基于“课程”指导科技竞赛的课外实践教学模式的探索

张丽君, 王冬晓, 唐　义, 李姝璇,2, 郝　群, 张忠廉

(1. 北京理工大学 光电学院, 北京　100081；2. 北京理工大学 实验室与设备管理处, 北京　100081)



基于“课程”指导科技竞赛的课外实践教学模式的探索

张丽君1, 王冬晓1, 唐义1, 李姝璇1,2, 郝群1, 张忠廉1

(1. 北京理工大学 光电学院, 北京100081；2. 北京理工大学 实验室与设备管理处, 北京100081)

阐述了将科技竞赛视为宝贵的实践教学资源,以“班”的形式组织,按照“课程”的要求指导科技竞赛的合理性,介绍了基于“课程”指导科技竞赛的课外实践教学模式的运行机制,应用该模式指导全国大学生机械创新设计大赛的教学实践取得了显著的人才培养效益。这种课外实践教学指导科技竞赛的模式兼顾了拔尖创新人才培养和创新人才培养规模的可持续发展优化模式。

科技竞赛； 实践教学； 机械创新设计大赛

科技竞赛是吸引学生投身于创新研究,将所学知识应用于实践,培养具有实践创新能力人才的有效载体[1]。作为学校本科生创新教育体系的重要组成部分,各高校都非常重视发展和搭建科技竞赛平台,激发学生的兴趣和创新思维,培养拔尖创新人才[2-7]。但由于科技竞赛本身“课外”科技活动的性质,普遍情况是“学生参加凭兴趣,教师指导靠热情”,因此科技竞赛活动具有明显的随意性:学生在选择指导教师时迷茫随意,在竞赛准备阶段经常出现纪律涣散、半途而废的现象；指导教师对学生能力的培养缺乏系统的规划和设计,而在一位教师指导多个项目的情况下,更是要花费大量精力在重复性的指导上。

北京理工大学光电创新教育实验基地(以下简称“光电创新基地”)在历经15年,年均5万人学时以上的实践教学经验和体会基础上,以全国大学生机械创新设计大赛为试点,将学校对科技竞赛的资金支持和鼓励政策作为宝贵的实践教学资源[8],开展了以“班”的形式组织,按照“课程”要求指导科技竞赛的课外实践教学模式探索。

1　基于“课程”指导科技竞赛的课外实践教学模式的基础

光电创新基地是一个基层实践教学单位,承担有实验选修课、毕业实习和本科毕业设计等教学计划内实践教学工作,教师还利用业余时间持续性指导学生课外科技创新活动,包括教育部各大科技竞赛和国家大学生创新创业训练计划项目等。

从指导课外科技创新活动的工作中我们体会到:

(1) 当一批学生因为共同的兴趣和目标汇集到一起时,他们在知识、方法、技术和能力等方面有共同的需求,这些需求可构成课外实践教学的教学内容；

(2) 当学生完整经历了参加竞赛的全过程,无论获奖与否,共同收获的是与竞赛相关方面的能力和素质的提升,这恰恰构成课外实践教学的教学目标；

(3) 在同一项竞赛中,指导教师对各参赛团队的指导内容和方法、各参赛团队所使用的仪器设备和材料工具等都大同小异,这使得在共同的教学环境配套下开展课外实践教学具有现实的可行性。

经过上述分析后,光电创新基地以全国大学生机械创新设计大赛为试点,于2011年开始了基于“课程”指导科技竞赛的课外实践教学模式的探索和尝试。2014年,我校实验室与设备管理处推出教学改革新举措,支持教师开设“竞赛指导类开放实验室选修课”。光电创新基地借此东风,结合当年全国大学生机械创新设计大赛“幻·梦课堂” 的竞赛主题,申请开设了“机械类课程教具装置的创新设计与制作”课程,经过一次系统完整的教学实践后,这种基于课程指导科技竞赛的课外实践教学模式逐渐确立,并取得了初步的人才培养效益。

