学科竞赛赋能大学工科专业课程教学

［摘 要］大学工科专业为国家发展培养了大量的人才。然而，受诸多因素的影响，部分大学工科教师、学生的实践能力偏弱、工程素质偏低。文章以“中国大学生机械工程创新创意大赛：铸造工艺设计赛”为例，分析了学科竞赛的宗旨、竞赛过程、评价指标等，结合参赛学生的切身体悟和指导教师的实践经验，介绍了学科竞赛对提高大学生的团队协作能力、解决实际工程技术能力、建立工程价值观等方面的多重作用；同时剖析了学科竞赛对提高指导教师的实际工程能力的赋能效果。学科竞赛的指导经验表明，有益的学科竞赛能够实现“校企融合”“以赛促学、以赛促教”目标，极大地吸引大学生参与工程实践，同时有助于增强指导教师的工程意识和实践能力，为解决大学工科理科化的问题提供参考。

［关键词］学科竞赛；工程能力；铸造工艺设计赛；工科专业课堂教学；双赋能

［中图分类号］G642 ［文献标识码］A ［文章编号］2095-3437（2025）01-0006-06

2023年9月，习近平总书记在黑龙江考察调研期间首次提到“新质生产力”。新质生产力是以创新为主导，摆脱传统经济增长方式、生产力发展路径，具有高科技、高效能、高质量特征，符合新发展理念的先进生产力质态[1]。新质生产力的“三高”特征要求高校进一步更新育人理念和模式，培养更多高水平的人才。《中共中央关于进一步全面深化改革 推进中国式现代化的决定》提出，“教育、科技、人才是中国式现代化的基础性、战略性支撑。必须深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略，统筹推进教育科技人才体制机制一体改革，健全新型举国体制，提升国家创新体系整体效能”[2]。近年来，我国高等教育规模不断扩大，在促进高水平人才培养和科技创新上取得了长足的进步，但是仍存在传统教育理念“知识中心主义”“先理论后实践”的弊端，对学生尤其是工科大学生的自主性与开创性培养不足，导致出现部分学生工程素养不足、工程价值观失衡、工科理科化严重等问题[3]。在材料成型及控制工程专业（涵盖铸造、锻压、焊接、注塑、增材制造等热加工方向）相关的专业课程教学中，上述问题尤为明显，课程体系设置缺乏充足的实践环节，导致部分学生内生动力不足。

针对工科专业的工科理科化症结，各界尝试了各种办法试图解决，譬如推进新工科建设[4]、学习德国工程教育的模式等[5]。新工科建设要求提升学生的工程实践能力、创新能力、分析与解决工程问题的能力。通过动手实践解决复杂工程问题的能力是多元化和复合化的，要靠大量实践项目锻炼才能逐步形成。但根据现有的课程体系，学生进行动手实践的机会不多，且实践环节后置。通过联合社会力量和行业力量，引入学科竞赛不失为一种增强大学生工程意识和实践能力的方法。学科竞赛能有效激发学生创新思维、培养学生创新能力、锻炼学生工程实践能力、提高学生团结协作和管理能力。

本文结合项目组多年指导“中国大学生机械工程创新创意大赛：铸造工艺设计赛”（以下简称中国大学生铸造工艺设计赛）的实践感悟，将学科竞赛对于教师和学生的双赋能作用进行分析，力争为广大工科院校打破工科理科化的困境提供实践参考。

一、大学工科专业课程教学痛点分析

大学工科理科化，是指工科教育复制或应用了理科教学的模式和内容，核心特征是重理论轻实践、产研用能力较弱[6]。大学工科专业课程教学主要存在两个问题：一是以理论教学代替实践教学，套用理科的人才培养模式进行工科人才培养，忽视了工程人才培养应强化实践教学的规律；二是在强调实践重要性的同时，将实践教育狭隘化，过于强调实践的“独立性”，在实践与理论之间形成新的壁垒，非但没有强化实践教学，反而使实践对理论教学的支撑逐渐弱化[7]。近年来，受到实践教学安全压力较大、专业课堂课时少、大学生考研考公导向等多重因素的影响，加之“理论课程教学为主、实践教学为辅”的传统工科课程教学方式的习惯使然，大学工科教学的理科化现象愈加严重。

