學科競賽目標驅(qū)動的新工科大創(chuàng)訓練模式探索

陳重學，徐 飛，杜富瀅，曾玉彬

（武漢大學動力與機械學院 湖北 武漢 430072）

黨的十八大以來，我國把創(chuàng)新作為引領(lǐng)發(fā)展的第一動力，全面實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略。日前，全球創(chuàng)新指數(shù)的排名[1]顯示中國從2012年的第34位上升到2021年的第12位，昭示著我國已邁入創(chuàng)新型國家行列。然而，近幾年大型精密儀器、芯片、航空發(fā)動機等系列“卡脖子”技術(shù)困境[2]警示我們必須要提升制造業(yè)核心競爭力，推動我國從制造大國邁向制造強國。新型工程人才是推動制造業(yè)制造能力質(zhì)變的源動力，面對新一輪的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，如何將創(chuàng)新有機融入新工科人才的培養(yǎng)全過程，更好地服務(wù)于“中國制造2025”戰(zhàn)略規(guī)劃[3]，是國內(nèi)高校在當前新工科教育中需要著力思考和探索的重大課題。

為了進一步深化創(chuàng)新教育改革，加強工科大學生的創(chuàng)新精神，提升實踐能力，共青團中央、中國科協(xié)、教育部、工信部等單位先后主辦或倡導了多項全國性大學生學科競賽活動[4]，積極引導大學生參與角逐。其中，與工科大學生相關(guān)的不乏互聯(lián)網(wǎng)+、挑戰(zhàn)杯、節(jié)能減排、機械創(chuàng)新設(shè)計等高級別賽事。學科競賽是在課堂教學知識基礎(chǔ)上的升華，旨在通過競賽課題的研究，培養(yǎng)大學生的創(chuàng)造意識和創(chuàng)新精神，以使學生綜合素質(zhì)和動手能力得到全面提高。文獻[5]指出大多數(shù)學科競賽是以團隊形式開展，有利于增強學生的協(xié)作意識和合作精神。然而，并非所有的學科競賽與學生創(chuàng)新能力的提升都呈正相關(guān)。雖然學科競賽一定是建立在學科基礎(chǔ)上，需要扎實的專業(yè)知識作為支撐，但是文獻[6]提到很多學生剛進大學就開始忙于參加各類賽事，而忽略了專業(yè)基礎(chǔ)理論知識的系統(tǒng)學習，依靠東拼西湊勉強完成競賽指定的目標和任務(wù)。因此，即便他們可能獲得好的成績，但其專業(yè)知識是碎片化和殘缺的，知識儲備不全面、不系統(tǒng)，就很難結(jié)出創(chuàng)新之果。

與大學生學科競賽并行的大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃也是高校轉(zhuǎn)變教育思想觀念，改革人才培養(yǎng)模式的另一有力舉措。在大創(chuàng)項目中，學生團隊在老師的指導下需要對課題的目的和意義、課題的內(nèi)容、課題的思路和方案等進行研究，整個項目需要經(jīng)歷團隊的組織、項目的申請、項目研究和實施、項目結(jié)題等過程。通過項目的實施可使學生認識到如何將書本上的知識運用到實踐中，并建立基本的科學素養(yǎng)和科學精神。文獻[7]指出學科競賽和大創(chuàng)訓練是當前提升新工科大學生實踐能力的兩大創(chuàng)新載體，二者既有相通之處，但又各有側(cè)重。共同之處在于兩者均是以強化創(chuàng)新能力訓練，增強高校學生的實踐創(chuàng)新能力和在創(chuàng)新基礎(chǔ)上的創(chuàng)業(yè)能力，培養(yǎng)適應創(chuàng)新型國家建設(shè)需要的高水平創(chuàng)新人才為最終目標。但與學科競賽相比，大創(chuàng)訓練更貼合教師的科研課題，覆蓋面更廣，自由度更高，目標性和任務(wù)性不像學科競賽那么明確，因此門檻相對較低，學生參與度更高。文獻[8]針對新工科人才培養(yǎng)的特點，提出深化科教融合、創(chuàng)新育人，校企合作、協(xié)同育人，采用多學科交叉和體系化培養(yǎng)提高學生的綜合素質(zhì)。

