学科竞赛目标驱动的新工科大创训练模式探索

陈重学，徐 飞，杜富滢，曾玉彬

（武汉大学动力与机械学院 湖北 武汉 430072）

党的十八大以来，我国把创新作为引领发展的第一动力，全面实施创新驱动发展战略。日前，全球创新指数的排名[1]显示中国从2012年的第34位上升到2021年的第12位，昭示着我国已迈入创新型国家行列。然而，近几年大型精密仪器、芯片、航空发动机等系列“卡脖子”技术困境[2]警示我们必须要提升制造业核心竞争力，推动我国从制造大国迈向制造强国。新型工程人才是推动制造业制造能力质变的源动力，面对新一轮的科技革命和产业变革，如何将创新有机融入新工科人才的培养全过程，更好地服务于“中国制造2025”战略规划[3]，是国内高校在当前新工科教育中需要着力思考和探索的重大课题。

为了进一步深化创新教育改革，加强工科大学生的创新精神，提升实践能力，共青团中央、中国科协、教育部、工信部等单位先后主办或倡导了多项全国性大学生学科竞赛活动[4]，积极引导大学生参与角逐。其中，与工科大学生相关的不乏互联网+、挑战杯、节能减排、机械创新设计等高级别赛事。学科竞赛是在课堂教学知识基础上的升华，旨在通过竞赛课题的研究，培养大学生的创造意识和创新精神，以使学生综合素质和动手能力得到全面提高。文献[5]指出大多数学科竞赛是以团队形式开展，有利于增强学生的协作意识和合作精神。然而，并非所有的学科竞赛与学生创新能力的提升都呈正相关。虽然学科竞赛一定是建立在学科基础上，需要扎实的专业知识作为支撑，但是文献[6]提到很多学生刚进大学就开始忙于参加各类赛事，而忽略了专业基础理论知识的系统学习，依靠东拼西凑勉强完成竞赛指定的目标和任务。因此，即便他们可能获得好的成绩，但其专业知识是碎片化和残缺的，知识储备不全面、不系统，就很难结出创新之果。

与大学生学科竞赛并行的大学生创新创业训练计划也是高校转变教育思想观念，改革人才培养模式的另一有力举措。在大创项目中，学生团队在老师的指导下需要对课题的目的和意义、课题的内容、课题的思路和方案等进行研究，整个项目需要经历团队的组织、项目的申请、项目研究和实施、项目结题等过程。通过项目的实施可使学生认识到如何将书本上的知识运用到实践中，并建立基本的科学素养和科学精神。文献[7]指出学科竞赛和大创训练是当前提升新工科大学生实践能力的两大创新载体，二者既有相通之处，但又各有侧重。共同之处在于两者均是以强化创新能力训练，增强高校学生的实践创新能力和在创新基础上的创业能力，培养适应创新型国家建设需要的高水平创新人才为最终目标。但与学科竞赛相比，大创训练更贴合教师的科研课题，覆盖面更广，自由度更高，目标性和任务性不像学科竞赛那么明确，因此门槛相对较低，学生参与度更高。文献[8]针对新工科人才培养的特点，提出深化科教融合、创新育人，校企合作、协同育人，采用多学科交叉和体系化培养提高学生的综合素质。

在创新型新工科人才的培养过程中，如何利用好学科竞赛和大创训练两大载体，建立两者互通互促的纽带，发展人才培养的新理念、新模式和新体系，是当前新工科人才培养的重要命题。本文针对目前提升新工科大学生实践能力的两大创新载体，学科竞赛和大创训练的差异性和相通性进行了深入分析和总结，结合对（武汉大学以下简称“我校”）新工科大学生的问卷调查，提出以学科竞赛为目标驱动大学生创新训练的培养模式，以期提高新工科人才培养质量。

1 学科竞赛和大创训练两大创新载体的差异性和相通性

近期，我们围绕“能否以学科竞赛为目标驱动新工科大学生创新训练”这一研究课题，开展了问卷调查，以期厘清两者间的关系。

图1显示在我校受访的180名工科大学生（含本科生和研究生）中，有56%的同学参加过学科竞赛，其中以团队形式参与的占参赛总人数的55%，并且他们全部都参与过大创训练项目，说明我校工科学生对开展创新实践训练抱有浓厚的热情。83%的参赛学生认为创新性是学科竞赛评分的重要标准，92%的学生认为参加学科竞赛对培养创新意识有帮助，但只有56%的学生认为课程知识在学科竞赛中有适用，63%的学生认为学科竞赛对专业学习有帮助。从以上统计数据可以看出，开展学科竞赛的初衷的确是鼓励创新，但创新的基础是知识积累，很多参赛同学为了创新而创新，而忽视了创新的本质。

