依托课外科技创新竞赛开展卓越工程师能力强化培养的探索与实践

辛华 肖定邦 吴学忠 陈剑 洪华杰

【摘要】卓越工程师培育是当前我国高等工程教育的重要任务。课外科技创新竞赛是培养学生综合能力的重要平台。以中国大学生物联网创新创业大赛为例，从创新能力、工程能力、表达能力和团队协作能力四个方面，介绍了在指导竞赛过程中开展卓越工程师能力强化培养的探索与实践。

【关键词】卓越工程师创新竞赛质量工程

【基金项目】湖南省普通高等学校教学改革研究项目“卓越军事工程师人才培养模式的创新研究与实践”。

【中图分类号】G643.0 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2012）10-0251-02

党的十七大以来，党中央、国务院做出了走中国特色新型工业化道路、建设创新型国家、建设人才强国等一系列重大战略部署，这对高等工程教育改革发展提出了迫切要求。走中国特色新型工业化道路，建设创新型国家迫切需要培养一大批能够适应和支撑产业发展的创新型工程人才[1]。为此，教育部联合有关部门在2010年启动了“卓越工程师教育培养计划”（以下简称“卓越计划”）。

“卓越计划”的核心内容是要强化培养学生的创新能力和工程能力。要适应产业发展需求还要注重培养学生的表达能力和团队协作能力[2]。课外科技创新活动是锻炼培养学生综合能力的重要平台[3]。教育部质量工程支持了一系列大学生课外科技创新竞赛，美新杯中国大学生物联网创新创业大赛是其中之一。近三年来，笔者组织了该赛事湖南赛区的选拔赛，并指导学生在全国总决赛中获得了优异成绩。本文以该竞赛为例，介绍依托课外科技创新竞赛，开展卓越工程师能力强化培养的探索与体会。

一、我校参加中国大学生物联网创新创业大赛情况介绍

美新杯中国大学生物联网创新创业大赛（原美新杯中国 MEMS 传感器应用大赛，以下简称美新杯）始于2007年，是面向全国大学生创新的年度科技竞赛。大赛要求参赛选手以团队形式参赛，采用MEMS传感器和物联网技术制作可以演示和操作的创新应用系统。参赛作品必须为学生原创，谢绝导师课题参赛[4]。大赛吸引了国内外知名MEMS企业（如美新公司、中星测控、Intellisense、Smartec等）的深度参与。这些公司不仅将其产品免费提供给参赛学生使用，为参赛学生提供技术支持，还组织优秀选手到企业开展夏令营活动，并在决赛现场进行人才招聘。美新杯在人才培养和企业需求之间搭建了一座桥梁，实现了两者的良好衔接。由于美新杯形式新颖，近年来吸引了越来越多的学生参赛。2011年度参赛队伍达到800多支，参赛总人数超过3000人，参赛院校80余所。

作为学校本科学科竞赛计划的组成部分，我校从2009年开始参与美新杯，并一直是湖南赛区的承办单位。我校参赛队伍的数量在逐年上升，参与的范围也在逐渐扩大，2012年的报名参赛队伍达到62支，参赛学员来自机械、仪器、控制、计算机、电子、信息等多个专业。学校历年来参加美新杯全国总决赛取得的成绩见表1。

表1 本校历年参加美新杯全国总决赛取得的成绩

二、依托创新竞赛开展卓越工程师能力强化培养的途径

举办课外科技创新竞赛目的是在课堂教学的基础上，进一步提高学生的知识应用能力和创新能力。学生的能力培养是老师指导课外科技创新竞赛的工作重点。美新杯要求参赛队员设计并制作出可演示的创新应用系统，并在物联网技术博览会现场进行答辩与展示，目的是对学生的创新能力、工程能力、表达能力和团队协作能力进行全面的锻炼和培养，完全符合教育部对卓越工程师的培养要求。

美新杯的参赛过程可分为作品构思、作品制作和作品答辩三个环节。我们将卓越工程师创新能力、工程能力、表达能力和团队协作能力的强化培养融入到大赛的指导过程中，引导学生在参与课外创新竞赛中逐渐提高综合能力。

（一）在作品构思中强化创新能力

人们对已积累的知识和经验进行科学的加工创造，产生新知识、 新思想、 新概念、 新成果或新产品的能力就是创新能力[5]。作品的创意是参赛学生创新能力的集中体现。在美新杯竞赛的报名中，很多学生虽然有强烈的参赛意向，但对创新存在畏难情绪，对自己的创新能力不够自信，在作品构思中思路不够清晰。针对此问题，我们分三个阶段指导学生进行作品构思，逐步提高学生的创新能力。

