基于機(jī)器人創(chuàng)新平臺(tái)的學(xué)生自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力探索與實(shí)踐

孫中波　劉克平　于微波

摘? ? 要：長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)以提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新實(shí)踐能力為培養(yǎng)目標(biāo)，在新工科背景下，拓展和重構(gòu)自主學(xué)習(xí)型人才培養(yǎng)體系，采用產(chǎn)學(xué)研合作模式、科教融合理念與方法，依托機(jī)器人創(chuàng)新平臺(tái)，探索自主學(xué)習(xí)型與創(chuàng)新型相結(jié)合的人才培養(yǎng)目標(biāo)。根據(jù)自主學(xué)習(xí)型人才培養(yǎng)需求，完善培養(yǎng)方案、評(píng)價(jià)方式及保障機(jī)制，構(gòu)建以機(jī)器人創(chuàng)新平臺(tái)合作培養(yǎng)為導(dǎo)向、工程實(shí)踐能力為依托、創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)為目標(biāo)的“3+3”自主學(xué)習(xí)型人才培養(yǎng)模式。

關(guān)鍵詞：自主學(xué)習(xí)；新工科；機(jī)器人創(chuàng)新平臺(tái)；創(chuàng)新能力

中圖分類號(hào)：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? 文章編號(hào)：1002-4107（2023）05-0013-03

近年來，隨著新工科理念的提出，教育部積極推動(dòng)和探索新工科建設(shè)并發(fā)布一系列建設(shè)文件，形成獨(dú)具特色的中國工程教育模式，以創(chuàng)新性理念帶動(dòng)高等工程教育新發(fā)展[1-3]。因此，高校應(yīng)打造和建設(shè)緊跟時(shí)代步伐的新工科專業(yè)，積極升級(jí)傳統(tǒng)工科專業(yè)，更新教學(xué)理念，轉(zhuǎn)變教學(xué)模式，提高教學(xué)質(zhì)量，有效促進(jìn)高等教育與社會(huì)教育的有機(jī)結(jié)合[4-5]。同時(shí)，應(yīng)主動(dòng)推動(dòng)和落實(shí)《中國制造2025》提出的新要求，深化工程教育改革，培養(yǎng)面向新工業(yè)革命的新工科工程技術(shù)人才[6]。高校應(yīng)積極引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建自主學(xué)習(xí)意識(shí)，同時(shí)，加快創(chuàng)新能力培養(yǎng)步伐，增強(qiáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新技能訓(xùn)練，為創(chuàng)新型國家的建設(shè)提供強(qiáng)有力支撐[7]。

自主學(xué)習(xí)是學(xué)生主動(dòng)構(gòu)建學(xué)習(xí)模式、學(xué)習(xí)方式，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，自主決定學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)強(qiáng)度及學(xué)習(xí)方法，并通過自主學(xué)習(xí)監(jiān)督和指導(dǎo)自己學(xué)習(xí)行為的能力，有助于促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力的提升。

長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)以機(jī)器人創(chuàng)新平臺(tái)作為學(xué)生自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)和提升的創(chuàng)新基地，構(gòu)建高等教育與社會(huì)實(shí)踐相融合的應(yīng)用研究型人才培養(yǎng)模式。學(xué)生依托機(jī)器人創(chuàng)新平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐環(huán)境，利用網(wǎng)絡(luò)等信息化教學(xué)手段及設(shè)備，根據(jù)研究興趣開展相關(guān)學(xué)習(xí)活動(dòng)，進(jìn)行相關(guān)實(shí)踐探索，培養(yǎng)其自主確定學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)計(jì)劃并選擇適合自身的學(xué)習(xí)方法的能力。學(xué)生利用學(xué)校所提供的學(xué)習(xí)資源，監(jiān)控自己的學(xué)習(xí)過程，對(duì)學(xué)習(xí)時(shí)間進(jìn)行有效管理，并對(duì)學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，促進(jìn)其創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的有效提升。

