以學科競賽促進自動化專業教學改革的嘗試

郭海如 萬興 崔雪梅 熊曾剛 甘家梁

摘 要： 為進一步提高我院自動化系學生的動手實踐能力，探討地方性應用型本科學科競賽的特點、地方高校學科競賽存在的問題，本文以學科競賽為核心，探討學科競賽對教學改革的促進作用。經過教學改革實踐，我院自動化系實踐教學取得很好的效果。

關鍵詞： 學科競賽 實踐創新 教學改革 自動化專業

培養具有創新和實踐能力的創新型人才是地方應用型高校的主旋律，學科競賽是高校培養學生創新實踐能力的重要途徑[1-3]。國務院辦公廳在國辦〔2015〕36號文件中指出，學科競賽是提升大學生動手能力、創新能力重要的載體和平臺，為學生的就業提供重要的保障[4]。

目前，我國地方性本科院校在傳授學生基礎知識方面已較為成熟，但是對于如何提高學生的實踐創新能力，各高等院校仍在不斷探索中[5]。

一、我院學科競賽的特點

我院自動化系學科競賽從十年前起步，到現在已經比較成熟，各方面機制相對比較健全。我院自動化系學科競賽在不同階段呈現如下特點：

1. 2009年—2011年，我院學科競賽處于起步階段，以智能車競賽為主，學生基本上沒有參加其他類競賽。智能車競賽涉及機械設計、電子電路設計、軟件編程等。其中軟件編程又包含底層驅動編程及C語言編程能力，另外，還需要控制算法等。對學生綜合能力要求很高，所以，智能車競賽適合于團隊賽。但團隊賽也會帶來另一個問題，例如某些同學學習能力較強，團隊成員參賽不夠積極，容易導致團隊成員之間任務失衡。因此，團隊賽在一定程度上存在學生獲得了獎項，但實際上沒有真正參與競賽的現象。

2.近三四年來，我院自動化系增加了藍橋杯電子類競賽。因此，近幾年來我院以智能車競賽和藍橋杯電子類競賽為主，其他類競賽基本上沒有學生參與。藍橋杯電子類競賽是個人賽，只能靠同學們個人努力獲獎。該競賽側重編程能力，主要是寫驅動程序的能力和C語言邏輯編程的能力。該競賽杜絕了學生渾水摸魚的現象，只要學生獲獎，就說明該學生具有一定的編程實踐能力。但該類競賽涉及面相對比較窄，盡管賽題來自于實際的工程實踐，但是，該競賽對學生其他方面能力鍛煉不夠，例如電路制板、上位機開發等方面幾乎是空白。這些技術在實際企業生產中必不可少。

3.其他類學科競賽：我院學生90%以上參加智能車和藍橋杯電子類競賽，每年有三十以上人次參加，基本上把相對優秀的同學都吸收到了這兩種學科競賽，導致其他競賽幾乎沒有同學參加。但其他種類競賽，例如大學生創新創業、“互聯網+”和挑戰杯等競賽，對學生技術方面沒有任何限制要求，容易自由發揮，學生可以根據自己的興趣愛好等進行拓展創新。這類競賽對提高學生的綜合素質有很大的幫助，但這方面競賽我院學生很少參與，因此，該類競賽是后期有待加強的重點。

二、學科競賽存在的問題

我院自動化系學科競賽從最初的規模不大，參賽獲獎數量很少，到目前每年三四十人次參賽，獲獎率和獲獎層次逐步提升。在學科競賽組織過程中，不斷總結經驗，解決存在的問題。經過多年組織競賽經驗，主要存在問題如下：

