基于光电设计竞赛的专创融合教育教学研究＊

杜云刚，赵二俊，胡秀珍

（内蒙古工业大学理学院，内蒙古 呼和浩特 010051）

全国大学生光电设计竞赛是由中国光学学会主办、全国大学生光电设计竞赛委员会具体负责的一项全国高校光电类专业的重要赛事，2020-01 全国大学生光电设计竞赛被纳入了全国高校竞赛排行榜竞赛样本库。该赛事为全国光电专业及相关专业学生综合运用专业知识开展科研实践活动提供了权威的国家级交流平台，在促进高等教育改革和人才培养，促进学生创新实践能力提升等方面起到了重要作用。

课程教学与学科竞赛深度融合能较好地促进高校人才培养质量提升。李斌等以光电设计竞赛为载体，研究了“以赛促赛，以赛育人”的光电创新人才培养和选拔模式[1]。张瑞成等提出将大学生电子设计竞赛等比赛内容向实验教学内容、毕业设计转化，切实培养学生的创新能力[2]。国内学者在学科竞赛与专业课程体系的融合[3-4]、学科竞赛与实践教学、学科竞赛促进工程实践能力提升、学科竞赛促进创新创业能力提升等方面开展了研究[5]。胡海山等提出从理念更新、机制完善等方面着力，将创新创业教育融入高校人才培养全过程，形成畅通有效的创新创业人才培养路径[6]。孙萍多维度分析地方高校“创专”教育融合的问题，提出了创专教育融合的措施[7]。学科竞赛是创新创业教育的重要环节和手段，历届竞赛产生的赛题、参赛项目等可以整合为丰富实用的教育教学资源。本文提出以全国大学生光电设计竞赛的赛题和参赛项目为创新创业教育教学资源，通过具体可行的教学设计，使资源有效融入光电类本科专业人才培养全过程，提高专业课程的高阶性、创新性、挑战度，提升大学生的创新实践能力。

1 大学生光电设计竞赛现状分析

大学生光电设计竞赛自2008 年首届竞赛举办以来，至今已经成功举办八届。竞赛赛制改为一年一届，其中奇数年举办创意赛，注重光电专业竞赛的开放性，为命题赛征集赛题、为“互联网+”等创新创业竞赛储备推荐项目；偶数年举办命题赛，注重光电专业竞赛的专业性。

1.1 光电设计竞赛的参与院校有扩展空间

表1 列举了近几届竞赛的信息，2019 年参加区域竞赛的规模达到178 所高校（这些高校不是都有光电专业），1 448支赛队、5 000 余名参赛学生。但相对于全国有光电类专业的高校数（其中有光电信息科学与工程专业的院校接近260所）还有差距，区域竞赛的参赛规模还可以大幅扩展。受疫情影响，2020 年光电设计竞赛由命题赛改为创意赛，参赛高校达到246 所。

表1 近几届全国大学生光电设计竞赛的参赛信息

1.2 大学生参赛的影响因素分析

表2 列举了近几届命题赛的赛题，从表中可以看出，完成竞赛需要的知识来源于单片机技术、光电检测技术及系统、光电图像处理等专业课程，这些课程一般在大三才开设。“基于智能手机的苹果糖度无损测量”这个赛题中水果无损糖度测量是很多硕士论文研究的内容，因此即使学过了相关光电专业课程，要完成命题赛的实物制作也是很难的。大学生光电设计竞赛一般在暑假进行赛区决赛、国赛，大三学生因就业、考研等原因参赛不积极，大一大二学生要进行相关内容的自学才有可能参赛。技术原因是影响地方院校大学生参加光电设计竞赛的主要原因。创意赛相对于命题赛规定技术难度降低，2019 年、2020 年参赛高校数量大幅增加。

表2 近几届全国大学生光电设计竞赛（命题赛）赛题

2 基于光电设计竞赛的专创融合教育的需求分析

2.1 提高专创融合的认识

根据问卷统计，参加光电竞赛全国决赛的指导教师有55%是光电技术类课程任课教师自发担任；25%是学院选拔和指定；20%是校院成立竞赛指导小组，由成员担任，主要是有校赛和省赛的院校。参加国赛的学生有三个来源：校级、省级光电竞赛后选拔[1]，由学院相关培训后考核选拔，由指导老师挑选。对于大多数地方院校主要是由光电技术类课程任课教师挑选一些学生组队参赛。由于普通地方本科院校师资水平、生源等因素的限制，光电竞赛的指导教师、学生选拔都存在困难。所以每年能实际完成一届比赛的学生人数还是很有限的。

学科竞赛是高校专业建设和课程改革的有力抓手，是培养学生创新实践能力和团队协作精神的有效途径。参赛高校、指导教师如果把“获得好的名次”作为参加光电设计竞赛的唯一目标，由于受学生能力、实践条件、经费、现场发挥等因素的制约，地方院校的参赛积极性、持续性将不能保证。所以光电设计竞赛在学生创新实践能力培养的同时，也要突出在专业建设和课程改革方面的作用。可以在区赛、国赛期间举行实践教学（如课赛融合）等方面的教育教学研讨会，实现“以赛促学、以赛促教”，提高参赛作品的赛后教学利用率，吸引更多地方院校师生关注光电设计竞赛。每年暑假开设的全国高校光电信息类课程教师研修班可以开设竞赛指导相关的专题。

