以機器人為載體的“新工科”培養模式的創新與實踐

李富強 劉勇 胡明 杜邊境

[摘? ? ? ? ? ?要]? 課題以實物機器人制作為教學載體，利用解決制作機器人時的問題為學習手段，解決了目前大學教學過程中學時少、內容多的矛盾。亦利用機器人的特點，提高學生自主學習的積極性，通過認真研究自動化行業和領域發展趨勢和人才需求，根據獨立學院自身特點，利用企業參與教學過程，與產業、行業專家及用人單位共同研究課程計劃，制訂與生產實踐、社會發展需要相結合的培養方案、教學內容與課程體系，培養出符合企業需求的具有一定創新能力的大學生。

[關? ? 鍵? ?詞]? 機器人;創新教育;課程群

[中圖分類號]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2019）06-0018-02

一、課題背景

中國礦業大學徐海學院自動化專業是依托中國礦業大學信控學院，結合徐海學院應用型人才培養目標，開設的一級學科專業。以機器人為載體的“新工科”工程素養提升計劃是為配合2018級徐海學院自動化專業，機器人方向創新人才培養為目標的教學大綱修定而立項的教學改革研究項目。

自動化專業是按教育部引導性專業目錄設置的寬口徑專業，是當前機器人研究中主要的專業學科之一。機器人是融合物理、數學、機械、電子、傳感器技術和智能控制等多個學科的綜合性載體，需要學生了解并掌握機器人相關知識中的某一項技術，學生具有興趣廣泛、動手能力強、專注性比較低的特點，非常適合機器人這種跨學科技術的學習和應用。故課題選擇自動化專業作為以機器人為載體的“新工科”創新人才培養的教學改革對象。

2011年7月，在徐海學院的政策和經費支持下，創建了徐海學院機器人實驗室，現有機器人設計與仿真實驗室，機器人機械加工實驗室，機器人硬件電路設計實驗室，努力構建創新人才培養的特色專業建設體系，將理論教學與科技創新能力提高有機結合，參與2018版本科培養方案的修訂、調整和執行;緊跟學科前沿，精心制訂培養方案，并借助行業優勢，促進“學校—企業”的有機結合;進一步優化教師結構，打造優秀教學團隊，并以教改立項為依托，改革傳統教學手段，形成“面向地方”“面向項目”的創新人才實踐培養體系，取得以標志性學科競賽獲獎為代表的一系列標志性、高水平建設改革成果。

二、課題內容

（一）緊跟國家“卓越工程師”培養宗旨，精心制訂“新工科”培養方案

通過認真研究教育部教高函（〔2013〕15號）印發《卓越工程師教育培養計劃通用標準》，結合徐海學院自身特點，與產業、行業專家及用人單位共同研究課程計劃，制訂與生產實踐、社會發展需要相結合的培養方案、教學內容與課程體系，堅持學而優則創，學而優則用的辦學理念。

（二）依托地方特色，本土企業參與培養過程

徐海學院在三線城市徐州辦學，學生主要以本地及附近省份的學生為主，學生的主要就業目的地為徐州本地。為服務地方經濟，學校要把企業由單純的用人單位變為聯合培養單位，與企業共同設計培養目標，制定培養方案，共同實施培養過程，并建立與之配套的專業實驗室，滿足學生進行專業實驗。“新工科”培養計劃更是將中國礦業大學的師資與實驗設備納入徐海學院的培養方案中來，對不同專業、不同層次的學生提出不同要求，但所有畢業生都必須接受最基本的工程素養培訓。

（三）依據企業用人需求，強化工程能力培養

主動適應工業界的需求，為中國特色新型工業化發展服務，為國家經濟社會可持續發展服務。課程組教師承擔理論課程的同時，充分參加科研工作，并在教學工作中，有意識地將教學內容與生產實際相結合。與江蘇徐州某部隊、山東某新能源科技、山東某研究院、徐州地震局等十幾家的單位建立了長期的合作關系，使教師充分了解社會需要什么樣的人才。通過與企業的項目合作，實現課堂、實驗實訓中心和企業的真實環境相結合，實施學生、教師和工程技術人員相交流，實行教學、科研和工程項目的相互合作，要讓學生在學習期間就能直接接觸到最新的工程技術，鍛煉其企業生產現場處理實際問題的能力。

（四）加強教師工程實踐鍛煉，優化實驗實踐課程

鼓勵教師去企業掛職鍛煉、課題合作，并將科研成果應用到實驗教學中，不斷創新實驗教學內容，根據專業實驗教學的要求，保留基本實驗，引入本學科的新成果，加快實驗教材建設，增加現代實驗方法和技術，拓展學生視野，提高學生的自主創新能力;開放實驗室，為學生提供一個充分開放和自由的實驗環境，培養學生共性、發展學生個性。

（五）整合創新教育資源，抓好代表性學科競賽

2017年，在學院“新工科”培養計劃與課程組教師的推動下，整合學院創新教育資源，確定以學科競賽為檢驗“新工科”培養方案實踐教學水平的平臺，作為學生專業學習的重要抓手和考核手段，在專業課程講授中融入學科競賽的相關內容，將學科競賽的題目作為“電子綜合設計”“專業課程設計”的課題，鼓勵學生積極參與科技創新活動。

