“專創融合”協同項目驅動下工業機器人技術課程改革探索

孟國亮，任金平，解浩，秦娟娟

（1.蘭州工業學院，甘肅蘭州 730050；2.隴東學院 化學化工學院，甘肅慶陽 745000）

在新工科建設及“雙創”導向的要求下，各高校都在積極探索“專創融合”課程建設。在現行教育體系中，傳統的教學方式仍然占據主導地位。然而，傳統教學模式單一、知識更新率低，未能有效激發學生的求知欲，學生難以將所學知識創新性地應用于實踐[1]，教學過程只是簡單的知識傳遞過程，教學成果很難轉化成未來社會發展的動力。因此，傳統的教學方式已經難以滿足行業發展對學生提出的能力要求。

傳統教學模式存在以下問題：教學內容與方法難以滿足素質教育的要求；課程章節內容相互孤立，課程資源匱乏，缺少相應的工程案例與背景的有效銜接；專業知識傳授與創新能力培養融合度不足、與實踐脫節[2-3]；部分學生的創新能力并未得到有效的鍛煉等。針對這些問題，本文以蘭州工業學院工業機器人技術課程為例，剖析課程特點，通過開發“專創融合”協同項目驅動的內容、設計并融入驅動項目、應用校內外各實訓平臺、改進教學模式以及考核機制等措施，進行教學改革與探索，構建在項目驅動下以專業知識為基礎、以實踐創新為主的新型教學模式，培養學生的創新意識、思維與能力，為學校開展“專創融合”建設提供參考。

1 “專創融合”建設過程中存在的問題

1.1 “專創融合”認識不足，理念落后

“專創融合”教學過程應結合實際工程應用，在培養學生專業能力的基礎上進行創新思維能力培養，以引導學生發現問題、解決問題，增強學生的創新意識，提高學生的創新創業能力與素養。然而，部分教師對“專創融合”課程的認識不足、理解不到位，在“專創融合”教學過程中未結合專業課內容對“雙創”元素進行深入挖掘，教學模式設計單一，將專業授課和創新創業授課分為兩個獨立的過程進行，存在專業教育、“雙創”教育“兩張皮”的問題[4]，沒有將創新思維、創新理念融入專業課程，“雙創”教育和專業課教育的脫節導致學生對創新創業的認知停留在表面，學生的創新思維與創新潛能沒有得到有效的開發。

1.2 “專創”課程與課外實訓融合不足

在“專創融合”培養模式中，教師既要注重理論知識的傳授，也要注重學生實踐技能的培養[5]。對于學生創新創業能力的培養，高校可以通過各類學科競賽，應用學生工作室和校內外實習實訓平臺，結合相關競賽作品的完成過程進行，培養學生的設計能力，再將優秀作品通過新工藝、新方法、新技術、新材料等轉化成“雙創”項目，從而提升學生的創新創業能力[6]。而實際情況卻是部分教師在授課過程中以理論創新與技能為主，未與實踐教學結合，缺乏與實踐環節的融會貫通，學生的操作能力與創新技能并未得到有效培養。在“挑戰杯”“機創賽”以及“互聯網+”等比賽中，只有少部分學生能進行創新設計并參賽，將作品轉化為創新創業項目，而大部分學生缺乏創新創業意識，難以將各類優秀作品、優秀項目轉換成創新項目服務社會發展，未實現創新創業教育的目的。

2 工業機器人技術課程建設

針對上述情況，本文擬以工業機器人技術專業課教學為基礎，充分挖掘創新創業元素和思政元素[7]，并將其合理融入專業知識教學過程。首先，根據工業機器人在工程中的典型應用，對課程知識點進行深入剖析挖掘，把課程內容劃分成機械部分、傳感部分和控制部分等不同的學習模塊；其次，結合具體學習模塊構建創新創業課程實踐驅動項目，再以實踐驅動項目為切入點，運用CDIO 教學模式完成教學內容[8-9]；再次，結合各類學科競賽，充分應用現有的各學生工作室有利條件以及校內外各實習單位提供的實訓平臺，完成相應驅動項目的建模、制作與展示；最后，改進考核機制，過程考核通過以學生為主的考核小組現場打分的方式進行，增強學生的參與感，提高學生的參與積極性。在“專創融合”教學過程中，專業課為創新創業實踐項目提供了相關的知識與技能，同時創新創業實踐項目也給予了專業課新動力，通過專業理論與實踐項目的有機結合，構建了“專創融合”課程建設思路（見圖1）。