1.激发创新兴趣，树立创新信心

兴趣是坚持的动力，信心是成功的保证。我们利用第二课堂举办大赛的启动活动，介绍MEMS传感器和物联网的基础知识，展示由此产生的一系列新颖的军用和民用产品，让学生深切体会到创新在社会生活中无处不在，激发学生利用自己的知识与技术实现创新梦想的兴趣。通过深入剖析历届优秀作品的制作思路，让学生认识到，利用他们的已有知识和技术，完全能够设计并制作出同样优秀的作品。解除学生认为创新遥不可及的误解，树立学生自主创新的信心。

2.培养学生发现问题的能力

创新的关键在于发现问题。创新能力的强化培养关键在于提高学生在学习、训练和生活中观察发现问题的能力。根据我校的性质与培养目标，我们重点引导学生讨论分析武器装备和军事训练中的问题和需求，鼓励学生在日常训练和部队实习中注意观察和思考，并及时记录自己发现的问题和产生的灵感。

3.结合作品构思开展创新实践

优秀作品的构思过程并非一蹴而就，需要经过反复的讨论与修改。自主完成作品构思对参赛学生而言是一次很好的创新实践。我们引导学生针对他们发现的问题，提出作品初步想法，然后指导学生对这些想法的创新性进行深入调研，根据调研结果对其想法进行淘汰或者修改。出色的作品构思需要经历多个“发现问题——产生想法——调研创新性——淘汰修改”的过程，学生的创新能力也在作品构思过程中逐渐提高。

经过有意识的引导，参赛学生观察发现问题的能力明显增强，开展创新实践的思路也更加清晰，参赛学生产生了一系列优秀的创新作品，如2011年我校作品“三轴陀螺仪智能姿态模拟遥控”。该作品的构思过程非常艰苦。在比赛之初，该组队员一直没有形成很好的作品创意，但在指导老师的鼓励和引导下，他们没有放弃比赛，而是更加细心地在学习和训练中寻找突破点。最终他们在部队实习过程中，发现军用无人机的应用十分重要，但存在操控难度较高，操作手培训成本高、周期长等问题，制约了无人机的广泛应用。于是他们提出了利用三轴陀螺仪测量遥控器姿态，简化无人机操控过程的想法。最终该作品荣获全国一等奖和中星测控最佳创意奖。艰苦的构思过程让参赛学生对创新有了更深刻的认识和体会。类似的作品还有2010年的“婴语翻译器”。参赛学生为了帮助年轻父母更好地了解宝宝的心思，提出了利用婴儿哭声频谱辨识其身体状态和需求的想法。该创意的构思是参赛学生在指导老师的引导下，在假期生活中得到的灵感。

（二）在作品制作中提升工程能力

工程能力的强化培养是卓越工程师培养的重要内容。作品制作是参赛学生将其构思转变为可演示的实物的过程，是参赛学生的一次工程实践，对于锻炼提高学生的工程能力具有重要作用。我们在指导学生进行作品制作过程中，重点从自主学习能力和工程实践能力两个方面强化培养学生的工程能力。

1.作品的工程设计以学生为主体，注重培养学生的自主学习能力

自主设定学习目标，主动、自觉、独立地完成学习任务的能力即自主学习能力[6]。卓越工程师必须具备优秀的自主学习能力。在课外科技创新竞赛中，作品工程设计的任务则是根据作品构思形成可指导具体操作的图纸，如机械结构图、电路图、程序流程图等。在设计过程中，参赛学生会面临很多课堂教学内容之外的新理论、新方法、新技术、新器件等。在参赛学生遇到新知识和新问题时，指导老师不能直接给出解决方案，而应循序渐进引导学生通过查阅资料和自主学习寻找答案。学生在独立完成作品设计的过程中，自主学习能力也得到逐渐提高。

2.依托创新基地和科研实验室资源，加强工程实践能力培养

放手让参赛学生独立完成作品的实物制作是提高学生工程实践能力的重要途径。指导老师的工作重点是为学生积极创造开展工程实践的条件，在学生遇到工程问题时提供方向指引。我们通过设立创新基地为参赛学生提供了基本的制作条件和相对集中的制作环境。同时，在指导美新杯的过程中，我们还向学生开放了微系统实验室、军用机电实验室等我校相关科研实验室。学生不仅可以利用实验室先进的仪器设备进行调试，还能向实验室的老师和高年级研究生学习很多工程技术与工程方法。

