建構(gòu)主義視域下學(xué)科競(jìng)賽驅(qū)動(dòng)新工科學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力
——以物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)為例

陳榮軍，鄭雅妮，李綺橋，聶 瓊，王磊軍

（廣東技術(shù)師范大學(xué)，廣東 廣州 510665）

0 引言

“新工科”建設(shè)是我國(guó)教育部為主動(dòng)應(yīng)對(duì)新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展、“中國(guó)制造2025”等一系列國(guó)家戰(zhàn)略，而提出的推動(dòng)教育改革的“中國(guó)方案”[1,2]。從高校層面來看，“新工科”主要是指新興的工科專業(yè)和傳統(tǒng)工科的轉(zhuǎn)型升級(jí)[3]，要求工程人員具備寬廣的基礎(chǔ)知識(shí)、更高的創(chuàng)新能力和綜合實(shí)踐能力[4]。創(chuàng)新實(shí)踐能力是衡量一個(gè)國(guó)家是否具有可持續(xù)核心競(jìng)爭(zhēng)力的一項(xiàng)重要指標(biāo)。因此，我國(guó)高校應(yīng)以培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的多學(xué)科交叉型與復(fù)合型人才為己任[5,6]。但目前我國(guó)高校正處于復(fù)合型人才培養(yǎng)的關(guān)鍵時(shí)期，創(chuàng)新實(shí)踐人才培養(yǎng)仍是教學(xué)建設(shè)中較為薄弱的一環(huán)。促進(jìn)創(chuàng)新實(shí)踐能力的提升，學(xué)科競(jìng)賽不失為一條很好的途徑。本文以物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)為例，構(gòu)建以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)思想、以學(xué)科競(jìng)賽為驅(qū)動(dòng)主線，全方位、多層次提升學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的新培養(yǎng)體系。

1 學(xué)科競(jìng)賽驅(qū)動(dòng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的現(xiàn)狀分析

國(guó)內(nèi)以學(xué)科競(jìng)賽驅(qū)動(dòng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的研究文獻(xiàn)有很多，從《中國(guó)大學(xué)教學(xué)》《高等工程教育》《實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理》《實(shí)驗(yàn)室研究與探索》等具有典型代表性的核心期刊論文文獻(xiàn)來研究，2011年到現(xiàn)在共有191 篇相關(guān)文獻(xiàn)。如圖1所示，以學(xué)科競(jìng)賽驅(qū)動(dòng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的研究一直呈遞增趨勢(shì)，體現(xiàn)出該方向是研究熱點(diǎn)。另外，如圖2所示，以學(xué)科競(jìng)賽驅(qū)動(dòng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的相關(guān)課題研究基金支持論文占總論文數(shù)27.5%，其中僅國(guó)家自然科學(xué)基金資助論文占總論文數(shù)9.89%，占所有基金數(shù)的38%，體現(xiàn)出國(guó)家和各政府部門也非常重視該研究方向。因此，學(xué)科競(jìng)賽驅(qū)動(dòng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力不僅是研究熱點(diǎn)，還是國(guó)家培養(yǎng)人才戰(zhàn)略的重點(diǎn)。

圖1 學(xué)科競(jìng)賽驅(qū)動(dòng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力相關(guān)文獻(xiàn)年度分布情況

圖2 學(xué)科競(jìng)賽驅(qū)動(dòng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力相關(guān)文獻(xiàn)基金資助情況

文獻(xiàn)中以學(xué)科競(jìng)賽驅(qū)動(dòng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)的研究方法有很多，如夏春琴等人[7]等根據(jù)自身院校的特點(diǎn)，以課程改革為基礎(chǔ)、學(xué)科競(jìng)賽為載體，提出了創(chuàng)新人才分層次培養(yǎng)模式；劉立等人[8]在對(duì)學(xué)科競(jìng)賽進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出適度增量、開放自愿、學(xué)生主體等學(xué)科競(jìng)賽基本原則，制定出“賽學(xué)一體化”的培養(yǎng)模式；文獻(xiàn)[9]根據(jù)本科實(shí)踐教學(xué)存在的問題，推進(jìn)教學(xué)手段、育人模式的優(yōu)化和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)，進(jìn)而推動(dòng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

