研教一體化高職教學模式下實例教學研究

郎英彤

摘 要 以研教模式為目標，分析項目導向教學模式在現代職業教育中的實踐價值，并將項目成果應用于實踐教學，同時作為一種自我消化的成果轉化方式。結合實踐教學內容和科研成果，以轉化教學資源為實例，建立專業模型，設定實踐教學計劃、完成目標及考評標準等，通過數值仿真實踐教學數據分析，探索研教一體的教學目標和模式創新。

關鍵詞 研教一體;主動控制;成果轉化;數值仿真教學

中圖分類號 G718.5 文獻標識碼 A 文章編號 1008-3219（2019）08-0047-04

職業院校的教育根本任務就是培養技術應用型專門人才。高等職業院校教育的明顯特征是以適應社會需求為目標，培養出來的畢業生一般具備適度的基礎理論知識，但技術應用能力和實踐創新能力較強。對于如何培養學生的動手實踐能力，增強學生的實踐經驗，學校的傳統做法是將學生安排到相應的企業實習，但隨著企業實習崗位不足、成本較高等因素的影響，學生在課堂實驗室里動手操作代替到企業實習就成為讓學生積累實踐經驗的重要途徑。這就對學校的教學模式提出了新的要求。本文以此為切入點，提出以項目研究為導向，結合實踐教學手段，探討教師科研與實踐教學有機結合的創新型教學模式。

一、項目導向教學模式在現代職業教育中的需求度不斷提高

（一）項目導向的實境教學環境

現代教育技術十分重視學生的主導地位，目的是要學生在課堂學習中發揮更大的自主性，在提高學生學習效率的同時也促進了教學模式的變革。現代教育技術為實現實境教學提供了非常便利的條件，但由于受教學資源、學習場地和辦學經費等客觀條件的限制，難以滿足學生的實踐教學需求。為了提高教學質量，各學校大都加大投入改（擴）建了具備真實生產加工能力的校內實訓基地和實驗室，增加了更多的試驗器材和軟硬件，如MATLAB仿真教學工具。通過模擬現實環境，設置科學合理的教學情景，逐漸滿足了學生的實踐訓練需求。因此，這種實境教學既兼顧了“行動導向”教學方法的運用，又真實體現企業現場環境氛圍，為改善實施項目教學提供了技術保障。

（二）項目導向的教學資源需求

項目導向不能單純地理解為狹隘的企業實習項目，因為不是每個專業都能有條件完成專業的教學項目。本文所研究的項目導向是為以項目研究和開發為基礎的教學對象，主要是教師科研項目及成果的教學資源轉化。近年來國家頒布了很多有利于職業教育發展的文件和政策。其中，以高校知識產權成果轉化的相關政策為代表，大力提倡和引導教師科研成果轉化，并將轉化結果作為學校綜合質量評估的一個重要指標。事實上，科研成果轉化不僅僅是將成果直接轉化成生產力（社會化轉化），而且還包括轉化成教學資源（內部消化）等模式。作為高等職業院校，教師的科研成果同樣具有轉化價值。一般而言，在科研工作中都會進行大量的調查研究，如果大量的科研成果轉化為教學內容，就會使教學內容更加豐富多彩。這不僅能促進理論創新，而且能夠將理論運用于實際問題的解決。因此，在教學方面，將科研成果轉化為教學資源顯得尤為重要。

（三）提高高職教育實效性的需求

現代職業教育應具備較好的實效性，能培養出大批實用型人才。這要求充分運用研教結合模式，將新的研究成果和理論應用到實踐教學中來，與時俱進地實現人才的培養目標，促進學校跟隨時代步伐持續發展。因此，職業院校當前的首要任務就是摒棄以往單純的理論教學模式，轉變為以項目為導向、以就業為目標的實踐教學模式，緊抓職業教育的實效性，有針對性地培養一批專業技術水平高的人才。

二、構建研教一體教學模式的實踐價值

（一）研教一體是教學和科研互融共進的重要途徑

著名科學家錢偉長曾指出，“教學沒有科研做底蘊，就是一種沒有觀點的教育”。科研就是教學的“源頭活水”，教學沒有科研做支撐，就可能失去教育的“靈魂”。特別是在高等職業教育中，將優秀的科研成果直接轉化為課堂上的資源，是最直接有效的成果轉化方式之一。同時，教學又是科研的巨大“隱形動力”，缺乏對教學的關注，就可能失去提高科研水平的機會。