一、機(jī)器人創(chuàng)新平臺(tái)對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)的支撐要素分析

在新工科背景下，長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)以自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標(biāo)，依托機(jī)器人技術(shù)與工程研究院的創(chuàng)新平臺(tái)，聯(lián)合吉林省智能機(jī)器人與視覺測(cè)控技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)室和吉林省智能機(jī)器人科學(xué)與工程應(yīng)用研究中心，利用其提供的設(shè)備和優(yōu)質(zhì)資源，開展大學(xué)生機(jī)器人科技創(chuàng)新活動(dòng)，通過構(gòu)建科學(xué)、合理的創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)體系，從興趣導(dǎo)向出發(fā)，指導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，同時(shí)，通過提供參加實(shí)驗(yàn)室和研究中心的科技活動(dòng)、科研項(xiàng)目機(jī)會(huì)的實(shí)踐形式，使學(xué)生在參與項(xiàng)目中成長(zhǎng)，開闊視野，提升技能，學(xué)以致用。

機(jī)器人創(chuàng)新平臺(tái)的構(gòu)建是基于多學(xué)科交叉與融合的理念形成的。一方面，能夠充分發(fā)揮平臺(tái)在實(shí)際工程項(xiàng)目研究過程中原始創(chuàng)新的源動(dòng)力作用，促進(jìn)平臺(tái)與新工科培養(yǎng)體系有機(jī)結(jié)合，為科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步發(fā)揮支撐指導(dǎo)作用。另一方面，學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)破解點(diǎn)在于能否從以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詸C(jī)器人創(chuàng)新平臺(tái)（圖1）

為依托，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新平臺(tái)間的學(xué)科交叉滲透，以學(xué)生興趣為導(dǎo)向，以科技活動(dòng)、科研項(xiàng)目為牽引，教師輔助指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，使學(xué)生通過參與實(shí)際科研項(xiàng)目，達(dá)到自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)相結(jié)合的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)與學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)模式的融合發(fā)展。

二、基于機(jī)器人創(chuàng)新平臺(tái)的學(xué)生自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式構(gòu)建

培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力是通過理論知識(shí)的融會(huì)、實(shí)踐方法的貫通及創(chuàng)新意識(shí)的醞釀等模式，強(qiáng)化理論與實(shí)踐教學(xué)的有機(jī)融合，讓學(xué)生能夠快速、準(zhǔn)確地獲取知識(shí)、創(chuàng)新知識(shí)[8-10]。教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題、深入思考問題、勇于提出問題，有效激發(fā)學(xué)生的想象力及創(chuàng)造力。同時(shí)，將創(chuàng)新思維訓(xùn)練融入課程和實(shí)踐活動(dòng)，鼓勵(lì)學(xué)生開展原創(chuàng)性實(shí)踐活動(dòng)，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維和批判性思維。長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)構(gòu)建和完善訓(xùn)練計(jì)劃，基于“夯實(shí)基礎(chǔ)—模塊化提高型綜合訓(xùn)練—?jiǎng)?chuàng)新訓(xùn)練”3個(gè)層次，使學(xué)生的科技創(chuàng)新活動(dòng)實(shí)現(xiàn)從基礎(chǔ)性、綜合性、研究性到自覺性、主動(dòng)性和開放性的轉(zhuǎn)變，以“校內(nèi)實(shí)驗(yàn)—工程實(shí)訓(xùn)—?jiǎng)?chuàng)新平臺(tái)實(shí)踐”3結(jié)合，構(gòu)建“3+3”自主學(xué)習(xí)型人才培養(yǎng)模式（圖2）。

（一）構(gòu)建“夯實(shí)基礎(chǔ)—模塊化提高型綜合訓(xùn)練—?jiǎng)?chuàng)新訓(xùn)練”3個(gè)層次訓(xùn)練計(jì)劃