在創(chuàng)新型新工科人才的培養(yǎng)過程中，如何利用好學科競賽和大創(chuàng)訓練兩大載體，建立兩者互通互促的紐帶，發(fā)展人才培養(yǎng)的新理念、新模式和新體系，是當前新工科人才培養(yǎng)的重要命題。本文針對目前提升新工科大學生實踐能力的兩大創(chuàng)新載體，學科競賽和大創(chuàng)訓練的差異性和相通性進行了深入分析和總結(jié)，結(jié)合對（武漢大學以下簡稱“我?！保┬鹿た拼髮W生的問卷調(diào)查，提出以學科競賽為目標驅(qū)動大學生創(chuàng)新訓練的培養(yǎng)模式，以期提高新工科人才培養(yǎng)質(zhì)量。

1 學科競賽和大創(chuàng)訓練兩大創(chuàng)新載體的差異性和相通性

近期，我們圍繞“能否以學科競賽為目標驅(qū)動新工科大學生創(chuàng)新訓練”這一研究課題，開展了問卷調(diào)查，以期厘清兩者間的關(guān)系。

圖1顯示在我校受訪的180名工科大學生（含本科生和研究生）中，有56%的同學參加過學科競賽，其中以團隊形式參與的占參賽總?cè)藬?shù)的55%，并且他們?nèi)慷紖⑴c過大創(chuàng)訓練項目，說明我校工科學生對開展創(chuàng)新實踐訓練抱有濃厚的熱情。83%的參賽學生認為創(chuàng)新性是學科競賽評分的重要標準，92%的學生認為參加學科競賽對培養(yǎng)創(chuàng)新意識有幫助，但只有56%的學生認為課程知識在學科競賽中有適用，63%的學生認為學科競賽對專業(yè)學習有幫助。從以上統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，開展學科競賽的初衷的確是鼓勵創(chuàng)新，但創(chuàng)新的基礎(chǔ)是知識積累，很多參賽同學為了創(chuàng)新而創(chuàng)新，而忽視了創(chuàng)新的本質(zhì)。

圖1 學科競賽、大創(chuàng)訓練及二者關(guān)聯(lián)度問卷調(diào)查

在受訪的參加大創(chuàng)訓練項目的學生中，有84%的學生認為課程知識在大創(chuàng)訓練中有適用，這一比例遠高于上述學科競賽的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。雖然他們在開展大創(chuàng)項目研究的過程中遇到了知識儲備不足、缺乏實踐經(jīng)驗、撰寫報告困難等諸多問題，但仍然通過師長指導、團隊合作和資料查閱等方式攻堅克難，科研素養(yǎng)和合作意識得到了全面提升。87%的受訪學生認為學科競賽和創(chuàng)新訓練所需的基礎(chǔ)知識重合程度高，且都需要嚴密的邏輯思維和發(fā)散思維。雖然大創(chuàng)訓練與學科競賽的目標導向有所差異，大創(chuàng)訓練與理論結(jié)合更緊密，學科競賽更注重實踐，但是以學科競賽為目標可以更好地驅(qū)動大創(chuàng)項目的開展。受訪學生認為大創(chuàng)訓練中的知識積累可為學科競賽奠定理論基礎(chǔ)，研究平臺可為學科競賽提供硬件支持，孕育的科學素養(yǎng)可為學科競賽提供軟件支撐。

2 以學科競賽為目標驅(qū)動大創(chuàng)訓練的培養(yǎng)模式

以上研究結(jié)果表明：以學科競賽為目標來驅(qū)動新工科大學生創(chuàng)新訓練的策略是合理可行的。那么，在指導學生開展大創(chuàng)訓練和學科競賽時，如何做到有的放矢，有章可循？我們認為可以從以下三個方面進行。

2.1 以大創(chuàng)訓練夯實專業(yè)知識基礎(chǔ)