实践结果表明，这种重视学生主体性的指导方法虽然延缓了作品制作的进度，很多参赛作品甚至直到竞赛前一天还紧张调试，但对于提高学生的工程能力却具有明显的效果。在完成作品制作后，参赛学生最大的变化是面对工程与技术问题时，不再不知所措，而能自信地通过自主学习逐渐解决。部分优秀的参赛学生目前已经在科学研究和工程技术中发挥着重要作用。

（三）在作品答辩中锻炼表达能力

表达能力即说与写的能力，要求能思路清晰、流利地、形象生动地表达自己的思想和观点[7]。美新杯的答辩在物联网技术博览会现场举行，参赛学生要面对的不仅是专业评委，还包括众多国内外参展专家和技术人员，对学生的表达能力是一次全面锻炼。在参赛之前，我们会组织参赛队伍进行集中试讲，模拟比赛全过程。从参赛队伍的试讲情况来看，多数参赛队伍的表达能力还不够出色，答辩中不能准确抓住听众的心声，过于注重技术细节的讲解，没有突出作品的特色与前景。

针对上述问题，我们从创新性、应用前景、技术路线等多个方面调整演讲思路，突出作品重点和我校特色。同时，我们还为参赛学生展示了一些著名人物的演讲视频，如苹果公司创始人乔布斯在产品发布会上的演讲视频等，分析他们的演讲技巧，探讨在演讲中利用多媒体幻灯片、视频片段和姿态语言增强感染力的方法，引导参赛学生对比完善自己的答辩过程，并在决赛前组织参赛队伍进行多次试讲和排练。经过上述培训，参赛学生的表达能力明显增强，各参赛队伍在作品答辩中普遍表现出色。尤其是2011年度总决赛，我校参赛队伍的现场表现获得了现场专家的高度评价。

（四）贯穿竞赛始终的团队协作能力强化培养

在工程技术高度复杂化的今天，高层次的创新成果大多是基于团队的合作思维，靠个人单打独斗是无法取得高水平的创新成果，因此，团队协作能力是一名卓越工程师必须具备的能力。然而团队协作能力的培养是我国当前教育体系中比较薄弱的环节。在课外创新竞赛中加强团队协作能力的培养对于高层次工程技术人才的培养具有重要作用。

美新杯要求参赛学员必须以团队形式参赛。团队协作意识的强化培养应当贯穿大赛指导的全过程。我们引导各参赛队伍的队长调动好成员的积极性，营造良好的团队气氛，充分发挥每名队员的能力与特长，鼓励每名队员在团队中贡献自己的最大力量，充分融入到团队合作当中。由于许多作品涉及多方面的专业知识，尤其应当鼓励不同专业的队员进行合作，进行技术互补，培养学生在多学科人员组成的团队中的协作能力。通过参加全国比赛，学生不仅拓展了对本校不同专业方向的认识，还加强了与普通高校的交流。

经过大赛的历练，参赛学生的团队协作能力显著加强。我校2011年作品“三轴陀螺仪智能姿态模拟遥控”的四名参赛队员分别来自系统工程、机械工程、电子工程和计算机专业，他们经过磨合，最终默契配合，形成了很好的团队能力。

三、结束语

“卓越计划”是我国高等工程教育的重大战略计划，该计划的实施需要从培养方案、教学改革、课外实践等多方面入手，课外科技创新竞赛是“卓越计划”实施的重要环节。本文以“美新杯中国大学生物联网创新创业大赛”为例，介绍了我们在课外科技创新竞赛中如何充分调动学生参与课外创新竞赛的积极性，并在指导竞赛的过程中注重学生能力的培养，实现学生创新能力、工程能力、表达能力、团队协作能力全面提升所进行的一些有益探索，希望能为我国“卓越计划”的实施提供一定的借鉴作用。

参考文献：

[1]教育部启动实施“卓越工程师教育培养计划”[J]. 中国大学教育， 2010（7）： 4-5.

[2]上海交通大学高教研究所课题组. 培养下一代卓越的国际化工程师——“全球工程教育卓越计划”研究综述[J]. 高等工程教育研究， 2007（1）： 24-27.

[3]刘学忠. 大学生创新精神与创新能力的培养路径[J]. 教育研究， 2008（1）： 103-105.

[4]第五届美新杯大赛参赛手册[EB/OL]. [2011-03-05]. http：//china.ican-contest.org/a/download/2011.

[5]冯捷梅. 关于培养学生创新精神和创新能力的思考[J]. 陇东学院学报， 2009（5）：140-141.

[6]王健， 郭本禹. 论学生自主学习能力的培养[J]. 教育探索， 2009（3）： 12-13.

[7]刘纯武， 黄芝平， 唐贵林. 关于培养学生表达能力教学方法的探讨[J]. 高等教育研究学报， 2004（2）：48-49.