基于綜合項目的探究型課程教學改革

【摘要】針對高職“雙高計劃”創新型技術技能人才培養要求，結合學生自主學習的實際需要，按照同組異構的形式跨專業組建項目團隊，基于綜合性項目實施探究型教學改革，促進學生創新思維、團隊協作和解決問題能力的培養。實踐證明，課程教學效果和學生綜合素養明顯提高。

【關鍵詞】項目課程；綜合項目；探究型教學；同組異構

【中圖分類號】G712【文獻標志碼】A【文章編號】1005-6009（2020）36-0059-04

【作者簡介】周亞娟，江陰職業技術學院（江蘇江陰，214400）助理研究員，主要研究方向為教育管理。

*本文系江蘇省教育科學“十三五”規劃重點課題“基于縣域職教聯盟的中高職銜接人才培養模式研究與實踐”（B-b/2018/03/11）的階段性研究成果。

綜合項目課程教學是通過完整的工程項目進行實踐教學活動的方法，它系統整合了理論知識應用、項目設計與實踐的綜合能力，通過項目教學過程的訓練和項目實踐中的創新設計，培養學生獨立工作的能力和解決實際工程問題的能力。本文以江陰職業技術學院為例，分享學校綜合項目課程改革的經驗。

一、綜合項目課程設計與選題

項目課程是教師基于實際工程項目邏輯編排課程知識體系，按照“必需、夠用”的原則重構、序化課程教學內容，通過“項目引導、任務驅動”的思路設計系列教學任務，按照“任務明線、知識暗線”的架構將關鍵知識點穿插在對應的教學任務中，并通過任務拓展的形式補充其他相關知識點。

（一）綜合項目課程設計

項目課程主要通過任務驅動法引導學生自主探究，在一定的工作任務情境下以團隊協作的形式“學中做、做中學”，最終使學生設計出具有一定功能和應用價值的產品（即學習成果）。它是一種以學生為中心，充分考慮學生個體差異，以實現個性化訓練的教學方法。通過自主探索和實踐，讓學生掌握項目背后隱藏的學科專業知識，培養學生解決問題、溝通表達、團隊合作等綜合能力。

綜合項目相對普通項目來說較為系統、復雜，一般應用于專業方向課程或專業綜合設計課程，要求學生掌握一定的專業技術基礎，重點培養學生的創新思維、職業素養及綜合能力。因此，這些課程是基于學生在前序專業課程中所獲得的技術知識，引入課程的綜合項目，按照功能邏輯劃分為多個關聯模塊，再將各個模塊進一步細分序化為緊密耦合的任務鏈。

（二）綜合項目課程選題

在項目化教學中，教師需要做大量的前期準備工作，確定項目內容、任務架構、教學模式，再根據學生認知規律對項目進行教學化改造。當學生進入項目實踐教學環節后，教師將作為學習指導者，隨時準備幫助學生解決疑難問題。

項目化教學根據產品的實際應用價值選擇并設計合適的課程項目，一般項目基本能覆蓋課程絕大部分知識點，綜合項目則更加側重于學生專業知識綜合應用能力的培養。項目還能夠適應不同教學方向的要求，如課程的教學內容編排、任務驅動教學實施、項目創新設計與開發等。普通專業課程的一般項目不宜過大，但綜合設計專業課程須引入功能相對完整的大項目，還要有一定的難度和工程應用價值，確保學生可以較為系統地進行項目規劃、設計和實踐，因此教師在確定選題時一定要反復思索、充分調研。

二、綜合項目課程教學案例

綜合項目一般是與生產、科學研究任務結合的現實題目，學生只有在完成專業教學計劃所規定的前序理論課程學習和技能實訓，掌握了相應的專業基礎知識和技術技能，經考試、考查合格后才能進行。“綜合設計與項目實踐”是江陰職業技術學院的系列綜合項目課程，其課程教學目標是在教師指導下，學生按照項目要求進行工程設計和研究，包括設計、計算、繪圖、工藝技術、經濟論證以及合理化建議等，最后提交一份項目報告。

