產教孿生理念下校企協同模塊化課程體系構建
——以智能機器人研發為例

楊中興

遼寧建筑職業學院，遼寧 遼陽 111000

近年來，在物聯網和人工智能技術浪潮的帶領下，信息技術的多技術融合趨勢已經非常明顯，高職電子信息類專業各學科間不再是孤立的發展路徑，而是呈現交叉融合、全棧式的發展態勢。產業技術領域的融合趨勢，對專業人才的知識結構和技術能力也有了新的要求。但是當前各高職院校的電子信息類專業仍然是各自獨立發展，相互融合度不夠：學軟件專業的只會編程，不懂硬件；學電子專業的不懂軟件工程，程序設計能力較弱。這其實已不適應技術發展的趨勢。智能機器人（車） 項目是一個既可以涵蓋硬件設計，又可以涵蓋軟件編程的理論和實踐型并重的研究項目。智能機器人（車） 項目具有綜合學科優勢，教學研究氛圍好，可以脫離單一學科的局限性[1]。通過從企業引進真實的機器人（車） 開發項目，將其作為教學紐帶，重點覆蓋人工智能技術、物聯網、嵌入式技術等專業方向知識和技術，貫穿起專業大部分主干課和核心課內容，有利于打造基于智能機器人（車） 的模塊化課程體系，探索一條全新的產教融合人才培養模式。

人工智能技術應用專業是我院（遼寧建筑職業學院） 于2021 年新設立的專業。在專業建設伊始，就把產教融合、校企深度合作理念通達到整個專業建設和人才培養過程中。在校企協同育人實踐中貫徹精細化的人才培養策略，探索實施“引企業項目入校—校企協同開發—教學產品轉化—模塊化課程建設”的校企“雙元”培養模式，加強專業與產業的融通發展，實施專業技術服務“走出去”，企業研發生產項目“引進來”戰略。產教融合的最終目的是為了人才培養，校企協同的最終“成果”是與企業真實項目案例深度融合的“模塊化”課程體系。該“模塊化”課程體系能夠隨產業的新技術快速更新迭代，能夠隨企業的人才需求動態匹配，解決新型人才培養和專業實時協同產業的問題。

一、專業教學現狀

人工智能技術應用專業應屬于新興學科，專業涉及面廣，技術更迭快速，對學生的邏輯思維能力和程序設計能力要求較高，專業課程學習難度較大。其專業課程的教學需緊跟技術進步，僅依靠校內有限的專業教師難以完成，必須依靠與高質量行業企業的合作。在專業建設的頂層設計中，就要考慮將企業作為產教深度融合的主體之一，走產教結合人才培養模式道路，使企業對產教融合、校企合作諸方面建設能夠發揮更大的推動作用。

高職院校的培養規格是應用型人才，培養應用型人才的首要任務是提升實踐能力[2]。我院通過引企業項目入校，校企協同項目研發，從技術研發這個上游領域與企業深度合作，探索并形成“校企雙驅動”的產教融合新機制。將項目進行教學轉化，可以開闊學生視野，提高學習興趣，鍛煉動手能力，提升實踐能力，培養學生的軟硬件綜合設計開發技能，從而提高學生的綜合素質和職業發展競爭力。企業真實項目也可以為教師提供更多的技術應用機會，也對教師的技術水平提出了更高的要求，保證教師的專業技術、課堂的教學內容始終與先進技術一同俱進。通過“產品開發”和“教學實施”的“雙元”紐帶，可以與企業實現深度合作，更可以進一步開展技術服務，孵化創新項目，助力產教融合的創新人才培養。

