“產(chǎn)-學-研-用-賽”五位一體的輪機工程專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式研究與實踐
——以《機器人概論與實踐》課程為例

徐敏義，杜太利，王寶軍，趙俊豪，付先平，瞿榮澤，石麗紅

（1.大連海事大學，遼寧大連 116026；2.大連中遠海運川崎船舶工程有限公司，遼寧大連 116052）

當今世界正經(jīng)歷百年未有之大變局，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革迅猛發(fā)展。創(chuàng)新人才培養(yǎng)是國家面向未來、提高國際競爭能力的重要戰(zhàn)略，黨的十九屆五中全會也提出了堅持創(chuàng)新在我國現(xiàn)代化建設中的核心地位。高等教育在人才培養(yǎng)中占據(jù)著極其重要的地位，在高水平創(chuàng)新人才培養(yǎng)上擔負著重大使命。高校人才培養(yǎng)主要以專業(yè)分類開展，因此高校人才的培養(yǎng)最終應落實到專業(yè)人才培養(yǎng)。筆者主要從事輪機工程專業(yè)的教育教學研究工作，由于其專業(yè)特殊性，輪機工程專業(yè)課程主要是基于STCW 公約設置[1]，以往傳統(tǒng)教學主要強調專業(yè)技能訓練和職業(yè)技能訓練，而在學生創(chuàng)新能力、探究精神的培養(yǎng)方面有所欠缺[2]，而這也無法適應當今社會的科技發(fā)展。基于上述問題，筆者所在團隊在新工科教育背景下[3]，秉承“以學為中心”“產(chǎn)出導向”的教育理念，以所承擔的《機器人概論與實踐》課程為研究對象，開創(chuàng)了“產(chǎn)-學-研-用-賽”五位一體的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，實現(xiàn)了輪機工程專業(yè)學生在生產(chǎn)、學習、科研、實踐和競賽等過程中理論知識、科研能力、實踐能力、競爭能力和管理能力的全面提高，為培養(yǎng)服務海洋強國和交通強國戰(zhàn)略的創(chuàng)新型、復合型人才提供了一種新途徑。

1 創(chuàng)新人才培養(yǎng)面臨的問題

高等教育人才培養(yǎng)主要分為學校、專業(yè)、課程三個維度，人才培養(yǎng)要符合學校的辦學定位、專業(yè)的培養(yǎng)目標，并最終落實到人才培養(yǎng)的課程中。教育部高等教育司吳巖司長表示“課程作為教育最微觀的問題，但解決的卻是教育最根本的問題，也是中國大學帶有普遍性的短板、瓶頸、關鍵問題”[4]，筆者深以為然。因此，教學團隊秉承“學生中心”“成果導向”“持續(xù)改進”的教育理念，在所承擔的《機器人概論與實踐》課程教學過程中進行了一系列的改革與實踐，以期能夠推廣應用，助力輪機工程專業(yè)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。為此，教學團隊梳理了目前人才培養(yǎng)過程面臨的重點問題，主要包括：（1）專業(yè)課程教學內容以理論知識為主，與學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)環(huán)節(jié)、產(chǎn)業(yè)鏈條脫節(jié)，限制了學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、工程實踐能力和科研能力的提高。（2）傳統(tǒng)課程教學方式多以課堂教學為主，主要側重于教師講授，存在形式單一、課程教學效果不佳等問題。（3）課程評價方式以考試為主，注重考查專業(yè)知識掌握程度，未進行有效的能力考查。（4）原有課程思政主要依賴教師個人閱歷，未深度融合行業(yè)實踐中蘊含的交通強國、節(jié)能環(huán)保、工匠精神等思政元素，育人效果有待提高。

