創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入專(zhuān)業(yè)教育的實(shí)踐探索

劉倩婧

摘 ?要：以《組合創(chuàng)新在工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)中的應(yīng)用》為例，實(shí)踐和探索創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育如何真正的融入專(zhuān)業(yè)教育中，為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入裝備制造類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程提供可借鑒可復(fù)制的實(shí)施路徑。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育;專(zhuān)業(yè)教育;組合創(chuàng)新

中圖分類(lèi)號(hào)：G640 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：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(guó)發(fā)[2018]32號(hào)的《國(guó)務(wù)院關(guān)于推動(dòng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，打造“雙創(chuàng)”升級(jí)版的意見(jiàn)》文件中提出，要推動(dòng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，把創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育和實(shí)踐課程納入高校必修課體系。作為專(zhuān)業(yè)教師，如何真正的落實(shí)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入專(zhuān)業(yè)教育（以下稱(chēng)“專(zhuān)創(chuàng)融合”），推動(dòng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與專(zhuān)業(yè)教育緊密結(jié)合迫在眉睫[1]。

二、“專(zhuān)創(chuàng)融合”的涵義

創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外高等教育的一種發(fā)展趨勢(shì)。因此，高等教育過(guò)程中應(yīng)該更多地融合對(duì)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐的應(yīng)用，對(duì)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才的培養(yǎng)[2]。科技創(chuàng)新是創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的靈魂，而專(zhuān)業(yè)教育則是科技創(chuàng)新的不竭動(dòng)力源泉。“專(zhuān)創(chuàng)融合”不僅僅只是簡(jiǎn)單的將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入到專(zhuān)業(yè)教育之中，同時(shí)也促進(jìn)了專(zhuān)業(yè)教育的創(chuàng)新化設(shè)計(jì)。“專(zhuān)創(chuàng)融合”的課程設(shè)計(jì)中除了專(zhuān)業(yè)課程的知識(shí)點(diǎn)、技能點(diǎn)之外，還融入了創(chuàng)新思維訓(xùn)練任務(wù)、創(chuàng)新能力的訓(xùn)練點(diǎn)，這些都能促進(jìn)專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)的整合。通過(guò)“專(zhuān)創(chuàng)融合”的實(shí)踐和探索，能夠發(fā)揮創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育課堂主渠道作用，促使大學(xué)生明確人生發(fā)展方向，實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)質(zhì)量的提升。

三、“專(zhuān)創(chuàng)融合”的具體實(shí)踐

更新教育思想、轉(zhuǎn)變教育觀念、創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，在“立德樹(shù)人”的思想指導(dǎo)下，加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思維能力、思辨能力、創(chuàng)新能力、創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)是高等教育的緊迫任務(wù)。這就要求專(zhuān)業(yè)教師就應(yīng)該具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的思維，能夠在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入專(zhuān)業(yè)教育的設(shè)計(jì)元素。以《組合創(chuàng)新在工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)中的應(yīng)用》的教學(xué)設(shè)計(jì)為例介紹創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入專(zhuān)業(yè)教育的實(shí)踐與探索。

（一）創(chuàng)設(shè)情境——加入痛點(diǎn)分析

在沖床設(shè)計(jì)中加入痛點(diǎn)分析引入教學(xué)情境。痛點(diǎn)分析是商科教學(xué)中經(jīng)常使用的方法，把它引入到工科的機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)中。沖床的連續(xù)沖壓動(dòng)作極易對(duì)操作者造成傷害，在沖床設(shè)計(jì)的同時(shí)需配套設(shè)計(jì)一個(gè)工業(yè)機(jī)器人來(lái)完成給沖床傳遞工件，這種組合配套式的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是非常有必要的。

隨著機(jī)械化、自動(dòng)化技術(shù)的高速發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)裝配線、焊接、噴漆、裝卸等中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在傳統(tǒng)專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)設(shè)計(jì)中，工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)研究主要是兩大內(nèi)容的研究：第一個(gè)大的方面是正向運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題，即給定一組運(yùn)動(dòng)副參數(shù)來(lái)確定末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài);第二個(gè)大的方面是反向運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題，即給定末端執(zhí)行器的一個(gè)位置和狀態(tài)來(lái)確定工業(yè)機(jī)器人的一組參數(shù)，通過(guò)設(shè)計(jì)和編程使末端執(zhí)行器能夠達(dá)到這一給定的位置和姿態(tài)。很明顯，這個(gè)項(xiàng)目是第二個(gè)方面，即反向運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題。需要設(shè)計(jì)一個(gè)工業(yè)機(jī)器人去配合沖床，完成傳遞工件的任務(wù)。

