汤迎红，张继红，刘国亮，蔡 颂，米承继

（1.湖南工业大学科技学院，湖南 株洲 412008；2.湖南工业大学机械工程学院，湖南 株洲 412007）

1 研究背景

当前，第四次工业革命加速展开，综合国力竞争愈加激烈，中国实施了“中国制造2025”“互联网＋”“一带一路”等重大战略，以新技术、新业态、新产业、新模式为特点的新经济蓬勃发展，迫切需要既有扎实的专业素养又有全面综合素质的不同层次不同类型的工程科技人才[1]。地方应用型本科高校，办学目的不是培养科研人才，而是培养具有扎实专业基础、实践应用能力强、创新意识好、团队协作能力强、综合素质高，以及适应本地区域经济发展的下得去、留得住的应用型人才[2]。因此，以学科竞赛为契机，构建有效的工程实践能力培养模式，培养时代需要的高素质人才，已成为地方应用型高校教学研究的一个重点和热点问题，也成为应用型高校培养大学生的工程能力和工程素质的有效手段和机制。

近年来，机械类学科竞赛快速发展，竞赛项目的设计水平越来越高，竞赛涉及的知识面越来越宽，学科之间的交叉融合越来越广。以第七届全国大学生工程应用能力竞赛为例，赛事从单项“机械”专业知识竞赛逐步全面升级到4大赛道13个赛项：工程基础赛道包括势能驱动车、热能驱动车和工程文化3个赛项，“智能+”赛道包括智能物流搬运、水下管道智能巡检、生活垃圾智能分类和智能配送无人机4个赛项，虚拟仿真赛道包括飞行器设计仿真、智能网联汽车设计、工程场景数字化和企业运营仿真4个赛项，工程创客赛道包括关键核心技术挑战和未来技术探索2个赛项[3]。

2 以学科竞赛为载体的应用型人才培养机制研究和实践

机械专业作为高等院校为工业界培养高素质工程人才的本科专业，是中国最早通过工程教育认证标准的专业之一，在新工科建设精神和工程教育专业认证的双重驱动下，结合产业需求办专业，为新经济发展培养人，为行业需求培养人，开展前沿课程建设、课程融合衔接、课程体系更新、项目驱动的校企合作办学等教学思考是每一位机械人义不容辞的职责。

目前湖南工业大学组织参加的机械类学科竞赛主要包括先进成图技术与产品信息建模创新大赛、机械创新设计大赛、挑战杯、工程应用能力竞赛、互联网+、三维数字化创新设计大赛等诸多项目，取得了不错的成绩，展现了以学科竞赛为载体的应用型创新人才培养的良好机制，主要做法包括以下几方面。

2.1 根据经济发展调整课程体系，更新人才培养知识体系

按照新工科建设和工程教育专业认证对于课程体系设置要求和指导意见，按照新工科建设和工程教育专业认证对于课程体系设置要求和指导意见，根据培养目标、毕业要求和专业特色，邀请企业或行业专家一起对目前课程体系中的课程进行梳理、调整和优化，将产业和技术的最新发展、行业对人才培养的最新要求融入课程体系，调整课程类别，调整课时结构。新制定的培养方案中的课程体系加强了与新技术的必要融合，专业方向结合学校包装特色，突出智能包装装备设计及应用，新开设了“程序设计基础（Python）”“机械三维建模技术”“包装自动控制技术”“智能制造技术基础”“工业机器人产品包装应用”“工业以太网与控制器组网技术”“3D打印技术”“生产与运作管理”等前沿类、交叉管理类课程，从而更新人才培养知识体系，逐步实现产品智能化设计与制造转型，培育新型工科技术人才。