图1 学科竞赛、大创训练及二者关联度问卷调查

在受访的参加大创训练项目的学生中，有84%的学生认为课程知识在大创训练中有适用，这一比例远高于上述学科竞赛的统计数据。虽然他们在开展大创项目研究的过程中遇到了知识储备不足、缺乏实践经验、撰写报告困难等诸多问题，但仍然通过师长指导、团队合作和资料查阅等方式攻坚克难，科研素养和合作意识得到了全面提升。87%的受访学生认为学科竞赛和创新训练所需的基础知识重合程度高，且都需要严密的逻辑思维和发散思维。虽然大创训练与学科竞赛的目标导向有所差异，大创训练与理论结合更紧密，学科竞赛更注重实践，但是以学科竞赛为目标可以更好地驱动大创项目的开展。受访学生认为大创训练中的知识积累可为学科竞赛奠定理论基础，研究平台可为学科竞赛提供硬件支持，孕育的科学素养可为学科竞赛提供软件支撑。

2 以学科竞赛为目标驱动大创训练的培养模式

以上研究结果表明：以学科竞赛为目标来驱动新工科大学生创新训练的策略是合理可行的。那么，在指导学生开展大创训练和学科竞赛时，如何做到有的放矢，有章可循？我们认为可以从以下三个方面进行。

2.1 以大创训练夯实专业知识基础

扎实的专业知识和系统的知识结构是创新的基础，学生创新思维的培养离不开知识的积累。大创训练与课堂知识紧密相关，因此，教师可以吸引低年级（大一、大二）学生开展大创项目研究，一方面引导他们通过科学研究巩固课堂知识；另一方面激励他们发挥主观能动性，通过探索获取知识，获得解决问题的方法，形成探究的学习精神。教师需要运用各种方法和手段，让学生在参与发现、探索、研究的过程中，感受和理解知识产生和发展的过程，积累专业基础知识，为创新能力的培养打好坚实基础。

2.2 以学科竞赛升华实践能力

实践能力是在专业知识积累的基础上升华的经验与技能。在指导学生开展学科竞赛时，教师要注重将目标实现和学生实践能力的培养融为一体，把实践放在整体知识结构的框架内，在实现目标的过程中循序渐进、有针对性地提升学生的实践能力。一方面引导学生树立科研思维，学会快速、有效搜集和整理竞赛相关信息，并利用专业知识解决竞赛难题。另一方面，以学科竞赛为引导可以促进实践教学建设和改革，真正实现“以赛促学、以赛促教，学教互促，良性发展”。

2.3 将创新思维培养贯穿于培养全过程

创新意识和创新思维是创新能力的核心。科学史上的新理论、新发明的产生，新的工程技术的出现，经常是在学科的边缘或交叉点上，而新工科学生参与的大创训练和学科竞赛大多为多学科交叉课题，易于培育出创新点。教师要以大创训练和学科竞赛为创新载体，与专业教育有机结合，使创新教育贯穿新工科人才培养全过程。鼓励学生开拓思维、细心观察、深入思考，学会在前人研究的基础上结合实践发现问题，教会学生用创新的思维去分析和解决问题。

以笔者指导大创训练和学科竞赛的亲身经历为例，笔者要求能源化学工程专业大一学生进实验室参加业余科研，并申报大创项目。在指导大创项目开展时，经常用研究课题中的问题[9]启发学生通过课堂知识加以解决，以此来巩固专业基础知识。经过一年多的科研训练后，学生不仅能熟练掌握知识的运用，而且能树立基本的科研意识，形成一定的科研素养。在大二下学期和大三上学期时，笔者会鼓励他们依托大创项目研究成果参加各种学科竞赛，并引导他们针对性地根据竞赛的属性调整技术路线以达到最终的目标要求。在该培养模式下，笔者指导了多名学生先后获得全国大学生化学电源作品设计竞赛一等奖、全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛二等奖等好成绩。

3 结语

大创训练和学科竞赛注重知识积累和学科交叉，是新工科背景下培养学生实践创新能力的两大有力抓手。针对大创训练和学科竞赛的差异性和相通性，根据工科学生不同学习阶段的专业知识结构和认知能力，提出以学科竞赛为目标驱动大学生创新训练的培养模式，以大创训练夯实专业知识基础，以学科竞赛升华实践能力，将创新思维培养贯穿于人才培养全过程，切实提高新工科人才培养质量。