綜上所述，學(xué)科競(jìng)賽在一定程度上能夠促進(jìn)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，但如何以興趣式、項(xiàng)目式驅(qū)動(dòng)學(xué)生自主完成學(xué)科競(jìng)賽、自主建構(gòu)創(chuàng)新實(shí)踐能力是目前人才培養(yǎng)研究里普遍缺失的。從有關(guān)學(xué)科競(jìng)賽與創(chuàng)新人才培養(yǎng)的研究現(xiàn)狀中可以發(fā)現(xiàn)，有的研究者一方面在強(qiáng)調(diào)學(xué)科競(jìng)賽是創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要途徑，是創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，但又把參加學(xué)科競(jìng)賽看成是對(duì)學(xué)生實(shí)施閑暇教育的一部分。這說明對(duì)于學(xué)科競(jìng)賽在培養(yǎng)創(chuàng)新人才中的重要性尚未真正認(rèn)識(shí)到位。值得注意的是，在這些研究成果中，系統(tǒng)性、建設(shè)性、創(chuàng)新性的研究較少，尤其缺乏一套完整的系統(tǒng)理論體系。因此本課題的研究對(duì)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的應(yīng)用、對(duì)以學(xué)科競(jìng)賽驅(qū)動(dòng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)具有比較重要的價(jià)值。

2 建構(gòu)主義理論指導(dǎo)下學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)體系的研究

2.1 建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論

建構(gòu)主義將學(xué)習(xí)定義為學(xué)習(xí)者利用一定的輔助手段，在實(shí)際學(xué)習(xí)情景中對(duì)已有知識(shí)進(jìn)行重新認(rèn)識(shí)，并對(duì)新知識(shí)進(jìn)行建構(gòu)的過程[10]。建構(gòu)主義強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者是信息加工的主體，是意義的主動(dòng)構(gòu)建者，而不是在外部條件刺激下的被動(dòng)接受者或被灌輸對(duì)象。如圖3所示，建構(gòu)主義包含了情景、協(xié)作、會(huì)話和意義建構(gòu)四要素。建構(gòu)主義認(rèn)為學(xué)習(xí)者需要在一定的認(rèn)知情景中才能有效建構(gòu)知識(shí)。因此，教師需要為學(xué)習(xí)者提供合適的認(rèn)知情景。協(xié)作和會(huì)話要素強(qiáng)調(diào)了學(xué)習(xí)者之間和教師與學(xué)習(xí)者之間交流的重要性。教師在意義建構(gòu)過程中充當(dāng)著幫助者、引導(dǎo)者和促進(jìn)者的角色[11,12]，而不是知識(shí)的傳授者和灌輸者。

圖3 建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論

2.2 學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)的特點(diǎn)分析

創(chuàng)新實(shí)踐能力是指利用已有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，提出有價(jià)值的新思想、新方法和新成果，新穎而獨(dú)特地解決實(shí)際問題的能力[13]，可以說是個(gè)人綜合素質(zhì)的最高體現(xiàn)。培養(yǎng)創(chuàng)新實(shí)踐能力則可以從以下三個(gè)方面進(jìn)行分析：

①興趣是動(dòng)力，學(xué)生是主體，教師為主導(dǎo)

興趣是創(chuàng)新的源泉，是創(chuàng)新最好的老師。學(xué)生的興趣不是與生俱來的，需要教師啟發(fā)誘導(dǎo)，發(fā)揮其主導(dǎo)作用，培養(yǎng)學(xué)生收集、處理、加工信息的能力，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)探求新知，讓學(xué)生的創(chuàng)新潛能得到最大程度的釋放，以此促進(jìn)創(chuàng)新實(shí)踐能力的發(fā)展。

②自主學(xué)習(xí)的氛圍，啟發(fā)式的教學(xué)方法

在創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)中，啟發(fā)式是常用的教學(xué)方法，也是最為有效的方法之一。與傳統(tǒng)教學(xué)方法“以講為學(xué)”“以做為學(xué)”相對(duì)比，它更多的是讓學(xué)生主動(dòng)思考“為什么這樣做”“還能怎樣做”等有價(jià)值的問題，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極主動(dòng)性，培養(yǎng)良好的思維習(xí)慣，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。