扎實的專業(yè)知識和系統(tǒng)的知識結(jié)構(gòu)是創(chuàng)新的基礎(chǔ)，學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)離不開知識的積累。大創(chuàng)訓練與課堂知識緊密相關(guān)，因此，教師可以吸引低年級（大一、大二）學生開展大創(chuàng)項目研究，一方面引導他們通過科學研究鞏固課堂知識；另一方面激勵他們發(fā)揮主觀能動性，通過探索獲取知識，獲得解決問題的方法，形成探究的學習精神。教師需要運用各種方法和手段，讓學生在參與發(fā)現(xiàn)、探索、研究的過程中，感受和理解知識產(chǎn)生和發(fā)展的過程，積累專業(yè)基礎(chǔ)知識，為創(chuàng)新能力的培養(yǎng)打好堅實基礎(chǔ)。

2.2 以學科競賽升華實踐能力

實踐能力是在專業(yè)知識積累的基礎(chǔ)上升華的經(jīng)驗與技能。在指導學生開展學科競賽時，教師要注重將目標實現(xiàn)和學生實踐能力的培養(yǎng)融為一體，把實踐放在整體知識結(jié)構(gòu)的框架內(nèi)，在實現(xiàn)目標的過程中循序漸進、有針對性地提升學生的實踐能力。一方面引導學生樹立科研思維，學會快速、有效搜集和整理競賽相關(guān)信息，并利用專業(yè)知識解決競賽難題。另一方面，以學科競賽為引導可以促進實踐教學建設(shè)和改革，真正實現(xiàn)“以賽促學、以賽促教，學教互促，良性發(fā)展”。

2.3 將創(chuàng)新思維培養(yǎng)貫穿于培養(yǎng)全過程

創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維是創(chuàng)新能力的核心?？茖W史上的新理論、新發(fā)明的產(chǎn)生，新的工程技術(shù)的出現(xiàn)，經(jīng)常是在學科的邊緣或交叉點上，而新工科學生參與的大創(chuàng)訓練和學科競賽大多為多學科交叉課題，易于培育出創(chuàng)新點。教師要以大創(chuàng)訓練和學科競賽為創(chuàng)新載體，與專業(yè)教育有機結(jié)合，使創(chuàng)新教育貫穿新工科人才培養(yǎng)全過程。鼓勵學生開拓思維、細心觀察、深入思考，學會在前人研究的基礎(chǔ)上結(jié)合實踐發(fā)現(xiàn)問題，教會學生用創(chuàng)新的思維去分析和解決問題。

以筆者指導大創(chuàng)訓練和學科競賽的親身經(jīng)歷為例，筆者要求能源化學工程專業(yè)大一學生進實驗室參加業(yè)余科研，并申報大創(chuàng)項目。在指導大創(chuàng)項目開展時，經(jīng)常用研究課題中的問題[9]啟發(fā)學生通過課堂知識加以解決，以此來鞏固專業(yè)基礎(chǔ)知識。經(jīng)過一年多的科研訓練后，學生不僅能熟練掌握知識的運用，而且能樹立基本的科研意識，形成一定的科研素養(yǎng)。在大二下學期和大三上學期時，筆者會鼓勵他們依托大創(chuàng)項目研究成果參加各種學科競賽，并引導他們針對性地根據(jù)競賽的屬性調(diào)整技術(shù)路線以達到最終的目標要求。在該培養(yǎng)模式下，筆者指導了多名學生先后獲得全國大學生化學電源作品設(shè)計競賽一等獎、全國大學生節(jié)能減排社會實踐與科技競賽二等獎等好成績。

3 結(jié)語

大創(chuàng)訓練和學科競賽注重知識積累和學科交叉，是新工科背景下培養(yǎng)學生實踐創(chuàng)新能力的兩大有力抓手。針對大創(chuàng)訓練和學科競賽的差異性和相通性，根據(jù)工科學生不同學習階段的專業(yè)知識結(jié)構(gòu)和認知能力，提出以學科競賽為目標驅(qū)動大學生創(chuàng)新訓練的培養(yǎng)模式，以大創(chuàng)訓練夯實專業(yè)知識基礎(chǔ)，以學科競賽升華實踐能力，將創(chuàng)新思維培養(yǎng)貫穿于人才培養(yǎng)全過程，切實提高新工科人才培養(yǎng)質(zhì)量。