基于综合项目的探究型课程教学改革

【摘要】针对高职“双高计划”创新型技术技能人才培养要求，结合学生自主学习的实际需要，按照同组异构的形式跨专业组建项目团队，基于综合性项目实施探究型教学改革，促进学生创新思维、团队协作和解决问题能力的培养。实践证明，课程教学效果和学生综合素养明显提高。

【关键词】项目课程；综合项目；探究型教学；同组异构

【中图分类号】G712【文献标志码】A【文章编号】1005-6009（2020）36-0059-04

【作者简介】周亚娟，江阴职业技术学院（江苏江阴，214400）助理研究员，主要研究方向为教育管理。

*本文系江苏省教育科学“十三五”规划重点课题“基于县域职教联盟的中高职衔接人才培养模式研究与实践”（B-b/2018/03/11）的阶段性研究成果。

综合项目课程教学是通过完整的工程项目进行实践教学活动的方法，它系统整合了理论知识应用、项目设计与实践的综合能力，通过项目教学过程的训练和项目实践中的创新设计，培养学生独立工作的能力和解决实际工程问题的能力。本文以江阴职业技术学院为例，分享学校综合项目课程改革的经验。

一、综合项目课程设计与选题

项目课程是教师基于实际工程项目逻辑编排课程知识体系，按照“必需、够用”的原则重构、序化课程教学内容，通过“项目引导、任务驱动”的思路设计系列教学任务，按照“任务明线、知识暗线”的架构将关键知识点穿插在对应的教学任务中，并通过任务拓展的形式补充其他相关知识点。

（一）综合项目课程设计

项目课程主要通过任务驱动法引导学生自主探究，在一定的工作任务情境下以团队协作的形式“学中做、做中学”，最终使学生设计出具有一定功能和应用价值的产品（即学习成果）。它是一种以学生为中心，充分考虑学生个体差异，以实现个性化训练的教学方法。通过自主探索和实践，让学生掌握项目背后隐藏的学科专业知识，培养学生解决问题、沟通表达、团队合作等综合能力。

综合项目相对普通项目来说较为系统、复杂，一般应用于专业方向课程或专业综合设计课程，要求学生掌握一定的专业技术基础，重点培养学生的创新思维、职业素养及综合能力。因此，这些课程是基于学生在前序专业课程中所获得的技术知识，引入课程的综合项目，按照功能逻辑划分为多个关联模块，再将各个模块进一步细分序化为紧密耦合的任务链。

（二）综合项目课程选题

在项目化教学中，教师需要做大量的前期准备工作，确定项目内容、任务架构、教学模式，再根据学生认知规律对项目进行教学化改造。当学生进入项目实践教学环节后，教师将作为学习指导者，随时准备帮助学生解决疑难问题。

项目化教学根据产品的实际应用价值选择并设计合适的课程项目，一般项目基本能覆盖课程绝大部分知识点，综合项目则更加侧重于学生专业知识综合应用能力的培养。项目还能够适应不同教学方向的要求，如课程的教学内容编排、任务驱动教学实施、项目创新设计与开发等。普通专业课程的一般项目不宜过大，但综合设计专业课程须引入功能相对完整的大项目，还要有一定的难度和工程应用价值，确保学生可以较为系统地进行项目规划、设计和实践，因此教师在确定选题时一定要反复思索、充分调研。

二、综合项目课程教学案例

综合项目一般是与生产、科学研究任务结合的现实题目，学生只有在完成专业教学计划所规定的前序理论课程学习和技能实训，掌握了相应的专业基础知识和技术技能，经考试、考查合格后才能进行。“综合设计与项目实践”是江阴职业技术学院的系列综合项目课程，其课程教学目标是在教师指导下，学生按照项目要求进行工程设计和研究，包括设计、计算、绘图、工艺技术、经济论证以及合理化建议等，最后提交一份项目报告。