③回歸真實(shí)情境，注重實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)踐中創(chuàng)新

創(chuàng)新能力是依托于真實(shí)情境中的知識(shí)應(yīng)用和技能而習(xí)得的，抽離真實(shí)情境的實(shí)踐無法驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新的產(chǎn)生，因此創(chuàng)新須在具體實(shí)踐活動(dòng)中體現(xiàn)出來，驅(qū)動(dòng)學(xué)生對(duì)自身與環(huán)境的審視以及對(duì)已有技能的重構(gòu)[14]。

2.3 體系構(gòu)建思路

建構(gòu)主義認(rèn)為學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)應(yīng)該是主動(dòng)構(gòu)建知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的過程，在原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上與新知識(shí)產(chǎn)生矛盾，重構(gòu)認(rèn)知過程，更新原有的知識(shí)體系。這個(gè)過程總是在一定的情境下進(jìn)行的，不可能超越具體的情境來獲取新知識(shí)，學(xué)生在真實(shí)的情境中、在指導(dǎo)教師的幫助下自主探索[15]，主動(dòng)構(gòu)建意義。在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的指導(dǎo)下，以學(xué)科競(jìng)賽驅(qū)動(dòng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)體系的構(gòu)建思路如圖4所示。該體系從學(xué)習(xí)者的角度出發(fā)，用學(xué)科競(jìng)賽去多樣式地驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)課程，在建構(gòu)主義視域下去設(shè)計(jì)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)體系，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐情景，注重學(xué)習(xí)的協(xié)作會(huì)話，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者進(jìn)行意義建構(gòu)，從而培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的創(chuàng)新實(shí)踐能力。

圖4 創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)體系的構(gòu)建思路

3 基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)培養(yǎng)體系

物聯(lián)網(wǎng)是一門涉及計(jì)算機(jī)、電子信息、通信等多種領(lǐng)域知識(shí)的新型交叉學(xué)科，僅從理論學(xué)習(xí)的層面上很難將各學(xué)科融合在一起，因此實(shí)踐教學(xué)在其專業(yè)教學(xué)中顯得尤為重要[16]。物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)過程必須遵循由簡(jiǎn)到繁、由易到難、由深到淺的原則[17]，在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的指導(dǎo)下，學(xué)科競(jìng)賽對(duì)理論的學(xué)習(xí)起到引導(dǎo)和鞏固的作用，能夠維持學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。以廣東技術(shù)師范大學(xué)的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)為例，構(gòu)建以學(xué)科競(jìng)賽為載體、符合人才培養(yǎng)要求及學(xué)生發(fā)展需求的創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)體系，如圖5所示。