厚植基礎(chǔ)，以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為前提，通過設(shè)計(jì)科學(xué)、合理的學(xué)習(xí)目標(biāo)，讓學(xué)生了解自身所處學(xué)習(xí)階段，并在教師教授與點(diǎn)撥基礎(chǔ)上，根據(jù)自身能力及課程需求制定學(xué)習(xí)目標(biāo)。

強(qiáng)化綜合訓(xùn)練，分析學(xué)生內(nèi)在需求。首先學(xué)生提出需求，然后教師將學(xué)生需求轉(zhuǎn)化為具體學(xué)習(xí)目標(biāo)。在機(jī)器人創(chuàng)新平臺(tái)實(shí)際工程項(xiàng)目中，每個(gè)項(xiàng)目都以明確指標(biāo)為導(dǎo)向，有利于進(jìn)一步輔助學(xué)生分析所處階段的任務(wù)，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)及所需掌握的技能。

強(qiáng)化學(xué)思結(jié)合，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，使其善于“深思”“精思”。以前沿課題和任務(wù)為導(dǎo)向，為學(xué)生提供“學(xué)”和“思”的大平臺(tái)，使學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施過程中，自主進(jìn)行“學(xué)”與“思”，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。

（二）強(qiáng)化“校內(nèi)實(shí)驗(yàn)—工程實(shí)訓(xùn)—?jiǎng)?chuàng)新平臺(tái)實(shí)踐”3結(jié)合

在校內(nèi)實(shí)驗(yàn)階段，建立目標(biāo)導(dǎo)向的師生共同體機(jī)制。根據(jù)教學(xué)任務(wù)要求，教師制定訓(xùn)練目標(biāo)和學(xué)習(xí)內(nèi)容，學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)施方案。教師應(yīng)根據(jù)所設(shè)定的訓(xùn)練目標(biāo)和學(xué)習(xí)內(nèi)容有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，鼓勵(lì)學(xué)生勇于探索創(chuàng)新實(shí)踐方法，同時(shí)，應(yīng)在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中營(yíng)造創(chuàng)新氛圍和提供創(chuàng)新條件保障，充分重視培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新意識(shí)，形成師生互相促進(jìn)、互相交流學(xué)習(xí)的訓(xùn)練模式。

在工程實(shí)訓(xùn)階段，構(gòu)建以學(xué)生為主、教師為輔的工程實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式。學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過程中加強(qiáng)以“產(chǎn)品制作和加工為主線”的綜合性和創(chuàng)新性訓(xùn)練，有效激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)工程意識(shí)。教師應(yīng)推動(dòng)理論與實(shí)踐教學(xué)的有機(jī)融合，讓理論教學(xué)起到良好的指導(dǎo)、輔助和促進(jìn)作用。

在創(chuàng)新平臺(tái)實(shí)踐階段，構(gòu)建學(xué)生獨(dú)立自主的實(shí)踐教學(xué)模式。結(jié)合機(jī)器人創(chuàng)新平臺(tái)項(xiàng)目導(dǎo)向，學(xué)生進(jìn)入不同項(xiàng)目組進(jìn)行實(shí)際項(xiàng)目訓(xùn)練。在這個(gè)階段，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立完成分配子任務(wù)，即自主制定具體學(xué)習(xí)計(jì)劃、獨(dú)立查找學(xué)習(xí)資料、預(yù)估計(jì)劃完成日期、實(shí)現(xiàn)自我評(píng)價(jià)等任務(wù)。學(xué)生通過獨(dú)立思考、提出解決方案、實(shí)施具體操作流程，達(dá)到有效培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力的目的。教師將其所研究的科研項(xiàng)目的部分內(nèi)容提煉成科技創(chuàng)新題目，讓學(xué)生參與研究和設(shè)計(jì)，鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。教師與學(xué)生通過一系列科研項(xiàng)目、社會(huì)實(shí)踐及專業(yè)比賽進(jìn)行優(yōu)化排列、組合、融合，在組合和融合中發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，形成互補(bǔ)，提高學(xué)生創(chuàng)新與實(shí)踐能力。