以综合项目课程中的子课程“吸尘机器人系统设计与项目实践”为例，它是机械设计和信息技术专业开设的综合项目课程，一般在第五学期开设，要求由机械、电子和计算机专业的学生自由组建5～6人的项目小组（组长由大家推选产生），小组成员合作设计、开发并制作一个小型吸尘机器人样机系统，每个项目小组需要在学期结束前提交相应的中期项目进度报告、项目整体设计报告和最终设计制作的小型机器人样机，小组中的每名学生都要根据自己在项目中的分工做相应汇报及答辩。

（一）教学内容重构

在课程中引入合适的工作项目作为课程教学内容载体是综合项目课程设计的关键，“吸尘机器人系统设计与项目实践”课程重点培养学生机械、电子、软件设计综合能力，课程引入“小型吸尘机器人样机研制”综合项目，依据“项目—模块—任务”的逻辑结构分为3大模块及21个相关任务。

模块1的4个任务要求学生设计并制造出吸尘机器人的底盘。吸尘机器人的底盘一般选用材质较轻、有一定强度的多孔圆形铝板。底盘需要安装四个轮子，采用可充电的大电流锂电池组给步进电機供电，通过步进电机控制左右两个驱动轮的速度以实现机器人的前移和转向。底盘的设计与加工主要包含“需求分析、CAD设计、CAM过程”三个环节，其中CAD设计又分为概念设计、结构设计、计算分析和设计优化，CAM过程又分为工艺过程设计（工艺线路、加工设备、工装设计及材料确定等）、毛坯及部件加工、装配调试等。

模块2的9个任务以Cortex-M系列CPU为控制核心，要求学生设计并制造出吸尘机器人系统控制的印制电路板，包括电源、电机驱动、液晶显示及测距、碰撞、灰度级电子罗盘传感器等单元。印制电路板制作主要有电路整体方案设计、单元电路设计、SCH原理图设计、PCB线路板设计、印制线路板外送加工等环节，每个环节需要进一步细分为相关的步骤。

模块3的8个任务要求学生通过模拟多种吸尘场所来进行避障算法验证及控制软件调试，从而完成吸尘机器人路径规划算法及相应控制软件的开发。模拟场地内的障碍物、墙体挡板数量和位置可以随机变化，要求吸尘机器人从任意位置出发对整个模拟场地进行遍历，同时在固定的时间内覆盖场地的最大面积。

（二）教学实施分组

“吸尘机器人系统设计与项目实践”课程的教学时间共19周，教师在第1—4周通过“项目引导、任务驱动”的教学方式，由浅入深、循序渐进地将小型吸尘机器人样机设计原理与基本应用概况推送给学生，让学生对与智能吸尘机器人相关的传感器技术、环境建模、定位、路径规划及机械产品设计等理论知识和技术应用有较为清晰的了解。学生在这段时间尽可能查阅和检索吸尘机器人研发的相关资料，为后续具体的项目设计和开发奠定基础。

所谓“同组异构”就是同一个小组必须由机械、电子和计算机专业的不同学生构成，确保每个小组成员结构情况和整体学习力大致均衡，最大限度整合各个小组的自主研发和团队协作能力。课程开始的第3—4周，学生在教师的引导下按照“同组异构”的原则组建项目研发团队（每组5～6人），由学生推选组长，然后根据个人特长和爱好进行项目任务分工，明确各自目标任务和工作进度。

从第5周开始，学生用大约12周的时间进行项目设计与开发工作，每个团队在智能吸尘机器人底盘、控制电路、传感器和路径规划算法设计等方面可以定义不同的交付功能，并根据相应的功能设计选择不同型号的材料、元器件和研发路径等。在此期间，指导教师与学生一起在线上（课程学习论坛）就个性问题进行发散性讨论，同时每周集中讨论1次，师生共同探究项目开发中的共性问题，教师给出相应的指导。

指导教师在第17周向学生提供一套项目研究报告范本，以便学生在撰写项目研究报告时进行参考。报告撰写期间指导教师要和每个小组进行多次沟通，确保项目报告“结构完整、内容规范、资料详实”。最后1周进行小组项目作品展示和答辩，由组长进行项目整体研发陈述与作品展示，每个组员就自己承担的研发任务作出说明。