二、“產教孿生”合作模式

產教融合是高職教育與產業融合發展的教育趨勢[3]。產教融合指的是高校根據所設專業，積極與相關企業進行深度合作，將產業與教學密切結合，相互支持，相互促進，發揮校企各自優勢[4]。2019 年10 月，我院信息工程學院“智能硬件創新設計與開發”雙創孵化項目入駐我院創新創業孵化基地，項目團隊堅持以育人為根本宗旨，以“產教孿生”為指導思想，在開展創新創業教育教學實踐活動的同時，積極探索并開展校企雙方的技術類合作，組建了由教師、學生、企業專家組成的技術團隊，先后從多家企業承接了若干項目。這些項目均由校方技術團隊進行設計和開發，完成產品原型設計。

產教融合的最終目標要服務于教學。在技術合作的基礎上進一步建立校企“深融合”人才培養模式，校企共同規劃產業人才培養、共同打造新課程、開發新的實踐教學項目，建立更符合企業人才培養需求的、創新的課程體系。課程體系的構建應逐步實現模塊化和綜合化[5]，優化課程目標，重組課程內容。項目團隊并沒有僅停留在產品設計研發階段，而是以整個產品設計過程為紐帶，提煉和凝練教學點，對每個項目進行教學成果轉化，突出重點培養學生的技術技能；建立“模塊化”課程體系，實現課程模塊的靈活組合，快速匹配新技術崗位需求。通過內培外引、矩陣協同，實施校企“雙元”教學，“雙元”開發、“雙元”服務、“多元”協同[6]，形成“人才培養+新技術推廣+平臺應用+技術服務”的多元合作模式；校企雙方協同、互促，實現人才需求與人才培養、職業標準與課程體系、技術平臺推廣與社會服務等產教映射，打造校企共生共長的命運共同體。

三、以智能車及其“模塊化”課程開發為例

項目組與沈陽某科技有限公司合作開發面向教學應用的麥克納姆輪全向移動智能機器人（車）（見圖1）。該智能車采用電子積木設計思想，將電控部分進行模塊化設計，分為電源模塊、主控模塊、電機驅動模塊、藍牙通信模塊、手柄遙控模塊、攝像頭圖像采集模塊等。模塊功能高內聚，模塊接口松耦合。并同步開發了手機端APP 藍牙遙控程序，支持PS/2 手柄遙控，對軟件、硬件、物聯、智能等專業技術方向都有覆蓋。

圖1 校企協同研發的智能車教學產品原型

該智能機器人（車） 教學產品的所有模塊（見圖2） 均為我院師生項目團隊根據企業方提出的設計要求和技術指標自行設計開發。在產品設計階段，就充分考慮其課程覆蓋的深度與廣度，考慮其在教學實施中的可行性和便利性。我們采用麥克納姆輪能夠實現全向移動控制，使該智能車更具可玩性；增加語音識別和語音遙控等功能，使該智能車更具有智能性。該智能車現已完成產品化階段，在人工智能技術應用、智能產品開發與應用和應用電子技術專業的教學中得到應用。

圖2 智能車模塊化及功能設計

以該智能車為教學載體，現可覆蓋多門專業課程內容，如智能產品設計與實踐、單片機技術、無線通信與物聯網、攝像頭驅動、圖像采集與處理、模擬與數字電路、PCB 設計、C 語言程序設計、手機APP 開發、電路板焊接與調試等，且可擴展或者替換為STM32 主控板、Arduino 控制板、樹莓派PICO 等，非常適合作為一門綜合類的實踐課程進行開展。以智能產品設計與實踐課程為例，該課程為64 學時，其中理論授課20 學時、實踐40 學時（含階段性總結3 次）、項目驗收2 學時、總結匯報2 學時。通過引入智能車項目，該課程可以完成的實踐項目“模塊化技術能力區間”有多彩呼吸燈（單片機）、智能車底盤及電源（模、數電，PCB）、智能車主控程序（C51）、智能車的遙控（藍牙、PS/2）、攝像頭及圖傳、語音識別、智能車整體功能整合、變身平衡車（PID 算法）、智能車殼體設計（Fusion360、3D 打印） 等項目。基于該智能車教學產品，現已開發出24 個子項目，涵蓋110 多個教學子模塊。以電機驅動子模塊為例，該部分教學內容就包括了H-橋驅動電路原理、RZ7899 電機驅動方案、L298N 電機驅動方案、UL2003 電機驅動方案等多種在企業中常見的設計方案。再以雙路電源模塊為例，該部分教學內容包括了LDO 穩壓電路、DC-DC 穩壓電路、常見電源電路方案、雙路電源模塊的設計、電源模塊的焊接與測試等內容，基本覆蓋一款通用智能電子產品電源部分的電路設計知識。各模塊詳細介紹其知識要點、技術實施、優缺點、技術指標、應用方法和測試方法。這種模塊化的課程設計可以隨新技術的變化快速增刪、更新教學內容，能夠動態匹配人才需求，解決專業能力實時協同產業需求的問題。