当前部分大学存在一定的同质化现象，评价体系较为单一，导致部分工科院校不得不关注“大科研”成果、“高水平”论文等量化指标。部分工科院校引进教师的条件侧重于科研成果，而不是教学能力和实践能力。工科院校对教师的考核更重视科研项目和“高水平”论文等科研成果，使得部分教师更为关注科研项目，而忽略了实践积累，工程应用教学能力不足。

如何引导工科院校教师将主要精力集中在教学和人才培养上，将科研与实际应用关联，推动教研成果转化以及产业技术的进步，培养更多的工科人才，是当前广大教育工作者需要思考和探索的问题。

二、学科竞赛赋能指导教师

（一）中国大学生铸造工艺设计赛要求

中国大学生铸造工艺设计赛旨在为材料成型相关专业在校大学生提供实践平台，鼓励学生紧跟铸造技术发展，学习铸造专业知识，提高铸造工艺设计能力和相关操作技能，提升工程实践能力与创新能力。该赛事自2009年举办以来，历经14届，已累计有150余所高校的2.5万余名大学生参赛。竞赛凭借参与人数多，影响范围广，连续入选“全国普通高校学科竞赛排行榜”。该赛事的竞赛等级、赛制形式、赛事成效和社会影响得到了行业和各参赛高校的认可。华中科技大学参与该项赛事的人数年平均近百人，获得一等奖（本文提到的奖项均指全国决赛奖项）的人次约为8人次/年，该竞赛是最受欢迎的国家级大学生学科竞赛之一。

表1是中国大学生铸造工艺设计赛评分细则。可以看出，工艺设计和设计优化、对零件的理解与分析、铸件成型后处理和缺陷预测等在整个设计评分细则中占比较大。整个赛事对竞赛作品的完整性、合理性、严谨性有严格的要求，主要考核参赛选手对基础知识的掌握程度、专业知识的运用能力、协同创新的综合思维方式。

（二）中国大学生铸造工艺设计赛赋能指导教师

对于作品的评价采用赛评分离的原则，即高校指导教师不参与作品的评价，评委不参与竞赛的指导、不提供任何形式的帮助。对作品的评审采用盲审的方式，避免了主观因素的干扰。

中国大学生铸造工艺设计赛对于工科教师是一大考验，也是破解工科理科化的一个有效方式，更是一个实践赋能的契机。由于大赛的评委多是在国内一流企业多年从事铸造工作的高级工程师甚至总工程师，且从出题、初赛、复赛、决赛全程无高校教师的参与，因此这种方式对于高校指导教师来说是一大考验。

中国大学生铸造工艺设计赛对指导教师的指导能力要求如图 1所示。从图中可以看出，竞赛对指导教师有5大能力要求，其中第2、3、4项能力着重考查指导教师的工程能力，且要求较高，指导教师需不断提升自身工程能力。部分高校邀请行业内资深工程师到校举办讲座或系统培训师生。这些举措对教师的成长、实际工程能力的提高大有裨益，同时提高了教师指导学生竞赛的水平。

图 2是2023年和2024年中国大学生铸造工艺设计赛的题目案例。图2（a）是2023年一个大型铸钢件，牌号ZG15Cr2Mo1/SQ（zh.H.Q）。竞赛组委会提供的是二维CAD零件图，作为指导教师，要会读图、准确画出三维图，了解零件的成型特点和难点。譬如图2（a）的零件属于大型不锈钢铸件，且为耐压件。保证顺序凝固是其首要设计要点，要选择开放式浇注系统，避免夹杂缺陷。图2（b）的零件属于中小型球铁件，牌号QT400-18L。该牌号的球铁件有良好的低温韧性。根据零件大小、材质和模数，设计工艺时首先要保证平稳充填、快速浇注，并且尽量避免过快冷却。这些知识点并非单纯依靠书本就能掌握，须在生产实践中才能领悟。因为这些知识点直接影响工艺设计是否合理、有效。如果指导教师缺乏这类工程能力，学生就更不可能了解，设计出来的工艺便只是纸上谈兵。近几年，通过指导大赛评委的点评和企业技术人员的指导，指导教师的实际工艺设计能力得到显著提高，可见该赛事对于指导教师实际工程能力的提升具有显著效果。

