陳榮軍，鄭雅妮，李綺橋，聶 瓊，王磊軍

（廣東技術師范大學，廣東 廣州 510665）

0 引言

“新工科”建設是我國教育部為主動應對新一輪科技革命與產業(yè)變革，支撐創(chuàng)新驅動發(fā)展、“中國制造2025”等一系列國家戰(zhàn)略，而提出的推動教育改革的“中國方案”[1,2]。從高校層面來看，“新工科”主要是指新興的工科專業(yè)和傳統(tǒng)工科的轉型升級[3]，要求工程人員具備寬廣的基礎知識、更高的創(chuàng)新能力和綜合實踐能力[4]。創(chuàng)新實踐能力是衡量一個國家是否具有可持續(xù)核心競爭力的一項重要指標。因此，我國高校應以培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和實踐能力的多學科交叉型與復合型人才為己任[5,6]。但目前我國高校正處于復合型人才培養(yǎng)的關鍵時期，創(chuàng)新實踐人才培養(yǎng)仍是教學建設中較為薄弱的一環(huán)。促進創(chuàng)新實踐能力的提升，學科競賽不失為一條很好的途徑。本文以物聯(lián)網工程專業(yè)為例，構建以建構主義學習理論為指導思想、以學科競賽為驅動主線，全方位、多層次提升學生創(chuàng)新實踐能力的新培養(yǎng)體系。

1 學科競賽驅動學生創(chuàng)新實踐能力的現(xiàn)狀分析

國內以學科競賽驅動學生創(chuàng)新實踐能力的研究文獻有很多，從《中國大學教學》《高等工程教育》《實驗技術與管理》《實驗室研究與探索》等具有典型代表性的核心期刊論文文獻來研究，2011年到現(xiàn)在共有191 篇相關文獻。如圖1所示，以學科競賽驅動學生創(chuàng)新實踐能力的研究一直呈遞增趨勢，體現(xiàn)出該方向是研究熱點。另外，如圖2所示，以學科競賽驅動學生創(chuàng)新實踐能力的相關課題研究基金支持論文占總論文數(shù)27.5%，其中僅國家自然科學基金資助論文占總論文數(shù)9.89%，占所有基金數(shù)的38%，體現(xiàn)出國家和各政府部門也非常重視該研究方向。因此，學科競賽驅動學生創(chuàng)新實踐能力不僅是研究熱點，還是國家培養(yǎng)人才戰(zhàn)略的重點。

圖1 學科競賽驅動學生創(chuàng)新實踐能力相關文獻年度分布情況

圖2 學科競賽驅動學生創(chuàng)新實踐能力相關文獻基金資助情況

文獻中以學科競賽驅動學生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的研究方法有很多，如夏春琴等人[7]等根據(jù)自身院校的特點，以課程改革為基礎、學科競賽為載體，提出了創(chuàng)新人才分層次培養(yǎng)模式；劉立等人[8]在對學科競賽進行分析的基礎上，提出適度增量、開放自愿、學生主體等學科競賽基本原則，制定出“賽學一體化”的培養(yǎng)模式；文獻[9]根據(jù)本科實踐教學存在的問題，推進教學手段、育人模式的優(yōu)化和創(chuàng)新型實驗平臺的建設，進而推動學生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)。

綜上所述，學科競賽在一定程度上能夠促進學生的創(chuàng)新實踐能力，但如何以興趣式、項目式驅動學生自主完成學科競賽、自主建構創(chuàng)新實踐能力是目前人才培養(yǎng)研究里普遍缺失的。從有關學科競賽與創(chuàng)新人才培養(yǎng)的研究現(xiàn)狀中可以發(fā)現(xiàn)，有的研究者一方面在強調學科競賽是創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要途徑，是創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，但又把參加學科競賽看成是對學生實施閑暇教育的一部分。這說明對于學科競賽在培養(yǎng)創(chuàng)新人才中的重要性尚未真正認識到位。值得注意的是，在這些研究成果中，系統(tǒng)性、建設性、創(chuàng)新性的研究較少，尤其缺乏一套完整的系統(tǒng)理論體系。因此本課題的研究對建構主義學習理論的應用、對以學科競賽驅動學生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)具有比較重要的價值。

