专业实践教学与学科竞赛融合的探索与实践

刘殿通，郭卫平

（烟台大学 计算机与控制工程学院，山东烟台 264005）

党的二十大报告提出：以中国式现代化全面推进中华民族伟大复兴，推进新型工业化，加快实施创新驱动发展战略[1]。《中国制造2025》的实施和新工科建设的推广[2-3]，为应用型本科专业指明了培养方向。烟台大学自动化专业在加强理论教学的同时，加强工程实践教育，增强学生的创新创业意识和能力，培养适应能力强的高素质创新应用型自动化人才[4]。

实践教学体系是培养应用型创新人才的根本保障，更是地方应用型本科院校专业建设与发展的重要内容[5]。为了达到“厚基础、强应用”的培养要求和实现“培养基础理论扎实、专业知识系统、实践能力与创新能力强、综合素质高的复合应用型人才”的目标，烟台大学自动化专业深入研究提高专业实践教学质量的途径，充实专业人才培养实践教学内容[6]。学科竞赛是衡量专业实践教学水平的标尺，可以发现实践教学中的薄弱环节，将专业实践教学与学科竞赛有机融合，能够促进创新创业型人才的培养。

1 实践教学体系存在的问题和赛教融合的意义

烟台大学自动化专业经过20 余年的发展，形成了包含“课程实验、课程设计、实训实习、专业综合设计和毕业设计”等在内的完整的实践教学体系，但在实际执行过程中，仍存一些问题。硬环境方面：实践教学内容相对陈旧，教学资源匮乏并且缺乏层次性，校外产学研实践基地难以落地[7-8]；软环境方面：学生创新创业意识相对欠缺、专业学习兴趣和动力匮乏、专业实践能力难以满足社会需求，教师实践锻炼机会不足。

全国大学生学科竞赛可以培养学生的创新能力、自学能力和合作精神[9-10]，是创新人才培养的重要载体[11]。学科竞赛内容提炼于工程实践中的实际问题，将竞赛内容融入实践教学体系，不仅能够解决实践教学中存在的问题，还可以使全体师生通过实践教学体系的训练，反哺学科竞赛，提升专业学科竞赛的专业性。因而，烟台大学自动化专业促使实践教学和学科竞赛深度融合[12]，提高学生解决复杂工程实践问题的能力，适应新工科发展与工程教育认证，提升专业培养水平。

2 以学科竞赛为载体的实践教学内容建设

烟台大学自动化专业长期参加的重要学科竞赛包括：电子设计大赛、中国智能制造挑战赛、智能车竞赛、机器人大赛等。这些竞赛即为赛教融合的主要载体，各学科竞赛指导团队是竞赛内容融入实践教学体系的具体执行者，学科竞赛指导教师和参赛队员是实践教学体系支撑学科竞赛的具体参与者，实践教学体系和各学科竞赛之间的相互支撑关系如图1 所示。

图1 专业实践教学体系与学科竞赛的相互支撑关系

以学科竞赛为载体的实践教学内容建设方案为：

（1）各学科竞赛团队研究分析往年各学科竞赛内容，整理参赛作品，分解学科竞赛相关的软硬件，提炼出实际功能模块，进行理论知识点归类并进行分级项目化，将其融入实践教学体系。

（2）从专业整体的角度重新审视当前实践教学体系中各环节的教学内容，删除相对陈旧、功能单一、重复的教学内容，以及任课教师认为难以落地的实践内容，按照专业培养目标，将实践环节知识点模块化，优化各模块学时和内容，增加综合性知识，使实践教学体系与理论教学体系相互支撑。

（3）对实践教学体系与学科竞赛提炼出的功能模块进行内容对接，从而将学科竞赛相关内容融入实践教学体系。

（4）实践教学以学生为中心、以教师为主导，按照工程教育认证中达成度的方式进行评价。教师根据实践教学和学科竞赛过程中发现的问题，找到实践教学中的薄弱环节，每年对实践教学内容和具体执行过程进行持续改进。