三、基于機(jī)器人創(chuàng)新平臺(tái)的多維度學(xué)生自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)

（一）機(jī)器人創(chuàng)新平臺(tái)下學(xué)生創(chuàng)新能力訓(xùn)練

1.在認(rèn)識(shí)論方面，注重課程與時(shí)代需求融合

緊跟新時(shí)代的發(fā)展步伐，啟迪學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)科技知識(shí)與機(jī)器人產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的深刻變革所引發(fā)的認(rèn)識(shí)論和方法論改變，讓學(xué)生能夠快速掌握所學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力，使其具備創(chuàng)新型工程師的能力和素養(yǎng)，適應(yīng)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求。

2.在系統(tǒng)論方面，強(qiáng)化現(xiàn)代化工程理念

進(jìn)一步優(yōu)化和豐富學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練和實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合機(jī)器人創(chuàng)新平臺(tái)，加強(qiáng)機(jī)器人設(shè)計(jì)、控制與優(yōu)化技術(shù)實(shí)訓(xùn)，開發(fā)設(shè)置新的訓(xùn)練項(xiàng)目，修訂人才培養(yǎng)方案，并與國際專業(yè)認(rèn)證體系對(duì)標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立自主分析問題和解決問題的能力，著力構(gòu)建適應(yīng)現(xiàn)代化工程技術(shù)發(fā)展的自主學(xué)習(xí)型人才培養(yǎng)體系。

3.在教學(xué)模式方面，實(shí)施研學(xué)相長(zhǎng)模式

突破單一的技能訓(xùn)練模式，加強(qiáng)“以理論分析和工程項(xiàng)目為主線”的綜合性和創(chuàng)新性訓(xùn)練，實(shí)施“研中學(xué)，學(xué)中研”的研學(xué)相長(zhǎng)模式，有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工程問題的能力。

4.在能力培養(yǎng)方面，強(qiáng)化學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)與創(chuàng)新思維的培養(yǎng)與訓(xùn)練

以機(jī)器人創(chuàng)新平臺(tái)為依托，充分發(fā)揮平臺(tái)在學(xué)科競(jìng)賽體系下的優(yōu)勢(shì)，重視培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神與創(chuàng)新意識(shí)，構(gòu)建以賽助學(xué)和以賽促研的新模式（圖3）。因材施教，建立多層次、多模塊的教學(xué)內(nèi)容體系，筑牢學(xué)生就業(yè)能力，夯實(shí)攻讀研究生學(xué)位基礎(chǔ)。實(shí)施開放式教學(xué)，積極創(chuàng)造有利條件，引導(dǎo)學(xué)生參與實(shí)際工程項(xiàng)目，全方位拓展和提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。

（二）機(jī)器人創(chuàng)新平臺(tái)下學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力訓(xùn)練

高校承擔(dān)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要任務(wù)，因此，創(chuàng)新平臺(tái)必須在傳統(tǒng)的技能訓(xùn)練基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化和拓展學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，使學(xué)生適應(yīng)課程內(nèi)容和教學(xué)體系改革。高校應(yīng)以科研合作為紐帶，通過機(jī)器人創(chuàng)新平臺(tái)的培養(yǎng)模式，積極開展開放性、多功能的科技創(chuàng)新活動(dòng)，以技能為主、理論為輔，注重與企業(yè)工作崗位、職業(yè)資格標(biāo)準(zhǔn)、專業(yè)課程、各類學(xué)科競(jìng)賽、學(xué)生就業(yè)等的對(duì)接，營(yíng)造“競(jìng)技、精技、樂技”的學(xué)習(xí)氛圍，使學(xué)生的工作能力素養(yǎng)得以提升。充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及潛能，培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)踐過程中的團(tuán)隊(duì)精神和創(chuàng)新能力。著力培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，緊跟現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展步伐，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)基地與平臺(tái)建設(shè)，開發(fā)創(chuàng)新平臺(tái)實(shí)踐教學(xué)科研項(xiàng)目，彌補(bǔ)教學(xué)場(chǎng)地、設(shè)備等方面的不足，豐富教學(xué)內(nèi)容，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。