2 創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的構建

2.1 課程目標設定

為符合學校的辦學定位、支撐專業(yè)培養(yǎng)目標，教學團隊梳理了課程在人才培養(yǎng)方案中的作用和畢業(yè)要求支撐情況，努力找準課程定位，為達成“知識傳授、能力培養(yǎng)、價值塑造”的有機統(tǒng)一，設定了知識、能力、價值三方面的教學目標。知識目標：認識機器人，了解機器人的發(fā)展歷程，闡述機器人在航運業(yè)的應用、功能、原理和設計要點；分析工業(yè)機器人發(fā)展的新技術；掌握航運用機器人所需的機械設計、編程控制、組裝等多學科知識。能力目標：在實踐過程中發(fā)現(xiàn)機器人的應用前景；設計符合行業(yè)需求的機器人；根據(jù)實際需求設計并制作機器人；培養(yǎng)學生學科交叉融合、科研、工程實踐、綜合分析和創(chuàng)新能力。價值目標：在社會實踐過程中樹立服務交通強國、海運強國意識；強化安全環(huán)保意識；具備大國工匠精神；提高行業(yè)認同感和自豪感。

2.2 培養(yǎng)模式融合創(chuàng)新體系

“產(chǎn)-學-研-用-賽”五位一體的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式是教學團隊在新工科建設背景下，立足國家戰(zhàn)略內需，聚焦“卡脖子”關鍵核心技術，以“四個面向”為導向構建的一種著眼于人才培養(yǎng)模式變革的融合創(chuàng)新體系（見圖1）。

圖1 “產(chǎn)-學-研-用-賽”五位一體的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式

該創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的內涵主要包括：產(chǎn)：教學團隊深入調研企業(yè)、行業(yè)需求，找準行業(yè)重點用戶的實際需求和行業(yè)痛點，尤其是行業(yè)內關鍵、共性的亟待解決的問題，學校與企業(yè)組建產(chǎn)學研團隊；學：行業(yè)、企業(yè)為人才培養(yǎng)提供實踐基地，資深行業(yè)導師走進課堂教學或開展現(xiàn)場實踐教學；學校針對行業(yè)問題著重培養(yǎng)學生理論知識和跨學科思維，并負責組織學生和科研團隊赴行業(yè)、企業(yè)開展實踐交流；研：學生針對行業(yè)、企業(yè)中的關鍵問題，利用所學理論知識實際參與實踐和研究，參與研發(fā)行業(yè)亟待技術及成果產(chǎn)業(yè)化過程，教學團隊帶領學生將研發(fā)產(chǎn)品應用于實際生產(chǎn)過程；用：行業(yè)、企業(yè)在產(chǎn)學研合作基礎上，對學生參與的科研成果及學生的實踐情況進行綜合評價，提出反饋意見，以進一步完善實踐流程及升級產(chǎn)業(yè)化成果；賽：在上述基礎上，教學團隊還通過主辦或組織學生參加各級各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽，檢驗和展示學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)成果，激發(fā)學生的自主學習的積極性。在此期間，企業(yè)和學校對學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目給予支持和保障，指導學生項目各階段發(fā)展。此外，在整個創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式實施過程中，教學團隊還注重挖掘了學校、企業(yè)、行業(yè)的思政元素并切實融入教學的全過程。由此，該“產(chǎn)-學-研-用-賽”五位一體的創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系改變了傳統(tǒng)學校與行業(yè)、學校與企業(yè)之間人才培養(yǎng)脫節(jié)的問題，將生產(chǎn)、學習、科研、實踐和競賽深度融合，形成了立體化的育人體系。

3 創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的實施

人才培養(yǎng)模式成功與否，關鍵在于如何高質量的實施。“產(chǎn)-學-研-用-賽”五位一體的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的實施主要包含高質量教師隊伍的建設、課程內容與資源的建設、教學方式的改革與實踐、創(chuàng)新能力評價體系以及育人與育才相統(tǒng)一的課程思政體系等。

