基于專業(yè)引領(lǐng)+學(xué)科競(jìng)賽的創(chuàng)新教育實(shí)踐＊

白雪峰，李 沛，趙芳馨

（1.北京信息科技大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，北京100192；2.北京信息科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，北京100192）

1 創(chuàng)新教育的基本內(nèi)容及現(xiàn)狀

學(xué)?！蛾P(guān)于進(jìn)一步深化教育教學(xué)改革，全面提升本科人才培養(yǎng)能力的指導(dǎo)意見（2020—2025 年）》使命愿景中指出：學(xué)校以學(xué)生為根本，培養(yǎng)專業(yè)精深、素質(zhì)全面，且具有較強(qiáng)實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識(shí)與國際化意識(shí)的全方面發(fā)展的應(yīng)用型高素質(zhì)人才。跟蹤調(diào)查北京信息科技大學(xué)學(xué)生畢業(yè)后就業(yè)及創(chuàng)業(yè)狀況，結(jié)果表明，發(fā)展前景良好、在職場(chǎng)中擁有競(jìng)爭(zhēng)力的畢業(yè)生都得益于在校期間創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)，尤其突出的是積極參加學(xué)科競(jìng)賽的學(xué)生。大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，核心的任務(wù)是培養(yǎng)其創(chuàng)新意識(shí)，在此基礎(chǔ)上培養(yǎng)其應(yīng)用實(shí)踐能力。連續(xù)多年的調(diào)研與跟蹤數(shù)據(jù)表明，大學(xué)階段是培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力極其關(guān)鍵的階段[1]。目前，各高校都開展了豐富多彩的創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)教育課程，但在實(shí)施過程中還存在許多亟待解決的問題，如創(chuàng)新教育開展的時(shí)機(jī)較晚，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)全過程教育；學(xué)生的參與比例較低，教師為主導(dǎo)的被動(dòng)式創(chuàng)訓(xùn)管理模式不能充分激發(fā)廣大學(xué)生自主創(chuàng)新的活力；以實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)為主的教學(xué)手段，不能充分利用優(yōu)質(zhì)創(chuàng)訓(xùn)資源和實(shí)踐平臺(tái)。

改革傳統(tǒng)意義上的創(chuàng)新教育模式，將會(huì)在一定程度上緩解這些問題。培養(yǎng)學(xué)生的想象力、宏思維、批判性思維，建立現(xiàn)代學(xué)習(xí)體系，培養(yǎng)創(chuàng)新人才，已經(jīng)成為應(yīng)對(duì)諸多復(fù)雜性挑戰(zhàn)、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。教師的使命也隨之發(fā)生變化，由知識(shí)和技能的傳授轉(zhuǎn)化成引領(lǐng)培養(yǎng)學(xué)生擁抱未來的能力。作為人才培養(yǎng)主陣地的高校，一定要不斷探索新形勢(shì)下的新任務(wù)，改革人才培養(yǎng)模式，創(chuàng)新人才培養(yǎng)路徑，激發(fā)教學(xué)活力、推動(dòng)教育教學(xué)改革、促進(jìn)內(nèi)涵發(fā)展，把創(chuàng)新教育列為人才培養(yǎng)的重要內(nèi)容。為此，學(xué)校正式將創(chuàng)新教育課程列入常規(guī)教學(xué)計(jì)劃，結(jié)合課外創(chuàng)新活動(dòng)的實(shí)施開展，取得了良好的成效。將創(chuàng)新教育的內(nèi)容與專業(yè)課程有機(jī)融合在一起，盡早在常規(guī)的教學(xué)活動(dòng)中把培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力潛移默化地融入進(jìn)來，尤其是通過學(xué)科競(jìng)賽，來有效達(dá)到創(chuàng)新教育的目的[2]。

2 推進(jìn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與專業(yè)教育融合，提升學(xué)生實(shí)踐能力