為了避免傳統(tǒng)方法復(fù)雜的非線性方程組的求解，課程設(shè)計(jì)采用CAD/CAE軟件，通過(guò)其三維造型、虛擬裝配、運(yùn)動(dòng)分析，利用函數(shù)形式給出每個(gè)運(yùn)動(dòng)副的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，使工業(yè)機(jī)器人準(zhǔn)確地完成送料→沖壓→返回的連續(xù)工作過(guò)程，根據(jù)沖床的時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，并得到末端執(zhí)行器的位置、速度和加速度曲線。

（二）創(chuàng)新思維——引入組合創(chuàng)新

我們的日常生活中充滿了各種組合：通過(guò)對(duì)各種家具結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)形成組合家具，比如沙發(fā)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(guò)這些我們看到了組合創(chuàng)新的魅力。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，在技術(shù)開(kāi)發(fā)中，組合型成果已占發(fā)明的60%-70%。這種通過(guò)將已有的技術(shù)、原理、形式、材料等要素按一定的科學(xué)規(guī)律和藝術(shù)形式有效組合在一起，使之產(chǎn)生新的效用的方法就成為組合創(chuàng)新法。

比如，諾貝爾生理學(xué)醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者豪斯費(fèi)爾德發(fā)明的CT掃描儀，是通過(guò)把X射線照相裝置同計(jì)算機(jī)結(jié)合在一起組成的。這兩項(xiàng)技術(shù)本身都是成熟的技術(shù)，并無(wú)什么原理上的突破。但合成一體后，便可診斷出腦內(nèi)疾病及體內(nèi)癌變，這一特殊功能是原來(lái)單獨(dú)使用兩項(xiàng)技術(shù)時(shí)所沒(méi)有的，因而是一項(xiàng)重大發(fā)明。這樣，雖然所使用的技術(shù)都是已經(jīng)存在的，但是組合之后能夠?qū)崿F(xiàn)的功能卻是不存在的，因此產(chǎn)生了1+1>2的效果。常見(jiàn)的組合創(chuàng)新分為同類(lèi)組合創(chuàng)新與異類(lèi)組合創(chuàng)新兩種。

1. 同類(lèi)組合創(chuàng)新

同類(lèi)組合創(chuàng)新就像“搭積木”一樣把若干同類(lèi)型的實(shí)物組合在一起，這樣同類(lèi)型產(chǎn)品既能保留自身的功能和外形特征，又?jǐn)U大的使用范圍提升了產(chǎn)品價(jià)值。

最簡(jiǎn)單的同類(lèi)組合如將兩支筆或兩塊手表裝在一個(gè)精巧的禮品盒中，便成了象征友情或愛(ài)情的“對(duì)筆”“對(duì)表”。圖3中的同類(lèi)組合創(chuàng)新案例中的“她”的存錢(qián)罐——雖然他仍然可以把錢(qián)存到“他的存錢(qián)罐”，但終究還是會(huì)落進(jìn)“她的存錢(qián)罐”，這樣增加了存錢(qián)罐容積的同時(shí)更賦予產(chǎn)品更多的設(shè)計(jì)感。同樣，圖3中的相同規(guī)格不同高度的籃板也滿足了不同用戶的需求。

2. 異類(lèi)組合創(chuàng)新

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

（三）教學(xué)設(shè)計(jì)——做到“專(zhuān)創(chuàng)融合”

本項(xiàng)目的教學(xué)任務(wù)是進(jìn)行配合機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，通過(guò)沖床與工業(yè)機(jī)器人的配套設(shè)計(jì)掌握曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、空間四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，運(yùn)用旋轉(zhuǎn)副、移動(dòng)副以及函數(shù)設(shè)置來(lái)完成沖床與工業(yè)機(jī)器人的組合。教學(xué)過(guò)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(yè)機(jī)器人之間的配合。