（三）實(shí)施效果

在新工科建設(shè)大背景下，長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)以機(jī)器人創(chuàng)新平臺(tái)為依托，充分利用和共享優(yōu)質(zhì)教育資源和機(jī)器人創(chuàng)新平臺(tái)，形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。近三年，所屬創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)教師指導(dǎo)學(xué)生參加“挑戰(zhàn)杯”競(jìng)賽、“互聯(lián)網(wǎng)+”大賽、“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽、全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽、全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、全國大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽、吉林省高校大學(xué)生機(jī)器人大賽、工程能力競(jìng)賽和大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練等學(xué)科競(jìng)賽活動(dòng)，獲國家特等獎(jiǎng)1項(xiàng)、國家二等獎(jiǎng)4項(xiàng)、省級(jí)獎(jiǎng)71項(xiàng)；指導(dǎo)研究生參加中國研究生電子設(shè)計(jì)大賽、中國研究生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽、機(jī)器人大賽、人工智能創(chuàng)新大賽、“挑戰(zhàn)杯”競(jìng)賽、“互聯(lián)網(wǎng)+”大賽等學(xué)科競(jìng)賽活動(dòng)，獲國家獎(jiǎng)12項(xiàng)、省級(jí)獎(jiǎng)100余項(xiàng)、申請(qǐng)專利30余件，發(fā)表SCI檢索、EI檢索和核心期刊論文50余篇。

長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)以機(jī)器人創(chuàng)新平臺(tái)為依托，深化產(chǎn)學(xué)研合作，構(gòu)建了自主學(xué)習(xí)型和創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)型“3+3”人才培養(yǎng)模式。創(chuàng)新平臺(tái)涵蓋研究方向全面，自主學(xué)習(xí)型人才培養(yǎng)模式特色鮮明，極大地提高了學(xué)生參與實(shí)踐和創(chuàng)新訓(xùn)練的積極性和主動(dòng)性，培養(yǎng)了學(xué)生深入思考基礎(chǔ)理論知識(shí)的習(xí)慣和積極解決創(chuàng)新實(shí)踐問題的能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]? 吳愛華，侯永峰，楊秋波，等.加快發(fā)展和建設(shè)新工科主動(dòng)適應(yīng)和引領(lǐng)新經(jīng)濟(jì)[J].高等工程教育研究，2017（1）：1.

[2]? 陸國棟，李拓宇.新工科建設(shè)與發(fā)展的路徑思考[J].高等工程教育研究，2017（3）：20.

[3]? 林健.面向未來的中國新工科建設(shè)[J].清華大學(xué)教育研究，2017，38（2）：26.

[4]? 李明俊，陳素華，汪月華，等.智慧點(diǎn)替代知識(shí)點(diǎn)：新工科授課要點(diǎn)之創(chuàng)新[J].高等工程教育研究，2019（2）：183.

[5]? 楊文斌.產(chǎn)學(xué)深度融合新工科人才培養(yǎng)的探索與實(shí)?踐[J].高等工程教育研究，2020（2）：54.

[6]? 劉海峰，龐在祥，王曉東，等.新工科背景下智能制造虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)與應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2020，37（10）：255.

[7]? 黃樂丹.自主學(xué)習(xí)者對(duì)教師角色期待的研究[J].教育理論與實(shí)踐，2019，39（24）：38.

[8]? 葉曉勤.新工科背景下工程訓(xùn)練中心創(chuàng)新人才培養(yǎng)探究[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2019，36（12）：274-277.

[9]? 張俐麗，白雪，何勝陽.新工科背景下大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式探索[J].黑龍江教育（理論與實(shí)踐），2018，72（12）：20.

[10]? 王穎.應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)問題及對(duì)策研究[J].教育理論與實(shí)踐，2016，36（36）：12.

編輯 陳晶