2.1 專業(yè)引領(lǐng)實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練課程開展方式

專業(yè)引領(lǐng)實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練的宗旨是把專業(yè)教育和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育有機(jī)地融合在一起，取得了明顯的效果。課程采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)理念開展教學(xué)活動(dòng)，研究如何選擇不同類型單片機(jī)和機(jī)器人程序語言去實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的感知、決策與智能行為，以Ardunio 語言+單片機(jī)小車套件實(shí)現(xiàn)循跡機(jī)器人為教學(xué)案例，使大學(xué)一年級(jí)學(xué)生通過實(shí)際設(shè)計(jì)與制作機(jī)器人小車的過程，深入地了解和掌握一般機(jī)器人組成和檢測(cè)控制系統(tǒng)，探索機(jī)器人設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用與解決實(shí)際問題的方法[3]。圖1 為學(xué)生作品，以學(xué)生為主體，通過“親密接觸”，體驗(yàn)到知識(shí)學(xué)習(xí)的樂趣。

圖1 學(xué)生作品

Arduino 控制模塊作為實(shí)驗(yàn)小車的控制核心，TCRT5000 紅外反射傳感器作為小車系統(tǒng)的感光系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確識(shí)別路面明暗度色調(diào)變化。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊由L298N 芯片與2 個(gè)直流電機(jī)構(gòu)成，作為小車的動(dòng)力系統(tǒng)。經(jīng)過代碼輸入、系統(tǒng)的組裝調(diào)試，實(shí)現(xiàn)小車功能。正常情況下自動(dòng)行駛，路面明暗相差較大時(shí)循跡行駛，特殊情況下避障行駛。

課程基本要求（必修部分）為完成2 周（10 d）的課程學(xué)習(xí)，具體內(nèi)容如下：①講解本課程基本內(nèi)容，講解機(jī)器人制作的基本工程思維與訓(xùn)練流程；②演示機(jī)器人的運(yùn)行視頻，參觀卓越聯(lián)盟實(shí)驗(yàn)室、學(xué)院創(chuàng)新基地、智能科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室；③演示智能“循跡”小車，介紹小車元器件的信息，講解Arduino 平臺(tái)應(yīng)用及Arduino 語言編程特點(diǎn)及關(guān)鍵語句；④安裝Arduino IDE，編譯例程及練習(xí)題，課堂分組訓(xùn)練，解答編譯出現(xiàn)的問題；⑤搭建循跡小車硬件，包括底盤固定、循跡模塊、控制器、驅(qū)動(dòng)板、電機(jī)，電源管理模塊的安裝；⑥編譯2 個(gè)光電傳感器循線例程，下載編譯好的循跡控制程序，調(diào)試小車；⑦講解智能傳感與檢測(cè)技術(shù)，指導(dǎo)完成5 種光電傳感器的原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)；⑧完成多個(gè)傳感器檢測(cè)與融合的循跡小車，包括改進(jìn)循跡小車硬件，編寫多個(gè)傳感器循跡小車的控制程序，小組討論分享編程思路，編譯下載調(diào)試；⑨進(jìn)行總結(jié)，提升“舉一反三”的能力，拓展提高小車的穩(wěn)、準(zhǔn)、快的控制性能，依據(jù)相關(guān)競(jìng)賽注意事項(xiàng)繼續(xù)改進(jìn)小車性能；⑩準(zhǔn)備參加學(xué)院機(jī)器人小車競(jìng)賽。在第一學(xué)期，完成機(jī)器人小車組裝和直線、黑線循跡功能實(shí)現(xiàn)；在第二學(xué)期，完成多個(gè)傳感器檢測(cè)與融合的循跡小車功能實(shí)現(xiàn)，為參加競(jìng)賽做準(zhǔn)備。

經(jīng)過學(xué)習(xí)實(shí)踐，學(xué)院組織競(jìng)賽，現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)學(xué)生自己動(dòng)手的成果，激發(fā)學(xué)生內(nèi)在潛能，增強(qiáng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。賽場(chǎng)上，學(xué)生們緊張地調(diào)試自己的程序，根據(jù)賽道的實(shí)際情況不斷修正自己的設(shè)計(jì)，看到自己動(dòng)手完成的小車在賽道上馳騁，學(xué)生們熱情高漲。開發(fā)了學(xué)生潛在的創(chuàng)造能力，真正激發(fā)了實(shí)踐創(chuàng)新的熱情。