3.1 高質量教師隊伍建設

教師在人才培養(yǎng)過程中起到了至關重要的作用，高質量的教師隊伍是人才培養(yǎng)過程中重要且基礎的一環(huán)。在學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的過程中，傳統(tǒng)教學以學校理論課教師傳授為主的方式顯然已經(jīng)不適應學生創(chuàng)新能力、實踐能力的培養(yǎng)[5]。為此，在實施創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的過程中，構建學校、行業(yè)或企業(yè)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等深度融合的教師隊伍建設機制，組建了由學校、企業(yè)、研究中心的理論課教師，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)導師，總工程師等組成的聯(lián)合教師團隊。理論課教師由不同學校、不同學科的教師組成，充分發(fā)揮科研能力優(yōu)勢、深入企業(yè)實踐，儲備專業(yè)技能、提升實踐能力，主要負責指導學生理論學習。學校聘請行業(yè)、企業(yè)骨干人才發(fā)揮技術優(yōu)勢，參與人才實踐能力培養(yǎng)過程，指導實踐學習。其他知名高校教師作為客座教授，將交叉學科知識融入人才創(chuàng)新能力培養(yǎng)過程。創(chuàng)新船業(yè)導師在學生TRIZ 訓練、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽方面提供全方位指導。在實施教學過程中，由教師和學生共同總結教學過程中存在的問題，實現(xiàn)“教學相長”，并在實際生產(chǎn)過程中檢驗機器人應用效果，促使學生在理論、實踐及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽中掌握機器人理論、提出創(chuàng)新方法、培養(yǎng)創(chuàng)新思維、提高創(chuàng)新能力。這樣，通過不同背景教師、企業(yè)一線骨干、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)導師等融合產(chǎn)生的化學反應，建成一支高素質“多師型”教師隊伍，為全面提高創(chuàng)新人才培養(yǎng)質量提供強有力的師資支撐。

3.2 教學內容與資源建設

為解決課程內容與社會發(fā)展及技術進步脫節(jié)，課程資源主要來源于紙質教材、更新較慢等問題，教學團隊充分利用大連中遠海運川崎和遼寧省水下機器人工程中心等實踐基地的行業(yè)前沿優(yōu)勢，將理論與實踐緊密結合，使學生通過理論和實踐學習，了解機器人在航運業(yè)發(fā)展過程中的應用前景，根據(jù)行業(yè)需求設計不同類型機器人，并參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽，提高其多學科知識交叉應用能力和創(chuàng)新能力。教學團隊充分分析行業(yè)需求，在編著的《機器人引論》教材基礎上，引入國家級線上一流課程，深入行業(yè)一線挖掘需求，不斷更新教學內容。教學內容分為理論和實踐兩個方面，理論學習為8 學時，教學內容以機器人的歷史、功能、原理、設計、控制、組裝、調試和檢驗學生學習成果為主，同時包括實踐報告、參賽材料準備、參賽答辯展示等內容，主要來源于《機器人引論》教材、國家級一流課程《魅力機器人》及《創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理論研究與實踐》雜志。實踐環(huán)節(jié)安排24 學時，教學內容包括在大連中遠海運川崎船舶工程有限公司、遼寧省水下機器人工程中心兩個實踐基地的行業(yè)需求搜集，工業(yè)機器人在航運業(yè)智能制造中的功能和作用，典型機器人的原理、設計、調試，機器人的結構設計、安裝、控制、組裝，各級機器人大賽的準備和參賽，機器人的實際應用等環(huán)節(jié)，以及在實踐中實地感受航運在交通強國中的作用、船舶機器人的節(jié)能環(huán)保理念、實踐基地蘊含的工匠精神等，把社會實踐、理論學習和課程思政內容結合起來，多維度助力社會主義接班人和建設者的培養(yǎng)。

3.3 教學方式改革與實踐

人才培養(yǎng)貴在執(zhí)行，這更多地體現(xiàn)在課程教學方式上，按照課程目標設置、課程內容安排，教學團隊通過合理解構針對不同類型教學內容采取了不同的教學方法及不同的評價體系，如圖2所示。該課程體系改變傳統(tǒng)傳授為主的理論教學，將課程講在實踐基地、講到比賽現(xiàn)場、講向行業(yè)發(fā)展，為專業(yè)人才實踐能力、創(chuàng)新能力和科研能力的培養(yǎng)提供了“有機土壤”。

圖2 教學方式方法

3.3.1 理論教學

理論是實踐的基礎，受到前修課、課時的制約，理論教學很難達到理想狀態(tài)。特別是，傳統(tǒng)的教學大多都是講授式，教師在課堂上傳授知識，學生被動式接受知識。隨著第四次信息革命時代的到來，教學資源更加豐富，知識更新速度日新月異，獲取知識的途徑也不再單一依賴于紙質教材。因此，教學團隊整合多種資源，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，打通學科壁壘以達到理想教學效果[6]。針對《機器人概論與實踐》課程，結合新工科人才培養(yǎng)要求，考慮到輪機工程專業(yè)學生的特點，理論教學主要依托智慧教室和慕課平臺，形成“課前-課中-課后”全時空混合式教學體系，通過翻轉課堂提高學生參與度。通過設計探究型課堂，以項目為基礎，教師開展引導式教學，充分調動學生的主觀能動性、鍛煉其團隊協(xié)作能力。教師主要承擔推薦解決問題的相關資源，提供解決問題思路，加強對各環(huán)節(jié)的指導等任務。學生的理論學習也不再集中于課堂集中教學，而是通過智慧教室、智慧教學工具及慕課平臺推廣至全時空教學體系中。

