創新創業教育融入專業教育的實踐探索

劉倩婧

摘 ?要：以《組合創新在工業機器人設計中的應用》為例，實踐和探索創新創業教育如何真正的融入專業教育中，為創新創業教育融入裝備制造類專業課程提供可借鑒可復制的實施路徑。

關鍵詞：創新創業教育;專業教育;組合創新

中圖分類號：G640 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2020）21-0041-03

Abstract： Taking The Application of Combined Innovation in Industrial Robot Design as an example， practice and explore how innovation and entrepreneurship education can be truly integrated into professional education， and provide a copyable and replicable implementation path for the integration of innovation and entrepreneurship education into equipment manufacturing professional courses.

Keywords： innovation and entrepreneurship education; professional education; combinatorial innovation

一、概述

2018年9月18日，國發[2018]32號的《國務院關于推動創新創業高質量發展，打造“雙創”升級版的意見》文件中提出，要推動創新創業高質量發展，把創新創業教育和實踐課程納入高校必修課體系。作為專業教師，如何真正的落實創新創業教育融入專業教育（以下稱“專創融合”），推動創新創業教育與專業教育緊密結合迫在眉睫[1]。

二、“專創融合”的涵義

創新創業教育是當前國內外高等教育的一種發展趨勢。因此，高等教育過程中應該更多地融合對創新創業實踐的應用，對創新創業人才的培養[2]。科技創新是創新創業教育的靈魂，而專業教育則是科技創新的不竭動力源泉。“專創融合”不僅僅只是簡單的將創新創業教育融入到專業教育之中，同時也促進了專業教育的創新化設計。“專創融合”的課程設計中除了專業課程的知識點、技能點之外，還融入了創新思維訓練任務、創新能力的訓練點，這些都能促進專業課程的教學內容進行有機的整合。通過“專創融合”的實踐和探索，能夠發揮創新創業教育課堂主渠道作用，促使大學生明確人生發展方向，實現人才培養質量的提升。

三、“專創融合”的具體實踐

更新教育思想、轉變教育觀念、創新人才培養模式，在“立德樹人”的思想指導下，加強培養學生的獨立思維能力、思辨能力、創新能力、創業能力的培養是高等教育的緊迫任務。這就要求專業教師就應該具有創新創業的思維，能夠在教學設計時有創新創業教育融入專業教育的設計元素。以《組合創新在工業機器人設計中的應用》的教學設計為例介紹創新創業教育融入專業教育的實踐與探索。

（一）創設情境——加入痛點分析

在沖床設計中加入痛點分析引入教學情境。痛點分析是商科教學中經常使用的方法，把它引入到工科的機械設計專業課程教學中。沖床的連續沖壓動作極易對操作者造成傷害，在沖床設計的同時需配套設計一個工業機器人來完成給沖床傳遞工件，這種組合配套式的機構設計是非常有必要的。

隨著機械化、自動化技術的高速發展，工業機器人在生產裝配線、焊接、噴漆、裝卸等中的應用越來越廣泛。在傳統專業課程的教學設計中，工業機器人運動學研究主要是兩大內容的研究：第一個大的方面是正向運動學問題，即給定一組運動副參數來確定末端執行器的位置和姿態;第二個大的方面是反向運動學問題，即給定末端執行器的一個位置和狀態來確定工業機器人的一組參數，通過設計和編程使末端執行器能夠達到這一給定的位置和姿態。很明顯，這個項目是第二個方面，即反向運動學問題。需要設計一個工業機器人去配合沖床，完成傳遞工件的任務。

為了避免傳統方法復雜的非線性方程組的求解，課程設計采用CAD/CAE軟件，通過其三維造型、虛擬裝配、運動分析，利用函數形式給出每個運動副的運動參數，使工業機器人準確地完成送料→沖壓→返回的連續工作過程，根據沖床的時間節點進行編程設計，并得到末端執行器的位置、速度和加速度曲線。

（二）創新思維——引入組合創新

我們的日常生活中充滿了各種組合：通過對各種家具結構上的改進形成組合家具，比如沙發床;瑞士軍刀是多種小刀具的組合;褲子和襪子組合成為連褲襪;雞尾酒則是將不同顏色、不同比重、不同口味的酒，按照一定的方式組合在一起成為味道各異的新品種……通過這些我們看到了組合創新的魅力。據研究發現，在技術開發中，組合型成果已占發明的60%-70%。這種通過將已有的技術、原理、形式、材料等要素按一定的科學規律和藝術形式有效組合在一起，使之產生新的效用的方法就成為組合創新法。

比如，諾貝爾生理學醫學獎獲得者豪斯費爾德發明的CT掃描儀，是通過把X射線照相裝置同計算機結合在一起組成的。這兩項技術本身都是成熟的技術，并無什么原理上的突破。但合成一體后，便可診斷出腦內疾病及體內癌變，這一特殊功能是原來單獨使用兩項技術時所沒有的，因而是一項重大發明。這樣，雖然所使用的技術都是已經存在的，但是組合之后能夠實現的功能卻是不存在的，因此產生了1+1>2的效果。常見的組合創新分為同類組合創新與異類組合創新兩種。