（三）教学效果评估

项目团队在项目设计和开发过程中有较大的自由度和自主权，各项目小组期末提交的智能吸尘机器人样机和项目报告在整体框架上基本一致，但在项目研发的不同模块和单元中却呈现出明显的差异性。期末课程分“项目作品、项目报告、创新思维、团队协作”四大模块进行考核，其中“项目作品、项目报告”重点考查整个项目团队（团队得分作为每个小组成员成绩的基础分），“创新思维、团队协作”重点考查每个项目小组成员，此项得分加上所在团队的基础分，得出每个项目小组成员最终课程考核成绩。考核由学生自我评价、组间互评和教师考评三部分组成，权重比例分别为20%、30%和50%。

“项目作品”指标主要考查各个项目小组设计开发的智能吸尘机器人样机的可靠性、稳定性和定位的准确性，包括机器人是否能绕过比较复杂的模拟房间内的障碍物，在固定时间内近100%遍历房间，重复路线尽可能少，并努力降低机器人样机硬件成本。“项目报告”指标重点关注每个团队递交的项目开发报告是否符合各项规范，包括项目计划、需求分析、系统设计、开发实施、运行调试等。“创新思维”指标主要考查每个学生在完成各自项目小组任务中的创新思路和举措，如智能吸尘机器人的电机驱动设计、传感器融合、电路单元设计和路径规划算法等。“团队协作”指标重点关注团队成员个体任务分工、协作贡献两个方面。任务分工：每个团队成员的任务要适量，分工既相对互补又各有侧重，能较好地完成各自任务；协作贡献：所有学生可以通过项目研发论坛合作解决问题，每个项目小组或成员都可以在论坛上提出问题进行探究，其他学生（包括其他项目团队成员）如果提供正确的问题解决思路或方法，指导教师会给予相应的绩点奖励。

三、总结与思考

“吸尘机器人系统设计与项目实践”课程案例是面向专业综合课程的项目化教学改革方案中的典型，通过引入真实的工程项目来重构教学课程内容。课程前期由教师进行“任务驱动”教学，随后按照同组异构的形式跨专业组建学生团队进行项目设计和研发，以学生为中心实施探究型课程教学改革。就学校整体而言，通过几轮综合项目课程教学改革评估我们发现，“以学生为中心”的项目化教学改革大大提高了学生探究型学习的积极性和参与度；通过综合项目课程的实施，学生自主学习、团队协作和创新思维等软技能得到了较好的发展，为后续就业提升了競争力；由于综合课程的跨专业性，混合型课程教学团队的成员之间跨界协作与融合发展的机会增多，也促进了教师个体的专业成长。

但是，在进行综合项目课程教学改革时，有两个制约因素不容忽视：一是综合项目课程要求教学团队负责人的教学和学术素养都比较高，他们既要有丰富的教学经验，还要有较强的项目研究与开发能力，目前很多学校都缺乏这种复合型教学名师。二是将综合性项目引入课程教学中，课程内容按项目逻辑重构以及课程资源开发的工作量非常大，给学校教师带来了很大压力，工作难以推进，很多综合项目课程的开发因此搁浅。

对此，学校接下来将高度重视综合项目课程教学团队的建设，特别是团队负责人的培养，以学校现有的教学带头人或学术带头人为基础，启动教学、学术复合型“双带头人”培养工程，为综合项目课程建设奠定扎实的人才基础。同时学校要出台相关支持政策，加大课程建设经费和绩效奖励分配的倾斜力度，鼓励更多专业骨干教师积极、主动投身到综合项目课程改革中来，重点做好两方面的优化：一是由于选择这类综合项目课程的不同专业学生总体人数不均衡，在同组异构时每个项目小组不同专业学生的比例不平衡。因此，在课程开始时，教师要对选择此类课程的不同专业学生数量做宏观上的引导和控制，使不同专业学生数量基本符合课程项目团队构建的实际需要。二是学生自我组建的不同项目团队间的学习力和控制力具有差异性，团队成员之间也存在较大差异，自主管理能力较差、专业基础知识欠缺的学生需要教师付出更多的时间和精力进行辅导。