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1 引言

为应对国际竞争新形势，适应并满足未来新技术、新产业、新业态、新模式瞬息万变的需要，培养具有更强国际竞争力、创新能力的应用型人才，是“新工科”背景下，高校立德树人的新任务［1-3］。因此，创新能力和实践能力是人才培养的核心目标。培育大学生创新精神，提升实践能力是提升高等教育质量的重要组成部分［4-6］。

宜宾学院汽车服务工程教研室依据沃拉斯于1926年提出的“创造性思维四阶段”理论，结合新时代人才培养需求，以创新创业教育为契机，针对大学生追求自我提升的特点，提出“赛教融合”的课程实施新模式，以激发学生的创新意识、创业精神，引导学生从实践中发现问题，激发创新思维，唤起学生好奇心，培养具备解决实际问题能力、自我获取知识能力的人才。

中国国际大学生创新大赛由教育部等12个部门联合组办，参赛项目要求能够紧密结合经济社会各领域现实需求，充分体现高校在新工科、新医科、新农科、新文科建设等方面取得的成果，培育新产品、新服务、新业态、新模式，推动制造业、农业、卫生、能源、环保、战略性新兴产业等产业转型升级，促进人工智能、数字技术与教育、医疗、交通、金融、消费生活、文化传播等深度融合［7-10］。

在高校人才培养体系中，基础课程和专业核心课程是落实新环境下人才培养要求的重要实施手段［11-13］。宜宾学院汽车服务工程教研室，将中国国际大学生创新大赛、机械创新设计大赛、机械创新创意大赛等与本专业紧密相关的学科竞赛，充分与专业课程相融合，以赛促教，达成“赛教融合”。

“机械设计基础”课程是近机类专业研究机械共性问题和培养学生具备一定机械设计能力的技术基础课，它是近机类专业的一门必修课程。文章以“机械设计基础”课程为例，展示2022年以来该课程“赛教融合”的开展方式及其取得的成效。在竞赛实施过程中，梳理出机械设计相关课程的知识体系，指导学生解决竞赛设计课题中的问题，同时促进学生掌握并运用相关课程知识。结果表明，“赛教融合”模式在“机械设计基础”课程中的应用取得良好效果，学生平时成绩、期末成绩以及目标达成度均显著提升。

2 大学生竞赛项目实例

研究发现，在输气管道内，清管器于卡死启动以及进入下坡段管道时，容易产生速度冲击。主要原因在于清管器后端憋压不能迅速释放，造成清管器加速度过高，其速度可达到20m/s以上。在此类工况下，清管器与管道焊缝、管道弯头发生剧烈碰撞，容易造成清管器损坏；同时对于管道内检测而言，过高的清管器速度会导致缺陷检测和定位不准确。

现有清管器速度控制方案难以应对上述加速度过大的问题，因此笔者所带学生团队构想出三种机械/液压式加速度控制器，将清管器加速过程中控制器的惯性力通过机械/液压系统反馈行程制动力，加速度越高则制动力越强，从而削弱乃至消除清管器的速度冲击。

图 1 清管器撑伞式加速度控制器

Figure 1 Umbrella type acceleration controller for pipeline cleaner

清管器撑伞式加速度控制器结构原理如图1所示，两杆铰接到一起形成撑伞机构，对应“机械设计课程”中的铰链四杆机构；心轴插入筒体内并与撑伞机构的滑套连接，对应“机械设计课程”中的轴类零件设计、轴孔配合、销钉连接、螺纹连接等内容；心轴前端连接到清管器，并在清管器加速过程中拖拽清管器以防止其速度冲击，对应“机械设计课程”的联轴器、连接等内容；支撑皮碗通过挡板压紧，并用螺栓连接，支撑皮碗支撑整个控制器于管内对中，相关内容对应“机械设计课程”的螺栓连接；滑套通过套在筒体上的压缩弹簧进行复位，对应“机械设计课程”的弹簧设计。

图 2 清管器滚轮式冲击抑制器

Figure 2 Roller type impact suppressor for pipeline cleaning equipment

清管器滚轮式冲击抑制器结构示意图如图2所示，连杆铰接到一起并在端部设置刹车片，对应铰链四杆机构相关内容；刹车片外设置滚轮，并通过铰接连接的两个连杆安装到筒体上，涉及轴承选用、轴类零件设计、销钉设计等；滚轮撑伞机构的滑套通过弹簧顶紧，刹车片支撑机构的滑套通过弹簧复位，涉及弹簧设计、轴孔配合、轴类零件设计等；心轴前端连接到清管器，并在清管器加速过程中挤压刹车片顶紧滚轮以防止速度冲击，对应联轴器、连接等内容。清管器加速过程中，刹车片挤压滚轮产生的刹车力抑制清管器速度冲击。

图 3 清管器液控加速度控制器

Figure 3 Hydraulic controlled acceleration controller for pipeline cleaning equipment

