“专创融合”协同项目驱动下工业机器人技术课程改革探索

孟国亮，任金平，解浩，秦娟娟

（1.兰州工业学院，甘肃兰州 730050；2.陇东学院 化学化工学院，甘肃庆阳 745000）

在新工科建设及“双创”导向的要求下，各高校都在积极探索“专创融合”课程建设。在现行教育体系中，传统的教学方式仍然占据主导地位。然而，传统教学模式单一、知识更新率低，未能有效激发学生的求知欲，学生难以将所学知识创新性地应用于实践[1]，教学过程只是简单的知识传递过程，教学成果很难转化成未来社会发展的动力。因此，传统的教学方式已经难以满足行业发展对学生提出的能力要求。

传统教学模式存在以下问题：教学内容与方法难以满足素质教育的要求；课程章节内容相互孤立，课程资源匮乏，缺少相应的工程案例与背景的有效衔接；专业知识传授与创新能力培养融合度不足、与实践脱节[2-3]；部分学生的创新能力并未得到有效的锻炼等。针对这些问题，本文以兰州工业学院工业机器人技术课程为例，剖析课程特点，通过开发“专创融合”协同项目驱动的内容、设计并融入驱动项目、应用校内外各实训平台、改进教学模式以及考核机制等措施，进行教学改革与探索，构建在项目驱动下以专业知识为基础、以实践创新为主的新型教学模式，培养学生的创新意识、思维与能力，为学校开展“专创融合”建设提供参考。

1 “专创融合”建设过程中存在的问题

1.1 “专创融合”认识不足，理念落后

“专创融合”教学过程应结合实际工程应用，在培养学生专业能力的基础上进行创新思维能力培养，以引导学生发现问题、解决问题，增强学生的创新意识，提高学生的创新创业能力与素养。然而，部分教师对“专创融合”课程的认识不足、理解不到位，在“专创融合”教学过程中未结合专业课内容对“双创”元素进行深入挖掘，教学模式设计单一，将专业授课和创新创业授课分为两个独立的过程进行，存在专业教育、“双创”教育“两张皮”的问题[4]，没有将创新思维、创新理念融入专业课程，“双创”教育和专业课教育的脱节导致学生对创新创业的认知停留在表面，学生的创新思维与创新潜能没有得到有效的开发。

1.2 “专创”课程与课外实训融合不足

在“专创融合”培养模式中，教师既要注重理论知识的传授，也要注重学生实践技能的培养[5]。对于学生创新创业能力的培养，高校可以通过各类学科竞赛，应用学生工作室和校内外实习实训平台，结合相关竞赛作品的完成过程进行，培养学生的设计能力，再将优秀作品通过新工艺、新方法、新技术、新材料等转化成“双创”项目，从而提升学生的创新创业能力[6]。而实际情况却是部分教师在授课过程中以理论创新与技能为主，未与实践教学结合，缺乏与实践环节的融会贯通，学生的操作能力与创新技能并未得到有效培养。在“挑战杯”“机创赛”以及“互联网+”等比赛中，只有少部分学生能进行创新设计并参赛，将作品转化为创新创业项目，而大部分学生缺乏创新创业意识，难以将各类优秀作品、优秀项目转换成创新项目服务社会发展，未实现创新创业教育的目的。

2 工业机器人技术课程建设

针对上述情况，本文拟以工业机器人技术专业课教学为基础，充分挖掘创新创业元素和思政元素[7]，并将其合理融入专业知识教学过程。首先，根据工业机器人在工程中的典型应用，对课程知识点进行深入剖析挖掘，把课程内容划分成机械部分、传感部分和控制部分等不同的学习模块；其次，结合具体学习模块构建创新创业课程实践驱动项目，再以实践驱动项目为切入点，运用CDIO 教学模式完成教学内容[8-9]；再次，结合各类学科竞赛，充分应用现有的各学生工作室有利条件以及校内外各实习单位提供的实训平台，完成相应驱动项目的建模、制作与展示；最后，改进考核机制，过程考核通过以学生为主的考核小组现场打分的方式进行，增强学生的参与感，提高学生的参与积极性。在“专创融合”教学过程中，专业课为创新创业实践项目提供了相关的知识与技能，同时创新创业实践项目也给予了专业课新动力，通过专业理论与实践项目的有机结合，构建了“专创融合”课程建设思路（见图1）。

