基于競賽項目培養大學生創新意識和綜合能力的實踐與探索

李智煒 宋兵 王璽

[摘 要]為加強創新人才教育培養，通過創新設計競賽項目發散學生的思維，對全面提高教育質量，培養學生創新意識和綜合能力十分重要。文章以本校參加湖南省物聯網應用創新設計競賽項目為例，從賽前培訓、學生選拔、賽道選擇、競賽成果四個方面總結了培養大學生創新意識和綜合能力的實踐經驗，著重分析了對理工科專業人才進行前沿交叉學科素養培訓的重要性和必要性，旨在為綜合型創新人才培養提供理論和實踐參考。

[關鍵詞]學科競賽;創新意識;綜合能力;創新設計競賽;創新人才教育培養

[作者簡介]李智煒（1989—），男，江西南昌人，博士，國防科技大學電子科學學院講師，主要從事電子電路與信息器件研究;宋 兵（1989—），男，湖南常德人，博士，國防科技大學電子科學學院講師，主要從事智能信息器件研究;王 璽（1979—），女，陜西咸陽人，博士，國防科技大學電子科學學院副教授，主要從事嵌入式電子系統研究。

[中圖分類號] G642[文獻標識碼] A[文章編號] 1674-9324（2020）46-0-03[收稿日期] 2020-10-04

大學生的創新意識和綜合能力是人才教育培養的關鍵問題。“十四五”時期是中國在全面小康基礎上，邁向現代化目標的第一個五年規劃，我國科技事業比過去任何時候都更加需要增強創新這個第一動力。習主席在2020年9月11日主持召開的科學家座談會上強調，要加強創新人才教育培養，把教育擺在更加重要位置，全面提高教育質量，注重培養學生創新意識和創新能力。

競賽是培養大學生創新意識和創新能力的重要模式之一。湖南省物聯網應用創新設計競賽是面向大學生的科技創新活動，旨在提高大學生物聯網應用和設計開發水平，培養大學生的創新能力和團隊合作精神，提升大學生在物聯網技術相關領域的應用和實踐能力。文章以我校參加湖南省物聯網應用創新設計競賽為例，從賽前培訓、學生選拔、賽道選擇、競賽成果四個方面總結了培養大學生創新意識和綜合能力的實踐經驗，分析了對理工科專業人才進行前沿交叉學科素養培訓的重要性和必要性。

一、競賽案例

（一）賽前培訓

賽前培訓是強化大學生基礎專業知識，培養大學生動手實踐能力和激勵創新思維的重要過程。物聯網應用創新設計競賽不但注重對學科專業知識理解能力的考察，更注重對專業知識應用能力的考察。所以賽前培訓，一方面要引入科研思維進課堂，強化對所學知識的理解層次，拓展知識面;另一方面要引入科研成果進課堂，引導學生學會思考現實熱點科學問題中包含的專業知識，進而鍛煉他們應用所學知識解決實際問題的能力。

以我校參與項目“游泳安全智能檢測與預警”為例，該項目主要是解決如何在溺水事故發生時迅速找到溺水位置并及時通知救生員營救問題。項目團隊提出了一種基于藍牙通信的游泳安全檢測及預防系統，能夠同時包含主動及自動兩種報警形式：當人員在水中發生突發情況，例如抽筋、惡心無力時，在探測器沒有探測到溺水現象的時候人員手動按下手動報警按鈕，報告危險信號。在溺水者無意識的情況下，手環內的壓力傳感器和計時器會在溺水者處于一定深度以下一定時間后自動開啟報警功能，并通過與手動報警系統相同的傳輸途徑將報警信號傳至處理器與警鈴。在培訓的時候，一方面幫助該參賽小組的同學查漏補缺，強化該項目涉及的通信理論、數字電路、單片機、程序設計等專業知識;另一方面，教導他們如何進行文獻檢索和市場調研，學會發現問題，也即從中發掘出創新應用的想法。我們發現傳統救生員人力管理模式很難對突發溺水事件做出及時反應，因此如何在溺水事故發生時迅速找到溺水位置并及時通知救生員營救成為人們普遍關心的問題。同時在項目開發實施過程中，引導他們學會站在用戶端的角度感受和確定智能檢測方案以及控制預警方案，保證游泳用戶的體驗和安全性。