2　基于“课程”指导科技竞赛的课外实践教学模式的运行机制

2.1基于“课程”指导科技竞赛的教学设计

学生参赛的过程,实质上就是以团队合作形式自主选题的一次工程项目研究,符合研究型教学的开放式特点。学生自主学习与教师指导协调配合,完成选题、文献检索、方案设计、设计计算、实验仿真、加工制作、装配调试和技术总结等步骤,最终完成全部研究工作,并做好参赛准备(等同于科研工作的结题环节)。因此,我们将这种竞赛指导类课外实践教学课程定位为研究型实践课程。

2.1.1教学内容

光电创新基地从2006年开始,连续5届指导学生参加“全国大学生机械创新设计大赛”,总结出学生所需要掌握的知识、技术、方法和能力是基本稳定的,主要包括[9-11]:

(1) 机械类、加工类的课程知识,这是参加机械设计大赛的基础；

(2) 科学研究方法,即开展一项科学研究或工程研究的一般方法；

(3) 运用知识进行现实问题的机械设计和计算的方法和能力；

(4) 实际操作加工和装配的技术和能力；

(5) 技术文档写作的能力和技巧；

(6) 作品展示所需的PPT、视频等多媒体设计制作技术；

(7) 答辩、作品陈述等语言表达能力。

知识的掌握一般由相关专业课教学完成,竞赛指导教师主要是与课内理论教学相配合,传授方法,引导学生掌握技术、提高能力,最终达到人才培养的根本目的。其他各项构成课外实践教学的教学内容,其中“科学研究方法”是工科各专业学生所共同需要的,是开展科技活动的基础,是教学内容的核心[12-13]。

2.1.2教学目标

学生参加竞赛以选取有创新的项目、高水平完成项目工程设计和制作、竞赛争取好成绩为总体目标,课外实践教学以培养实践创新能力为目标,将二者统一起来,教学目标具体包括以下5个方面:

(1) 学生应能掌握科学研究的方法,形成严谨的科学工作习惯,具备独立完成一项科学(工程)研究工作的初步能力；

(2) 学生应会运用所学的原理、定理、定义、法则等知识进行设计、计算和绘图,必要的时候使用工具软件进行模拟仿真；

(3) 学生应了解所需器材的市场供应情况,应熟练使用机械加工设备,如车、铣、钻、锯、钳工、钣金等；

(4) 在研究过程中学习团队协作的方法,体会团队精神,形成善于与他人合作的行为方式；

(5) 熟悉技术文档的写作规范,撰写技术总结报告、设计计算说明书和加工工艺说明书等技术文档,熟练使用工具软件设计PPT、海报和视频。

对照教学目标,采用以目标为导向的思路,通过在科学(工程)研究实际工作中开展教学班研讨与交流、团队研讨、团队设计并制作、市场调研等多种形式的研究型教学方法,从上述5个方面逐项搭建所学理论与工程实际之间联系的桥梁,在完成竞赛项目的全过程中,训练学生综合运用所学理论知识、掌握科学研究方法、培养工程实践能力、建立工程创新意识,并在团队合作中培养合作精神和协作意识,通过参赛锻炼学生的应变能力和交流表达能力。

2.2课外实践教学模式的教学活动主体

课外实践教学模式的教与学主体有3个组成部分:除参赛学生及其团队和指导教师团队作为通常的教、学双方外,还邀请一些教师组成专家顾问组答疑解惑,点拨难点和关键点。

2.2.1专业交叉融合自主组建参赛团队

全国大学生机械创新设计大赛作为机械类的学科竞赛,参赛主力为机械相关专业和学科的学生,而其他专业学生的加入可有效提高团队的系统设计能力。因此,光电创新基地将所有有意向参加竞赛的学生组建为教学班,引导不同专业的学生以学科优势互补为原则,以明确分工提高成员合作性为基础，自主组队。

初期先在班内组织学生自由交流创新思想、讨论选题设想、研究技术方案。来自不同专业的学生在课程这一平台上汇聚一堂,经过一段时间的讨论交流后自发组成团队,不仅使得团队组合达到优化融洽的效果,而且扩大了各专业学生的知识领域,实现多学科交叉融合的目的。

表1统计数据表明,自2011年开始探索构建基于“课程”指导科技竞赛的课外实践教学模式以来,参加机械创新设计大赛的2届学生共10个项目48人,几乎所有项目的成员都由3个及以上工科专业的学生构成,覆盖机械与车辆学院、宇航学院、机电学院、光电学院、信息与电子学院、自动化学院、材料学院等7个学院。