（二）提升人才培養實效性和就業質量

對于大多數職業院校，國家的財政投入只能維持人頭費支出，各類實驗實踐器材和設備不足，這就直接導致了教師工作積極性不高、師生實驗條件差，實境教學環境缺失，學生無法得到最直接的實踐經驗，嚴重違背了職業院校辦學的根本目的。現代職業院校正在原有高職教學模式基礎上推行研教一體化教學模式改革，實施研教一體化教學，把傳統教學模式變成研教一體化的教學模式，使理論與實踐緊密結合，學生能較快較好地實現從理論知識到實踐技能的貫通，有效地培養了學生動手能力、分析問題和解決問題的能力，進而從實踐上讓學生看到和體驗到就業的希望以及職業發展的未來。

（三）研教一體是理論教學與實踐教學中教育資源的重要補充

具有較高科研水平的教師，必然對教學內容思考得更為深刻透徹，對知識的把握也會更為準確，教學則更易做到“深入淺出”，有助于學生的學習與理解[1]。而且，對科研的關注使教師能夠及時將最前沿的學術成果不斷充實到自己的課堂中，彌補了原有課程知識與最新研究之間的“斷層”，也將極大地吸引學生的學習興趣。此外，科研對教學的促進不局限于教學內容，在大學課堂中，學者型教師對于學生影響更多的是他們思考問題的方式、嚴謹的科研態度和刻苦的學習精神。

（四）作為科研成果直接轉化手段和方式，為科研成果的轉化提供實踐參考

教研一體模式，實質上就將教師的科研成果直接轉化為教育資源，基本上做到知識與時俱進、技術與時俱進。現實中，無論是普通高校還是職業院校，一般教師都會將大量的時間與精力用在開展系統性的理論知識教育上，完全忽視了把系統性理論知識和具體工作有機聯系起來。而作為一線教師，也往往將科研的重心放到職稱評定和晉級需求，大部分科研成果處于“沉睡”狀態。但隨著國家對科研成果轉化的重視，扶持力度逐漸加大，各院校逐漸意識到科研成果在教學資源中的重要性，逐漸開始在教學過程中考慮結合具體工作要求確立相應的實踐教學目標體系。

三、基于RBF項目研究的研教一體教學方案嘗試

作為普通高等職業院校，讓學生熟練掌握技能是至關重要的，是與職業院校學生培養目標一致的。筆者通過近三年的科研試驗觀察，教研一體的教學模式基本達到了預定的教學目的。首先，考慮到職業院校科研能力與實踐能力的矛盾問題，筆者成立了專業的研究團隊進行專門研究，并形成了研究成果。其次，根據項目研究成果設定教學目標，將研與教充分融合，以檢驗教學效果。再次，根據教學效果修訂教學方案和改進科研成果，完善課堂教學資源。最后，依照企業需求，考評就業質量是否達到用人單位標準。

（一）設定RBF課題項目研究目的和技術標準

RBF（Radial Basis Function）算法是柔性機械臂主動控制應用研究的重要算法之一，RBF神經網絡也是職業院校自動化、職能控制等專業最廣泛應用且需重點掌握的神經網絡模型之一。RBF可以通過對數據的不斷學習擬合柔性機械臂的動力學方程，進而達到優化控制的目的，輕松解決傳統控制方法建模困難等難題。但RBF的復雜程度不亞于一個龐大的系統編程，遠遠不是職業院校普通學生能獨立完成的。

以90年代初提出的一種新型的混合控制方案ACLD結構主動約束阻尼振動控制為研究內容，在柔性結構中，附加粘彈性阻尼材料和壓電材料，形成粘彈性壓電復合結構，可以有效地抑制系統振動[2]。該控制方法是通過作用器向系統輸入能量，以達到對系統進行主動調節或鎮定的目的。但壓電柔性機械臂在運動環境中，會遇到溫度，壓強等不確定因素，會導致定位不準確，這在實踐教學中也是一個難點問題。首先，研究團隊設定了研究目標，在研究人員指導下，由學生成員利用lagrange方程對柔性系統進行建模，使用RBF 神經網絡方法逼近精準方程，模糊不確定因素[3]，并采用主動控制來控制柔性系統的軌跡，最后學員分組利用Matlab教學軟件仿真驗證該方法的有效性。

（二）設定教學實踐目標，將研究成果應用到實際教學

抽象的研究對學生而言無疑是枯燥無味的，而Matlab所擁有的神經網絡（Neural Network）、模糊邏輯（Fuzzy Logic）、控制系統（Control System）等多個專門的工具箱以及可視化動態仿真系統Simulink、功能強大的圖形用戶界面GUI等非常適合神經網絡建模分析，因此，在控制教學中引入Matlab，充分利用該優勢，可以實現更好的教學效果[4]。因此，在智能控制專業實踐課堂設定教學目標是快速掌握一套實用工具Matlab，而不是讓學生浪費時間去完成超出能力的龐大的編程工作。