（二）學生選拔

物聯網應用創新設計競賽涉及的知識內容廣，注重的是小組團隊配合，通常每個參賽小組配置3名學生和2位指導老師。一般建議學生根據自身特長合理選擇所擅長的領域，包括硬件調理、window軟件編程、安卓軟件編程、文檔整理以及組織能力和想法構思。不要求每個小組團隊的每名學生對競賽所要求掌握的領域都精通，可以征求指導老師的建議和意見，通過賽前一系列的培訓，統籌安排好，形成小組內成員的優勢互補，做到小組在所需掌握的領域無盲區即可。依然以我校參與項目“游泳安全智能檢測與預警”為例，3名學生均來自大二年級的不同專業，考慮到他們不同的興趣愛好和專長，以硬件、軟件和文檔演示三項主要工作進行分工。

教師在競賽授課選拔時，要啟發學生如何用新視角挖掘創新點，如何閱讀科技論文，如何理解別人文章的產生創新點的角度和方法，再指導學生如何換一個新的角度產生自己的創新點，進而設計實驗測試自己的新想法。學生在老師的指導下逐步明白新視角思考的重要性和開拓性，也會在老師的指引下學會換個角度思考自己在競賽中遇到的問題。很多難事也許直面處理會很難跨越，但是如果換一個角度去想，塞翁失馬焉知非福，一些競賽中的困境便會迎刃而解。

另外，競賽畢竟是競技性的，必然存在淘汰機制，合理公平的淘汰機制也是刺激學生主動學習和思考、提高綜合能力的重要因素之一。湖南省物聯網應用創新設計競賽要求每個賽道中每個學校不超過5組參賽隊，而且創意賽賽道分初賽和決賽，所以在學生參與人數比較多的時候，要從中選優，挑選主動好學、學習能力的強的同學，保證公平性，即使低年級同學當年選不上，也要鼓勵其繼續努力，爭取明年能夠順利參賽取得好成績。

（三）賽道選擇

物聯網應用創新設計競賽分為創意賽、技能賽和挑戰賽三個賽道，每個賽道注重培養的創新意識和綜合能力各有側重點。

創意賽采用提交作品形式，以面向應用和解決實際問題為目標，發揮創意，在各項自選的軟硬件平臺上，開發一套物聯網創意作品，選題領域包括物聯網技術在生態農業、醫療健康、教育、智慧城市、智能家居、智能交通、節能環保、環境監測、智慧校園等領域的應用，以及大數據、人工智能技術在物聯網系統中的應用。入圍一二等獎的參賽隊須參加現場答辯，同時必須包含可演示的作品實物、答辯講稿;答辯時可播放動畫、演示視頻等輔助作品內容。

技能賽采用北京新大陸時代教育科技有限公司的物聯網競賽平臺Newlab-PRO和桂林智辰科技有限公司的物聯網實訓系統與競賽開發平臺IOTTrainTest2.0作為比賽指定設備。要求在規定的時間內，在該軟硬件平臺上操作，發揮各項軟硬件技能（如模塊的組裝和運行、嵌入式程序的編寫等），實現若干指定功能。

挑戰賽采用湖南中仁教育科技有限公司的物聯網教學平臺HXFD_JX_001，在規定的時間內，參賽團隊根據題目要求完成相應的代碼設計，主要包含數據傳輸及無線多跳自組網等內容，著重考察其對物聯網設備進行編程控制的能力。由組委會當場在統一平臺上測評，大賽組委會現場搭設的評分平臺來進行評分。

（四）競賽成果

2019年10月12至13日，來自全省29所高校一共171支隊伍的500多名同學參加了湖南省第三屆大學生物聯網創新設計應用競賽決賽。經過2天的激烈角逐，比賽最終選出創意類一等獎9項，二等獎19項，三等獎24項;技能類一等獎5項，二等獎10項，三等獎13項;挑戰類一等獎3項，二等獎5項，三等獎6項;團體獎6項。我校首次參加物聯網大賽，“游泳安全智能檢測與預警”項目憑借出色的創意從創意賽94支參賽隊伍中脫穎而出，榮獲本類別一等獎。另獲創意賽三等獎1項;技能類一等獎1項，二等獎1項;挑戰類二等獎3項，三等獎1項，榮獲團體獎第一名。

