大学生工程实践能力培养中学科竞赛与教师科研结合的探索

江学焕, 梁玉红, 黄海波, 陈宇峰, 王卫华, 张金亮

(湖北汽车工业学院 电气与信息工程学院, 湖北 十堰　442002)



大学生工程实践能力培养中学科竞赛与教师科研结合的探索

江学焕, 梁玉红, 黄海波, 陈宇峰, 王卫华, 张金亮

(湖北汽车工业学院 电气与信息工程学院, 湖北 十堰442002)

为了响应国家对工程实践能力培养的要求,结合学生创新能力培养目标开展了学科竞赛与教师科研相结合的探索。通过对学生知识结构特点、专业特点、团队协作、以赛促训思路的分析,总结了队伍建设、训练计划与课题制定方法,对指导教师和学生提出了基本要求和建议。实践表明,通过该方法的尝试,学生在动手能力、知识体系、团队合作、良好品质、信息获取能力、自学能力和分析解决工程实际问题的能力等各方面都有很大的提高,为培养综合型应用人才做出了有益的探索。

工程实践能力； 学科竞赛； 教师科研； 质量工程

为了贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》,教育部提出了“卓越工程师教育培养计划(卓越计划)”,旨在培养具有较强工程实践能力、创新能力的优秀工程应用型人才[1]。随后,国家又出台了《卓越工程师教育培养计划通用标准》,对卓越计划各类工程型人才培养提出了基本要求,提供了制定行业标准和学校标准的宏观指导性标准。对于本科工程型人才培养,该标准强调了工程职业道德、服务意识、解决工程实际问题的能力、创新意识和能力、信息获取和学习能力及组织管理、交流沟通和团队合作的能力等各方面的标准,是一个全面的能力提升要求[2-4]。本文以电类专业为例,根据标准的引导,以学科竞赛为依托,结合教师科研,对学生工程实践能力的培养进行了相关的研究、探索和尝试。

1　现有培养模式现状及存在问题

许多高校在国家“十二五”质量工程实施过程中建设了大学生创新训练中心[5],已经搭建自主学习、自由探索的实践平台,能够促进大学生创新精神与实践能力的系统培养与训练,达到努力提高人才培养质量的基本目标[6],但是,目前这些训练中心的学生培训在系统性、综合性和深入程度上还是缺乏系统探索。

1.1学生基础训练不够系统

学生的基础培养需要一个长效的培训机制,比如开设相关基础培养课程、创新能力素质教育课程、相关系统的专业递进知识课程、跟踪性的专题引导课程或者讲座等，达到让学生在系统、正确的引导下逐渐进步与提高,只有这样才能提高创新人才的培养效率。

1.2创新平台缺乏综合性

创新平台对进入训练中心的学生进行了大量的基础训练,学生具备了基本的创新基础。同时,不仅发挥了学生自组织和自管理的优势,还配备了管理人员和指导教师。但现有创新平台大多都是从大一招学生,这一批里面同班的、同年级的、同专业的往往最愿意互相组队,这样就造成了几个问题:

(1) 刚进入的时候都是低年级的,在专业知识和动手能力上面都很差,大部分时间在学习,不能深入做课题,同时,由于学长要完成自己的任务,也不能很好地手把手地带；

(2) 由于这些学生专业都一样,单纯地做某个方面的事情还可以,当出现几个学科交叉的综合性项目时就无能为力了；

(3) 高年级队员毕业以后,很多项目资料和经验都没有留下来,这样不利于团队的延续和培养。

1.3单纯学科竞赛训练存在的问题

电子设计创新训练中心主要是以电子设计竞赛为中心制定训练计划,大部分时间学生都是以电子设计题目出现的各种软硬件模块来开展训练。大一的学生刚开始上来就“啃”模电书太难,而且这些电路都是指标性的要求,无法让学生提起兴趣。长时间的这种训练,让很多学生感觉枯燥无味,慢慢就开始打退堂鼓,感觉自己很笨,很多指标调不出来,间接地造成了人员的流失。