2 建構主義理論指導下學生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)體系的研究

2.1 建構主義學習理論

建構主義將學習定義為學習者利用一定的輔助手段，在實際學習情景中對已有知識進行重新認識，并對新知識進行建構的過程[10]。建構主義強調學習者是信息加工的主體，是意義的主動構建者，而不是在外部條件刺激下的被動接受者或被灌輸對象。如圖3所示，建構主義包含了情景、協(xié)作、會話和意義建構四要素。建構主義認為學習者需要在一定的認知情景中才能有效建構知識。因此，教師需要為學習者提供合適的認知情景。協(xié)作和會話要素強調了學習者之間和教師與學習者之間交流的重要性。教師在意義建構過程中充當著幫助者、引導者和促進者的角色[11,12]，而不是知識的傳授者和灌輸者。

圖3 建構主義學習理論

2.2 學生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的特點分析

創(chuàng)新實踐能力是指利用已有知識和經驗，提出有價值的新思想、新方法和新成果，新穎而獨特地解決實際問題的能力[13]，可以說是個人綜合素質的最高體現(xiàn)。培養(yǎng)創(chuàng)新實踐能力則可以從以下三個方面進行分析：

①興趣是動力，學生是主體，教師為主導

興趣是創(chuàng)新的源泉，是創(chuàng)新最好的老師。學生的興趣不是與生俱來的，需要教師啟發(fā)誘導，發(fā)揮其主導作用，培養(yǎng)學生收集、處理、加工信息的能力，鼓勵學生主動探求新知，讓學生的創(chuàng)新潛能得到最大程度的釋放，以此促進創(chuàng)新實踐能力的發(fā)展。

②自主學習的氛圍，啟發(fā)式的教學方法

在創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)中，啟發(fā)式是常用的教學方法，也是最為有效的方法之一。與傳統(tǒng)教學方法“以講為學”“以做為學”相對比，它更多的是讓學生主動思考“為什么這樣做”“還能怎樣做”等有價值的問題，充分調動學生的積極主動性，培養(yǎng)良好的思維習慣，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。

③回歸真實情境，注重實踐經驗，在實踐中創(chuàng)新

創(chuàng)新能力是依托于真實情境中的知識應用和技能而習得的，抽離真實情境的實踐無法驅動創(chuàng)新的產生，因此創(chuàng)新須在具體實踐活動中體現(xiàn)出來，驅動學生對自身與環(huán)境的審視以及對已有技能的重構[14]。

2.3 體系構建思路

建構主義認為學習者的學習應該是主動構建知識經驗的過程，在原有知識經驗的基礎上與新知識產生矛盾，重構認知過程，更新原有的知識體系。這個過程總是在一定的情境下進行的，不可能超越具體的情境來獲取新知識，學生在真實的情境中、在指導教師的幫助下自主探索[15]，主動構建意義。在建構主義學習理論的指導下，以學科競賽驅動學生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)體系的構建思路如圖4所示。該體系從學習者的角度出發(fā)，用學科競賽去多樣式地驅動學習者學習課程，在建構主義視域下去設計學生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)體系，強調實踐情景，注重學習的協(xié)作會話，引導學習者進行意義建構，從而培養(yǎng)學習者的創(chuàng)新實踐能力。

圖4 創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)體系的構建思路

3 基于建構主義學習理論構建物聯(lián)網專業(yè)培養(yǎng)體系

物聯(lián)網是一門涉及計算機、電子信息、通信等多種領域知識的新型交叉學科，僅從理論學習的層面上很難將各學科融合在一起，因此實踐教學在其專業(yè)教學中顯得尤為重要[16]。物聯(lián)網實踐教學過程必須遵循由簡到繁、由易到難、由深到淺的原則[17]，在建構主義學習理論的指導下，學科競賽對理論的學習起到引導和鞏固的作用，能夠維持學生的學習動力。以廣東技術師范大學的物聯(lián)網工程專業(yè)為例，構建以學科競賽為載體、符合人才培養(yǎng)要求及學生發(fā)展需求的創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)體系，如圖5所示。