圖1 課程建設思路

2.1 挖掘“專創融合”教學內容

分析工業機器人技術課程特點，對課程內容進行剖析與整合，將知識點劃分為三大部分、六個子系統（見圖2），從而形成模塊化的專業課程內容，再充分挖掘每個模塊中能體現“雙創”意識、“雙創”思維和“雙創”能力的知識點，將其設計成具體的驅動項目；同時，整合“雙創”教育資源，分解“雙創”教育目標，將能體現“雙創”知識、能力和素養等元素的案例融入驅動項目，形成“專創融合”的教學內容。“專創融合”教學內容既要充分體現工業機器人技術的課程特色，還要培養學生的“雙創”意識、“雙創”思維和“雙創”能力。在教學過程中，教師通過傳授“專創融合”知識，激發學生對創新創業的興趣與熱情。融入“雙創”教育元素的工業機器人技術課程內容，既要保證專業課程的優勢，又要給予學生充分的“雙創”發揮空間，進而培養學生基于專業教育的“雙創”能力。

圖2 工業機器人技術課程內容開發

2.2 建設“專創融合”實訓平臺

通過剖析工業機器人的應用，分析機器人行業發展動態，課程依托蘭州工業學院機電綜合實驗室、CAD/CAM 實驗室、機設創新實驗室、工程訓練中心等實訓平臺，結合校外20 多個實習實訓基地，開展實訓教學。實訓內容結合“專創融合”課程內容中的驅動項目展開，注重創新思維的拓展、創新方法的應用和創新能力的提高。通過對實訓項目的制作與完成，激發學生創新創業的積極性與主動性，鍛煉學生的實踐能力，培養學生的創新意識。此外，依托校內學生工作室——西風坊、零起點、3D 工作室以及晨曦工作室等，組織學生參加機械創新大賽、“挑戰杯”、數字化設計大賽、“互聯網+”設計大賽以及工程能力訓練大賽等競賽，將獲得優異成績的項目與作品通過采用新的材料、技術、工藝和方法等，轉化為“雙創”項目或“雙創”產品，突出專業技術、技能與科技成果的轉化[10]，實現“雙創”人才的培育，服務產業發展需要。實訓平臺構建如圖3 所示。

圖3 實訓平臺構建

2.3 項目驅動下的CDIO 教學模式

為確保“專創融合”課程教育目標的達成，課程組通過剖析工業機器人技術課程特點，結合學生學情，分析對比了各種教學方法，最后確定了在項目驅動下以CDIO 教學模式為主的教學方法。實施過程分為課前自學、課中導學、課后助學三個部分，具體內容見圖4。在課前自學環節，學生通過分析驅動項目對涉及的知識點進行學習與鞏固，并形成初步的設計思維與設計方案。在課中導學環節，學生通過CDIO 教學模式中的“項目構思—項目設計—項目實施—項目運行”四個教學步驟展開學習[11-12]。每個步驟都有對應的知識點，教師結合相應的知識點，融入“雙創”元素與案例，對應這四個步驟再進行問題導入、分析探究、結果展示和知識總結，將創新創業知識、方法和技能有效傳授給學生。學生在課堂上自由成組、集思廣益，最后闡述項目實施方案，此環節培養了學生創新創業的素質和能力。在課后助學環節，學生在課外完成相關項目任務，進行作品展示以及后續的持續優化。教學設計流程見圖5，采用“項目驅動下CDIO 教學模式”教學方法，教學體系完整，充分體現了以學生為主體的教學理念。

圖4 項目驅動下CDIO 教學模式教學過程

圖5 項目驅動下CDIO 教學模式設計流程

2.4 考核機制的改進

為確保“專創融合”課程目標的完成，提升“雙創”人才質量，對“專創融合”協同項目驅動下CDIO 教學模式的考核，采取過程考核與期末考核相結合的方式。過程考核包括驅動項目的分解、構思、設計以及作品完成等，同時注重完成過程中對創新方法、創新思維、創新技能的運用[13-14]。考核由班級考核小組負責，考核小組要根據學生項目作品中對專業知識與技能的應用、“雙創”思維與能力的體現進行現場考核打分，此過程由教師和班級其余學生監督。通過這種學生參與式的考核機制，將考核過程與考核結果公平、公正、公開化；期末考核重在考查學生對專業知識的掌握和對專業技能的運用，通過具體案例評價學生分析和解決實際工程問題的能力。對考核機制的改進，可以有效提高學生在“專創融合”學習過程中的積極性。

3 結語

針對“專創融合”教學過程中傳統教學模式難以滿足素質教育要求的問題，本文以工業機器人技術課程為例，通過剖析并分解課程內容，融入對應的項目，應用校內外實訓平臺以及學生工作室，完成相關項目，并對考核機制進行改進，整個教學過程采用項目驅動協同CDIO 模式的教學方法。對“專創融合”教學模式的改革與探索，提高了學生分析和解決實際問題的能力，培養了學生的創新意識、思維與技能，為“專創融合”教育提供了一定參考。