三、学科竞赛赋能大学生

（一）提高自信心

据不完全统计，参赛学生里大二学生占比约30%，材料成型及控制工程专业大学生占比约80%，另有功能材料专业、电子封装专业和机械工程专业等专业的大学生参与。他们基本上没有学习过专业课程。大部分学生刚开始组队时非常忐忑，认为自己缺乏专业知识基础，难以应对该学科竞赛。但经过培训，大部分学生在3个月后能够基本完成设计任务，在预定的时间内能够通过校赛选拔。图 3是2024年竞赛指导步序图，其指导方针为：以问题为导向自主学习；小问题借助互联网交流群解决，大问题面对面研讨，共性问题集中培训攻克；每组学生必须确保每周至少一次和指导教师面对面汇报讨论。通过这样有针对性的高效学习，真正做到“教—学—做”合一，学习效果较为显著。自赛事开展以来，获得一等奖的队伍共有15支，其中有4支队伍是来自非材料成型及控制工程专业的学生，有5支队伍由大二学生组成。据统计，这些获得过二等奖以上的大学生，大多进入国内外一流高校进一步攻读研究生。他们一致认为，中国大学生铸造工艺设计赛带给他们最大的收获就是增强了自信心。一名获得一等奖的女生自豪地说：“这个学科竞赛对我影响很大，我以后面对学科竞赛、创新创业之类的赛事，都有勇气和自信迈出第一步，这是我最大的收获。同时，竞赛极大地加深了我对这个专业的理解和认识，拓宽了我的眼界，对我大三的专业课学习有很大的帮助，不管是学习还是复习都轻松不少，因为已经对知识框架有大体的了解。”

（二）增强团队协作和有效沟通能力

根据中国大学生铸造工艺设计赛组委会的要求，该竞赛的参赛团队每组人员不超过4人，指导教师不超2人。竞赛细分项目繁杂，且工作量大、时间长，因此团队成员如何有效分工协作非常重要。一旦小组内出现1～2名学生“打酱油”，就很难完成竞赛任务。取得好成绩的团队基本具有以下特点：一是推选出的队长责任心强，组织能力强；二是团队分工明确，学习氛围浓厚；三是严格执行竞赛时序，和指导教师的交流多、讨论多。图 4是中国大学生铸造工艺设计赛参赛团队分工协作图。

获奖学生表示中国大学生铸造工艺设计赛对提高团队协作能力最为明显。一名获得一等奖的学生感言：“在参赛中，通过团队协作，与指导教师沟通，和队友讨论，不断推进项目，提高了自身团队协作与沟通能力；完整地参与到工程项目中，有助于积累专业知识，深化专业认知，增强专业自信；在就业及升学过程中，竞赛经验可以作为个人能力的佐证之一。”

另一名获得一等奖的学生表示：“通过参加竞赛，深入了解了铸造工艺的各个环节，包括模具设计、材料选择、熔炼过程和质量控制，锻炼了与他人有效沟通、分工合作、共同解决问题的能力。这种团队协作精神在学习和工作中都非常重要，在竞赛中学到的很多知识和技能在其他领域同样适用。”

（三）培育工程价值观

工程价值观是指工程企业或个人在工程实践中所遵循的一系列价值观念和原则，反映了工程人员对工程实践的态度、行为规范和价值体系[8-9]，其包括以下几个方面：一是坚持诚信和质量第一，二是注重安全和环保，三是强调创新和发展，四是秉持共赢和责任担当。可以说，工程价值观是工程人员必须遵循的一系列行为准则和价值观念，只有坚持这些原则，才能推动工程实践不断发展和进步。

当前，工科院校课程体系设计思路多为“先理论后实践”，即大一安排公共基础课、大二设置专业基础课、大三讲授专业课、大四开展毕业设计。这一体系中，专业课程和专业实践直至大三才开始，短暂的认知实习和生产实习难以深入有效地支撑工程训练，不利于学生获得很好的专业视野和实践能力，学生很难在一年到一年半时间内对所学专业形成全面、深入的认识，难以形成良好的工程价值观。这种工科课程体系的“结构性”问题，导致部分学生认为“理”“工”一体，这也是“先理论后实践”的传统工科课程体系的不足。

“工程即造物，工程具有独立于科学的本根”的观念是新工程本体论，主张课程体系的设计应以工程实践创新能力为导向，将产学协作、工程实践与数学物理、人文社科和专业技能等的学习进行整合，即从“先理论后实践”转变为“边实践边理论”，实施工程导向型教育。而中国大学生铸造工艺设计赛等各类学科竞赛不仅能够实现“边实践边理论”，而且能很好地体现“教—学—做”合一的教学理念。