图2 是学科竞赛融入实践教学体系的部分概览，上两层是提炼出的实践知识模块，下层是专业实践教学环节。

图2 学科竞赛融入实践教学体系概览

3 以赛教融合为契机，提高学科竞赛水平

实践教学内容与时俱进，不仅可以提升学生参赛的积极性，增强学生完赛的信心，还能提高竞赛的专业性。

3.1 以学生为中心、以教师为主导的竞赛培训和准备机制

各学科竞赛指导团队在开展竞赛培训时，由指导教师负责内容引导，参赛学生进行具体实现。针对学科竞赛提炼出的功能模块，教师指导学生研究功能实现方案，设计性能提升方案并具体实现，各模块预留统一的对外接口，最终实现在竞赛时系统功能的自主去留。通常做法是：教师提出模块性能指标，由学生具体组织实施和测试。以多数学科竞赛均需要的电源模块为例，教师提出输出电压和功率等要求，形成如图3所示的闭环思想，学生自行设计并进行系统实现，自行选择合适的元器件进行软件仿真，绘制PCB 板，自行焊接完成，调试测试、模块统一编号并书写说明书，然后归库管理，以供竞赛时使用。

图3 电源设计闭环思想

3.2 竞赛功能模块测试与性能提升

竞赛中，各功能模块功能的测试没有现成的工具可以使用，学科指导团队指导学生在非竞赛期自行设计测试工具，例如：在智能车或机器人竞赛中，舵机转向时延（单片机输出PWM 和舵机转动到位之间的时间差）和电机功率输出时延（单片机输出PWM 和电机达到稳定速度之间的时间差）是提高速度和转向控制稳定性的重要参数，但没有现成的测试工具。指导教师团队在非竞赛期指导学生制作相关测试工具，提出如下要求：设计单片机测试系统，选择合适的传感器，测试出单片机PWM 输出、电机电枢电压与输出扭矩、输出加速度的关系曲线，寻求最佳速度响应曲线相关的参数，找出维持不同速度单片机的PWM 输出值，学生团队可以根据性能要求，利用业余时间完成此测试工具的制作。在竞赛期间，学生使用此工具得到的数据可为控制器参数的设定提供依据。

通过以上训练，学生团队掌握技术实现和创新的方法，参加竞赛时，能够从现有的功能模块中选择适合的模块，并通过软件把各个功能模块有机组合起来，实现竞赛要求的功能，在此基础上，优化各个功能模块。

4 赛教融合的保障机制

4.1 建立长效保障机制

赛教融合是大学生实践创新能力提升的重要机制之一[13-14]，需要学校、学院给予经费、政策和制度方面的保障和激励，促使教师和学生积极参与。学生方面：教务处制订相关学分承认制度和竞赛获奖奖励政策，提升学生参与学科竞赛积极性和主动性；教师方面：学校认可教师在实践教学改革方面的工作，将竞赛指导成绩列为评职聘岗的依据，激发教师参与竞赛指导的热情。

4.2 搭建良好的实践和竞赛平台

学校定期对实践和竞赛平台划拨一定的建设经费，制定与赛教融合相适应的实验室管理和开放制度，建立完整的竞赛组织和管理办法；鼓励指导教师团队将往年参赛和培训期间的作品整理归类，作为低年级学生课内实验或课程设计的功能单元；鼓励教师针对专业实践教学内容，利用竞赛相关模块自制实验设备，并编写实验指导书。

4.3 竞赛指导团队定期吸纳新生力量

专业引进的博士学位青年教师可以根据专长加入学科竞赛团队，学科竞赛指导团队定期进行研讨，既能提高教师参与学科竞赛的积极性，又能促使青年教师尽快了解专业并提高教学能力，尤其是实践教学能力。

5 赛教融合执行效果和下一步工作

在实践教学方面，烟台大学将由自动化专业学生设计制作并在某学科竞赛中获奖的项目作为实验中的模块，能够调动学生开展实践的积极性和主动性。学科竞赛方面，学生提高了参加学科竞赛的积极性，还提高了对某些功能模块进行深入分析和研究以提高其性能的兴趣。近三年，烟台大学自动化专业在学科竞赛中共获得国家级奖项34 项，其中特等奖3 项、一等奖4 项，获省级奖项150 余项，在校生参赛率达85%。烟台大学自动化专业将每年的学科竞赛赛题融入实践教学内容，使之成为应用型工科专业符合工程实际的培养途径。但赛教融合教学仍存在一些问题，如：学生参加各学科竞赛的人数不够均衡、资源配置的合理性有待提升等，烟台大学自动化专业还需进一步调整学生参赛方案，加强学生工程素养教育，优化实验室与实践教师的合理配置。