1.領導重視，經費管理。學科競賽需要指導教師投入大量的時間和精力，電子類競賽涉及硬件平臺的購買及改進，各種耗材的購買等。若經費得不到保證，競賽的組織工作幾乎很難推進。經費管理方面應該規范，我們院在智能車和藍橋杯競賽方面管理很規范，學生參賽的規模也很大，基本上已經很成熟。但“互聯網+”、大學生創新創業和挑戰杯競賽經費管理還不到位，該類競賽必須等學校教務處立項成功之后，才會有經費支持，而且必須等該課題結題之后學生才可以報賬。課題結題之后，雖然經費都已經以文件的形式發到各院系，但真正具體報賬的時候，經費卻很難報出來。針對這種項目式競賽，建議提前下撥部分經費，能夠維持購買相關耗材，讓學生邊做邊用，結題時再根據做的情況給予獎勵。

學生使用經費管理方面需要規范，同樣，對于指導教師也需要規范管理。地方性高校存在大量指導教師雖然掛名但實際沒有指導競賽的現象。管理者應該制定相關穩定的激勵政策。

2.加強教師技術培訓。盡管我們院近幾年每年有三四十個學生獲得省三等獎以上學科競賽獎項，但實質上只有兩三位指導教師在真正指導學生競賽。這個跟地方性高校大環境相關，例如，教師課程多，面臨科研壓力大。抽不出時間做技術實踐，更沒有時間指導學生。關于教師技術方面，地方性應用型高校應該轉變辦學思路：應該重點強調應用實踐，調整相關晉升政策。地方性本科院校的學生入校分數低，近幾年我們院學生高考分數大概在460分左右，大部分學生畢業之后面臨很大的就業壓力。高校應該教學生一技之長，制定相關政策，讓更多的教師投入到實用技術的學習中，讓每個教師都能夠扎扎實實地帶學生做點技術，把學生的受益面盡量展開。在學籍管理上，應要求學生畢業之前獲得專業學科競賽獎項。

3.實驗室管理。課外創新實驗室建設為學科競賽提供重要保障，是師生交流的空間。沒有一定的實驗空間，學科競賽將很難開展。實驗室需要配備專門實驗員，相關設備管理，實驗室大門的開關情況等問題都應該得到很好的協調。對實驗室的管理，既要做到設備安全，又要兼顧開放時間的自由。我們院從沒有開放實驗室，到現在智能車和藍橋杯競賽兩個專用開放實驗室，中間經過了曲折的過程，目前在實驗室這方面基本成熟穩定，給學科競賽提供了可靠的保障。但我院實驗室管理主要存在人員不足情況，自動化和軌道交通專業只配了一個專業實驗員，而且實驗員還承擔智能車競賽。實驗人員不足，容易導致專業課實驗設備故障無法維護，專業實驗課效率低下，競賽經費報賬煩瑣等一系列問題。

三、學科競賽對教學改革的促進作用

經過多年學科競賽指導，在教學過程中，以競賽的需求作為驅動，對課堂教學和實踐教學不斷地改進，主要體現在以下方面：

首先，教學內容精心挑選。自動化學科競賽中用得最多的是微處理器，主要包含單片機原理及應用和嵌入式系統，這兩門課理論抽象，實踐要求高，企業應用非常廣泛。我們挑選入門最容易的51系列單片機作為教材。授課時，盡量簡化理論，每一個知識點均列舉日常生活中的具體實例，讓學生聽得懂、學得會。嵌入式系統選擇全國各企業應用最廣的芯片STM32作為授課對象，讓學生學完了該課程，方便找工作。打破以前嵌入式系統泛泛講理論的陋習，使學生動手能力得到極大提高。

在教學過程中，每年更新課件，精簡授課內容，精心選擇課程設計題目。從最初課程設計的焊電路板到近期課程設計程序的編寫等，都經過了幾次修改。

其次，加強實踐教學。前期單片機教學主要講理論，做實驗用的是實驗箱，由于實驗箱是從公司購買，教材是其他高校老師編寫，存在教材內容和實驗內容一定程度的脫節現象。經過兩三年的改革，首先做到讓實驗課跟理論課統一。即課堂講授的具體例題，必須在實驗課上做出來，在課堂上以仿真的形式講授，講完之后，老師在課堂上用實物演示。然后讓學生下來看例題，再寫預習報告，上機實踐。接下來，做綜合性更強的課程設計，最后，做學科競賽的真題。經過這種改革之后，學生學習效果得到強化。以前學完一個學期，一個班級只有30%左右的同學單片機能夠入門，現在只有30%左右的學生沒入門，當然這跟學生學習態度關系很大。目前，只要學生愿意學，上課按部就班跟上的話就可以輕松入門。