枯燥的训练方式对学生所学知识在应用背景方面的掌控不强,学生不是特别明确自己调的这些功能模块到底在什么方面能用,到底有多大用处。同时,参加电子竞赛的高校众多,不乏那些“985工程”、“211工程”的学校,想在电子竞赛中取得比较好的奖项很难，这就造成很多学生训练了两三年,虽然个人能力特别强,但什么奖项都没有拿到。这种情况对于整个训练中心的生存也是非常不利的。

同时,指导教师对学生的训练投入了很多心血,但由于学生训练只是围绕了电子设计竞赛做电子竞赛的课题,那些课题与指导教师的研究内容一点关系都没有,指导教师也会感觉很枯燥,对学生课题的指导缺乏深度,效果差。学生的竞赛与教师科研方向不一致使指导竞赛训练成为了教师的一种负担。

2　学科竞赛与导师科研相结合方案

2.1对指导教师和学生的基本要求

在整个训练与竞赛过程中,指导教师是主导,学生是主体,团队的管理是保障[7]。指导教师的责任意识和从严治教很重要,首先,指导教师自身要保证有充足的时间和精力投入到学生指导中；其次,对学生要严格要求,学生要能够投入足够的课余时间来保证训练时间。同时,要注重学生在知识体系、团队合作、分析解决工程实际问题、信息获取和自我学习等方面的培养,要求学生能积极自主独立地完成安排的任务。

2.2以质量工程规范为指导制定学科竞赛培养计划

在制定培养计划前,必须先分析清楚学生的特点和目前竞赛的形势,以质量工程规范为指导对症下药,制定合理的训练计划和参赛计划[8-11]。

(1) 学生知识结构特点。我校电类专业学生在大一下学期学习C语言知识,大二上学期才开始学习电路的相关知识。结合这个特点,对刚进入训练中心的学生要注重嵌入式编程能力、基本焊接技能、对电路的基本认识、仪器设备的使用、电路调试的基本方法、信息获取和自主学习能力的培养。这些对以后的训练特别重要。

(2) 专业特点。该训练中心主要招募的是电类专业的学生,所以主要是电子信息、计算机和电气自动化相关专业的学生。每个专业学生的特长是不一样的,计算机专业的比较擅长操作系统、上位机软件和嵌入式软件的编程,而电子信息专业的比较擅长通信与信号处理、嵌入式编程和电路设计,电气自动化专业的则对控制、电力电子等更擅长。这些特点对于开展综合性的项目非常有利,基本上涵盖了电类专业所有能涉及的知识范围,对于开展后期的课题是一个铺垫。

(3) 队伍建设。学生流失、学生选拔淘汰是一个很普遍的问题，所以在学生的招募中要广撒网,对于有特长的学生要重点培养，特别是专业扎实、有责任心、富有奉献精神的学生要重点培养成为领军人物。俗话说“兵熊熊一个,将熊熊一窝”,所以一定要培养领军人物。好的领导者对于提高团队训练效果、减少学生流失等都具有重要作用。同时,队伍建设必须要以混合组队的梯队形式来训练,每年队伍都会调整,队伍会有磨合,这样对队员的团队合作精神是一个很好的培养。同时,随着训练不断的深入,队员的知识体系在不断地加强与完善,可以尝试让他们学习的技能更宽广。比如,学习软件的学生可以尝试学习单片机、ARM、Android和FPGA编程等；学习硬件的学生在学好自己擅长的知识后,可以尝试学习一些单片机、ARM和FPGA编程等知识,只要会用编程软件、懂得简单的编程流程和基本编程就行。

(4) 团队协作。整个团队是一个有机的整体,因为单独的一个小组可能知识结构不够完善,这个时候就要发挥团队的优势,在需要什么样的人才时,直接从团队里面挑选适宜人选,直接组成需要的队伍完成相关的任务。这种团队协作对于一些短期的、难度较高的项目是非常有利的。这样,团队的成果可以最大化,对于团队的成员也是一种鼓励。