四、智能車“模塊化”課程教學實施

圍繞智能車項目，校企雙方共建了相關的課程體系和課程標準，共同推動課程改革，進行教學實施，推動本專業理論教學和實踐教學升級轉型。在智能產品設計與實踐課程中，已經應用了該校企共建課程的建設成果，并使用該智能機器人（車） 教學產品，帶領學生從零開始，設計、開發、制作一輛智能機器人（車）。課堂實施過程中，學生3 人一組，組成項目開發小組。引入企業產品設計標準，讓學生以項目組為單位，進行智能車產品的設計與開發。這樣的課堂形式極大地調動了學生的學習興趣，不僅實現了“做中學”，而且實現了“玩中學”，學生的學習狀態明顯提升。學生不僅學習到了專業知識和技能，而且開始思考產品的設計，體驗了“產品經理”的崗位職責。學生反饋課程教學效果良好，彰顯了校企協同育人的實施成效。調查問卷結果（見表1） 也顯示智能機器人（車） 模塊化課程和教學方式很受學生的歡迎。

表1 學生對智能機器人（車） 模塊化課程的態度 單位/%

在項目研發和模塊化課程體系建設的同時，校企雙方共同開發《智能機器人設計與制作》新型活頁式教材，并建設面向智能技術應用的培訓體系，既可以可服務于校內師生的教學活動，也可以面向企業提供培訓服務，推動技術創新。在校企協同產品開發和課程建設過程中，有學生團隊參與其中，協助進行設備的調試和測試，參與教學元素的設計，這些活動為學生提供了參與企業工程實踐的機會，鍛煉了崗位實際操作能力，增加了學生的項目經驗，也進一步提升校企協同育人成效。

通過產教融合校企合作的教學模式，學生能主動地參與到當前的課程學習中，在提高學生學習效率的同時，也能使學生感受到多樣化的教學效果[7]，在一定程度上豐富學生的學習內涵，讓學生學會合作、學會創新，培養學生探索質疑、解決問題的能力、動手操作、主動實踐的能力[8]；充分激發學生自主探究、自主學習的潛能，讓學生在活躍的學習氛圍下進行有效、高效的學習。

總之，產教融合、校企合作是高職院校實現自身可持續發展，積極應對產業升級、經濟技術與社會發展的必由之路[9]。深層次的產教融合、校企合作，應基于創新驅動發展戰略，堅持走一條創新驅動與產教深度融合的發展之路。這里的創新，不僅是技術領域的創新，也包括制度創新、理念創新。“產教孿生”是合作理念，“協同研發”是合作形式。從技術研發這個上游領域實現與企業的深度合作，保證了教師的專業技術、課堂的教學內容始終與先進技術俱進，探索并形成了“校企雙驅動”的產教融合新機制。實踐教學是高職院校培養復合型技術技能人才的關鍵[10]。通過引進企業項目入校，通過師生參與、主導項目研發，以及通過項目的教學產品化，并最終落實到“模塊化”的課程體系建設，讓公司對接課堂，讓工廠對接實訓基地，讓企業項目轉化為教學實施的任務，為學生提供“真刀實槍”的技能訓練和實踐鍛煉環境。