“專創(chuàng)融合”協(xié)同項目驅(qū)動下工業(yè)機器人技術課程改革探索

孟國亮，任金平，解浩，秦娟娟

（1.蘭州工業(yè)學院，甘肅蘭州 730050；2.隴東學院 化學化工學院，甘肅慶陽 745000）

在新工科建設及“雙創(chuàng)”導向的要求下，各高校都在積極探索“專創(chuàng)融合”課程建設。在現(xiàn)行教育體系中，傳統(tǒng)的教學方式仍然占據(jù)主導地位。然而，傳統(tǒng)教學模式單一、知識更新率低，未能有效激發(fā)學生的求知欲，學生難以將所學知識創(chuàng)新性地應用于實踐[1]，教學過程只是簡單的知識傳遞過程，教學成果很難轉(zhuǎn)化成未來社會發(fā)展的動力。因此，傳統(tǒng)的教學方式已經(jīng)難以滿足行業(yè)發(fā)展對學生提出的能力要求。

傳統(tǒng)教學模式存在以下問題：教學內(nèi)容與方法難以滿足素質(zhì)教育的要求；課程章節(jié)內(nèi)容相互孤立，課程資源匱乏，缺少相應的工程案例與背景的有效銜接；專業(yè)知識傳授與創(chuàng)新能力培養(yǎng)融合度不足、與實踐脫節(jié)[2-3]；部分學生的創(chuàng)新能力并未得到有效的鍛煉等。針對這些問題，本文以蘭州工業(yè)學院工業(yè)機器人技術課程為例，剖析課程特點，通過開發(fā)“專創(chuàng)融合”協(xié)同項目驅(qū)動的內(nèi)容、設計并融入驅(qū)動項目、應用校內(nèi)外各實訓平臺、改進教學模式以及考核機制等措施，進行教學改革與探索，構(gòu)建在項目驅(qū)動下以專業(yè)知識為基礎、以實踐創(chuàng)新為主的新型教學模式，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、思維與能力，為學校開展“專創(chuàng)融合”建設提供參考。

1 “專創(chuàng)融合”建設過程中存在的問題

1.1 “專創(chuàng)融合”認識不足，理念落后

“專創(chuàng)融合”教學過程應結(jié)合實際工程應用，在培養(yǎng)學生專業(yè)能力的基礎上進行創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)，以引導學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，增強學生的創(chuàng)新意識，提高學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力與素養(yǎng)。然而，部分教師對“專創(chuàng)融合”課程的認識不足、理解不到位，在“專創(chuàng)融合”教學過程中未結(jié)合專業(yè)課內(nèi)容對“雙創(chuàng)”元素進行深入挖掘，教學模式設計單一，將專業(yè)授課和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)授課分為兩個獨立的過程進行，存在專業(yè)教育、“雙創(chuàng)”教育“兩張皮”的問題[4]，沒有將創(chuàng)新思維、創(chuàng)新理念融入專業(yè)課程，“雙創(chuàng)”教育和專業(yè)課教育的脫節(jié)導致學生對創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的認知停留在表面，學生的創(chuàng)新思維與創(chuàng)新潛能沒有得到有效的開發(fā)。

1.2 “專創(chuàng)”課程與課外實訓融合不足

在“專創(chuàng)融合”培養(yǎng)模式中，教師既要注重理論知識的傳授，也要注重學生實踐技能的培養(yǎng)[5]。對于學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)，高?？梢酝ㄟ^各類學科競賽，應用學生工作室和校內(nèi)外實習實訓平臺，結(jié)合相關競賽作品的完成過程進行，培養(yǎng)學生的設計能力，再將優(yōu)秀作品通過新工藝、新方法、新技術、新材料等轉(zhuǎn)化成“雙創(chuàng)”項目，從而提升學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力[6]。而實際情況卻是部分教師在授課過程中以理論創(chuàng)新與技能為主，未與實踐教學結(jié)合，缺乏與實踐環(huán)節(jié)的融會貫通，學生的操作能力與創(chuàng)新技能并未得到有效培養(yǎng)。在“挑戰(zhàn)杯”“機創(chuàng)賽”以及“互聯(lián)網(wǎng)+”等比賽中，只有少部分學生能進行創(chuàng)新設計并參賽，將作品轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，而大部分學生缺乏創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識，難以將各類優(yōu)秀作品、優(yōu)秀項目轉(zhuǎn)換成創(chuàng)新項目服務社會發(fā)展，未實現(xiàn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的目的。