表1　2012年、2014年参加机械创新设计大赛项目

2.2.2指导教师团队全方位多角度指导

相比于科技竞赛作为学生课外活动、每个项目由1～2名教师业余指导的情况,光电创新基地采取团队指导的形式,即由愿意指导学生科技竞赛的3～4名教师组成项目组指导教师团队,教学班内的5、6个项目均由指导教师团队共同指导。

团队指导一方面能够发挥每一位教师的优势,使学生在教师资源有限的情况下扩大知识面,全方位多角度地获取所需；另一方面,提高了教学效率,特别是每一个项目组、每一个学生都共同需要的教学内容,例如机电加工设备和金工设备的操作和使用,可对所有学生进行统一讲解、操作演示和训练。同时稳定的指导教师团队有利于对此项竞赛的持续性指导。

2.2.3特邀专家顾问组作为坚实后盾

本着“实践要以理论知识为基础”的基本思想,光电创新基地对各项目团队提出要求:参加竞赛首先要认真学好本专业的各门理论课程,做到不旷课、不迟到、不早退,上课认真听讲,保证课内学习时间和效率,在课外时间开展课外活动。例如,参加机械创新设计大赛的学生必须首先认真学好机械原理、机械设计原理、制造技术基础和电子应用技术类的课程,使课内外协调发展，促进理论与实践有机结合。

另一方面,光电创新基地邀请这些竞赛相关学科专业的一线授课教师、专家学者组成课外实践教学的专家顾问组作为项目组的坚实后盾,将理论课教学延伸到竞赛课程平台上,为项目团队答疑解惑,在关键问题和技术难点上指导点拨,提出有益建议,帮助学生深入理解和研究,顺利克服困难。

专家顾问组教师热情指导,导师组与专家顾问组开放合作,以身垂范,带动各项目团队之间团结协作、无私帮助、相互借鉴、共同学习和提高,形成和谐向上的创新氛围。

2.3实验室管理和项目经费运行

2.3.1考勤管理制度

光电创新基地自2000年创建以来,始终坚持面向全校工科各专业学生全面开放,在指导学生参加课外科技创新活动时,坚持“课外活动课外做”的原则,规定除上课时间外,随时可以进入实验室工作。考虑到各团队成员的上课时间不统一,为了统一按照课程的要求考勤管理,制定如下制度:

(1) 团队可进入实验室工作时间:每天21:00—23:30；每周六、日等国家法定节假日和寒暑假全天；其他时间学生应按时上课,完成课内学习任务；团队成员应按时进入实验室开展工作,指导教师负责记录考勤；

(2) 团队成员如需请假,应首先征得其他成员的同意,在不影响项目团队整体工作的情况下允许请假,并向指导教师报告；

(3) 遇有重大节假日需要离京时,团队成员应协商确定解散时间和集结时间,保持整体一致性。

2.3.2器材和设备管理方法

各项目团队所需要的器材和设备等根据不同类型采取不同的管理方法:

(1) 为每个项目团队配发项目研究和制作所需的成套工具和基本仪表,各项目团队负责保管维护配发的工具和仪表；

(2) 实验室常备的电子元器件、零部件和加工材料采取领用制,由各项目团队按需领用,不得多领,杜绝浪费；

(3) 实验室未配备的元器件、零部件和材料由各项目团队在进行市场调研后,遵照项目的财务管理制度自主购买,提倡各项目团队互通有无；

(4) 机电加工设备(车、铣、钻)和金工加工设备由各项目团队共用,在教师的指导下自行加工,且互相帮助,互相做好安全监督,按照“北京理工大学实验室安全管理条例”实施安全管理；