3.3.2 實踐教學

實踐能力培養(yǎng)是創(chuàng)新人才培養(yǎng)中重要的組成部分，實踐環(huán)節(jié)教學主要以團隊形式開展，根據(jù)學生不同特點，組建學習團隊，團隊各成員根據(jù)學科、能力、年齡不同各自承擔不同的角色[7]。安排學生到培養(yǎng)基地開展實踐活動和定期組織科研團隊與企業(yè)技術人員開展技術交流。企業(yè)為學校學生推薦專業(yè)實踐指導教師。本課程的實踐教學主要在大連中遠海運川崎工程有限公司、遼寧省水下機器人工程研究中心兩大實踐基地開展。企業(yè)利用其智能制造機器人開展實踐教學，學生通過實地參觀、學生討論等了解行業(yè)需求，開闊視野，增加其工程實踐的創(chuàng)新性思維。企業(yè)導師走進課堂開展現(xiàn)場教學，企業(yè)協(xié)助學校完成實踐類課程的教學環(huán)節(jié)、學位論文開題等工作，教學環(huán)節(jié)由企業(yè)導師和學校導師共同指導。根據(jù)學生在行業(yè)中了解到的最新需求，教學團隊在遼寧省水下機器人工程研究中心專門開辟特定區(qū)域成立創(chuàng)新實驗室，為學生有針對性的設計和制作相關機器人提供場地和技術支持。同時，企業(yè)導師和學校導師共同指導學生撰寫學術論文和申請專利，實踐結束后，學生提交實踐報告并進行成果匯報。企業(yè)導師和學校教師還負責學生在培養(yǎng)基地期間的日常管理、業(yè)務指導和學習考核；整合各實踐環(huán)節(jié)的教學資源，更新實踐教學內容；對新知識點進行訓練與完善；充分地利用各實踐環(huán)節(jié)的實驗資源，打通所有實踐環(huán)節(jié)，提高學生的自主學習與創(chuàng)新能力。

3.3.3 比賽教學

以賽促學，激發(fā)學生的學習興趣[8]。通過舉辦第十一屆國際水下機器人大賽、水下智能裝備創(chuàng)新設計大賽、全國智能無人艇搜救大賽暨智能無人艇技術高峰論壇等大賽，組織學生參加各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽，以檢驗實踐期間的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)成果。企業(yè)導師和學校導師共同指導學生參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽。學生通過參加機器人創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽，檢驗學習效果，在校內形成最廣泛的應用實踐參與氛圍，提升廣大學生的應用實踐能力。比賽中，學生相互切磋技藝、交流經(jīng)驗、改進技能，并得到專家對參賽選手的指導和點評，切實達到“以賽促學、以學促用、學用結合”的良好效果。最后，通過比賽，教師和學生共同總結教學過程中存在的問題，并在實際生產(chǎn)過程中檢驗機器人應用效果，促使學生在實踐中掌握機器人理論、提出創(chuàng)新方法、培養(yǎng)創(chuàng)新思維、提高創(chuàng)新能力。