圖5 創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)體系

在建構(gòu)主義視域下以學(xué)科競(jìng)賽驅(qū)動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)體系中，根據(jù)不同階段學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)的不同，設(shè)計(jì)相應(yīng)的學(xué)科競(jìng)賽。一年級(jí)階段，主要學(xué)習(xí)公共基礎(chǔ)理論課程，包括物理數(shù)學(xué)類課程、軟件編程基礎(chǔ)類課程、電子硬件基礎(chǔ)類課程，與之配套的競(jìng)賽有全國(guó)數(shù)學(xué)建模大賽和藍(lán)橋杯競(jìng)賽。支架式教學(xué)法[18]是指教師在教學(xué)中為學(xué)生搭建腳手架，通過這些支架來引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行下一步學(xué)習(xí)，提高解決問題的能力。由于一年級(jí)的學(xué)生還處于理論基礎(chǔ)知識(shí)薄弱的階段，因此需采用支架式教學(xué)法來進(jìn)行相關(guān)課程教學(xué)，而配套的基礎(chǔ)競(jìng)賽則以興趣式的方式來驅(qū)動(dòng)；二年級(jí)階段，主要學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)課程，包括物聯(lián)網(wǎng)感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層基礎(chǔ)類課程，與之配套的專業(yè)基礎(chǔ)學(xué)科競(jìng)賽有全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、華資杯、全國(guó)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)大賽等。拋錨式教學(xué)法[19]是一種基于問題的教學(xué)，學(xué)生圍繞一個(gè)實(shí)際的問題進(jìn)行學(xué)習(xí)產(chǎn)出，強(qiáng)調(diào)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的獲取。二年級(jí)的學(xué)生在一年級(jí)階段的學(xué)習(xí)之后，逐漸掌握一定的知識(shí)技能，能夠進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)際問題的學(xué)習(xí)，因此可以采用拋錨式教學(xué)法來進(jìn)行專業(yè)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，而專業(yè)基礎(chǔ)學(xué)科競(jìng)賽也同樣采用問題式驅(qū)動(dòng)；三年級(jí)、四年級(jí)階段，主要學(xué)習(xí)專業(yè)綜合課程，包括物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)類課程、物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)訓(xùn)類課程、物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)踐類課程，而與之配套的專業(yè)綜合學(xué)科競(jìng)賽有全國(guó)移動(dòng)互聯(lián)創(chuàng)新大賽、“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、挑戰(zhàn)杯等項(xiàng)目式比賽。隨機(jī)進(jìn)入式教學(xué)法[20]是來源于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的分支，即認(rèn)知彈性理論，通過不同的途徑、方式讓學(xué)生進(jìn)入同樣的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而讓學(xué)生能夠靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)。三年級(jí)、四年級(jí)則采用隨機(jī)進(jìn)入教學(xué)模式驅(qū)動(dòng)專業(yè)綜合學(xué)科競(jìng)賽，可以全方位、多層次提升學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力。

4 實(shí)踐成效

實(shí)施教學(xué)以來，無論在學(xué)科競(jìng)賽的獲獎(jiǎng)層面，還是在學(xué)科競(jìng)賽所衍生的科研成果層面，都取得了積極成效，大大提高了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。如圖6所示，近4年來，廣東技術(shù)師范大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生獲得省級(jí)、國(guó)家級(jí)競(jìng)賽獎(jiǎng)項(xiàng)的數(shù)量逐年上升，教師指導(dǎo)學(xué)生參加學(xué)科競(jìng)賽獲得省級(jí)、國(guó)家級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)共111 人次。其中，2020年由于受新冠疫情影響，獲獎(jiǎng)人次較去年僅相差8 人次，與2018年同期相比增幅達(dá)59%。同時(shí)，以學(xué)科競(jìng)賽為載體的創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)模式，營(yíng)造了濃厚的科研創(chuàng)新氛圍，專業(yè)負(fù)責(zé)教師在該培養(yǎng)體系下指導(dǎo)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生先后申請(qǐng)發(fā)明專利2項(xiàng)、實(shí)用新型專利2 項(xiàng)、軟件著作權(quán)11 項(xiàng)和4 項(xiàng)國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，獲得良好的社會(huì)榮譽(yù)，這不僅能有效地促進(jìn)本校教學(xué)質(zhì)量和科研水平，還能有效地提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

圖6 2017—2020年學(xué)生獲獎(jiǎng)情況示意圖

5 結(jié)語

在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的指導(dǎo)下，以學(xué)科競(jìng)賽為驅(qū)動(dòng)點(diǎn)，在自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)與探究學(xué)習(xí)等方式的作用下，從根本上解決了過去單一的教學(xué)模式所存在的問題，詮釋了“以學(xué)生為中心”的教學(xué)原則，讓學(xué)生從被動(dòng)接受知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)參與學(xué)習(xí)，切實(shí)提高教學(xué)質(zhì)量，形成有效的教學(xué)模式。進(jìn)一步彌補(bǔ)了學(xué)科競(jìng)賽驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新實(shí)踐人才培養(yǎng)在理論指導(dǎo)和實(shí)踐操作中的不足，細(xì)化了在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論下如何以興趣式、項(xiàng)目式等驅(qū)動(dòng)學(xué)生自主完成學(xué)科競(jìng)賽、自主建構(gòu)創(chuàng)新實(shí)踐能力的教學(xué)研究。因此，本研究對(duì)提升教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新應(yīng)用型人才有重要的現(xiàn)實(shí)意義。