2.2 基于学科竞赛贯彻立德树人的根本任务

学科竞赛是师生互动最好的平台，特别有利于学生运用知识、能力培养和素质塑造。学科竞赛的开展，让教师和学生有了交流的共同语言，师生更容易拉近关系，形成亦师亦友的平等关系，通过指导教师的人品、才能、素质、性格、态度各方面来影响和培育学生，潜移默化中帮助学生形成独立思考、独立选择、独立解决问题的认识及行为能力。学院竞赛指导小组组织指导教师认真学习和分析每类学科竞赛活动的主题与任务，研讨学科竞赛在学生自我创新精神拓展和工程素质培养中承担的功能和所起的作用，突出了学科竞赛的素质培养目标功能，要求指导教师积极开发学科竞赛中所蕴含的思政元素，设计基于思政教育为主线的竞赛教学组织，将知识运用、能力培养、素质内容和素质目的清晰呈现在学科竞赛指导之中，时刻不忘为党育人、为国育才的人名教师使命。

2.3 基于“CDIO”教学理念，学科竞赛指导课程教学改革

CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运作（Operate），是国际工程教育的改革成果，是“做中学”与“基于项目的教育和学习”的集中概括和抽象表达，它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程[4]。基于“CDIO”教学理念，积极探索学科竞赛为载体的课程教学改革，将学科竞赛融入到湖南工业大学常态化的教学活动，从原本的“先学后做”过渡到“边做边学”，学习的动力和目的更加明确。根据学科竞赛的具体要求，对“机械制图”“机械原理”“机械设计”等主干课程实施相应的教学改革，主要包括以下几方面的工作：①在教学内容上，弹性地引入与先进成图技术与产品信息建模创新大赛、机械创新设计大赛、工程应用能力竞赛等相关内容。②改变单向灌输式教学，实施以竞赛问题为项目驱动的启发式、讨论式和发现式灵活的教学方式。③探讨实验教学、课程设计和理论教学相互融合交叉的教学模式，在课程设计和实验教学中布置竞赛项目为主题的开放性题目，例如在工程制图测绘的训练和考核中，紧扣先进成图技术与产品信息建模创新大赛主题对于尺规绘图、三维建模、构思设计的基本要求；在“机械原理”的课程设计中，以机械创新设计大赛主题布置开放性的机械系统运动方案设计题目，致力于培养学生的创新思维和创新能力；在“机械设计”课程中，改变传统的二级齿轮箱的设计，而以“机械原理”课程设计为基础，完成系统的结构设计与计算，增加了任务的创新性和挑战性。通过教学竞赛和理论教学、实践教学的融合，促进产业和行业新知识的融合，促进理论知识的掌握和运用，实现产品“构思、设计、实现、运行”的全周期的训练过程，培养学生的工程素养、创新能力和运用新技术的能力[5]。

2.4 以学科竞赛为依托，校企联合协同育人

机械专业学科竞赛近年来表现出了高度的专业化、综合化、系统化、实用化特点，高水平学科竞赛项目往往需要学生掌握全面的专业知识，甚至学科交叉的知识，竞赛项目的选取和设计也和企业、行业的实际需求开始高度契合，和学科前沿的联系更加紧密[6]。学院以学科竞赛为契机，主动应对新技术与机械工程技术的相互交叉、渗透、融合，先后和北京华清远见科技发展有限公司、北京昊科世纪信息技术有限公司、武汉仰实科技有限公司、贝加莱工业自动化等企业展开协同育人合作。学院与企业共同研究课程体系构建和实践教学环节设计，并借助企业在智能控制方面的优质资源，校企合作申报教育部产学合作协同育人项目，校企共建智能装备控制技术类实验平台。

