以科技竞赛促进学生能力全面培养的案例研究

简毅文　桑煜峰　白睿杰　潘梓栋　李桐波

[摘 要] 大学生科技竞赛活动是高等学校本科生创新教育体系的重要组成部分，是培养学术人才的重要途径之一。更重要的，学生在参赛过程中收获了成长，在思考能力、动手能力、沟通协作能力以及书面表达能力方面得到了全面的培养和提高，增强了对课堂理论知识的理解和认识。对此加以分析和总结，可为学科競赛的深入开展、学生能力的全面培养和提高以及理论教学方式的改革和完善提供新的案例支撑。

[关键词] 科技竞赛;创新教育;能力培养;案例支撑

[基金项目] 2020年度北京工业大学教育教学研究课题“新工科背景下土木类建环专业开展项目化教学的探索”（ER2020B021）

[作者简介] 简毅文（1967—），女，江西上高人，博士，北京工业大学城市建设学部副教授（通信作者），主要从事建筑节能技术研究。

[中图分类号] G642.41 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）04-0176-04 [收稿日期] 2021-06-03

引言

国务院办公厅《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》明确指出，各高校都要合理调整专业课程设置，积极挖掘和充实各类专业课程所具有的创新创业教育资源。在传授专业知识的同时，加强创新创业教育，推动创新创业教育与专业教育紧密结合，让学生在创新创业中巩固专业知识，在专业教育中提高创新创业能力，为经济社会高质量发展培养大批敢闯会创的高素质人才[1]。大学生科技竞赛活动是学校本科生创新教育体系的重要组成部分，是培养学术人才的重要途径。教育部积极关注学科竞赛和人才培养工作，提出开展大学生竞赛活动，重点资助具有较大影响和参与面大的竞赛活动，激发大学生的兴趣和潜能，培养大学生的团队协作意识和创新精神[2]。

为全面贯彻党的教育方针，努力培养适应社会主义建设要求的高科技人才，国内各高校从教师、学生以及管理等多个层面相继开展了一系列的创新教育活动，积极鼓励和引导学生参加科技竞赛和调查实践等活动，开展了高等教育人才培养模式改革的有效尝试，对培养学生的创新能力起到非常显著的作用，有效地推进了高校大学生的科技实践活动，促进了实验教学改革;同时也锻炼了学生的动手能力，增强了学生的竞赛意识，培养了学生的团队合作精神以及在设计开发中的创新意识，倡导了理论联系实际的学风，为培养创新型人才开辟了一条有效途径[3，4]。目前已有很多科技竞赛管理模式、培养模式、培养路径等相关的分析报道，为大学生科技竞赛的广泛深入开展提供了非常具有借鉴价值的参考[5-8]。

一、案例介绍

节能减排是我国一项长期的基本国策，尤其在力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和行动目标的大背景下，节能减排更成为整个社会所有公民都应参与的一项重要活动。

全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛是由教育部高等学校能源动力类专业教学指导委员会指导、全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛委员会主办的学科竞赛。该竞赛充分体现了“节能减排、绿色能源”的主题，紧密围绕国家能源与环境政策，紧密结合国家重大需求，在教育部的直接领导和广大高校的积极协作下，起点高、规模大、精品多、覆盖面广，是一项具有导向性、示范性和广泛性的全国大学生竞赛，得到了各省教育厅、各高校的高度重视。该竞赛活动每年举办一届，截至目前已举办了十三届。每届竞赛共有几百所高校报名参加，提交有效作品几千件，参赛学生人数超过16000人，参赛作品类型多、专业性强、涵盖面广，涉及了能源、机械、资源、建筑、电气、海洋、社会、经济、矿业等多个领域，不仅有关系到国民经济重大发展的能源生产问题，也有贴近日常生活节水节电的小发明和小制作等。竞赛委员会和专家委员会由院士、高校领导、长江学者等著名专家组成。节能减排大赛已在全国高校范围内产生了重要和深远的影响，形成了广泛的参与度，由此增强了大学生的节能减排意识，促进了当代大学生对生活的认真观察、对于人类社会可持续发展的高度关注和对节能减排技术的深入理解与应用。