(5) 以赛促训。根据以上各特点,结合目前电类的各类竞赛,制定合理的以赛促训流程，如图1所示。其中,中国机器人大赛暨 RoboCup公开赛中的FIRA足球机器人比赛和机器人武术擂台赛标准平台项目,只要学生具备C语言的基础,通过一定的知识补充和训练即可参加比赛,这个比赛非常适合大一刚学过C语言的学生。每年学校都有大学生创新型项目和学生科研项目[12],这些项目可以是对后期其他竞赛的一个预研究,这些题目的制定要特别注意其前瞻性,所以这个环节指导教师的作用非常重要。有了前期预研项目的支撑,后面开展课题只要选择好不同的切入点就很容易开展起来了。在课题开展的同时,要注意让学生将有创新的地方进行总结,申请专利和发表论文。当学生到大四毕业设计时,结合其曾经参加的课题再一次深入挖掘,可以达到更好的效果。

图1　电类专业以赛促训培养过程流程图

2.3训练计划制定与课题选择

(1) 注重基础。良好的基础是开展后期活动的基石,基础培养主要包括学习方法的训练、软硬件基本素质的培养、仪器工具设备的基本使用、软硬件调试的基本方法与策略、团队协作意识与服务意识的培养、信息获取和自主学习能力的培养等。通过这一系列的针对性培养,后期基本上不用教师在一些小问题和队伍纪律管理上花费太多心思。

(2) 选择适宜的竞赛以赛促训。每个竞赛侧重的知识点和技能是不一样的,对竞赛的要求和难度也是不一样的。学生具备一定的基础后,就可以选择由浅入深、专业知识要求从单一到综合的竞赛来制定训练计划。选择好适宜的竞赛后,围绕这个竞赛涉及到的知识点,结合队员的自身能力和特长制定详细的学习计划,从入门到深入要分阶段完成。从最开始的认知学习到入门学习,再到熟悉和有所创新是需要一个过程的,不能急于求成。同时,通过这种以赛促训的方式,目的比较明确,竞赛时间点清晰,在给定的时间要完成特定的任务,学生有学习压力,投入程度比较高,训练效果好。现在,除了教育部组织的竞赛,还有各种协会和各大公司组织的竞赛，鱼龙混杂。参赛是为了更好地促进训练,不要什么竞赛都弄,否则学生会疲惫不堪,忙于应付。所以,应该针对学生实际情况,选择性参加适宜的竞赛。

(3) 结合学校特色专业背景。在学生入门后,会面临结合自己的专业来参加专业性的课题项目和选择专业性的竞赛。在制定这些课题题目的时候,一定要结合学校的特色背景。每个学校都有自己的优势学科和专业方向。这些特色专业起点高、硬件平台先进,对课题接近“高、精、尖、专”提供了很好的条件。

(4) 课题与生产实际相结合。无论是什么课题,都要与生产实际相结合,即一定要有应用性，这样学生才能明确地知道自己设计和参与的课题能解决什么问题,可以增强学生兴趣,进一步提高训练效果。

(5) 学生与导师通过课题紧密结合。学生如果能沿着导师的课题进行研究,就可以学习导师的成果,可以站得更高,看得更远。同时,学生遇到的专业问题教师可能都遇到过,更有利于指导。在解决问题过程中,教师可以跟学生讨论自己解决该问题的方法。

(6) 及时总结课题成果。学生创新活动的延续,需要不断地积累资料和成果,这样才能形成一个良好的循环。一个课题做完后要鼓励学生写总结报告、归整汇总资料,对于好的想法可以申请相关专利、写论文,将一部分课题拿出来继续挖掘作为参与该课题学生的毕业设计，可以很好地将学生竞赛、学生毕业设计和教师科研连成一条线。

