“課程+項目+競賽”三位一體的“專創融合”課程教學改革與實踐
——以機器人工程學綜合課程設計課程為例

吳青聰，陳柏，吳洪濤

（南京航空航天大學 機電學院，江蘇南京 210016）

教育部強調高校的創新創業教育需要面向全體、分類施教、結合專業、強化實踐，促進學生全面發展[1-3]。南京航空航天大學深入探索了專業教育與創新創業教育融合的方法，建立以需求為導向的創新型人才培養新機制，促進了人才培養與經濟建設、社會發展、創業就業需求的緊密對接[4]。機器人工程學綜合課程設計是南京航空航天大學新工科本科專業機器人工程的新型專業核心實踐課程。本文以該課程為例，深入挖掘科創項目與學科競賽在新工科專業教育中的重要作用，探索“課程+項目+競賽”三位一體的“專創融合”課程教學改革與實踐方法，滿足航空航天、智能制造、國防軍事、康復醫療等行業對綜合型創新人才的需求[5-6]。

1 “專創融合”課程教學改革目標與策略

機器人工程具有學科交叉性強、實踐性強、應用性強的特點[7]。然而，作為新興的新工科專業，現階段機器人工程專業的人才培養模式仍存在諸多問題，如：課程內容多，學時不足，學生對專業知識學習的要求較高；專業師資不足，教師教學水平有待提升；創新創業教育與專業教育的融合度不高，考評機制不完善，缺少過程性考核；課程吸引力不強，學生缺乏學習積極性；校外資源引入較少等[8]。

針對上述問題，本文依托機器人工程專業人才培養經驗與成果，以專業課程、科創項目、學科競賽為載體，以機器人工程學綜合課程設計課程為研究對象，深入探索了“專創融合”課程教學改革與實踐方法。本課程的教學改革目標在于：將機器人學科的前沿理念、技術和工程實踐經驗融入教學全過程，通過專業知識與創新實踐的緊密結合，培養學生的團隊協作意識、科學素養、實踐能力和創新精神，鼓勵其參與各類機器人科創項目與學科競賽，實現創新型、復合型新工科人才培養目標。

機器人工程學綜合課程設計課程根據機器人工程專業的人才培養要求，制定了課程的教學改革策略，具體如下：

（1）保證課程開設順序的合理性。本課程是機器人工程專業核心必修課程機器人工程學的重要后續創新實踐環節。學生充分運用在先修理論課程中已經掌握的機器人結構設計、運動學、動力學、感知系統、驅動系統、控制系統、典型應用等專業知識，在實踐中進行驗證和提高[9]。學生由掌握專業知識向學習實踐技能遞進，有助于形成連貫的學習思路，掌握相對完整的知識體系。

（2）創新教學模式和教學方法。機器人工程專業將學生所學的機器人工程專業的核心理論知識與機器人科創項目和學科競賽充分結合，并融入校內學術導師的一線科研成果，以及校外企業導師的工程實踐經驗。通過創新實踐，學生將科創競賽實操能力以項目化的方式融入專業課程學習，并主動探索機器人技術前沿知識，培養學生的團隊協作意識、實踐能力和創新精神[10]。

（3）以學生為中心，實施多元化、過程性評價與考核，促進學生的個性化發展。機器人工程專業采用以大學生創新創業實踐項目、機器人科創競賽作品、學術論文、科創成果知識產權、科技報告等為主要形式和依據的多元化考核方法[11]，實現評價主體的多元化、評價方法的多樣化、評價內容的全面化、評價時機的全程化。

2 “專創融合”課程建設方案

機器人工程學綜合課程設計課程以成果為導向，探索“課程+項目+競賽”三位一體的“專創融合”課程教學改革方案：一是創新教學模式，充分利用優質微課、慕課等線上資源，進行線上線下混合項目式教學；二是以科創項目和競賽為牽引，促進學生構建機器人專業知識體系；三是充分利用校內優質教學、科創團隊，組建跨專業、跨學科、校企聯合的教學團隊，對學生開展個性化的人才培養。“專創融合”課程的建設技術路線如圖1 所示。

圖1 南京航空航天大學機器人工程學綜合課程設計“專創融合”課程建設方案

2.1 教學模式與專業創新深度融合

（1）構建“課程+項目+競賽”三位一體、深度融合的課程體系。面向新工科專業的高素質、高層次、復合型、創新型人才培養目標，機器人工程專業基于先修專業核心主干課程機器人工程學的核心知識點，以大學生創新訓練計劃項目和大學生機器人競賽（如中國機器人大賽、RoboMaster 機甲大師賽等）的競賽內容和知識能力需求為牽引，并結合國際前沿技術研究成果、校內教師的科研項目研發基礎以及企業導師的工程項目實踐經驗，構建“課程+項目+競賽”三位一體、深度融合的創新實踐課程體系。教學內容主要涉及：機構學與優化設計方法、運動學與動力學、感知系統與驅動系統、控制系統與算法開發、仿真分析與實驗方法、系統集成與應用等。