与全国的比赛相对应，北京工业大学每年举办一次节能减排大赛，目前共举办了十二届，得到了校内学生的广泛响应。每届比赛将获得一等奖、二等奖的前6名获奖作品推荐参加全国的节能减排大赛。笔者基于多年空调行为研究的科研实践，带领学生通过对教学楼空调及照明设施开启运行状况的观察及由此产生的能耗影响状况的思考，提出了一种新型基于人体红外感应电子模块的空调及灯光开关的自动控制系统，以期避免环境控制责任主体不明确、教学楼空调系统能源浪费现象严重的问题。本项目将传统空调系统、人体红外感应模块和人工智能深度学习有机结合，该控制系统结构简单、泛用性强、成本低、回收期限短和节能效果显著，搭建了与建筑房间相结合的整体模型，并针对红外测点位置的选取开展了细致的理论研究。

二、学生反馈

为真实反映学生在此次科技竞赛中的收获和成长，体现学生在思考能力、动手能力、沟通协作能力以及书面表达能力方面的提高，以下直接给出各主要参赛学生的感受和体会，也为课堂理论教学方式的完善提供第一手的反馈信息。

（一）学生A

转眼间，本项目的研究已经历时一个月，从2021年4月开始到现在，我们从申请立项到提交申报书及说明书最终通过初审，并荣获二等奖，这无疑是对参与本项目研究同学辛苦付出的最好回报。

此次比赛中，我最大的感触就是，项目能够取得现在这样的成绩，离不开每个人的努力。在整个研究过程中，我提高了研究问题的能力和方法，明白了当遇到问题的时候应该从什么样的角度去思考问题。在研究课题的过程中，我更加认识到，若想要以不同的方法解决问题，就必须提高对相关问题的思考和研究的敏锐度。同时，通过一个多月的合作，我充分认识到合理分工与组内协作的重要性。由于时间比较紧迫，工作量大，我们能够保质保量完成任务，都是得益于合理的分工，这对于我们解决日常学习生活中所遇到的困难也有着很大的借鉴意义。

总之，参加科技竞赛对我来说是百利而无一害，我能够从中学到很多在课本中无法学习到的东西，收获颇丰。

（二）学生B

在这次节能减排大赛中，简老师作为我们的指导教师，为我们的研究提出了专业性的意见，提供给我们各种宝贵的研究资源，给予我们很大的帮助，令我们受益匪淺。

我们小组有两位来自电控专业的同学，他们主要负责自控系统设计和编程的部分。这次跨专业的合作让我学习到许多电控专业的知识，我深切地感受到不同领域知识的共通性和互补性。这不仅拓宽了我的知识面，也让我对自控系统在节能减排方面的应用产生了一些新的思考。

此外，在教师的指导下，我还提前接触了有关建筑环境及HVAC系统模拟的DeST软件，并与研究生学长进行了相关交流。这让我对本行业使用的软件有了提前的认识，对我专业知识的学习也起到很大的帮助。

在撰写说明书、申报书时，教师也是逐词逐句审阅，为我们指出错误、提出修改建议。我认为这些规范和技巧对我是有很大帮助的。在科研过程中必然少不了文章的撰写，在校期间学习并掌握相关技巧是非常有意义的。

在这次竞赛中，我明显感受到自己的交流能力、专业知识、思维方式等都有了不同以往的变化。这些个人能力的提升都离不开教师在各方面的支持。在今后的学习中，我也将牢记这次可贵的经验，不断钻研，不断进步。

（三）学生C

科技竞赛是一个连接课内知识与实际应用的桥梁，通过参加科技竞赛巩固和扩大理论知识是很高效的做法。

在和同学相处的过程中，我发现他们在常规课程中往往无法很好地理解知识。同学们即使完成了作业，也做不到真正地掌握知识。完成作业就如同图灵测试中学习中文的任务一样，学生不需要理解知识，大部分时间只需要照着PPT简单地套公式即可完成;但课本中的知识意义并不明确，对于没有实操经验的学生就是空中楼阁，就算会做题，真正问起这些知识的用处在哪也不清楚。