图1 课程建设思路

2.1 挖掘“专创融合”教学内容

分析工业机器人技术课程特点，对课程内容进行剖析与整合，将知识点划分为三大部分、六个子系统（见图2），从而形成模块化的专业课程内容，再充分挖掘每个模块中能体现“双创”意识、“双创”思维和“双创”能力的知识点，将其设计成具体的驱动项目；同时，整合“双创”教育资源，分解“双创”教育目标，将能体现“双创”知识、能力和素养等元素的案例融入驱动项目，形成“专创融合”的教学内容。“专创融合”教学内容既要充分体现工业机器人技术的课程特色，还要培养学生的“双创”意识、“双创”思维和“双创”能力。在教学过程中，教师通过传授“专创融合”知识，激发学生对创新创业的兴趣与热情。融入“双创”教育元素的工业机器人技术课程内容，既要保证专业课程的优势，又要给予学生充分的“双创”发挥空间，进而培养学生基于专业教育的“双创”能力。

图2 工业机器人技术课程内容开发

2.2 建设“专创融合”实训平台

通过剖析工业机器人的应用，分析机器人行业发展动态，课程依托兰州工业学院机电综合实验室、CAD/CAM 实验室、机设创新实验室、工程训练中心等实训平台，结合校外20 多个实习实训基地，开展实训教学。实训内容结合“专创融合”课程内容中的驱动项目展开，注重创新思维的拓展、创新方法的应用和创新能力的提高。通过对实训项目的制作与完成，激发学生创新创业的积极性与主动性，锻炼学生的实践能力，培养学生的创新意识。此外，依托校内学生工作室——西风坊、零起点、3D 工作室以及晨曦工作室等，组织学生参加机械创新大赛、“挑战杯”、数字化设计大赛、“互联网+”设计大赛以及工程能力训练大赛等竞赛，将获得优异成绩的项目与作品通过采用新的材料、技术、工艺和方法等，转化为“双创”项目或“双创”产品，突出专业技术、技能与科技成果的转化[10]，实现“双创”人才的培育，服务产业发展需要。实训平台构建如图3 所示。

图3 实训平台构建

2.3 项目驱动下的CDIO 教学模式

为确保“专创融合”课程教育目标的达成，课程组通过剖析工业机器人技术课程特点，结合学生学情，分析对比了各种教学方法，最后确定了在项目驱动下以CDIO 教学模式为主的教学方法。实施过程分为课前自学、课中导学、课后助学三个部分，具体内容见图4。在课前自学环节，学生通过分析驱动项目对涉及的知识点进行学习与巩固，并形成初步的设计思维与设计方案。在课中导学环节，学生通过CDIO 教学模式中的“项目构思—项目设计—项目实施—项目运行”四个教学步骤展开学习[11-12]。每个步骤都有对应的知识点，教师结合相应的知识点，融入“双创”元素与案例，对应这四个步骤再进行问题导入、分析探究、结果展示和知识总结，将创新创业知识、方法和技能有效传授给学生。学生在课堂上自由成组、集思广益，最后阐述项目实施方案，此环节培养了学生创新创业的素质和能力。在课后助学环节，学生在课外完成相关项目任务，进行作品展示以及后续的持续优化。教学设计流程见图5，采用“项目驱动下CDIO 教学模式”教学方法，教学体系完整，充分体现了以学生为主体的教学理念。

图4 项目驱动下CDIO 教学模式教学过程

图5 项目驱动下CDIO 教学模式设计流程

2.4 考核机制的改进

为确保“专创融合”课程目标的完成，提升“双创”人才质量，对“专创融合”协同项目驱动下CDIO 教学模式的考核，采取过程考核与期末考核相结合的方式。过程考核包括驱动项目的分解、构思、设计以及作品完成等，同时注重完成过程中对创新方法、创新思维、创新技能的运用[13-14]。考核由班级考核小组负责，考核小组要根据学生项目作品中对专业知识与技能的应用、“双创”思维与能力的体现进行现场考核打分，此过程由教师和班级其余学生监督。通过这种学生参与式的考核机制，将考核过程与考核结果公平、公正、公开化；期末考核重在考查学生对专业知识的掌握和对专业技能的运用，通过具体案例评价学生分析和解决实际工程问题的能力。对考核机制的改进，可以有效提高学生在“专创融合”学习过程中的积极性。

3 结语

针对“专创融合”教学过程中传统教学模式难以满足素质教育要求的问题，本文以工业机器人技术课程为例，通过剖析并分解课程内容，融入对应的项目，应用校内外实训平台以及学生工作室，完成相关项目，并对考核机制进行改进，整个教学过程采用项目驱动协同CDIO 模式的教学方法。对“专创融合”教学模式的改革与探索，提高了学生分析和解决实际问题的能力，培养了学生的创新意识、思维与技能，为“专创融合”教育提供了一定参考。