（2）探索以學生為中心，以科創為牽引，多種方法混合的項目式教學方法。機器人工程專業以學生為中心，將競賽內容、理論知識和實踐經驗以項目化的方式融入專業課程教學，促進創新教育與專業教育協同發展[12]。課程采用線上線下混合的教學模式，結合啟發式、探究式、案例式等多種教學方法，激發學生的學習興趣和積極性。在線上教學環節，教師利用微課、慕課等優質線上教學資源，并結合先修課程的理論知識，設計和優化比賽及項目的研究方案，培養學生的自主學習能力。在線下教學環節，教師結合“大創”項目的申報計劃、機器人競賽的內容要求以及學生的個人特點，將學生分為若干個項目團隊，布置科創項目或學科競賽課題任務，開展創新實踐教學活動。在專業知識教學環節中，教師注重專業知識的基礎性、研究性和前沿性，通過多種途徑融入創新方法和思想，培養學生的專業創新意識；在實踐教學環節中，教師注重創新思維的培養，提升學生在機器人專業課程學習中的創新實踐能力。

2.2 豐富教學資源，組建跨學科、校企聯合的教學團隊

課程依托南京航空航天大學機電學院的“智能制造核心裝備”“高端裝備制造”等省部級重點培育示范中心與創新基地，以及智能機器人設計與實踐大學生主題創新區，充分利用智能機器人與數控技術教研室、機器人設計與控制技術教研室、機器人與多體系統教研室等特色機器人教學科研基地設備平臺，研究工業機器人、協作機器人、全向移動機器人、機器人運動捕捉系統、康復機器人、并聯機器人等，為學生創新實踐活動和“專創融合”教學提供了豐富的線上、線下教學軟硬件資源。教學團隊長期致力于機器人領域的教學、研究與科創指導工作，教學水平和科研能力突出。多位來自機器人龍頭企業的具有豐富工程經驗的工程師加入教師隊伍，組成跨學科的校企合作教學團隊[13]，并以教育部“111”創新引智計劃、江蘇省外國專家工作室為基礎，結合智能裝備與機器人系列國際會議，開展機器人工程教學國際交流活動，邀請微納機器人、特種機器人、生物醫學工程、機器學習與模式識別等領域的國際名師指導教學活動，為課程項目設置與競賽實踐指導提供一線生產經驗。

2.3 制定過程化、多元化的課程評價考核方法

課程考核以產出為導向，采用過程化、多元化評價指標[14]。課程成績主要包括三大部分：一是學生自主在國家精品在線開放課程等優質線上教學平臺學習，并根據分配的具體項目任務撰寫總結材料，占總成績的20%，主要考查學生掌握機器人工程學專業知識的能力。二是學生的平時表現成績，即在項目各個階段的線下答辯成績、完成質量，占總成績的30%。通過過程性的跟蹤教學，培養學生主動發現問題、解決問題和自我管理的能力，激發學生的團隊意識和實踐與創新精神。三是學生的項目研究成果和項目結題報告，項目研究成果形式多樣化，包括且不限于實物樣機、三維模型、仿真和實驗數據、機器人科創競賽作品與獲獎、獲批的創新實踐項目等級、發表的學術論文水平等，占總成績的50%。通過成果導向的考核方式，保證了考核的全面性、過程性與合理性。

3 實施成效

機器人工程學綜合課程設計課程具有延續性、實踐性和交叉性的特點，注重培養學生的創新實踐能力、團隊協作能力與工匠精神，落實立德樹人根本任務。在南京航空航天大學機器人工程專業人才培養方案中，從大一到大四，分層次設置了集趣味科創、學科競賽、項目研修于一體的全過程“雙創”教育體系。其中，學生在大一、大二強化通識教育和基礎實踐訓練，在大三、大四開展項目式教學、實驗室科研和導師制課題研究。通過“科教結合、產教結合、虛實結合”，學校建成新工科背景下智能機器人主題創新區，將其與課堂教學同步進行，教師根據學生個性特征，因材施教，引導高年級學生向不同的微專業細分方向拓展。學校通過創新創業機制與校企聯合培養模式，鼓勵學生參加國內外各類機器人學科競賽與科創項目，本專業參加學科競賽的學生覆蓋率超過90%，人均主持或參與1 項以上大學生創新創業訓練計劃項目。近三年，課程培養的學生在“挑戰杯”中國大學生創業計劃競賽、中國“互聯網+”大學生創新創業大賽、中國機器人大賽等各項競賽獲國家級和省部級獎100 余項，獲批國家級和省級大學生創新創業訓練計劃項目40 余項，學生創新創業成績突出。

4 結語

南京航空航天大學機電學院以學生為中心，以課程核心知識點為基礎，以科創項目和學科競賽為牽引，構建“課程+項目+競賽”三位一體、深度融合的創新實踐課程，有效解決了課時不足、師資缺乏、考核方式單一等問題，培養了學生的團隊協作意識、實踐能力和創新精神，豐富了大學生在各類科創項目和學科競賽中取得的成果，而且充分調動了教師的教學積極性，促進了教師科研工作水平的提高，實現了教與學雙受益的目標。該模式還在持續探索和實踐過程中，在后續的課題研究中，學校將進一步拓展該課程設計的深度和廣度，實現專業教育與創新創業教育的深度融合。