在剛開始接觸專業(yè)實(shí)戰(zhàn)課程的時(shí)候，學(xué)生們感覺很興奮和茫然。對(duì)這門課程有很大的興趣，但也對(duì)自己將要學(xué)的課程缺乏了解。專業(yè)引領(lǐng)實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練使學(xué)生對(duì)專業(yè)有了初步的了解以及對(duì)自身今后專業(yè)發(fā)展有了較為系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。在初學(xué)的時(shí)候，大多學(xué)生對(duì)這門課程有較多的困擾，主要與高中所學(xué)知識(shí)出入較大并且對(duì)編程代碼也不甚熟悉。在經(jīng)過一學(xué)期代碼語言的學(xué)習(xí)與教師悉心地教導(dǎo)后解決了一系列問題，成功地做出了循跡小車并且開始有了自己的想法和創(chuàng)新。與此同時(shí)，在學(xué)習(xí)過程中，除了增加了對(duì)這門課的了解外也對(duì)自身專業(yè)進(jìn)行了認(rèn)識(shí)與學(xué)習(xí)，對(duì)今后的專業(yè)學(xué)習(xí)有了心理目標(biāo)及預(yù)期。教師定期講解疑難點(diǎn)、組員們共同學(xué)習(xí)解決問題，對(duì)這門課程的學(xué)習(xí)越加得心應(yīng)手。在競(jìng)賽中，當(dāng)自己的想法與設(shè)計(jì)付諸實(shí)踐，當(dāng)小車在比賽中順利到達(dá)終點(diǎn)的瞬間，成就感油然而生，激發(fā)了學(xué)生們學(xué)習(xí)、實(shí)踐、創(chuàng)新的樂趣。圖2 為參賽作品及比賽現(xiàn)場(chǎng)[4]。

圖2 參賽作品及比賽現(xiàn)場(chǎng)

2.2 與時(shí)俱進(jìn)改革實(shí)踐教學(xué)方式，提高教學(xué)質(zhì)量

在疫情的特殊情況下，學(xué)校全方位地推進(jìn)線上教學(xué)，面對(duì)疫情結(jié)合實(shí)踐教學(xué)的特殊性，學(xué)校整體部署加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)的工作，緊密結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)“轉(zhuǎn)危為機(jī)”，依據(jù)課程的特點(diǎn)，改革實(shí)踐教學(xué)傳統(tǒng)的方式方法，從實(shí)際情況出發(fā)，充分利用自建及公共虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源，持續(xù)提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。創(chuàng)新實(shí)踐系列課程指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了“分布式居家實(shí)踐+學(xué)習(xí)成果導(dǎo)向”的教學(xué)設(shè)計(jì)，利用嵌入式系統(tǒng)仿真開發(fā)及專業(yè)電路仿真軟件平臺(tái)和已建設(shè)的線上學(xué)習(xí)通課程資源，開展線上實(shí)踐教學(xué)。將實(shí)驗(yàn)室實(shí)物小車開發(fā)套件郵寄給全國各地的學(xué)生，實(shí)現(xiàn)專業(yè)引領(lǐng)實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練課程設(shè)計(jì)的“線上教學(xué)+實(shí)際機(jī)器人小車操作+課程結(jié)業(yè)考核+開學(xué)后學(xué)科競(jìng)賽”教學(xué)方式的實(shí)施，開拓創(chuàng)新出了實(shí)踐教學(xué)方式新模式，線上線下有機(jī)融合，保證工程實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量。學(xué)生們對(duì)這門課程的學(xué)習(xí)都很投入，并沒有因?yàn)榫嚯x遙遠(yuǎn)而斷了聯(lián)系，反而因?yàn)檫@一輛小車每天共同鉆研它的組裝與編程方法而拉近了彼此之間的距離，不僅學(xué)到了知識(shí)，還增進(jìn)了友誼。