根據教學計劃，設立教學目標為：

根據給出的模型設計，利用MATLAB神經網絡工具箱中的徑向基函數網絡來逼近柔性機械臂動力學方程。令動力學方程f（t）=Mq+Kq+Qr+Qk。采用newrb函數設計網絡，利用RBF神經網絡方法擬合系統方程，得到剛性轉角和驅動力矩之間的關系，并根據理想軌跡預測出對應的驅動力矩。

為驗證其有效性，對ACLD結構的動力學模型進行仿真分析。由仿真結果可以看出，彈性振動得到了很好的控制，端點的振幅平穩地衰減，并趨于零。學生仿真結果和研究結果一致。

結果表明，根據項目導向采取的研教一體教學模式，RBF神經網絡方法在通過用Matlab進行仿真分析，在實際教學中可以較精確地得出作用在柔性機械臂上的驅動力矩，也能較好地預測出理想的運動軌跡，模糊了主動控制由于溫度等不確定因素產生的影響，使運動軌跡更精準，完全滿足企業高精度生產工藝技術改造需求。

（三）就業質量跟蹤考核

根據項目研究團隊的要求，與吉林省越洋血漿蛋白研究院有限公司達成實習協議，參與實驗的學員協助實習單位就人血高密度脂蛋白制品生產工藝自動化控制項目承擔機械部分設計的實驗數據進行分析，學員通過掌握的技術和實用工具，對自動制劑生產設備進行模擬分析，并提供設計參考數據和建議。根據企業項目組計劃時間，按照企業項目計劃時間，完成數據論證和機械設計需要7個月時間，但實際上提前將近兩個月時間完成龐大的數據論證和分析。僅為企業節約人工成本就達到30萬元。

（四）研教一體實踐教學效果分析

《2018年職業能力建設司工作要點》中明確提出，在職業教育中要“推廣一體化課程教學改革成果”。本文以自動化專業為例做的一些嘗試，效果明顯。通過實踐，研教一體實踐教學效果至少表現在以下四個方面：一是教學效果方面。項目成果作為課堂教學資源，充分起到了輔助教學的作用，有利于學生加深對理論的理解，學生課堂參與度得到明顯提升。二是節約成本方面。按照企業計劃，一臺中試設備成本高到數百萬元，前期通過專家分析并對有關技術參數和數據進行仿真模擬，避免了生產風險，節約大量設計經費。三是就業質量方面。實習人員在企業展現出其他人所不及的明顯優勢，操作能力強，數據分析思路清晰，應用工具使用熟練。四是探索欲望方面。進入企業后，學生對實習目標非常明確，對外界探索能力較強，提高了主動編程能力和創新能力。

四、總結和建議

現階段，我國職業教育教學仍然存在一些問題，為了保障其健康高效發展，實施研教結合模式已是職業院校的應然之舉。職業型高等院校要培養出高素質的工程應用型人才，應突出學生的主體地位，不斷創新教學模式以適應現代智能化工業發展需求。

同時，在當前環境下研教一體教學模式的實施，還應該強調以下三點：一是對于設計性、綜合性、創新性實驗項目，學校應給予一定的制度化激勵措施，激發研究人員的積極性，以科研項目和科研成果為依托，積極承擔教學改革項目，以教學改革項目促進教學方式的創新;二是學校應積極構建集教學、科研功能于一體的雙師型師資隊伍，創新研教一體績效評價、職稱評聘等制度;三是強化教學實踐環節，提高科研轉化和技術服務能力，加速高等職業院校的科技成果轉化。

總之，研教一體的實質就是依托科研教育，培養企業和社會需要的技術型人才，充分肯定工匠精神和學生參與實踐的能力，是提高職業教育綜合水平的重要舉措。

參 考 文 獻

[1]曹揚，鄒云龍.創新的性質及其組織[J].東北師大學報：哲學社會科學版，2017（6）：86-90.

[2]余躍慶，周剛，方道星.基于模糊PID融合的柔性機械臂振動壓電主動控制研究[J].中國機械工程，2008（15）：1836-1847.

[3]欒楠.機器人逆動力學神經網絡建模[J].電機與控制學報，2008（2）：174-178.

[4]毛玉蓉.Matlab在智能控制課程教學中的應用[J].儀器儀表與分析檢測，2008（2）：8-12.