韓昀瑾，李珊珊，王 政

（華北理工大學應(yīng)急管理與安全工程學院，河北唐山 063210）

一、引言

我國“十四五”規(guī)劃強調(diào)，“堅持創(chuàng)新在我國現(xiàn)代化建設(shè)全局中的核心地位，把科技自立自強作為國家發(fā)展的戰(zhàn)略支撐，把培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才設(shè)定為我國高等教育的主要目標”[1]?，F(xiàn)階段，高校已加大對實踐教學環(huán)節(jié)的重視程度，致力于對創(chuàng)新型綜合素質(zhì)人才的培養(yǎng)。實驗教學能夠鍛煉學生的動手能力、實踐能力、吃苦耐勞精神、團結(jié)協(xié)作的能力，而學生最重要的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力也需要通過理論與實驗雙重探索培養(yǎng)[2]，因此，實驗類課程是物流人才培養(yǎng)課程體系中的重要組成部分。隨著智慧物流行業(yè)的蓬勃發(fā)展，現(xiàn)代物流企業(yè)需要的不僅僅是吃苦耐勞的一線工人，更需要的是有專業(yè)知識、實踐能力、創(chuàng)新創(chuàng)造能力的復合型物流人才。因此，高校必須將創(chuàng)新思維培養(yǎng)融入到實驗教學中，探索多元化的實驗教學模式。

二、“智能物流系統(tǒng)綜合實驗”課程教學改革背景

“智能物流系統(tǒng)綜合實驗”是物流工程專業(yè)的一門專業(yè)必修實踐課程，其實驗設(shè)備為物流教育機器人，采用“實物模型搭建+編程設(shè)計”的實踐教學模式，開設(shè)于第六學期。在此之前，學生已完成“現(xiàn)代物流裝備”“物流場站和配送中心”“Python 程序設(shè)計基礎(chǔ)”等前續(xù)課程的學習，有一定的理論基礎(chǔ)。課程從智慧倉儲、自動分揀、智能配送等角度出發(fā)，要求學生利用物流教育機器人設(shè)備搭建智慧物流作業(yè)場景，模擬裝卸、運輸、配送、分揀、包裝等物流活動，編寫Python 代碼，利用控制器控制設(shè)備運行。課程著重培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力、實踐能力和團隊協(xié)作能力，幫助學生掌握實踐技能及深入了解物流領(lǐng)域的知識。

在該課程傳統(tǒng)實驗教學中，學生分小組搭建物流配送中心中的分揀設(shè)備、輸送設(shè)備、起重設(shè)備、自動導引設(shè)備、交叉口信號控制器、自動車床、抓放手臂、自動門、打包設(shè)備、包裹識別設(shè)備，搭建完成后，在控制軟件中設(shè)計模型運轉(zhuǎn)流程圖，利用控制器實現(xiàn)設(shè)備功能。課程配備的實驗手冊，包含詳細的模型搭建步驟圖，以及流程編寫示意圖，學生只需按步驟操作即可完成實驗。實驗整體偏重驗證性，缺少對后續(xù)知識的延伸和實際應(yīng)用的引入，對學生缺乏吸引力，在開啟學生思路、發(fā)散思維方面起到的作用不大，導致學生對實驗課程的重視程度普遍不高。被動式的實驗環(huán)節(jié)雖然對學生團隊協(xié)作能力和實踐動手能力有一定的提升，但是無法激發(fā)學生的創(chuàng)新欲望和創(chuàng)新能力。

三、“智能物流系統(tǒng)綜合實驗”課程教學改革探究

針對物流工程專業(yè)的技術(shù)應(yīng)用背景，“智能物流系統(tǒng)綜合實驗”課程在兼顧知識體系系統(tǒng)性的前提下，將實踐場景應(yīng)用聚焦于物流工程領(lǐng)域具有前瞻性的方向上，著重加強對學生傳感器技術(shù)、自動識別技術(shù)、自然語言處理等方面能力的培養(yǎng)。為加強物流工程專業(yè)建設(shè)，實驗室購置了全新的物流教育機器人設(shè)備，支持10 余種傳感器并增加動力模塊的集成，支持Scratch3.0 和Python2 種編程語言，可組合搭建不同類型的物流設(shè)備和場景。經(jīng)過2 輪的實驗課程改革，將學生分成2 組進行對比教學。一組采用傳統(tǒng)的驗證性實驗教學模式，即實驗教學內(nèi)容均為驗證性實驗；另一組采用創(chuàng)新設(shè)計性實驗教學模式，即實驗教學內(nèi)容均為創(chuàng)新性實驗。從教學效果來看，課程不能完全摒棄驗證性實驗，而是應(yīng)選擇一個合適的度，采用驗證性、設(shè)計性、創(chuàng)新性、考核實驗“3+3+3+1”的分層式實驗模式，具體實驗內(nèi)容如表1 所示。

