地方高校以实践基地为依托机电专业人才培养模式的探索与实践

2019-03-07张卫亮

中国现代教育装备 2019年1期

张卫亮李亮

宝鸡文理学院机械工程学院陕西宝鸡 721016

《国务院办公厅关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》和《陕西省教育厅关于实施高等学校创新创业教育推进计划的意见》提出深化高等学校创新创业教育改革是国家实施创新驱动发展战略、促进经济提质增效升级的迫切需要，是推进高等教育综合改革、促进高校毕业生更高质量创业就业的重要举措。为了贯彻落实国家创新驱动发展战略，进一步深化学校创新创业教育改革，不断提高人才培养质量，结合我校实际，2016年4月，学校颁布的《宝鸡文理学院关于深化创新创业教育改革实施方案》提出以提高人才培养质量为核心，以深化创新创业教育改革为突破口，以优化创新创业人才培养机制为重点，以完善条件和制度为保障，将创新创业教育融入人才培养全过程，大力推进创新创业教育工作，努力提高学生创新创业能力和人才培养质量。

1 传统机电专业教学过程存在的问题

机械电子工程专业为新开专业，由于机电类专业就业面宽泛，开设至今深受学生喜爱，然而我院机电专业开设过程中也存在一些问题。问卷调查和学生反馈发现，学生学习过程中存在的主要问题大致有如下几点。(1)机电类专业密切联系实际，学生对机器人技术、电工与电子技术、电气控制与PLC、单片机原理与接口技术和机电一体化系统设计等实践性较强的课程缺乏足够兴趣，在专业课学习过程中反映出理论联系实际、动手能力较差，不能应用所学专业知识解决实际问题。(2)机电类专业属于跨学科交叉专业，学生大学四年需要学习测试技术、数控技术、机械设计、电工学、数字电路、模拟电路、单片机技术、微机原理和控制工程等诸多课程，这些课程涉及领域较为广泛，不同课程之间相关性较弱，因此学生很难精通每门课程所涉及的领域，也很难形成系统的知识体系[1,2]。

2 以机器人为载体教改实施思路

机器人技术所涉及的技术领域较为广泛，是机械、电子、控制、测试等学科融合的产物，对培养学生机电产品设计能力、创新能力和动手能力具有重要作用。依照以上文件精神，依托宝鸡市机器人产业优势，机械工程学院与陕西省机器人智能制造产业园、宝鸡市机器人产业协会三方联合共建了市级创新平台—宝鸡市机器人智能制造众创空间。并与秦川机床工具集团股份公司、宝鸡机床集团有限公司、陕西渭河工模具有限公司、宝鸡思迈龙工业机器人科技发展有限公司等签订实践基地合作协议，旨在通过校企合作和校外实践基地建设激发机电专业学生学习兴趣，培养大学生创意思维、创新意识和创业能力。

机械工程学院秉承高校服务地方的宗旨，在双创背景下提出以“立足区域经济发展需求、服务地方经济发展”的理念，以“提高学生专业技能、创新创业能力”为目标，以“校企合作、加强实践”为手段，以“双创”人才培养为根本，开展“机器人智能制造”校外创新创业教育实践，培养具有较强动手能力、创新创业意识和实践能力，拥有过硬的专业技能，能够解决工业生产中实际问题的机电专业工科人才，并提出适合我院发展的教学改革新措施，具体内容如图1所示[3,4]。

图1 实施思路简图

2.1 以机器人为载体对传统教学方式进行改革

机械工程学院下属宝鸡市机器人智能制造众创空间，拥有ROS机器人(如图2a所示)、轮式移动机器人(如图2b所示)、关节坐标机器人(如图2c所示)等各类仪器设备30余台(套)，仪器设备总值约500多万元，部分主要仪器详见表1。其中，图2a为学院ROS机器人，该机器人系统全部开源，可以实现激光SLAM定位、人机交互、声源定位、人脸识别、物体识别。主要适用的研究领域：(1)机器人运动学研究；(2)机器人自主定位与导航研究；(3)机器人视觉技术研究；(4)基于语音识别的人机交互技术研究；(5)基于肢体识别的人机交互技术研究等。

图2 学院现有机器人设备

对于机器人技术、电工与电子技术、电气控制与PLC、单片机原理与接口技术和机电一体化系统设计等实践性较强的课程，一方面以机器人为载体通过综合性实验、实训和课程设计的办法，提升学生的专业知识认知能力和对专业课程的兴趣，同时为学生提供一个可以发挥自己想象力、创造力和应用专业知识的空间。另一方面，带领学生围绕机器人搭建模块，如各类竞赛机械人模块、步进电机控制模块、传感器测试系统模块、电路板焊接和软件编程测试系统模块等，培养学生的动手能力和创新意识[5,6]。

表1 机器人智能制造众创空间主要仪器设备(部分)

