工程實踐創新項目智能鼠賽教互動人才培養

宋立紅 高藝

【摘? 要】智能鼠走迷宮是工程實踐創新項目教學模式的載體，智能鼠研發設計制作過程充分鍛煉了學生的“創新、創意、創造”精神。本文基于工程實踐創新項目教學模式，以智能鼠教學和競賽為例，提出了系統化人才培養策略模型，并結合具體的實踐學習內容，展現其模型的實踐操作。

【關鍵詞】工程實踐創新項目;智能鼠走迷宮大賽;人才培養

EPIP 是Engineering（工程）、Practice（實踐）、Innovation（創新）、Project（項目）四個英文單詞首寫字母的縮寫。EPIP的提出來源于人們創新實踐的邏輯路徑。所有的創新實踐，都是人們首先了解、學習先前的工程項目，然后進行工程實踐，在實踐中觀察、發現問題，最后應用技術技能創新性地解決工程實踐問題。

EPIP工程教學模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，是“做中學”（do and learning）和“基于項目教育和學習”（Project based education and learning）的集中概括和抽象表達。它以工程項目（包括產品、生產流程和系統）從研發到運行的生命周期為載體，讓學生以主動、實踐、課程之間有機聯系的方式學習工程。它是一種先進的教育理念，代表了國際工程教育的發展方向，回答了現代工程師究竟需要具備哪些知識、能力和素養;工程教育又應當如何使學生具備這些知識、能力和素質的問題。

IEEE國際標準智能鼠走迷宮競賽風靡全球40余年，采用國際電工電子學會統一標準。自創辦以來，每年都會舉辦高水平的大賽，目前，這項競賽在美國、英國、日本、韓國、新加坡、葡萄牙等國家頗為盛行。智能鼠走迷宮是EPIP教學模式的典型載體，智能鼠研發設計制作過程充分鍛煉了學生的“創新、創意、創造”精神，鼓勵學生有創造性思維、批判性思維和實踐精神，激發學生創新的激情。

一、EPIP教學模式

EPIP教學模式是以實際工程為背景，以工程實踐為導向，以能力培養為目標，以工程項目為統領的技術技能型人才培養模式。實施EPIP是從實際工程介紹開始，在工程背景下展開實踐活動，再在工程實踐基礎上不斷創新。

（一）EPIP與創新能力的培養

基于EPIP的教育模式，可以培養學生的好奇心、求知欲，幫助學生自主學習、獨立思考，保護學生的探索精神，發展學生的創新思維。創新既是一個過程，也是一個結果。創新需要深厚的實踐積累。

在創新型人才培養過程中，需要注意以下幾點：

1.創新本身不可以培養，但是創新思維可以培養。

這就是“發現問題、分析問題、解決問題、總結問題”，從而培養“大膽聯系、大膽改變、大膽附體、大膽變向、大膽反對”等多種思維方法。正如老子所講“道生一，一生二，二生三，三生萬物。”所謂“三生萬物”，我們就可理解為創新。

2.創新是需要基礎的。

人不能不會走而先會跑，任何事情都要有基礎，創新也是一樣。以目前火爆的共享單車為例，在自行車發明以前，是不可能有“共享單車”這個概念的，如果沒有GPS定位技術和互聯網技術，也不可能有共享單車，如果沒有互聯網經濟的發展，共享單車就不會有大規模融資，更沒有機會進行廣泛推廣。

3.創新的激情、創新的興趣是需要培養的。

對大多數人而言，激情與興趣都是短暫的，無法持久，無法堅持。只有不斷地成功，不斷地受到周圍人的認可，不斷地得到表揚與鼓勵，才能把短暫的堅持轉化為長久的堅持，才能集小勝為大勝。

4.創新教育是長期的、貫通的。

學生創新能力、實踐能力和綜合能力的培養是一個長期的、循序漸進的過程，不是一朝一夕就能達到的。因此，必須有意識地培養學生的創新實踐意識、科學素養、工程素養以及團隊合作意識，激發與保護學生的學習興趣與探索意識，將學生的“要我學”轉變為“我要學”，從而達到創造快樂的素質教育目的。

（二）EPIP教學模式實踐

EPIP教學模式以實際工程項目為導引，需要建立一個從簡單工程到復雜工程的教育環境和載體，鍛煉學生的自主學習能力、分析能力和觀察能力;以實踐應用為導向，從實踐中來，到實踐中去，利用搭建的工程教育環境和載體，真題真做、真題重做、真題仿做，在實踐中學習，在團隊中學習;以創新能力培養為目標，通過工程項目讓學生感興趣，并自覺地、主動地觀察、思考、探究工程項目，發揮學生主觀能動性;以項目實踐為統領，通過EPIP統領構建工程技術環境和載體，體驗合作開發產品的“構想—設計—實施—操作”全過程，貫穿工程實踐能力、溝通能力、管理能力、團隊合作能力等工程思維和素養培養，進而培養學生的工程實踐創新能力。在培養過程中，要將科學探究的四個過程——“發現問題、分析問題、解決問題、總結問題”貫穿始終。

在EPIP工程實踐創新項目教學模式中，每個項目都按照單元方式，以問題導向、工程統領、實化教學、激活現有、過程評價、激活師生6個步驟進行，讓學生體驗教無定法、教而有道的先進教學模式。