1. 教學(xué)策略

任務(wù)設(shè)計(jì)為進(jìn)階型的任務(wù)，零件造型→虛擬裝配→組合型運(yùn)動(dòng)仿真，過(guò)程中會(huì)加強(qiáng)學(xué)生三維與二維的轉(zhuǎn)換能力訓(xùn)練，將三維表達(dá)和二維表達(dá)捆綁進(jìn)行實(shí)訓(xùn)。

教學(xué)內(nèi)容上主要引入使用函數(shù)設(shè)置運(yùn)動(dòng)副的內(nèi)容，進(jìn)行沖床和工業(yè)機(jī)器人的聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)。

教學(xué)方法主要將采用啟發(fā)式教學(xué)法、探究式教學(xué)法、案例教學(xué)法等多種教學(xué)方法。

2. 教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)

掌握組合創(chuàng)新的分類(lèi)和典型案例。

通過(guò)功能分析和虛擬裝配，能夠設(shè)計(jì)出聯(lián)動(dòng)完成送料、沖壓、返回的動(dòng)作要求的工業(yè)機(jī)器人和沖床。

3. 教學(xué)重難點(diǎn)確定

教學(xué)重點(diǎn)：組合創(chuàng)新方法。

教學(xué)難點(diǎn)：工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與裝配。

4. 教學(xué)方法和步驟

任務(wù)驅(qū)動(dòng)法學(xué)習(xí)新知識(shí)。任務(wù)引出問(wèn)題、問(wèn)題驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)，在完成任務(wù)的同時(shí)引入組合創(chuàng)新的概念、打破思維定勢(shì)。

利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)中系列微課、動(dòng)畫(huà)資源、虛擬仿真平臺(tái)，完成工業(yè)機(jī)器人+沖床的配合設(shè)計(jì)。

增加參考學(xué)術(shù)文獻(xiàn)和電子書(shū)來(lái)提升學(xué)生對(duì)聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的學(xué)習(xí)深度和應(yīng)用廣度，對(duì)新技術(shù)新知識(shí)有較深層次的了解。

5. 教學(xué)設(shè)計(jì)反思

在整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過(guò)程中，由沖壓機(jī)床的連續(xù)沖壓動(dòng)作對(duì)操作者極易造成傷害引出設(shè)計(jì)需求，再根據(jù)沖床運(yùn)動(dòng)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)推導(dǎo)出工業(yè)機(jī)器人的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，最后實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人給沖床傳遞工件的組合式機(jī)構(gòu)。利用任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)，利用沖床的設(shè)計(jì)裝配熟知曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、利用工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)裝配熟知空間四桿機(jī)構(gòu)、利用工業(yè)機(jī)器人的控制熟知運(yùn)動(dòng)副和編程函數(shù)、最后實(shí)現(xiàn)兩種機(jī)構(gòu)的無(wú)縫配合。在項(xiàng)目實(shí)施的過(guò)程中，多次運(yùn)用了組合創(chuàng)新的原理，能夠讓學(xué)生們?cè)谕瓿扇蝿?wù)的同時(shí)深刻認(rèn)識(shí)到創(chuàng)新思維在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

四、結(jié)束語(yǔ)

創(chuàng)新是一個(gè)民族進(jìn)步的靈魂，是國(guó)家興旺發(fā)達(dá)的不竭動(dòng)力。一個(gè)國(guó)家的創(chuàng)新能力，決定了它在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)和世界總格局中的地位。實(shí)踐和探索“專(zhuān)創(chuàng)融合”已經(jīng)成為專(zhuān)業(yè)教師不容忽視的課題，尤其是裝備制造類(lèi)專(zhuān)業(yè)承載了新產(chǎn)品“中國(guó)智造”的任務(wù)，更要將“專(zhuān)創(chuàng)融合”做好做實(shí)。

另外，高水平的雙創(chuàng)成果源于高水平的專(zhuān)業(yè)技術(shù)和人才積淀，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育只有融入專(zhuān)業(yè)教育中才能為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)提供不竭的源泉。這個(gè)過(guò)程不是將商科中的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程簡(jiǎn)單地復(fù)制給工科專(zhuān)業(yè)學(xué)生，而是工科教師要在專(zhuān)業(yè)課程中滲透創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的知識(shí)和進(jìn)行相應(yīng)創(chuàng)新能力點(diǎn)的訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)教育與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的有效融合。

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