圖5 創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)體系

在建構主義視域下以學科競賽驅動物聯(lián)網專業(yè)創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)體系中，根據(jù)不同階段學生學習任務的不同，設計相應的學科競賽。一年級階段，主要學習公共基礎理論課程，包括物理數(shù)學類課程、軟件編程基礎類課程、電子硬件基礎類課程，與之配套的競賽有全國數(shù)學建模大賽和藍橋杯競賽。支架式教學法[18]是指教師在教學中為學生搭建腳手架，通過這些支架來引導學生進行下一步學習，提高解決問題的能力。由于一年級的學生還處于理論基礎知識薄弱的階段，因此需采用支架式教學法來進行相關課程教學，而配套的基礎競賽則以興趣式的方式來驅動；二年級階段，主要學習專業(yè)基礎課程，包括物聯(lián)網感知層、網絡層、應用層基礎類課程，與之配套的專業(yè)基礎學科競賽有全國大學生電子設計競賽、華資杯、全國物聯(lián)網設計大賽等。拋錨式教學法[19]是一種基于問題的教學，學生圍繞一個實際的問題進行學習產出，強調實際經驗的獲取。二年級的學生在一年級階段的學習之后，逐漸掌握一定的知識技能，能夠進行物聯(lián)網專業(yè)實際問題的學習，因此可以采用拋錨式教學法來進行專業(yè)基礎課程的學習，而專業(yè)基礎學科競賽也同樣采用問題式驅動；三年級、四年級階段，主要學習專業(yè)綜合課程，包括物聯(lián)網應用系統(tǒng)設計類課程、物聯(lián)網工程實訓類課程、物聯(lián)網專業(yè)實踐類課程，而與之配套的專業(yè)綜合學科競賽有全國移動互聯(lián)創(chuàng)新大賽、“互聯(lián)網+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、挑戰(zhàn)杯等項目式比賽。隨機進入式教學法[20]是來源于建構主義學習理論的分支，即認知彈性理論，通過不同的途徑、方式讓學生進入同樣的教學內容進行學習，從而讓學生能夠靈活運用所學知識。三年級、四年級則采用隨機進入教學模式驅動專業(yè)綜合學科競賽，可以全方位、多層次提升學生創(chuàng)新實踐能力。

4 實踐成效

實施教學以來，無論在學科競賽的獲獎層面，還是在學科競賽所衍生的科研成果層面，都取得了積極成效，大大提高了學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。如圖6所示，近4年來，廣東技術師范大學物聯(lián)網工程專業(yè)學生獲得省級、國家級競賽獎項的數(shù)量逐年上升，教師指導學生參加學科競賽獲得省級、國家級獎項共111 人次。其中，2020年由于受新冠疫情影響，獲獎人次較去年僅相差8 人次，與2018年同期相比增幅達59%。同時，以學科競賽為載體的創(chuàng)新實踐教學模式，營造了濃厚的科研創(chuàng)新氛圍，專業(yè)負責教師在該培養(yǎng)體系下指導物聯(lián)網工程專業(yè)學生先后申請發(fā)明專利2項、實用新型專利2 項、軟件著作權11 項和4 項國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目，獲得良好的社會榮譽，這不僅能有效地促進本校教學質量和科研水平，還能有效地提高學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。

圖6 2017—2020年學生獲獎情況示意圖

5 結語

在建構主義學習理論的指導下，以學科競賽為驅動點，在自主學習、合作學習與探究學習等方式的作用下，從根本上解決了過去單一的教學模式所存在的問題，詮釋了“以學生為中心”的教學原則，讓學生從被動接受知識轉變?yōu)橹鲃訁⑴c學習，切實提高教學質量，形成有效的教學模式。進一步彌補了學科競賽驅動創(chuàng)新實踐人才培養(yǎng)在理論指導和實踐操作中的不足，細化了在建構主義學習理論下如何以興趣式、項目式等驅動學生自主完成學科競賽、自主建構創(chuàng)新實踐能力的教學研究。因此，本研究對提升教學質量，培養(yǎng)高素質創(chuàng)新應用型人才有重要的現(xiàn)實意義。