1. 同類組合創新

同類組合創新就像“搭積木”一樣把若干同類型的實物組合在一起，這樣同類型產品既能保留自身的功能和外形特征，又擴大的使用范圍提升了產品價值。

最簡單的同類組合如將兩支筆或兩塊手表裝在一個精巧的禮品盒中，便成了象征友情或愛情的“對筆”“對表”。圖3中的同類組合創新案例中的“她”的存錢罐——雖然他仍然可以把錢存到“他的存錢罐”，但終究還是會落進“她的存錢罐”，這樣增加了存錢罐容積的同時更賦予產品更多的設計感。同樣，圖3中的相同規格不同高度的籃板也滿足了不同用戶的需求。

2. 異類組合創新

為了滿足人們生活中的多種需求，經常也會把這些需求的功能組合在一起形成新的產品，這樣就產生了異類組合創新。異類組合創新主要就是將已有產品的功能做加法、體形做減法，這樣獲得的創新產品極大的方便了人們的使用。比如在數控加工中常用的加工中心組合刀具庫就是基于這樣的組合方式建成的，加工過程中通過指令，可以自動更換不同的刀具來完成工件加工不同的工序。圖4異類組合創新案例中的“可載童車的自行車”可以讓媽媽們騎車帶著寶寶變得更安全，車斗卸下后還能變成普通的嬰兒車。另外，“組合式房車”也極大的方便了駕駛者的出行和居住。

（三）教學設計——做到“專創融合”

本項目的教學任務是進行配合機構的設計，通過沖床與工業機器人的配套設計掌握曲柄滑塊機構、空間四桿機構的設計要點，運用旋轉副、移動副以及函數設置來完成沖床與工業機器人的組合。教學過程中兩次比較大的組合是：沖床自身的組合裝配、沖床與工業機器人之間的配合。

1. 教學策略

任務設計為進階型的任務，零件造型→虛擬裝配→組合型運動仿真，過程中會加強學生三維與二維的轉換能力訓練，將三維表達和二維表達捆綁進行實訓。

教學內容上主要引入使用函數設置運動副的內容，進行沖床和工業機器人的聯動設計。

教學方法主要將采用啟發式教學法、探究式教學法、案例教學法等多種教學方法。

2. 教學目標設計

掌握組合創新的分類和典型案例。

通過功能分析和虛擬裝配，能夠設計出聯動完成送料、沖壓、返回的動作要求的工業機器人和沖床。

3. 教學重難點確定

教學重點：組合創新方法。

教學難點：工業機器人的設計與裝配。

4. 教學方法和步驟

任務驅動法學習新知識。任務引出問題、問題驅動學習，在完成任務的同時引入組合創新的概念、打破思維定勢。

利用網絡教學平臺中系列微課、動畫資源、虛擬仿真平臺，完成工業機器人+沖床的配合設計。

增加參考學術文獻和電子書來提升學生對聯動設計機構的學習深度和應用廣度，對新技術新知識有較深層次的了解。

5. 教學設計反思

在整個項目的設計過程中，由沖壓機床的連續沖壓動作對操作者極易造成傷害引出設計需求，再根據沖床運動的時間節點推導出工業機器人的時間節點，最后實現工業機器人給沖床傳遞工件的組合式機構。利用任務驅動學習，利用沖床的設計裝配熟知曲柄滑塊機構、利用工業機器人的設計裝配熟知空間四桿機構、利用工業機器人的控制熟知運動副和編程函數、最后實現兩種機構的無縫配合。在項目實施的過程中，多次運用了組合創新的原理，能夠讓學生們在完成任務的同時深刻認識到創新思維在機械產品設計中的應用。

四、結束語

創新是一個民族進步的靈魂，是國家興旺發達的不竭動力。一個國家的創新能力，決定了它在國際競爭和世界總格局中的地位。實踐和探索“專創融合”已經成為專業教師不容忽視的課題，尤其是裝備制造類專業承載了新產品“中國智造”的任務，更要將“專創融合”做好做實。

另外，高水平的雙創成果源于高水平的專業技術和人才積淀，創新創業教育只有融入專業教育中才能為創新創業提供不竭的源泉。這個過程不是將商科中的創新創業課程簡單地復制給工科專業學生，而是工科教師要在專業課程中滲透創新創業的知識和進行相應創新能力點的訓練，實現專業教育與創新創業教育的有效融合。

參考文獻：

[1]陳燁，賈文勝，鄭永進.高職院校創新創業教育：理性反思與模式構建[J].高等工程教育研究，2018（2）：170-175.

[2]王莉，趙玉穎.高校大學生創新創業教育面臨的問題及實施路徑分析[J].經濟師，2018（10）：222-226.