二、智能鼠創新實踐教學

（一）教學平臺

智能鼠走迷宮競賽作為實訓教學和學生創新競賽的媒介載體，在充分體現光機電結合、軟硬件結合、控制與機械結合，演繹“工程”課程概念的同時，延伸和擴展了“創新”課程的理念，使得學生的學習內容和教師的授課方式都有了全新的內涵，真正著眼于綜合素質的培養，創造快樂素質教育。智能鼠自成一個獨立的系統，可以在迷宮中自動記憶路徑、選擇路徑，它包含傳感器、電機、核心電路等部分。

1.核心控制單元。

核心控制單元采用國際開源Arduino軟硬件平臺。CPU采用高性能、低功耗的AVR ATmega328P微控制器，內置藍牙模塊最大支持14路數字信號、6路模擬信號輸出兼容PWM輸出。Arduino對于初學者來說，極易掌握，同時有著足夠的靈活性，不需要太多的單片機基礎、編程基礎。Arduino使開發者更關注創意與實現，能更快地完成自己的項目開發，大大節約了學習成本，縮短了開發周期。

2.人機交互單元。

人機交互單元控制模塊集成了高品質無線藍牙模塊，通信距離最遠可達10米，配套有TQD手機藍牙APP，方便用戶與設備之間進行數據傳輸。APP在線手機調試靈活快捷、精準有效。

3.電機驅動單元。

電機驅動單元采用升級版高品質鋼齒輪N20減速電機和L298N驅動電路，采用PWM方式控制電機轉速，從而實現電腦鼠的運動控制。

4.紅外檢測單元。

紅外檢測單元采用了反射式光電傳感器。每個智能鼠共有5組紅外線傳感器，每組紅外線傳感器由紅外線發射和紅外線接收組成。正前方的傳感器可以檢測前方是否有障礙物，從而實現避障。左前端和右前端兩個傳感器可以用來檢測迷宮通道的隔墻信息，起到校正車姿作用。左后端和右后端兩個傳感器用來檢測當前迷宮位置是否有路口，是否可以進行轉彎。

5.智能鼠專用測試場地。

為了讓學生能更好地進行學習，我們在教學中還采用了專用的傳感器測試場地。

（二）教學內容

通過完成智能鼠組裝、電機調試、傳感器調試、運動姿態調試、迷宮算法、智能鼠高級控制六個項目，最終完成項目并取得成果。智能鼠走迷宮競賽的每個單元都按照項目單元編寫方式，讓教學者和學習者了解、體驗工程實踐創新的教學和學習方式，豐富學習者的工程實踐知識、經驗和技術應用，拓展學習者的專業視野，形成良好的職業素養，提升學習者的實踐創新能力。

（三）教學成果

經過多年的努力，基于EPIP智能鼠賽教互動的人才培養模式，通過智能鼠走進課堂融入教學和相關競賽的開展，得到了師生的廣泛關注和認可。

天津市第一輕工業學校、天津市復興中學攜手天津啟誠偉業科技有限公司，積極響應國家現代職業教育改革創新示范區建設的任務要求和號召，于2015年舉辦首屆普職融通工程實踐創新試點培訓班，來自天津市紅橋區、河北區所屬中學的學生們認真聆聽專家的講解，并通過智能鼠教學平臺深入理解普職融通工程實踐創新項目。

2016年至2018年， 在天津市中等職業學校學生技能競賽中連續三屆設立普職融通EPIP國際挑戰賽，其中智能鼠競賽項目受到了眾多中職學校和普通中學師生的關注。來自天津市儀表無線電工業學校、天津市復興中學等參賽隊，與來自魯班工坊的英國、泰國選手同場競技，充分發揮了學生們的創意、創新、創造能力，團結協作地完成了智能鼠競賽。EPIP工程實踐創新項目作為天津職業教育改革創新示范區優秀職教成果，走進課堂融入教學，以競賽形式引領教育教學發展。

從2016年3月開始，工程實踐創新項目作為國際知名品牌——魯班工坊的核心教學模式，按照共商、共研、共建、共享、共贏的“五共”原則，伴隨著“一帶一路”的發展走出國門，在泰國、印度、印度尼西亞、巴基斯坦、柬埔寨、葡萄牙等國家，以智能鼠走迷宮競賽平臺作為通用教學平臺，開展學歷教育和職業培訓，激發了當地職業院校的辦學活力，為“一帶一路”建設培養本土化的技術技能人才。

三、結束語

基于EPIP教學模式，以智能鼠為載體，提出了系統化人才培養策略模型，并結合具體的實踐學習內容，展現其模型的實踐操作，是一種非常有意義的實踐探索。從中國制造到中國創造之路任重道遠，通過基于EPIP教學模式的系統化人才培養可以盡快培養、造就一大批高質量、多層次、具有工程意識與智能控制技術的應用型技術技能人才。同時，通過EPIP國際化交流，我國將幫助“一帶一路”國家培養更多的技術專業人才，助力“一帶一路”國家發展。

（責任編輯? 吳淑媛）

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[作者簡介]宋立紅，女，1969年生人，天津啟誠偉業科技有限公司總經理、啟誠電腦鼠創始人。主要研究方向為AI Micromouse系統、物聯網、智能控制與檢測。

高藝，男，1979年生人，博士研究生。主要研究方向為無人機系統、物聯網、智能控制與檢測。