2 工業(yè)機器人技術課程建設

針對上述情況，本文擬以工業(yè)機器人技術專業(yè)課教學為基礎，充分挖掘創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)元素和思政元素[7]，并將其合理融入專業(yè)知識教學過程。首先，根據(jù)工業(yè)機器人在工程中的典型應用，對課程知識點進行深入剖析挖掘，把課程內(nèi)容劃分成機械部分、傳感部分和控制部分等不同的學習模塊；其次，結(jié)合具體學習模塊構(gòu)建創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程實踐驅(qū)動項目，再以實踐驅(qū)動項目為切入點，運用CDIO 教學模式完成教學內(nèi)容[8-9]；再次，結(jié)合各類學科競賽，充分應用現(xiàn)有的各學生工作室有利條件以及校內(nèi)外各實習單位提供的實訓平臺，完成相應驅(qū)動項目的建模、制作與展示；最后，改進考核機制，過程考核通過以學生為主的考核小組現(xiàn)場打分的方式進行，增強學生的參與感，提高學生的參與積極性。在“專創(chuàng)融合”教學過程中，專業(yè)課為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐項目提供了相關的知識與技能，同時創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐項目也給予了專業(yè)課新動力，通過專業(yè)理論與實踐項目的有機結(jié)合，構(gòu)建了“專創(chuàng)融合”課程建設思路（見圖1）。

圖1 課程建設思路

2.1 挖掘“專創(chuàng)融合”教學內(nèi)容

分析工業(yè)機器人技術課程特點，對課程內(nèi)容進行剖析與整合，將知識點劃分為三大部分、六個子系統(tǒng)（見圖2），從而形成模塊化的專業(yè)課程內(nèi)容，再充分挖掘每個模塊中能體現(xiàn)“雙創(chuàng)”意識、“雙創(chuàng)”思維和“雙創(chuàng)”能力的知識點，將其設計成具體的驅(qū)動項目；同時，整合“雙創(chuàng)”教育資源，分解“雙創(chuàng)”教育目標，將能體現(xiàn)“雙創(chuàng)”知識、能力和素養(yǎng)等元素的案例融入驅(qū)動項目，形成“專創(chuàng)融合”的教學內(nèi)容。“專創(chuàng)融合”教學內(nèi)容既要充分體現(xiàn)工業(yè)機器人技術的課程特色，還要培養(yǎng)學生的“雙創(chuàng)”意識、“雙創(chuàng)”思維和“雙創(chuàng)”能力。在教學過程中，教師通過傳授“專創(chuàng)融合”知識，激發(fā)學生對創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的興趣與熱情。融入“雙創(chuàng)”教育元素的工業(yè)機器人技術課程內(nèi)容，既要保證專業(yè)課程的優(yōu)勢，又要給予學生充分的“雙創(chuàng)”發(fā)揮空間，進而培養(yǎng)學生基于專業(yè)教育的“雙創(chuàng)”能力。

圖2 工業(yè)機器人技術課程內(nèi)容開發(fā)

2.2 建設“專創(chuàng)融合”實訓平臺

通過剖析工業(yè)機器人的應用，分析機器人行業(yè)發(fā)展動態(tài)，課程依托蘭州工業(yè)學院機電綜合實驗室、CAD/CAM 實驗室、機設創(chuàng)新實驗室、工程訓練中心等實訓平臺，結(jié)合校外20 多個實習實訓基地，開展實訓教學。實訓內(nèi)容結(jié)合“專創(chuàng)融合”課程內(nèi)容中的驅(qū)動項目展開，注重創(chuàng)新思維的拓展、創(chuàng)新方法的應用和創(chuàng)新能力的提高。通過對實訓項目的制作與完成，激發(fā)學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的積極性與主動性，鍛煉學生的實踐能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。此外，依托校內(nèi)學生工作室——西風坊、零起點、3D 工作室以及晨曦工作室等，組織學生參加機械創(chuàng)新大賽、“挑戰(zhàn)杯”、數(shù)字化設計大賽、“互聯(lián)網(wǎng)+”設計大賽以及工程能力訓練大賽等競賽，將獲得優(yōu)異成績的項目與作品通過采用新的材料、技術、工藝和方法等，轉(zhuǎn)化為“雙創(chuàng)”項目或“雙創(chuàng)”產(chǎn)品，突出專業(yè)技術、技能與科技成果的轉(zhuǎn)化[10]，實現(xiàn)“雙創(chuàng)”人才的培育，服務產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要。實訓平臺構(gòu)建如圖3 所示。