2.2 加大光电设计竞赛的宣传和推广

2020 年全国竞赛（创意赛）决赛的232 个项目中，涉及医药健康的53 项，涉及城市交通的52 项，涉及生活服务的67 项，涉及工业制造的32 项，涉及科学仪器的21 项，涉及娱乐的2 项，涉及农牧渔业的5 项。建议各赛区要发动理工科、医科、师范类、农科类院校参赛，鼓励各地参赛院校推荐当地其他院校师生联合参赛，促进光电技术与教育、医疗、交通、制造、金融、绿色能源、生态农业、消费生活等深度融合。扩大光电设计竞赛赛题征集师生范围，提前赛题发布时间，便于大学生以赛题为基础申请各级各类大学生创新创业项目，解决参赛经费问题，提高光电设计竞赛作品质量。

在全国大学生光电设计竞赛官网开设专栏及时发布历届竞赛的优秀作品的视频、文本，供参赛学生交流学习和教师教学应用。鼓励大学生对参赛项目在赛后进行持续研究，申报教育部产学合作协同育人项目、大学生创新创业训练计划项目，发表学术论文和申请专利。

3 基于大学生光电设计竞赛的教育教学设计

3.1 基于命题赛赛题的实践教学设计

从表2 可以看出，光电设计竞赛（命题赛）的赛题从智能移动测量小车到光电智能垃圾分拣车，技术越来越新，对学生能力要求越来越高，使用的控制板、传感器等不断升级。“基于光电导航的智能移动测量小车”赛题要求设计一辆具有光电导航功能的智能车，要求从线路的指定点出发，沿轨道上铺设的“8”字形导航条走完全程。在行走过程中，利用光电技术测量、记录沿途所通过的三段隧道各自的长度及沿途路边树木的总棵数。这个赛题内容就可以引入本科专业实践教学环节。

很多高校的电子信息类专业在大学一年级开设了“C 语言”课程（也有慕课可供自学），“C 语言”可以用于51 单片机编程。基于光电竞赛赛题配合单片机学习板和光电传感器可以实现电子信息类专业同一年级全部学生的实践能力训练。基于赛题的实践教学不是所有人完成整个赛题，而是从赛题中提炼出合适的内容进行实践教学，降低对实验器材和场地的要求。表3 是以光电设计竞赛赛题为内容的实践教学项目设计，可以为电子信息类、物理类、测控类专业实践课程采用，提升低年级大学生的创新实践能力。

表3 基于光电设计竞赛赛题的实践教学项目设计

表3（续）

3.2 基于创意赛参赛项目的教育教学设计

在本科专业培养方案中毕业要求是对学生毕业时应掌握的知识和能力的具体描述，包括学生通过本专业学习所掌握的知识、技能和素养。中国的工程教育认证组织采用EC2000 标准，包括工程知识、问题分析、设计/开发解决方案、研究、使用现代工具、工程与社会、环境和可持续发展、职业规范、个人和团队、沟通、项目管理和财务、终身学习等共计12 条标准项，这就转化为理工科本科专业培养方案中毕业要求 12 条[8]。

全国大学生光电设计竞赛（创意赛）已经举办了两届，决赛项目共429 项。这些项目集中展示了大学生如何发现问题，提出研究方案，解决问题，与企业开展的创新项目不同，这些参赛项目贴近在校大学生实际，能引起在校大学生的关注和兴趣。教师收集创意赛项目素材按照表4 进行梳理，生成的教育教学资源可用于本科生专创融合教育，用于专业课程知识点的教学和课程设计，也可供学生申报各级大学生创新创业计划项目时参考。培养方案中通过课程目标的达成支撑毕业要求的达成，反过来，也可以根据毕业要求选择参赛项目引入课程教学内容，提高专业课程的高阶性、创新性、挑战度。

表4 用工程教育认证12 条分析创意赛参赛项目

国赛决赛项目中共有27 项为初创组，这些项目在参赛时已完成工商登记注册，基本实现了将光电信息技术与移动互联网、人工智能、物联网等新一代信息技术和经济社会各领域紧密结合，培育出了新产品、新服务、新业态、新模式，实现了初步盈利和社会价值。这些项目展示了一个企业的创新创业过程，是光电类本科专业开展认识实习、毕业实习的全新教学资源。参加光电设计竞赛的大学生中有励志的故事、创新的故事，教师可以整理形成课程思政教育资源，与创新创业教育资源同时融入本科专业教学中。

3.3 基于光电设计竞赛的专创融合教育教学实践与成果

2018—2020 年，内蒙古工业大学充分挖掘光电设计竞赛中的创新创业教育资源，在专业导论、认识实习、专业创新实践、毕业设计（论文）、专业课等课程中灵活应用，取得了较好的教学效果。基于光电竞赛赛题学生申请校院两级科技创新项目14 项。学生获得光电竞赛区赛奖41 项；获得国赛一等奖（金奖第一）1 项，二等奖1 项，三等奖4 项；内蒙古工业大学获得竞赛优秀组织奖3 项；光电设计竞赛参赛项目引入“走近科技——大学生创新实践”自治区级在线开放课程，在智慧树教育平台46 所高校的9 700 余人选课，带动了内蒙古医科大学首次参加大学生光电设计竞赛。

4 结语

全国大学生光电设计竞赛是培养大学生创新实践能力的重要环节，扩大竞赛的影响力和受益学生范围具有重要意义。国内高校的光电类、物理类、测控类专业可以充分利用光电竞赛的资源，组织学生积极参与校赛、省赛、区赛、国赛等实践，在参与竞赛准备的过程中促进自学，在赛场上促进互相学习。高校教师把赛题、参赛项目等转变为适合本校的教学资源应用于课堂教学等环节，能充实各类专业课程的创新创业教育资源，能有效改善对大学生创新创业实践的指导帮扶，增强学生的认同感，提高大学生参与实践的积极性和创新创业能力。