以綜合項目課程中的子課程“吸塵機器人系統設計與項目實踐”為例，它是機械設計和信息技術專業開設的綜合項目課程，一般在第五學期開設，要求由機械、電子和計算機專業的學生自由組建5～6人的項目小組（組長由大家推選產生），小組成員合作設計、開發并制作一個小型吸塵機器人樣機系統，每個項目小組需要在學期結束前提交相應的中期項目進度報告、項目整體設計報告和最終設計制作的小型機器人樣機，小組中的每名學生都要根據自己在項目中的分工做相應匯報及答辯。

（一）教學內容重構

在課程中引入合適的工作項目作為課程教學內容載體是綜合項目課程設計的關鍵，“吸塵機器人系統設計與項目實踐”課程重點培養學生機械、電子、軟件設計綜合能力，課程引入“小型吸塵機器人樣機研制”綜合項目，依據“項目—模塊—任務”的邏輯結構分為3大模塊及21個相關任務。

模塊1的4個任務要求學生設計并制造出吸塵機器人的底盤。吸塵機器人的底盤一般選用材質較輕、有一定強度的多孔圓形鋁板。底盤需要安裝四個輪子，采用可充電的大電流鋰電池組給步進電機供電，通過步進電機控制左右兩個驅動輪的速度以實現機器人的前移和轉向。底盤的設計與加工主要包含“需求分析、CAD設計、CAM過程”三個環節，其中CAD設計又分為概念設計、結構設計、計算分析和設計優化，CAM過程又分為工藝過程設計（工藝線路、加工設備、工裝設計及材料確定等）、毛坯及部件加工、裝配調試等。

模塊2的9個任務以Cortex-M系列CPU為控制核心，要求學生設計并制造出吸塵機器人系統控制的印制電路板，包括電源、電機驅動、液晶顯示及測距、碰撞、灰度級電子羅盤傳感器等單元。印制電路板制作主要有電路整體方案設計、單元電路設計、SCH原理圖設計、PCB線路板設計、印制線路板外送加工等環節，每個環節需要進一步細分為相關的步驟。

模塊3的8個任務要求學生通過模擬多種吸塵場所來進行避障算法驗證及控制軟件調試，從而完成吸塵機器人路徑規劃算法及相應控制軟件的開發。模擬場地內的障礙物、墻體擋板數量和位置可以隨機變化，要求吸塵機器人從任意位置出發對整個模擬場地進行遍歷，同時在固定的時間內覆蓋場地的最大面積。

（二）教學實施分組

“吸塵機器人系統設計與項目實踐”課程的教學時間共19周，教師在第1—4周通過“項目引導、任務驅動”的教學方式，由淺入深、循序漸進地將小型吸塵機器人樣機設計原理與基本應用概況推送給學生，讓學生對與智能吸塵機器人相關的傳感器技術、環境建模、定位、路徑規劃及機械產品設計等理論知識和技術應用有較為清晰的了解。學生在這段時間盡可能查閱和檢索吸塵機器人研發的相關資料，為后續具體的項目設計和開發奠定基礎。

所謂“同組異構”就是同一個小組必須由機械、電子和計算機專業的不同學生構成，確保每個小組成員結構情況和整體學習力大致均衡，最大限度整合各個小組的自主研發和團隊協作能力。課程開始的第3—4周，學生在教師的引導下按照“同組異構”的原則組建項目研發團隊（每組5～6人），由學生推選組長，然后根據個人特長和愛好進行項目任務分工，明確各自目標任務和工作進度。

從第5周開始，學生用大約12周的時間進行項目設計與開發工作，每個團隊在智能吸塵機器人底盤、控制電路、傳感器和路徑規劃算法設計等方面可以定義不同的交付功能，并根據相應的功能設計選擇不同型號的材料、元器件和研發路徑等。在此期間，指導教師與學生一起在線上（課程學習論壇）就個性問題進行發散性討論，同時每周集中討論1次，師生共同探究項目開發中的共性問題，教師給出相應的指導。

指導教師在第17周向學生提供一套項目研究報告范本，以便學生在撰寫項目研究報告時進行參考。報告撰寫期間指導教師要和每個小組進行多次溝通，確保項目報告“結構完整、內容規范、資料詳實”。最后1周進行小組項目作品展示和答辯，由組長進行項目整體研發陳述與作品展示，每個組員就自己承擔的研發任務作出說明。