(5) 个别转速较高的电动工具须由指导教师完成加工,学生不得擅自使用；

(6) 本着节约的原则,实施废料废件回收重复利用制度,一些经过加工、裁剪后剩余的边角料,或是由于方案修正换下来的废件统一回收,可重复利用。

学校通常对学生课外科技创新活动有专项经费支持,这成为课外实践教学模式的宝贵资源,无需再额外申请其他教学经费。

3　基于“课程”指导科技竞赛的课外实践教学模式的人才培养效益

光电创新基地连续5届指导学生参加“全国大学生机械创新设计大赛”,共指导参赛项目22项,全部获奖。其中：10项获全国一等奖,保持了每一届都有全国一等奖项目；1项获全国三等奖；4项获北京市一等奖； 5项获北京市二等奖；2项获北京市三等奖。

(1) 竞赛成绩大幅提升。自2011年首次尝试以“班”的形式组织竞赛指导活动以来,全国一等奖的获奖数量从每届1项大幅提升至3项,到2014年确立这套课外实践教学模式后,按照“课程”的要求严格管理,规范指导,在项目总数不变的情况下,竞赛成绩再次提升,5个参赛项目中获全国一等奖4项,北京市二等奖1项。

(2) 作品技术水平提高。通过在北京赛区和全国实物决赛上的观摩,学生反映光电创新基地指导的参赛作品整体水平高于竞赛平均水平,特别是有的作品在创新性和专业性上非常突出。例如:2012年全国一等奖作品“长征组歌”灵活运用30多种不同的机构,通过机械运动表现艺术作品中“长征”的6个场景和改革开放后祖国的发展,赢得专家评委、参赛学生和众多观众的一致赞誉；2014年全国一等奖作品“机械学科机械原理系列教具”，设计使用了480多个零件,构成了6个模块分别针对于“机械原理”课程的5个章节设计的一套教学演示系统,其专业性得到了专家评委的认可,有企业在现场表示了合作推广意向,赛后这套教具作品已申请5项发明专利。

(3) 参赛学生发展前景乐观。在这两届参赛学生中,不仅未出现因为参加课外科技创新活动而影响理论课程学习导致“挂科”的现象,而且利用科技竞赛带动学生学习课内理论知识,构建了和谐统一的知识结构和智能结构,48人中有37人免试推研,2人考取清华大学研究生,5人出国深造,4人志愿就业,升硏率达到91.6%,免试推荐升硏率达77%。在敞开大门学生自愿报名参加的背景下,这一数据表明这种课外实践教学模式在促进人才成长中发挥了积极作用。

4　结语

基于课程指导科技竞赛的课外实践教学模式是一种统筹协调实验室环境条件、实践教师队伍和学生需要的实践教学资源的机制创新,是一种借助竞赛平台提高竞赛指导水平、培养拔尖创新人才,同时扩大竞赛受益学生覆盖面,培养出更多的“卓越工程师”的可持续发展优化模式。而基于“课程”的指导模式,也为核算教师指导科技竞赛等学生课外活动的工作量提供了参考依据,有利于激发教师积极性。

References)

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Exploration of extracurricular practical teaching mode based on “Curriculum” to guide students in science and technology competition

Zhang Lijun1, Wang Dongxiao1, Tang Yi1, Li Shuxuan1,2, Hao Qun1, Zhang Zhonglian1

(1. School of Optoelectronics,Beijing Institute of Technology,Beijing 100081, China；2. Office of Laboratory Management,Beijing Institute of Technology,Beijing 100081, China)

The science and technology competition is an important carrier for cultivating the innovative talents with practical ability. This paper presents the rationality of organizing and guiding students as a class, with the requirements of a curriculum, when the science and technology competition as the valuable practical teaching resource is regarded. The operating mechanism of the extracurricular practical teaching mode based on “Curriculum” to guide students in science and technology competition is introduced. The significant achievements of talent cultivation using this mode have been got. The extracurricular teaching mode of guidance in science and technology competition takes into account not only the cultivation of top-notch innovative talents, but also the scale of innovative talents. It’s an optimized sustainable development mode.

science and technology competition； practical teaching； contest of mechanical innovation design competition

10.16791/j.cnki.sjg.2016.03.055

2015- 07- 09修改日期:2015- 09- 15

张丽君(1980—),女,河北鹿泉,博士,讲师,主要从事工科实践教育改革研究和创新教育工作.

E-mail:zhanglj4510@bit.edu.cn

G424.28

B

1002-4956(2016)3- 0217- 04