新型的創(chuàng)新教育人才培養(yǎng)-專業(yè)引領(lǐng)實(shí)戰(zhàn)課程平臺(tái)能很好地激發(fā)大學(xué)生的創(chuàng)造性思維，新生自入學(xué)開始，及早進(jìn)入創(chuàng)新平臺(tái)培養(yǎng)，并以此為基礎(chǔ)，在后續(xù)學(xué)習(xí)過程中，根據(jù)不同年級(jí)階段的特點(diǎn)，采用相應(yīng)的培訓(xùn)方式及評(píng)價(jià)體系，做到4 年不間斷，以專業(yè)為導(dǎo)向，從啟發(fā)創(chuàng)意思維、引導(dǎo)創(chuàng)訓(xùn)實(shí)踐、提高創(chuàng)新能力、推動(dòng)創(chuàng)業(yè)培育4 個(gè)維度進(jìn)行遞進(jìn)式培養(yǎng)，力求實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的全覆蓋[5]。

3 展望

將創(chuàng)新教育與專業(yè)教育進(jìn)行有機(jī)深度融合的意義非常重大，是培養(yǎng)適應(yīng)當(dāng)代與未來發(fā)展所需人才的重要舉措，在實(shí)踐過程中會(huì)遇到很許多問題與挑戰(zhàn)，要進(jìn)行系統(tǒng)的梳理與實(shí)施。

3.1 構(gòu)建科學(xué)的專業(yè)評(píng)價(jià)體系，筑牢專業(yè)基礎(chǔ)

在學(xué)科專業(yè)評(píng)價(jià)體系構(gòu)建過程中，要注意人才培養(yǎng)以專業(yè)教育為根本，讓學(xué)生筑牢基礎(chǔ)，學(xué)到扎實(shí)的專業(yè)基本功，為培養(yǎng)高水平應(yīng)用性人才奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型學(xué)科專業(yè)人才培養(yǎng)道路中，根本原則依然要以促進(jìn)人才專業(yè)化發(fā)展為基礎(chǔ)增強(qiáng)雙創(chuàng)素養(yǎng)。在評(píng)價(jià)指標(biāo)上，重點(diǎn)體現(xiàn)專業(yè)基礎(chǔ)上創(chuàng)新能力的延伸。構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)的過程中，將專業(yè)理論基礎(chǔ)、實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識(shí)養(yǎng)成、創(chuàng)造性思維培養(yǎng)、創(chuàng)業(yè)精神培育等方面作為第一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，再根據(jù)各項(xiàng)一級(jí)指標(biāo)細(xì)劃其他各級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，由此確保最終評(píng)價(jià)結(jié)果更具指導(dǎo)性和客觀性，真正達(dá)到專業(yè)學(xué)科特色化，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

3.2 縱深推進(jìn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，培養(yǎng)高水平應(yīng)用性人才

高校需要從人才教育全過程進(jìn)行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，縱向上，創(chuàng)新教育應(yīng)該整個(gè)大學(xué)4 年學(xué)習(xí)階段不間斷，構(gòu)建并不斷完善實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)課程體系，增設(shè)實(shí)踐基地，加強(qiáng)校內(nèi)外實(shí)踐教學(xué)資源建設(shè)，在校內(nèi)外建設(shè)合適的實(shí)驗(yàn)室，打造科技創(chuàng)新類實(shí)訓(xùn)基地，不斷增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；橫向上加強(qiáng)與地方、行業(yè)、企業(yè)之間的協(xié)同育人，以社會(huì)發(fā)展和學(xué)生職業(yè)生涯發(fā)展需求為雙導(dǎo)向，強(qiáng)化與企業(yè)、行業(yè)的合作，利用專業(yè)知識(shí)，讓學(xué)生積極參與到企業(yè)實(shí)習(xí)中去，參與項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)，不斷增長實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為以后學(xué)生進(jìn)入企業(yè)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，培養(yǎng)具有創(chuàng)新、創(chuàng)造、創(chuàng)業(yè)能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。