3.4 課程評價體系

傳統(tǒng)課程評價主要依賴于終結性期末考試，而且側重于理論知識的考查，忽略了能力的評價。為真正實現(xiàn)學生能力的有效評價，教學團隊通過對諸如托蘭斯創(chuàng)造性思維測驗（TTCT）、芝加哥大學創(chuàng)造力測驗等能力評價方法的研究，建立了包括理論、實踐、比賽在內的全方位的創(chuàng)新能力評價體系，其中，評價主要分為：理論知識考核20%，主要考查學生對機器人理論知識的掌握程度；實踐基地學習考核30%，主要包括在大連中遠海運川崎的現(xiàn)場實踐考核和在遼寧省水下機器人工程中心的制作考核，以現(xiàn)場考評和機器人制作考核為主；比賽準備及參加比賽考核20%，主要通過典型機器人制作、比賽準備、答辯、演示、比賽成績等進行考查；匯報演示考核30%，主要通過學生針對比賽過程中出現(xiàn)的問題進行改進并在最后一次課進行現(xiàn)場演示進行考查。這樣就使得評價由終結性評價向過程性評價轉變、由單一評價向全面評價轉變，切實支撐了培養(yǎng)模式，達成了創(chuàng)新能力考核目標[9]。

3.5 課程思政

價值目標的實現(xiàn)主要依靠課程思政，而課程思政實現(xiàn)要求育人與育才有機統(tǒng)一，這也是立德樹人根本任務的重要實現(xiàn)路徑[10]。為實現(xiàn)知識傳授、能力培養(yǎng)和價值塑造的有機統(tǒng)一，課程團隊充分利用實踐基地、實習船等載體，通過實地參觀學習、先進典型宣講、親身感受產(chǎn)業(yè)發(fā)展等融入航運報國、中國智造、節(jié)能環(huán)保、工匠精神等思政元素，持續(xù)深化“三全育人”格局，將課程思政在課程育人、實踐育人、科研育人、文化育人中深入實施，做到潤物細無聲，創(chuàng)建了全方位、立體化的育人新模式。

4 創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式實施的效果

海事院校與高新技術船舶公司合作，培養(yǎng)海洋強國所需人才，激發(fā)行業(yè)活力。培養(yǎng)學生走出校園，積極參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動，成果豐碩。該模式運行至今取得了豐碩的成果，已通過本課程的實施，累計派出數(shù)十名學生至大連中遠海運川崎船舶工程有限公司進行實踐實習和技術交流。學生以實際生產(chǎn)和科研項目為背景撰寫論文和專利60 余項；榮獲全國挑戰(zhàn)杯、國際水中機器人大賽、“互聯(lián)網(wǎng)+”等比賽特等獎、一等獎等榮譽30 余項；參加國內外學術會議10 余次；孵化科技創(chuàng)新公司2 個；針對6 個應用場景開發(fā)了百余臺機器人產(chǎn)品，獲得第21 屆高新技術成果交易會優(yōu)秀產(chǎn)品獎，學生開發(fā)的機器人也已成功應用于船舶智能制造；多位優(yōu)秀本科生通過創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽獲獎等途徑破格保送至清華、北大等著名高校繼續(xù)深造。除學生能力的提升外，教師也獲得了一定的成果，教學團隊獲得遼寧省高水平創(chuàng)新團隊、遼寧省教學名師、遼寧省教學成果獎等省部級榮譽和獎勵10 余項。通過深度融合產(chǎn)學需求、多學科知識、科研成果、以賽促學等內容，以《機器人概論與實踐》課程為重要組成部分打造完成了輪機工程專業(yè)“產(chǎn)-學-研-用-賽”五位一體的培養(yǎng)模式，該模式入選中國高等教育學會“校企合作，雙百計劃”典型案例，在中國高等教育院校中推廣應用。

5 結語

筆者所在的教學團隊針對傳統(tǒng)輪機工程專業(yè)人才培養(yǎng)過程中創(chuàng)新能力有待提高的問題，從代表教育最微觀問題的課程出發(fā)，以《機器人概論與實踐》課程為例，打造了“產(chǎn)-學-研-用-賽”五位一體的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，在創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式構建和實施方面做了一定的研究和探索。“產(chǎn)-學-研-用-賽”五位一體的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式注重行業(yè)需求與教學科研對接，培養(yǎng)學生實踐能力、創(chuàng)新能力和競爭力，全面提升學生專業(yè)技能水平，充分利用同行評議和市場競爭機制錘煉創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)成果。校企共同扶持學生項目，助力學生發(fā)展，培養(yǎng)服務于海洋強國和交通強國的創(chuàng)新型、復合型人才，極大地提升了創(chuàng)新轉化為生產(chǎn)力的能力水平和速度。此模式具有可復制性，教學模式和教學成果的推廣將更好的助力更多學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。