通过平台，丰富了实验室单片机、嵌入式、智能控制、机器人实训等方面的实验设备，为学生实践学习、项目开发、竞赛指导提供硬件支撑。通过平台，既提升教师的教学水平，又引入智能控制工程实践类师资，打造双师型教学队伍，为人才培养构建核心的智慧平台。目前学院有5名教师参加了武汉仰实科技有限公司、北京华清远见科技发展有限公司等企业组织的智能装备、机器人技术等前沿技术的多次学习培训。与此同时，企业工程师到校给学生进行机械创新设计大赛、大学生机器人大赛等学科竞赛的智能装备控制技术指导以及大学生创新创业训练计划项目申报指导。通过平台，更新课程内容和改革教学方式，提炼与行业最新技术紧密结合的工程实践项目，建设企业主导的任务型项目、具体岗位的操作型项目、目标导向的企业化运作项目、校企合作的科技创新和科研训练项目。目前学院与北京华清远见科技发展有限公司联合共建实验室，开设以智能小车、智能机械臂、四旋翼飞行器等为对象的智能装备控制技术实训项目，以项目驱动教学，推动本科教学从“教得好”向“学得好”转变。通过平台，契合新工科建设的国家战略规划，主动应对新技术与机械工程技术的相互交叉、渗透、融合，主动服务行业企业需要和要求，为新经济发展培养人，为行业需求培养人，推进开放式办学，推动跨学科培养，推进信息技术与工程教育的融合。

2.5 建立一套良好的学科竞赛管理制度

学院为学科竞赛制定完善的学科管理制度和提供充足的经费支持。经费支持方面的制度包括：①学科竞赛以项目申报的形式立项，有指导团队、有参赛学生均可立项，参赛项目的使用经费没有封顶，只要是合理的都会被批准；②学校给学科竞赛安排了工作室和制作室，并购置了计算机云平台、3D打印等装备；③学院按照实际辅导竞赛时间给教师课时补贴，给参赛学生适当的生活补贴，并加大了对获奖的学生及指导教师的获奖面和奖励力度；④鼓励学生发表论文、申报专利，并报销相关费用。

学科管理方面制度包括：①学院成立了教学副院长牵头的学科竞赛领导小组，确保各类学科竞赛有序进行；②在进修、聘级和评优等方面给予政策倾斜以此吸引教师投入竞赛工作，多渠道派遣教师参加培训或外出参加经验交流；③对于积极参与竞赛活动并取得不错成绩的学生抵充相应的创新创业学分，可以用竞赛获奖作品代替毕业设计和课程设计环节。此外，学院还特别重视学科竞赛文化的营造，设立学生课外科技成果陈列室，通过学院宣传栏、网站等渠道宣传参赛和获奖消息，定期组织学科竞赛专题经验交流会，激发学生参与学科竞赛的热情。

2.6 积极推进混合式教学方式

混合式教学模式是在“互联网+”时代基于网络将在线教学和传统教学的优势结合起来的一种“线上”+“线下”的教学方式，是学习理论、学习风格、学习方式、学习资源和学习环境的多种混合[7]。基于混合式教学理念，采用包括前期分析、教学设计、线上教学实施和考核评价4个阶段的混合式教学模式（如图1所示），因材施教，利用课前课中课后时间以及线上线下空间开展混合式教学，实现立体化的全过程师生沟通与及时反馈，改进和完善教学资源、教学方法和教学手段，促进“教与学”的动态反思和不断改进。

图1 混合式教学模式结构

3 改革成效和发展方向

近年来，学院本着改革、实践和建设三位一体的建设方针，依托学科竞赛培养学生的工程意识、创新能力和素质塑造，取得了不错的成绩。2017年参赛学生首次在全国大学生节能减排大赛中获奖；2018、2019年连续入围全国应用型人才综合技能大赛总决赛；2020年在三维数字化创新设计大赛湖南赛区获得三项特等奖，全国总决赛二等奖1项、三等奖2项；2020年在全国先进成图技术与产品信息建模创新大赛中获得了8个单项奖，并实现团体奖的突破。特别令人欣慰的是，不少参加过学科竞赛的学生在就业和工组中体现出更好的综合素质和领导能力。目前，学院正在积极筹划跨专业组队参加中国机器人大赛、西门子智能制造大赛。总之，成绩代表过去，学院将进一步以学科竞赛为载体，贯彻“做中学”的工程教育理念，进一步深化产教融合校企合作，切实提高人才培养质量和培养水平。