而在我看来，科技竞赛中，一切都是从应用出发的。项目有应用的背景，目标明确，过程清晰，学生至少知道自己在干什么。面对空白的答卷，学生必须要思考知识与应用的关系，即如何才能让知识为己所用。我认为这个过程是极其珍贵的，它同时解决了掌握不牢和用途不明两个问题：掌握不牢，理论计算怎么能做得对;用途不明，怎么能根据知识设计出模型。

更进一步地讲，尝试应用本身就学生而言也是有益的。应用不光反哺了知识，也让学生了解了生产实际情况，更方便与未来的工作接轨。常规课程中最缺乏的就是实际应用，而科技竞赛正好弥补了这一问题。

（四）学生D

我觉得科技竞赛相较于专业的学科学习更加注重实践，能更综合应用理论知识。科技竞赛无疑是一个更高的平台，让我们能够自主钻研、锻炼学科能力、提升专业技能。而教师对科技竞赛所提供的支持和指导让我们能在科技竞赛中更快更好地发展和成长。

（五）学生E

通过此次竞赛，我主要是学习到了如何通过和同学们相互配合去完成一个整体的项目。首先是每个同学有擅长的领域，针对各自的优势进行分工，这样可以大大提高效率。其次，是在项目进行过程中，往往会遇到一系列问题。例如，我们做这个模型的时候，常常会遇到一些器件不太会用或者是精度不高的问题，通过一次次的尝试和努力，最后成功解决了问题，这种不断尝试的坚持也是很重要的。

（六）学生F

通过这次参赛，我的反应能力和专注度有所提升。在讨论模型细节的时候，我们需要快速理解别人所描述的抽象的模型并在脑海中想象出大致的样子，在他人发表完观点后，需要针对他人的想法提出一些建议或者问题。这个过程中，我们需要注意力高度集中，并快速思考，尽可能多地考虑到各个要素对于结果的影响。开始的时候，我会出现跟不上他们讨论节奏的情况，就是我的脑海中不能很快形成他们所描述的模型细节，他们发表完观点后我不能提出自己的想法。但是在经历了一次次的讨论之后，我发现我现在能加入讨论中去，甚至还提出了一些意见，同时发现平时做事情也更加专注，逐渐开始对一些事情进行深度的思考。

通过这次参赛，我的沟通能力有所增强。在项目的每一个环节，我们都会进行沟通和讨论，需要汇报自己已经完成的工作以及商量后续的计划并合理分工。在这个过程中，我觉得自己的沟通能力有所提升。我们在第一次线下沟通的时候把这个项目分成几个部分，并列出每一部分大致需要完成哪些事项以及需要注意的问题，还列举出了可能会遇到的困难以及现在可以利用的资源。在后续的一次次会议中，我们会沟通和分享分工和自己的一些好点子。比如3D建模时红外线的安装位置，我们各自提出想法并展开讨论。在这整个过程中，我们需要准确表达自己内心的想法并以一种逻辑清晰的方式展现出来，我觉得对我们的沟通能力很有帮助。

通过这次参赛，我学会了如何做项目研究。之前没有什么竞赛经验，也没有做过这种项目研究，这次的科研项目让我学习到了如何进行项目研究。首先是项目的可行性及其研究意义，这也是我们费了那么多功夫进行能耗计算的目的。我们需要验证一个项目存在的意义，否则我们所做的工作也将没有意义。其次是针对需要解决的问题寻找合适的资源并进行明确的分工。比如暖通的同学负责能耗计算、模型搭建、3D建模等，电控的同学需要设计电路、红外模拟等。然后就是定期举行会议上报进度，并不断解决每个环节遇到的问题和困难。定期的会议上，两位教师都会提出宝贵的意见，解决我们遇到的困难，让我们之后的工作方向和重点更加明确。

结语

创新是一个国家和民族不断持续发展的灵魂所在。高等学校在国家的建设和发展中担负着培养创新人才的重要职责。各项科研活动的参与为创新精神的培养、创新能力的提高提供了更广阔的舞台。

纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。通过学生的感受和体会可以看到，此次科技竞赛为学生提供了一个将理论应用于实践，从而加深对理论知识理解和认识，并促进学生能力全面培养和发展的平台。