三、課題的創新點

（一）企業參與教學計劃制定

以實施創新計劃為突破口，將企業需求轉換成創新實踐課程，課外創新實踐活動與大學生培養結合起來。將認知實習與課程設計相結合，將企業需求引入課堂，引進企業工程師，將項目課程化，工程師為學生講解，學生一邊學習，一邊解決項目中的實際問題，一個學期之后，該企業班學生已能基本參與一般項目開發與論證。全部課程設計培養完成后，將培養造就一大批創新能力強、適應經濟發展，滿足企業用人需求的大學生。

（二）強化工程能力培養

強化理論教學與創新教育的結合，實踐課程與創新教育結合;科技競賽與創新教育結合。增加實踐實訓課程的學時，讓每個學生都能掌握自動化專業的基礎應用，能夠對自動化專業中的基本問題聯系實際并應用。

（三）授人以漁、提高自學能力

當前，隨著社會的發展和網絡技術的更新，學生獲取知識的渠道和方法越來越多，但是如果沒有掌握辨別知識真偽的能力，將不能更好地成長及發展。故課題組在深入研究知識體系構架，自動化專業學科特點的基礎上，教以學生知識體系而不是課程體系知識點，既可以解決在小學時下課程內容比較多的矛盾，又避免不同課程相同知識點的重復學習。學生掌握了自動化專業課程體系的知識點，就可以利用所掌握的方法和原理，利用多種開放渠道學習。課題組利用課程體系的特點精簡課程內容，既加強學生的數理基礎，又提高學生利用數理工具推導、學習專業知識的能力。真正把學生作為課堂主體，了解他們的需求，增強他們的主體性，有利于增強學生學習信心，優化其學習效果。

（四）以“機器人”為載體、明確學習目標、提高學習興趣

課題以“機器人”為載體，將自動化專業課程與機器人實物聯系起來，建立機器人技術相關課程群，明確課程學習目標及學習任務，在課程群中課程結束時，布置開放創新型實驗，檢驗學生學習效果。每一門課都要具體講解機器人相關技術知識，并在課內實驗中制作相關實物。每一門課，對學生來講都是具體的，都是有其實際意義的，從而大幅度提高學生的學習興趣和學習的主觀能動性。課程實驗相關實物制作、調試過程中，進一步檢驗學生知識點掌握的程度。在實驗中，教師利用學生爭強的心理特點，引導學生進行機器人實物對抗，促進學生課下自主學習相關知識，改進機器人，達到學生自學的目的。

四、課題的推廣應用效果

（一）教學成果推廣

2015年7月，在全國高等學校電子技術研究會2015年會上，徐海學院代表做大會主題發言，推廣以機器人為載體的“創新人才”培養模式，教學成果受到廣大教師同仁的一致好評，并獲得教學模式優秀獎。2016年以來，徐海學院累計接待皖西學院、解放軍理工大學、西北師范大學等50余所高校機器人指導教師和學生交流考察，專業建設成果受到一致好評。

（二）學生培養質量提升

2015—2016年自動化專業學生就業率、研究生錄取率明顯提升;在國內有較大影響力的大學生科技創新大賽中獲得國家級和省級獎項40余項;獲國家授權實用新型專利15余項;學生發表論文20余篇，成為中國機器人大賽、中國工程機器人大賽、中國機器人及人工智能大賽等多個國家級機器人競賽中的王牌院校。中央電視臺等省市媒體對創新人才培養的宣傳報道：（1）中國機器人大賽上參賽的機器人作品被中央電視臺賽后遴選直播;（2）中央電視臺遴選學院2008級馬東海同學作為“90后”新一代大學生接受中央電視臺軍事頻道，就空中機器人比賽現場幫助主要競爭對手哈爾濱工業大學維修機器人，并使其成績超出自己所在代表隊進行了“交流第一，比賽第二”的專題采訪;（3）中央電視臺新聞頻道、蘭州電視臺、甘肅衛視、甘肅公共頻道等媒體均對徐海學院的創新人才培養情況進行報道。

（三）自制實驗儀器，提高教學質量

教師及時將科研成果應用到實驗教學中，共研制教學儀器設備十余件套，在校自制儀器設備項目的支持下，部分教師參與研制開發“關節型仿人機器人創新實驗平臺”，該平臺既作為機器人技術與創新實踐課程的教學實驗對象，又是機器人大賽學生實踐的實驗平臺。

參考文獻：

[1]林鍵.新工科減速：強勢打造“卓越計劃”升級版[J].高等工程教育研究，2017（3）：7-14.

[2]肖春.面向卓越工程師培養的學科競賽體系探索[J].浙江工業大學學報（社會科學版），2011，10（2）：205-209.

[3]李永堅，黃紹平，李靖“卓越工程師”培養要重視教學方法改革：以電氣工程及其自動化專業為例[J].中國大學教學，2012（11）：63-65.

[4]王麗娜，于微波，劉克平，等.自動化專業“卓越工程師培養計劃”實踐教學模式的研究與實踐[J].吉林省教育學院學報，2016，32（12）：106-110.

[5]姜楓，賈波.項目驅動的應用型人才培養模式改革研究[J].高教學刊，2017（10）：152-154.

[6]管連，梁建花.新工科背景下校企協同育人模式探索及實踐[J].計算機教育，2018（11）：100-103.