“以賽促教”推動高等工程教育教學高質量發展

黃海龍

（吉林大學 機械與航空航天工程學院，長春 130025）

為了全面落實《關于加快建設發展新工科實施卓越工程師教育培養計劃2.0 的意見》文件精神，深入推進工程教育改革，堅持工程理論實踐融通、學科專業交叉，全面強化工程倫理意識、提升大學生工程創新綜合素質和能力水平，全國高校普遍性參與、開展多個級別的大學生工程訓練綜合能力競賽?！耙再惔賹W、以賽促教、賽教融通”是工程綜合創新能力培養的有效實踐路徑，大大改變了傳統的工程訓練單一模塊化教學模式所暴露出的知識、工藝、技能孤島，學生綜合應用與創新能力欠缺等缺點，對于調動學生的學習主動性、探索實踐性技能、形成良好的工程創新氛圍、培養學生的工程綜合創新能力起了重要的作用[1]。目前，經統計與調研發現“賽教融合”的模式已經在國內多所高校工程教育實踐教學中廣泛應用，通過備賽促進學生從工程的角度整體設計，又從中國大學生工程實踐與創新能力大賽實施的環節親自動手實踐，設計、工藝、制造有機融合為一體，有利于促進工程教育由藝術回歸工程，通過指導競賽，促進了教師進行工程教育教學研究，提升了教師的工程實踐教學水平，對高校工程教育綜合創新能力培養常態化具有重要的意義[2]。

1 體系構建

對標卓越工程師培養計劃，對接中國大學生工程實踐與創新能力大賽四大賽道，構建符合高校育人特色的五大主題教學內容；建設支撐教學內容有效實施的綜合加工制造實驗室、耗材與標準件庫和移動端信息化管理平臺3 項教學基礎設施；培育與組建綜合型實踐教學指導團隊；健全制度保障體系，從耗材保障、教學計劃調整、課時置換與學分認定3 方面充分保障以賽促教、賽教融通的工程教育實踐教學體系的有效實施[3-4]，如圖1 所示。

圖1 以賽促教、賽教融通實踐教學體系

2 教學建設

2.1 教學內容建設

2.1.1 工程小車主題課程內容建設

工程小車主題課程包含勢能車與熱量車兩部分，采用課內、課外相結合的方式，計劃20 學時，以中國大學生工程實踐與創新能力大賽“工程基礎”賽道任務要求和評分規則為指導組織課程內容，開展課程。在學生選課成班后，首先指導學生班內自行組隊，并選出隊長，教師介紹任務要求、評分標準，學生討論組內分工和任務實施流程，制定實施計劃。課下學生在指定時間段內在指導教師指導下進行小車的結構設計；課上在教學指導教師指導下進入綜合制造實驗室完成小車的零件加工、組裝，并進行三輪賽道場地實測與迭代優化設計，完成主題任務。最后按照大賽評分標準進行課內競賽現場評比，評出并記錄課程成績，以備下一步賽項選拔[5]。

2.1.2 “智能+”主題課程內容設計

“智能+”主題課程包含 “智能+搬運” “智能+分揀” 兩部分，采用課內、課外相結合的方式，計劃20 學時，以中國大學生工程實踐與創新能力大賽“智能+”賽道任務要求和評分規則為指導組織課程內容，開展課程。小組分工協作結構設計、零件加工制作與組裝過程與工程小車主題相同，物理結構完成后，學生課下查詢資料在指定的時間段內完成程序設計，回到課上進行賽道場地實測、程序調試。最后按大賽評分標準進行課內競賽現場評比，評出并記錄課程成績，以備下一步賽項選拔[6]。

2.1.3 飛行器設計主題課程內容設計

飛行器設計主題課程目標包括設計、組裝、調試，以實現飛行器飛行、搬運、分揀、列隊等任務，采用課內、課外相結合的方式，計劃20 學時，課程內容以中國大學生工程實踐與創新能力大賽“飛行器設計仿真”賽道任務要求和評分規則為指導組織課程內容，開展課程。在學生選課成班后，組隊分工協作課下完成設計，指導教師審核通過后，課內進入綜合制造實驗室完成零件結構制造和組裝過程，課下在指定的時間段內查詢資料并結合虛擬仿真平臺初步完成程序設計，課內進行賽道場地實測、程序調試。最后按大賽評分標準進行課內競賽現場評比，評出并記錄課程成績，以備下一步賽項選拔[7]。

