基于CDIO的機器人專業(yè)創(chuàng)新實踐課程體系設(shè)計探索

金 輝 何 苗 路世青 鄒 政

（重慶理工大學 重慶 400045）

近年來，隨著我國產(chǎn)業(yè)升級和科技革新的深入，以科學為基礎(chǔ)，技術(shù)創(chuàng)新為引擎，工程應(yīng)用為手段的發(fā)展戰(zhàn)略提升和增強了我國在國際中的競爭力。科技創(chuàng)新和工程應(yīng)用的競爭即是人才的競爭，也是可持續(xù)發(fā)展的原動力。而培養(yǎng)符合新需求的人才，則對高校的學科建設(shè)和教育體系提出了新的要求。2017年2月以來，教育部積極推進“新工科”建設(shè)，后續(xù)形成了“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”，均為高校工程教育改革創(chuàng)新指明了新的方向和發(fā)展思路。

機器人工程作為“新工科”，是基于國家經(jīng)濟建設(shè)需求和國際產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢而設(shè)立的一個新興專業(yè)，具有很強的新穎性、綜合性和實踐性。專業(yè)人才培養(yǎng)始于2017年，重慶市現(xiàn)有7所高校設(shè)立了該本科專業(yè)。由于專業(yè)設(shè)置時間短，全國尚無機器人工程專業(yè)本科畢業(yè)生，也尚無統(tǒng)一的課程建設(shè)規(guī)范和標準，且各高校的辦學定位、培養(yǎng)目標、行業(yè)背景、研究基礎(chǔ)和優(yōu)勢學科都各不相同。重慶理工大學作為重慶市首批高等學校科技成果轉(zhuǎn)化和技術(shù)轉(zhuǎn)移基地和教育部首批新工科研究與實踐項目入選高校，其目標是培養(yǎng)本科應(yīng)用型人才，學校對于本科學生在學習中所培養(yǎng)成的技術(shù)和綜合能力體現(xiàn)較為重視，以系統(tǒng)學習并完成項目或功能構(gòu)思、設(shè)計、加工、裝配及運行的方式可以全面培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)和技術(shù)能力，這就促使CDIO理念在我系制定機器人工程創(chuàng)新實踐類課程體系方面的具有很好的指導(dǎo)意義。此外，根據(jù)我校2019版《本科人才培養(yǎng)方案的指導(dǎo)意見》，進一步深化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革，將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐納入人才培養(yǎng)體系，著力培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力與創(chuàng)業(yè)意識，這就要求在制定機器人工程專業(yè)創(chuàng)新實踐類課程體系時既要體現(xiàn)新工科內(nèi)涵，又要滿足工程教育認證要求。因此，制定出科學合理的機器人工程專業(yè)創(chuàng)新實踐課程體系具有非常重要的意義。

1 創(chuàng)新實踐類課程存在的弊端

在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)其他高校機器人工程專業(yè)和本校近似學科課程在創(chuàng)新實踐類課程系統(tǒng)、教學模式、教學手段和考核方式多采用傳統(tǒng)的教學方式，學生學習主動性、實踐性、連續(xù)性等都有所欠缺，其主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

1.1 創(chuàng)新實踐類課程之間有機關(guān)聯(lián)性差

創(chuàng)新實踐類課程在以前的本科課程設(shè)置中關(guān)注較少，傳統(tǒng)本科專業(yè)創(chuàng)新實踐類課程體系不夠健全，實踐課程不是按照構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運作的思路設(shè)置，多為離散的分布在不同學期，課程之間互動和聯(lián)系少，學生在完成一門實踐課學習后，并不能將該課程學習的實踐知識有機的聯(lián)系和運用到后續(xù)的實踐課程中。使得學生的知識呈現(xiàn)離散型，不僅不利于知識的記憶和應(yīng)用，且無法體現(xiàn)實踐課程的真實價值。因此，構(gòu)建創(chuàng)新實踐類課程體系架構(gòu)是必要的。

1.2 創(chuàng)新實踐類課程理論與實踐結(jié)合緊密性弱

傳統(tǒng)的本科實踐課程教學中，主要分為理論學習和實踐學習，實踐多采用實驗教學方式實現(xiàn)，在學習過程中，理論學習和實踐學習多處于分散或者格子分布教學模式，如理論課程完成后，再進行實驗課程學習。這種教學模式不僅不利于知識的鞏固，而不便于理論知識在實踐中的直觀反饋。降低了實踐學習的有效性。因此，探索理論與實踐結(jié)合更為緊密的教學模式是必要的。

1.3 傳統(tǒng)教法對學生學習興趣激發(fā)程度不足

在調(diào)研中，主要參考重慶高校機器人專業(yè)和校內(nèi)近似學科課程的教學模式。現(xiàn)設(shè)置的實踐課程分為理論學習和實驗學習。理論學習多以多媒體+講授教學為主，實驗學習多以講授+動手實踐為主。這兩種學習中多采用多媒體、板書和實驗方式，教學手段比較傳統(tǒng)，學生在學習和接受知識中，其思維和思考的方向需跟隨授課老師設(shè)定的課程架構(gòu)、內(nèi)容進行學習，學習方式為被動接收式學習，學生接受和吸收知識的情況無法掌握，學生參與程度較低，很難激發(fā)學生學習的興趣，導(dǎo)致學習效率偏低。因此，激發(fā)機器人工程專業(yè)創(chuàng)新實踐類課程多模式的教學手段是必要的。