課程設計環節經過幾次改革。以前做課程設計時，購買元器件，將現成的電路圖、程序等給大家備好，先讓組長做出實物，然后帶全班同學一起焊接。一個一個同學驗收，并當場給分。這樣對學生的動手實踐能力有很大提高，但是，單片機的應用主要在于編程。因此，經過幾次改革，將單片機的零散元件變成模塊。將模塊做好或者購買之后，讓學生圍繞單片機的最小系統進行插線并擴展功能。這樣做驅動學生必須掌握接口原理才知道如何接線，大大提高了動手能力。另外，接好線之后，讓學生自己拓展功能。兩三個同學一組，必須實現的功能不同。做完之后，還是要求一個一個檢查并當場給分。在我們嚴格規范的管理下，學生編程能力得到大大提高。

再次，課程學習各個環節環環相扣，構建立體化教學體系。講授單片機課程之前反復強調學習這門課的重要性及特點：跟學生考研復試、找工作息息相關，重要的學科競賽都會用到這門課。該課程不適合自學，跟上老師的步伐，半年可以入門，但自學的話兩三年入不了門，等等。課堂簡化教學內容，精簡實例，從課堂仿真、實物演示，到學生自己動手實踐，再到實驗、課程設計和學科競賽，環環相扣，逐步加深。

在課程安排方面，我們適當調整排課順序，按照原計劃，單片機課程安排在大三，但為了提高學生動手能力，我們特意安排在了大一下學期授課，盡管有些電子類的基礎課沒有學習，但是學生在學習中還是能夠接受該課程，并取得很好的學習效果。

四、學科競賽成效

以學科競賽為抓手，教學工作圍繞學科競賽展開，經過多年教學改革，我院學生在近幾年學科競賽中取得的成績突飛猛進，其中：

2016年獲全國智能車競賽決賽第三名。

2017年獲全國智能車競賽決賽第二名。

2018年獲全國智能車競賽華南賽區舉辦權。

2015年—2017年全國藍橋杯電子類競賽，從參賽以來連續三年獲得二十項省三等獎以上，平均每年獲國賽獎三項，連續三年代表學校獲“優勝學校”榮譽稱號。

連續四年，學生參賽人數平均每年達四十人次，每年平均獲省賽三等獎以上三十余項，學生受益面大幅增大。

五、結語

近幾年我院學科競賽獲得長足發展，以學科競賽為抓手，帶動教學改革。雖然在很多方面取得了很好的成績，但有些方面還需要根據實際情況做進一步改革，不斷提高教學質量，增加學生受益面，為社會培養更多優秀人才。

參考文獻：

[1]楊志東，陳小橋.學科競賽與創新人才培養模式的探索與研究—以電子類學科競賽為例[J].實驗室技術與管理，2016（2）：14-16，23.

[2]王利，李養良，劉良文.基于學科競賽的大學生創新創業能力培養研究[J].教育教學論壇，2017，23（6）：54-55.

[3]李淑芝，蘭紅，楊書新.以學科競賽為依托強化信息類學生創新能力的探索與實踐[J].江西理工大學學報，2013，34（2）：70-72.

[4]李國鋒，張世英，李彬.論基于學科競賽的大學生創新能力培養模式[J].實驗室技術與管理，2013（3）：24-26.

[5]董健，郭迎.以大學生創新性實驗推動本科生培養模式改革[J].實驗技術與管理，2013，30（8）：183-186.