2.1.4 工程場景數字化主題課程內容設計

工程場景數字化主題課程內容無固定任務目標，利用數字化的手段充分展現數字媒體形態下的工程創新能力，傳播工程知識，普及先進技術，以課下完成為主，計劃課內20 學時，指導教師引導學生組建團隊后，充分頭腦風暴，發揮自身想象力和創造力，設計規劃虛擬場景，查閱資料，開發相應數字化場景程序，經迭代優化設計后，在要求的時間范圍內完成設計任務。最后作品呈現展示，按大賽評分標準進行課內競賽現場評比，評出并記錄課程成績，以備下一步賽項選拔。

2.1.5 開放性創新作品主題課程內容設計

在對接國賽四大標準賽道的同時，為廣泛拓展學生的興趣，盡可能地提升學生在工程綜合實踐方面的參與積極性。同時，工程訓練課程雖然說是全校性的工程教育基礎類課程，但是其以工科或近工科專業為主，在全校學生中的覆蓋面仍然非常有限，尚有很多學院學生無法接觸到，對于具有濃厚工程興趣的工程訓練課程課外學生，或者課內任務完成后，仍然希望進一步的深入工程實踐創新探索的學生，工程教育實踐教學平臺以開放性創新作品主題實踐的方式向全校師生開放，搭建起工程綜合創新實踐共享平臺作為“賽教融合”的延伸。專業不限的學生自行組隊，以興趣愛好為驅動自擬工程項目，編制包含工程圖紙、制作工藝和耗材明細的設計方案，通過信息化管理平臺提交設計方案，方案通過教學指導人員審核后，進入綜合制造實驗室加工制作環節，完成創新作品的制作后，以現場答辯的方式完成考核，獲得相應成績[8]。

2.2 教學設施建設

2.2.1 綜合加工制造實驗室建設

以賽促教5 大主題課程的實施需要教學場地、設備等基礎設施的支撐，包括零件的加工制造、電子元器件焊裝、裝配與調試、賽道實測與迭代優化設計等，為消除工程教育實踐教學平臺原有的加工制造工藝模塊化孤島，對多工藝綜合創新項目在實施過程中對多工藝教學指導人員、多場地設備調配兩方面需求的影響，需建立同時支撐多個主題課程的綜合加工制造實驗室，其中包含必備的常用的設備，如3D 打印機、金屬/非金屬激光切割機、數控車床、數控銑床、鉆床、設計用PC 機、鉗工拆裝工作臺、電子焊裝工作臺以及幾大賽道主題場地等。使學生的常用零件的加工制造、裝配與調試、實測與迭代優化調整等工作能夠在綜合加工制造實驗室一站式完成，以消除場地、設備、人員對主題課程實施的影響[9]。

2.2.2 賽教兩用競賽場地建設

對標國賽，建設與大賽完全相同的賽項工作臺，搭建相同的大賽場地，教中充分營造賽的環境與氛圍，滿足實踐教學過程中的現場調試與課內、校內兩級競賽的需要。

2.2.3 耗材與標準件庫建設

在工程小車主題、智能+主題和飛行器設計主題課程實施過程中，學生團隊會常態化需要各種標準件、標準模塊和非標件原材料，如智能電子模塊（傳感器、電機）、標準件（軸承、螺絲、螺母、連接件）、桿類耗材、板類耗材（鋁合金板、亞克力板、有機玻璃板）等，在場地建設常用耗材與標準件庫，根據學生通過審核的方案中的耗材需求明細，經專人管理，按計劃分配使用[10]。

2.2.4 移動端信息化管理平臺建設

搭建教學管理移動端信息化管理平臺微信小程序，具備學生端預約申請、方案提交、教師端審核與過程跟蹤記錄等功能。學生按創新項目管理流程提交計劃，指導教師完成審核與評審，并進行線上指導，學生加工制作與試驗預約，并同時實現對耗材、標準件等物資、設備使用記錄等的信息化管理。

2.3 師資隊伍建設

2.3.1 教師綜合實踐教學水平提升

以賽促教5 大主題課程的實施，需要機械設計與制造、機電結合、電控結合的功能結構設計、多工藝種類的加工制造工藝、程序設計與調試、仿真與優化等多學科知識與技能的支持，需要具有大賽指導經驗、具備多項工藝技能綜合指導學生方案設計與實施以及迭代優化的能力，對工程教育教學指導人員綜合實踐教學水平有了更高的要求。通過專項培訓，老帶新等方式，短期內增強對教學人員的大賽經驗分享和綜合技能培訓，以提升其工程教育教學人員的綜合實踐教學指導能力[11]。

