： science and technology competition; innovation education; ability training; case support

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