2.4取得成效

经过近3年的探索,团队目前已经形成了比较稳定的混合组队结构,从大四到大一,到各个电类专业的学生都有。本团队在各大赛事上荣获了全国一等奖2项,全国二等奖5项,全国三等奖3项,省/赛区一、二等奖若干，其中,在大学生“挑战杯”科技创新大赛中第一次代表我校闯入全国总决赛,在全国大学生电子设计竞赛中代表我校取得历史性突破,荣获全国二等奖；在“英飞凌杯”大学生嵌入式设计大赛中荣获湖北省特等奖。同时,取得省优秀毕业设计4项,学生以第一作者发表论文一篇,团队申请软件著作权2项,实用新型2项。参与培养的学生在参加完竞赛后,参加研究生考试,有2人考入“211工程”高校；就业的学生在找工作时都能很快获得国内知名企业的职位。

3　结语

通过大学生创新活动来培养大学生工程实践能力是一种很好的途径,通过本文研究的方法可以提升训练效果、增强学生兴趣、提高教师参与程度。为了进一步地提高学生的综合实力,本团队正在进行更多的尝试。团队与管理学科的团队正进行跨学科合作的探索,希望能够扩大培养成果,为我国高等教育培养更多具有工程实践能力的综合型应用人才。

References)

[1] 中华人民共和国教育部.卓越工程师教育培养计划[Z]. 2010.

[2] 中华人民共和国教育部, 中国工程院.卓越工程师教育培养计划通用标准[Z]. 2013.

[3] 叶文江,张志东,邢红玉,等.工科院校理科大学生创新与科研训练实施方案研究[J].实验技术与管理, 2015, 32(7):19-21.

[4] 廖志豪.基于素质模型的高校创新型科技人才培养研究[D].上海: 华东师范大学, 2012.

[5] 席在芳.电气信息类大学生创新训练中心建设的探索与实践[J].实验技术与管理,2015, 32(2):21-25.

[6] 朱正国,朱桃杏,王道远.工科院校实施创新教育的几点思考[J].教育探索,2014(1):22-23.

[7] 林弥,刘国华.浅析电子类本科毕业设计中存在的问题[J].教育教学论坛,2013(41):101-102.

[8] 张瑞,王冬梅.大学生创新训练项目的全过程管理研究[J].实验技术与管理,2015,32(7):9-12.

[9] 李平,朱贻安,钱刚.大学生创新能力的培养与实践[J].化工高等教育, 2013(3):8-22.

[10] 何万国,漆新贵.大学生实践能力的形成及其培养机制[J].高等教育研究,2010(10):62-66.

[11] 沙洪成.创建大学生科技园的战略构想与运作[J].经济师,2004(9):96.

[12] 秦君.打造创业教育平台,建立人才培养机制[J].中国高校科技与产业化,2009(9):36-37.

Exploration of subject contest combined with teachers’ scientific research in college students’engineering practical ability training

Jiang Xuehuan, Liang Yuhong, Huang Haibo, Chen Yufeng, Wang Weihua, Zhang Jinliang

(School of Electrical & Information Engineering, Hubei University of Automotive Technology, Shiyan 442002, China)

According to the current engineering practical ability training of the national policy, combining the training objectives of students’ innovative ability, the subject contest combined with teachers’ scientific research is explored. This article analyzes the students’ knowledge structure, major characteristics, team cooperation, contest training ideas, then summarizes that the team construction, training plan and subject establishment method, the suggestions and basic requirements for guide teachers and students are put forward. The practice shows that the students’ practical ability, professional knowledge, team work, good quality, information collecting ability, self-learning ability and analysis ability of solving practical engineering problems and some other aspects have got very big enhancement, which provides a beneficial exploration to cultivate comprehensive application talents.

engineering practical ability; subject contest; teachers’ scientific research; quality engineering

DOI:10.16791/j.cnki.sjg.2016.04.050

2015- 09- 09修改日期：2015- 11- 05

湖北省高等学校省级教学研究项目(2014328)；湖北省教育科学“十二五”规划2014年度重点课题(2014A031)

江学焕(1982—),男,湖北襄阳,硕士,实验师,从事嵌入式与汽车电子研究.

E-mail：changyuan009@163.com

G642.0

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1002-4956(2016)4- 0182- 04