清管器液控加速度控制器的结构示意图如图3所示，装置设置于清管器后端，中心油缸内活塞杆连接到清管器，涉及联轴器、轴类零件、轴孔配合、密封设计等内容；3个径向油缸设置在管内径向位置，径向油缸的无杆腔联通到中心油缸的有杆腔，径向油缸活塞杆伸出端设置摩擦头，内容涉及轴类零件设计、密封、螺栓连接等内容；油缸内设置复位弹簧，涉及弹簧设计相关内容。装置在清管器加速过程中，将惯性力转化为油缸的压力，并驱动径向油缸伸出挤压管道内壁，从而产生与清管器加速度成正比的刹车力，以此削弱乃至消除清管器速度冲击。

上述清管器加速度控制方案中，广泛涉及“机械设计课程”相关内容，对应关系如表1所示。可以看出，竞赛所涉及的知识点涵盖了课程大部分内容，对学生实践能力和创新能力培养具有显著支撑效果。

表 1 竞赛内容与课程内容对应关系

Table 1 Correspondence between competition content and course content

3 教赛结合效果分析

宜宾学院汽车服务工程专业“机械设计基础”课程安排在大二下学期，前期有制图等先导课程安排。因此，学生组建创新团队包含大一到大四4个年级，以老带新模式参与项目相关内容。创新创业训练项目于2022至2023年完成。

大一学生在参与项目过程中，可以提前涉足机械设计相关课程内容，为后续课程学习打下坚实基础；大二学生在参与项目过程中同时完成课程学习，可直接将所学内容应用到创新设计项目中；大三学生通过项目实施，巩固并完善机械设计相关知识体系；大四学生临近毕业，通过参与项目，发挥和锻炼自身的沟通能力和领导力，相关成果同时还能够助力学生就业。

大一和大二参与创新项目的学生在知识融会贯通方面表现更佳。从课程考试成绩来看，如图4所示，大一参赛学生“机械设计基础”课程平均分84分，高于该班级平均分73分约15%；大二参赛学生“机械设计基础”课程平均分87分，高于该班级平均分75分约16%。

“机械设计基础”课程采用过程性考核与结果性考核相结合的方式进行目标达成度评价，涵盖平时成绩、期末成绩、课堂表现等方面的内容。课程设置知识、能力、素养三个方面的课程目标，分别对应课程目标1、课程目标2和课程目标3。

图 4 参赛学生“机械设计基础”课程平均分对比

Figure 4 Comparison of average scores of participating students in the course of “Fundamentals of Mechanical Design”

大一参赛学生“机械设计基础”课程目标达成度对比如图5所示。从“机械设计基础”课程目标达成度方面来看，大一参赛学生“机械设计基础”课程目标1平均达成度84%，高于该班级课程目标1平均达成度73%约15%；课程目标2平均达成度88%，高于该班级课程目标2平均达成度81%约8.6%；课程目标3平均达成度92%，高于该班级课程目标3平均达成度85%约8.2%。

图 5 大一参赛学生“机械设计基础”课程目标达成度对比

Figure 5 Comparison of achievement of the course objectives of “Fundamentals of Mechanical Design” among first-year participating students

大二参赛学生“机械设计基础”课程目标达成度对比如图6所示。大二参赛学生“机械设计基础”课程目标1平均达成度82%，高于该班级课程目标1平均达成度75%约12%；课程目标2平均达成度90%，高于该班级课程目标2平均达成度82%约7.3%；课程目标3平均达成度89%，高于该班级课程目标3平均达成度84%约9.5%。

图 6 大二参赛学生“机械设计基础”课程目标达成度对比

Figure 6 Comparison of achievement of course objectives for “Fundamentals of Mechanical Design” among sophomore participating students

可以看出，大一、大二参与创新设计竞赛的学生，“机械设计基础”课程平均分和目标达成度均大幅高于该班级学生的平均值，提高幅度范围在7%~16%。教赛结合的方式，能有效提升学生对课程知识的学习积极性，增强学生对课程知识点的掌握能力，同时促进学生课程能力目标和素养目标的提升。

4 结论与展望

“新工科”背景下，高校立德树人着重培养具备工程实践能力、创新能力、国际竞争力的高素质复合型人才，以适应新兴产业的发展需求。文章提出“赛教融合”模式以促进学生具备更强国际竞争力、创新能力和实践能力。以“机械设计基础”课程为例，融合大学生创新大赛、机械创新设计大赛、机械创新创意大赛等学科竞赛；指导学生完成竞赛中的设计问题，同时促进学生掌握并运用相关课程知识。

文章以宜宾学院汽车服务工程专业学生为研究对象，以“机械设计基础”课程为案例，展示2022年以来“赛教融合”的开展方式。竞赛团队建设包含大一到大四4个年级，以老带新模式参与项目相关内容，低年级学生提前涉足机械设计相关课程内容，为后续课程学习打下坚实基础；高年级学生将课程知识应用到创新设计项目中，能够巩固并完善机械设计相关知识体系。结果表明，“赛教融合”模式，在“机械设计基础”课程取得良好效果，学生课程平均分以及课程目标达成度均显著提高，提高幅度为7%~16%。

可以看出，“赛教融合”模式中，梳理出相关课程的知识体系，指导学生解决竞赛设计课题中的问题，同时促进学生掌握并运用相关课程知识。“赛教融合”模式在宜宾学院汽车服务工程专业的“机械设计基础”课程中取得了良好效果，有望推广应用到其他相关专业和课程。

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