通過創新設計競賽項目提高了大學生對于各類專業知識的理解與應用。例如，“游泳安全智能檢測與預警”是一個綜合藍牙傳感器網絡、藍牙數據通信、可視化Python編程和單片機三點定位算法實現的綜合項目，涉及的學科有通信原理、數字信號處理、計算機編程、PCB制版、電工電子、生物醫學、人工智能等。該創意作品旨在提升游泳用戶的體驗以及保護他們的安全，實時監測游泳者在泳池中的運動狀況并提供預警信息，需要設計一款能夠智能存放、溺水報警、安全預警的手環。學生通過完成該作品，可以充分理解和應用RFID無線射頻技術、壓電傳感器工作特點、藍牙通信技術，以及上位機軟件編程技術，學會了如何運用所學知識解決實際問題，提升了學習興趣和綜合能力，鍛煉了發現問題、思考問題、解決問題的科研思維。

二、創新意識和綜合能力培訓實踐經驗總結

競賽是學生們鍛煉創新意識和綜合能力的重要平臺，通過系統的培訓使學生們能夠將專業知識理論與工程項目實踐進行有機的結合。在教育培訓的過程中，要遵循學生個性化指導原則和創新型人才的發展規律，構建以“個性化學習”為指導的創新型人才培養體系，并激發學生的激情和創新潛能。根據學生的學習興趣和能力，依據自己的專業，引導其學會獨立思考，充分享受自主學習的樂趣，并在學習過程中充分發揮自己的主動性，為培養學生創新能力提供必要的條件和廣闊的空間。

三、前沿交叉學科素養培訓的重要性和必要性分析

科技競賽可以增強學生的創新意識，是課堂教學以外的一種特殊訓練，也可以促進課程的訓練。科研訓練是在創新競賽的基礎上進行的更深層次的訓練，可以培養學生的科研素養和創新意識，鼓勵學生獨立學習，逐步成長為具有創新能力的人才，最終回歸到課堂和競賽中去。作為老師，不應讓學生機械地進行學習和動手實踐，而應當適當引入前沿交叉學科的科研成果動態，使他們始終保持自己的思維敏捷性，發現現實生活中不完善的領域，充分發揮自己的思考能力，嘗試完善科學設計方法，以取得更好的實踐結果。此外，在進行前沿交叉學科素養培訓的過程中，尤其要重視學生的創新意識，激發學生的創新觀念，激發學生的創新興趣，培養學生的創新能力，提高學生在實踐過程中分析和解決問題的能力，不僅有利于提高學生的創新能力，也有助于提高他們處理實際問題的能力，對學生的未來學習、工作和生活將有很大的幫助。

四、結語

創新意識和綜合能力培訓是創新人才教育培養的核心，通過動員學生參加創新競賽，增強了學生的實踐能力和競爭意識，培養了學生的創新能力和團隊精神。創新競賽將成為第二課堂創新實踐的核心載體，在培養具有較強創新能力和國際視野的創新人才中將發揮重要作用。

參考文獻

[1]習近平主持召開科學家座談會[N].新華每日電訊，2020-09-12（1）.

[2]習近平.在科學家座談會上的講話[N].人民日報，2020-09-12（2）.

[3]關于開展2020年（第四屆）湖南省大學生物聯網應用創新設計大賽的通知，2020-09-07，http：//www.hiotf.org/HNWLWXH/sta tic/ html/1600744440640.html

Abstract： In order to strengthen the education and training of innovative talents and cultivate students' divergent thinking through innovative design competition， it is very important to improve the quality of education and cultivate students' innovative consciousness and comprehensive ability. Taking our school's participation in the Hunan Internet of Things Application Innovation Design Competition as an example， this paper summarizes the practical experience of cultivating college students' innovative consciousness and comprehensive ability from four aspects： pre-competition training， student selection， track selection， and competition results. The cutting-edge interdisciplinary training for science and engineering professionals aims to provide theoretical and practical references for the cultivation of comprehensive innovative talents.

Key words： subject competition; innovative consciousness; comprehensive ability; innovative design competition; innovative talent education and training