圖3 實訓平臺構(gòu)建

2.3 項目驅(qū)動下的CDIO 教學模式

為確?！皩?chuàng)融合”課程教育目標的達成，課程組通過剖析工業(yè)機器人技術課程特點，結(jié)合學生學情，分析對比了各種教學方法，最后確定了在項目驅(qū)動下以CDIO 教學模式為主的教學方法。實施過程分為課前自學、課中導學、課后助學三個部分，具體內(nèi)容見圖4。在課前自學環(huán)節(jié)，學生通過分析驅(qū)動項目對涉及的知識點進行學習與鞏固，并形成初步的設計思維與設計方案。在課中導學環(huán)節(jié)，學生通過CDIO 教學模式中的“項目構(gòu)思—項目設計—項目實施—項目運行”四個教學步驟展開學習[11-12]。每個步驟都有對應的知識點，教師結(jié)合相應的知識點，融入“雙創(chuàng)”元素與案例，對應這四個步驟再進行問題導入、分析探究、結(jié)果展示和知識總結(jié)，將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)知識、方法和技能有效傳授給學生。學生在課堂上自由成組、集思廣益，最后闡述項目實施方案，此環(huán)節(jié)培養(yǎng)了學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的素質(zhì)和能力。在課后助學環(huán)節(jié)，學生在課外完成相關項目任務，進行作品展示以及后續(xù)的持續(xù)優(yōu)化。教學設計流程見圖5，采用“項目驅(qū)動下CDIO 教學模式”教學方法，教學體系完整，充分體現(xiàn)了以學生為主體的教學理念。

圖4 項目驅(qū)動下CDIO 教學模式教學過程

圖5 項目驅(qū)動下CDIO 教學模式設計流程

2.4 考核機制的改進

為確?！皩?chuàng)融合”課程目標的完成，提升“雙創(chuàng)”人才質(zhì)量，對“專創(chuàng)融合”協(xié)同項目驅(qū)動下CDIO 教學模式的考核，采取過程考核與期末考核相結(jié)合的方式。過程考核包括驅(qū)動項目的分解、構(gòu)思、設計以及作品完成等，同時注重完成過程中對創(chuàng)新方法、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新技能的運用[13-14]?？己擞砂嗉壙己诵〗M負責，考核小組要根據(jù)學生項目作品中對專業(yè)知識與技能的應用、“雙創(chuàng)”思維與能力的體現(xiàn)進行現(xiàn)場考核打分，此過程由教師和班級其余學生監(jiān)督。通過這種學生參與式的考核機制，將考核過程與考核結(jié)果公平、公正、公開化；期末考核重在考查學生對專業(yè)知識的掌握和對專業(yè)技能的運用，通過具體案例評價學生分析和解決實際工程問題的能力。對考核機制的改進，可以有效提高學生在“專創(chuàng)融合”學習過程中的積極性。

3 結(jié)語

針對“專創(chuàng)融合”教學過程中傳統(tǒng)教學模式難以滿足素質(zhì)教育要求的問題，本文以工業(yè)機器人技術課程為例，通過剖析并分解課程內(nèi)容，融入對應的項目，應用校內(nèi)外實訓平臺以及學生工作室，完成相關項目，并對考核機制進行改進，整個教學過程采用項目驅(qū)動協(xié)同CDIO 模式的教學方法。對“專創(chuàng)融合”教學模式的改革與探索，提高了學生分析和解決實際問題的能力，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新意識、思維與技能，為“專創(chuàng)融合”教育提供了一定參考。