2.3.2 教學工作量分級核算

以賽促教的5 大主題課程的實施過程，不再像模塊化實踐課程一樣嚴格按照工程訓練教學大綱和教學計劃在固定的時間內執行，教學工作量可視可控。根據學生組建團隊的知識與技能水平和實踐能力上的差異，對學生的指導更具有靈活性，有的團隊需要更多的設計、工藝、加工制造、調試方面的指導，有的團隊能力較強可能不需要太多的指導，指導時間不再局限于原有的工作日時間，可能會有更多的課余時間指導，故對教學指導人員靈活的工作量如何進行有效核算，將成為影響工作積極性和創新成果質量的重要指標，公平合理的教學工作量分配將成為師資隊伍建設的重要保障。建立以20 學時為基準，按高、中、低難度等級分級，設計指導與加工制作指導課時獨立分配的教學工作過量分級核定分配制度，使教學實施與管控有序。

2.4 制度保障建設

2.4.1 教學耗材經費支持

除工程場景數字化主題不需要持續性教學耗材之外，工程小車主題、智能+主題和飛行器設計主題常態化需要各種標準件（軸承、螺絲、螺母、連接件）、智能電子模塊（傳感器、電機）、桿類耗材、板類耗材（鋁合金板、亞克力板、有機玻璃板）等，此類耗材是原有工程訓練模塊化課程常規耗材之外的部分，故學生工程綜合創新能力的培養、課程的開展和穩定運行需要教學管理部們給予額外的教學耗材經費支持與保障。

2.4.2 教學計劃的調整與課程設置

課內教學部分5 大主題綜合創新教學活動的開展需要學生提前完成對應的工程訓練模塊化課程，需要學生先掌握必備的結構與設計方法、工藝知識、加工制造技能，在學分和培養計劃課時數不變的情況下，學生根據自身的興趣愛好點選擇一個主題后，前期需要具備哪些模塊化課程的學習儲備，自由選課的過程必將打亂原有的模塊化課程排課順序。在充分利用工程教育教學平臺現有教學條件的基礎上，為實現以賽促教的學生工程綜合創新能力培養目標，工程教育實踐教學在教學計劃調整和課程設置方面將面臨復雜的課程安排協調與優化的過程，需要更多調動教學人員業余時間完成相應的教學指導任務。

2.4.3 課時置換與學分認定

以賽促教和以5 大主題課程為引領的工程綜合創新能力培養目標的實現，將打亂原有的應試模塊化課程，使得教學內容更加豐富、學生依據興趣愛好有了更為寬泛的選擇，并且綜合創新項目任務的實施過程需要大量的課時支撐，在學分和培養計劃總課時數不變的情況下，以興趣為驅動的綜合創新主題與原有模塊化課程之間的等效學時需要進行有效的置換與認定，保證課程學分，并實現數字化的管理[12]。

3 教學實施

工程綜合創新實踐采用課內、課外2 個渠道有序開展，課內對接4 大國賽賽道以主題方式按教學計劃有序執行，課外廣泛開展開放性創新作品設計與制作，學生先提交參與申請，按計劃提交設計方案、工程圖紙、效果圖、加工制造工藝、耗材明細等文件；之后到綜合加工制造實驗室完成加工制作與組裝調試，到賽教兩用競賽場地進行現場實測與組間競賽，實施過程佐證如圖2 所示[13]。

圖2 教學建設與實施場景

4 結束語

以賽教融通為背景，以工程綜合創新能力培養為目標，在工程教育實踐教學平臺基礎上搭建起多學科交叉的綜合創新實踐平臺，對標中國大學生工程實踐與創新能力大賽賽項規則與要求，在校內常態化開展四大主題工程綜合創新實踐教學。教學基礎設施層面，建設綜合加工制造實驗室消除了傳統工程教育實踐教學平臺中的加工制造工藝模塊化孤島對有效開展多學科交叉工程創新的束縛；搭建賽教兩用競賽場地無縫對接國賽要求，充分營造國賽氛圍；以實效性為主導實施教師綜合實踐教學水平提升計劃；從教學課時工作量分級核算、耗材經費保障、教學計劃的有序調整、課時置換與學分認定4 個方面制定制度保障體系充分保障了賽教融通教學模式的有效實施，從而在賽教常態化融合的基礎上實現以賽促教、以賽促學[14]。