1.4 應(yīng)試考核對學生掌握程度反饋片面

現(xiàn)有的課程在考核模式上，不論是理論課程還是實踐課程都以最后成績作為主要的參考，考核內(nèi)容和目標多為固定項，設(shè)置較為簡單，甚至在多數(shù)課程中以“一考定終身”的考核方式，忽視了學生知識真實掌握情況和能力培養(yǎng)。雖然在一些實驗課程中對于學生的動手能力有所培養(yǎng)，但其圍繞實現(xiàn)目標，對于過程的學習和效果則無法考查，學生在學習中多會以針對性完成考核內(nèi)容去學習，以掌握分數(shù)值為目標，不能很好的鍛煉學生能力，也無法掌握學生實際應(yīng)用能力，得到的結(jié)論也較為片面。因此，建立機器人工程專業(yè)創(chuàng)新實踐類課程多維的考核評價體系是必要的。

2 機器人工程專業(yè)創(chuàng)新實踐類課程體系

2.1 創(chuàng)新實踐課程體系設(shè)計

工程教育認證的理念是目前工科專業(yè)建設(shè)中的指導(dǎo)理念。因此，針對當前傳統(tǒng)本科專業(yè)創(chuàng)新實踐類課程體系和課程設(shè)置中存在的問題，基于CDIO工程教育理念，針對我校人才培養(yǎng)目標與定位，以學生為中心，產(chǎn)出為導(dǎo)向，展開專業(yè)創(chuàng)新實踐類課程體系研究。

結(jié)合學校制定2019版人才培養(yǎng)方案的指導(dǎo)意見，研究并制定出一套科學的、合理的、較完整的、可操作的創(chuàng)新實踐類課程體系，完成包括認知實踐、創(chuàng)新設(shè)計實踐、專業(yè)設(shè)計實踐和綜合設(shè)計基于4個實踐模塊—9個項目平臺—12門課程的實踐課程體系設(shè)計，從而形成我校特色的機器人專業(yè)創(chuàng)新實踐類課程系統(tǒng)。

2.2 基于“理實一體”的教學模式

同時，基于CDIO的“理實一體”教學模式，研究了一套具有強指向性，易操作性、恒穩(wěn)定性和靈活性的可為創(chuàng)新實踐類課程教學提供一定理論依據(jù)的模式化的教學法體系。完成了基于12門創(chuàng)新實踐類課程具有課程特色且相輔相成關(guān)聯(lián)的教學模式設(shè)計，包括多模態(tài)的教學模式適用范圍；構(gòu)建了基于學生—老師—課程“三位一體”的理論與實踐雙螺旋發(fā)展理論，促進了教學模式穩(wěn)定性、持續(xù)性和靈活性。

2.3 創(chuàng)新實踐類課程多模式的教學手段

為凸顯創(chuàng)新實踐的理念和能力培養(yǎng)，激發(fā)學生學習動力，開展基于競賽式、項目式、積分式等多模式的教學手段，設(shè)計并完成了多元化，滲透化，區(qū)別化的教學手段和方法，包括競技對抗，項目導(dǎo)向，分段或積分的教學手段研究。教學過程中實現(xiàn)了以設(shè)計任務(wù)為導(dǎo)向，競技比賽為平臺，對抗創(chuàng)新為標尺，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程為載體的教學手段研究；以性能為基準，模塊驅(qū)動為分段，集成效應(yīng)為總評，專業(yè)實踐課程為載體的教學手段研究；以項目為總線，功能完成為定點，總體達成為目標，綜合實踐課程為載體的教學手段。拓展了課程的教學手段，增強了教學效果。

2.4 創(chuàng)新實踐類課程多維的考核評價體系

為改變傳統(tǒng)課程在成績評定中片面的考核方式，設(shè)計并形成了以考核目標全程化、考核內(nèi)容多元化、考核方式可選化、總評成績綜合化的機器人工程專業(yè)創(chuàng)新實踐類課程多維的考核評價體系。完成了基于全程化跟蹤和優(yōu)化的考核目標設(shè)置，基于考核內(nèi)容多元多樣化及分項權(quán)值配置方法，基于面向不同課程的可選擇考核方式，和基于針對差異性個體及課程的綜合評價結(jié)構(gòu)。

3 總結(jié)語

依據(jù)實踐性和應(yīng)用性的教學理念，圍繞機器人工程專業(yè)人才創(chuàng)新和實踐能力培養(yǎng)目標，以重慶市社會經(jīng)濟與產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求為導(dǎo)向，以新工科建設(shè)為背景，明確應(yīng)用型本科院校機器人工程專業(yè)本科人才培養(yǎng)特點及課程設(shè)置思路，基于CDIO理念和工程認證的指導(dǎo)，構(gòu)建了具有我校特色的機器人工程專業(yè)創(chuàng)新實踐類課程體系，探索了基于“理實一體”的教學模式，開展了基于多模式的教學手段研究和建立多維度的考核評價體系。不僅可以提高機器人工程本科專業(yè)的創(chuàng)新實踐教學和人才培養(yǎng)質(zhì)量，而且形成的創(chuàng)新實踐課程體系可以借鑒或指導(dǎo)用于其他新工科專業(yè)的課程設(shè)置。