（三）教學效果評估

項目團隊在項目設計和開發過程中有較大的自由度和自主權，各項目小組期末提交的智能吸塵機器人樣機和項目報告在整體框架上基本一致，但在項目研發的不同模塊和單元中卻呈現出明顯的差異性。期末課程分“項目作品、項目報告、創新思維、團隊協作”四大模塊進行考核，其中“項目作品、項目報告”重點考查整個項目團隊（團隊得分作為每個小組成員成績的基礎分），“創新思維、團隊協作”重點考查每個項目小組成員，此項得分加上所在團隊的基礎分，得出每個項目小組成員最終課程考核成績。考核由學生自我評價、組間互評和教師考評三部分組成，權重比例分別為20%、30%和50%。

“項目作品”指標主要考查各個項目小組設計開發的智能吸塵機器人樣機的可靠性、穩定性和定位的準確性，包括機器人是否能繞過比較復雜的模擬房間內的障礙物，在固定時間內近100%遍歷房間，重復路線盡可能少，并努力降低機器人樣機硬件成本。“項目報告”指標重點關注每個團隊遞交的項目開發報告是否符合各項規范，包括項目計劃、需求分析、系統設計、開發實施、運行調試等。“創新思維”指標主要考查每個學生在完成各自項目小組任務中的創新思路和舉措，如智能吸塵機器人的電機驅動設計、傳感器融合、電路單元設計和路徑規劃算法等。“團隊協作”指標重點關注團隊成員個體任務分工、協作貢獻兩個方面。任務分工：每個團隊成員的任務要適量，分工既相對互補又各有側重，能較好地完成各自任務；協作貢獻：所有學生可以通過項目研發論壇合作解決問題，每個項目小組或成員都可以在論壇上提出問題進行探究，其他學生（包括其他項目團隊成員）如果提供正確的問題解決思路或方法，指導教師會給予相應的績點獎勵。

三、總結與思考

“吸塵機器人系統設計與項目實踐”課程案例是面向專業綜合課程的項目化教學改革方案中的典型，通過引入真實的工程項目來重構教學課程內容。課程前期由教師進行“任務驅動”教學，隨后按照同組異構的形式跨專業組建學生團隊進行項目設計和研發，以學生為中心實施探究型課程教學改革。就學校整體而言，通過幾輪綜合項目課程教學改革評估我們發現，“以學生為中心”的項目化教學改革大大提高了學生探究型學習的積極性和參與度；通過綜合項目課程的實施，學生自主學習、團隊協作和創新思維等軟技能得到了較好的發展，為后續就業提升了競爭力；由于綜合課程的跨專業性，混合型課程教學團隊的成員之間跨界協作與融合發展的機會增多，也促進了教師個體的專業成長。

但是，在進行綜合項目課程教學改革時，有兩個制約因素不容忽視：一是綜合項目課程要求教學團隊負責人的教學和學術素養都比較高，他們既要有豐富的教學經驗，還要有較強的項目研究與開發能力，目前很多學校都缺乏這種復合型教學名師。二是將綜合性項目引入課程教學中，課程內容按項目邏輯重構以及課程資源開發的工作量非常大，給學校教師帶來了很大壓力，工作難以推進，很多綜合項目課程的開發因此擱淺。

對此，學校接下來將高度重視綜合項目課程教學團隊的建設，特別是團隊負責人的培養，以學校現有的教學帶頭人或學術帶頭人為基礎，啟動教學、學術復合型“雙帶頭人”培養工程，為綜合項目課程建設奠定扎實的人才基礎。同時學校要出臺相關支持政策，加大課程建設經費和績效獎勵分配的傾斜力度，鼓勵更多專業骨干教師積極、主動投身到綜合項目課程改革中來，重點做好兩方面的優化：一是由于選擇這類綜合項目課程的不同專業學生總體人數不均衡，在同組異構時每個項目小組不同專業學生的比例不平衡。因此，在課程開始時，教師要對選擇此類課程的不同專業學生數量做宏觀上的引導和控制，使不同專業學生數量基本符合課程項目團隊構建的實際需要。二是學生自我組建的不同項目團隊間的學習力和控制力具有差異性，團隊成員之間也存在較大差異，自主管理能力較差、專業基礎知識欠缺的學生需要教師付出更多的時間和精力進行輔導。