2.2 以机器人为载体的创新创业教育实践

以机器人为载体学院创新创业教育实践有两种形式—大学生创新创业训练计划项目和创新创业计划竞赛。大学生创新创业训练计划项目方面，学院围绕机器人相关方向成立大学生创新创业训练计划领导小组，负责组织实施本院大学生创新创业训练计划项目工作。采取以教师引导为辅，学生兴趣主导的方式，由学生自主选题、设计方案、管理项目、完成项目的模式。通过项目的训练，使学生了解并掌握项目前期调研、选题、立项、实施、验收的全过程，提升了学生的创新创业项目管理、组织和实施的能力[7,8]。创新创业计划竞赛方面，学院组织大学生跨专业组队参与形式多样的各类学科竞赛、创新创业路演等活动。不同年级专业的学生协同创新能力显著提升，学生自发组成了科技社团，有效地推动了学院创新创业活动的组织实施，促进了科技创新队伍的建设。其次，形成了竞赛项目导师制，由校内教师和校外兼职导师共同制订参赛计划，指导学生的赛前准备工作，通过创新创业计划竞赛促进正确成才观的形成，学生体会到实践在就业创业过程中的重要性。

目前，机械工程学院服务于创新创业教育工作的教师有30多人，占教工总人数的二分之一。近三年来，指导大学生创新创业计划项目30余项，开展创新创业活动10多场次。学院通过不同形式的创新创业实践教育累计培养学生近300名，占在校学生人数的17%。开展大学生创新创业训练计划项目30余项，100多名学生参与创新创业计划竞赛，并获得2017年全国机器人大赛二、三等奖，软银机器人杯机器人大赛一等奖，2017年第十届高教杯全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛一等奖。学校与陕西省机器人智能制造产业园签订了战略合作框架协议，联合打造省市两级机器人智能制造“众创空间”，完成由机械工程学院机器人智能制造团队牵头负责开展平台搭建等工作。

2.3 以机器人为载体的教师科研

学院与陕西省机器人智能制造产业园本着“优势互补、资源共享、共同促进、互惠互利”的原则，开展校企合作和实践教育基地建设工作。学院围绕机器人相关产业整合教师科研方向，组建不同科研团队，并且定期沟通为机器人产业园发展提供技术支持，机器人产业园则为学校提供金工实习、课程见习、生产实习和学生就业等岗位。实践基地建设至今，学院科研团队围绕机器人关键零部件检测、工业机器人的结构设计与运动仿真、工业机器人控制、机器人材料服役性能产业服务等项目，申请省部级和宝鸡市科研项目多项，解决了企业发展亟待解决的难题。

2.4 以机器人为载体的本科生和研究生人才培养

本科生和研究生人才培养聚焦机器人相关产业开展，论文题目来源于企业生产过程中，并在企业和校内导师的共同指导下实施研究，提高学生学以致用解决实际问题的能力。

此外，学院机器人系统多为开源，机器人机械结构均可拆卸，教学过程中本科生和研究生以机器人为载体开展相关研究工作，鼓励有创意学生大胆提出设计思想，并在机器人平台的基础上进行结构改进、控制系统设计、电路设计和调试、编程等项目。同时，鼓励学生根据兴趣组建不同专业方向团队，对于复杂创意，可以将系统分解给多个团队，团队之间在项目实施过程中定期沟通、协商和讨论，完成各自负责的部分，之后再将不同团队的设计内容进行整合，完成复杂系统设计。

2.5 以实践基地为纽带校企合作服务地方

产教融合、校企合作是新形势下国家对于高校工科人才培养的要求，地方高校应致力于培养和造就富有实践能力和创新能力的创新性应用型人才，服务地方经济发展。通过以机器人为载体，以实践基地为纽带搭建“企业—高校—学生”三位一体人才培养模式，高校人才培养过程中将满足企业对人才的需求作为高校人才培养的目标，人才培养过程注重提高机电专业学生的专业技能、动手能力、团队合作和创新能力，确保学生拥有一技之长，可以找到满意的工作[9]。

3 教学改革效果调查与评价

为了科学评价和认识实践基地建设对学院人才培养效果的影响，采用同一授课教师和同一教材，抽取机械电子工程和机械设计制造及自动化专业开设的课程机电一体化系统设计进行调查分析，其中，样本1为2014级机电1班学号前30号，样本2为2014级机制3班学号前30号，样本1在教学过程中增加教改方案所述的培养环节，两样本分别选取课程考试成绩、学生反馈、学生就业、班级学习氛围和毕业设计质量等指标进行采集和分析，详细信息结果如表2所示。

从表2统计信息可见，采用教改方案的样本1和未采用教改方案的样本2相比较，样本1多项指标均高于样本2，从而说明教改方案对提高学生学习兴趣、增加学生动手实践能力和创新能力均有一定的效果。