（一）總體實驗內(nèi)容的設(shè)計

1.驗證性實驗設(shè)計

在優(yōu)選的10 個實驗項目中，保留3 個驗證性實驗，從交叉口信號控制器、自動門到升降貨梯，實驗的難度循序漸進。驗證性實驗提供教學團隊自編實驗手冊。手冊中包含實驗需使用的結(jié)構(gòu)件、傳動件、傳感器種類和數(shù)量，設(shè)備搭建詳細步驟圖，Python 模塊化代碼使用方法，控制器使用方法等內(nèi)容。實驗手冊可便于學生快速熟悉物流教育機器人設(shè)備。通過這3 個驗證性實驗，學生可以熟悉光敏傳感器、紅外傳感器、聲音傳感器、溫度傳感器、視覺識別、巡線等基本設(shè)備的功能，熟悉軟件的使用方法和2種設(shè)備的控制方式，以及Python 和Scratch3.0 2 種編程語言。驗證性實驗難度適中，同生活緊密結(jié)合，可以激發(fā)學生對實驗課程的興趣。

2.設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗設(shè)計

開設(shè)3 個設(shè)計性實驗，培養(yǎng)學生的動手能力和邏輯思維。設(shè)計性實驗給學生提供了自主的實驗時間，給出實驗場景、實驗要求、模型搭建圖和部分Python 代碼，但部分作業(yè)流程需小組成員共同設(shè)計并嘗試實現(xiàn)。例如，避障實驗，教師給出配送中心某一作業(yè)區(qū)的等比例地圖、用黑膠帶粘貼出的車輛行走路徑、配送小車的基礎(chǔ)搭建圖，要求配送小車沿固定路徑行走，并且在行走過程中遇到障礙物（人或物）能夠及時避讓，小組成員則需思考避讓原理，選擇適合的避障傳感器，編寫Python 代碼實現(xiàn)控制配送小車。

開設(shè)3 個創(chuàng)新性實驗，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和團隊協(xié)作能力。學生可結(jié)合某企業(yè)實際，自行設(shè)計無人配送、智慧倉儲、柔性制造、智慧碼頭、快遞分揀等多種物流作業(yè)場景，模擬其中的某一作業(yè)環(huán)節(jié)。例如，教師指定實驗模擬集裝箱碼頭作業(yè)場景，學生則需自行搭建模型，選擇集裝箱裝卸船、堆場提箱、卡車進出閘口等作業(yè)場景中的某一場景進行模擬，思考如何搭建模型來實現(xiàn)集裝箱箱號、堆場箱區(qū)號、集卡車牌號的識別功能。創(chuàng)新性實驗避免了原有驗證性實驗過程中學生不思考的問題。教師應(yīng)根據(jù)所設(shè)定的實驗目標和學習內(nèi)容有效激發(fā)學生學習熱情，鼓勵學生勇于探索創(chuàng)新實踐方法，同時，應(yīng)在學生學習過程中營造創(chuàng)新氛圍和提供創(chuàng)新條件保障[3]，幫助學生建立創(chuàng)新觀念，激發(fā)創(chuàng)新欲望。

3.考核實驗設(shè)計

增設(shè)考核實驗，即小組成員需在規(guī)定時間內(nèi)完成教師指定的實驗內(nèi)容。例如，以智能配送實驗為例，教師給出配送中心場地的等比例地圖、機械手臂的基礎(chǔ)搭建圖，要求機械手臂將傳動帶上若干件大小相同但顏色不同的方形貨物放到搬運小車上，搬運小車將貨物運送到指定庫位中。學生可自行規(guī)劃搬運小車行走路徑、貨物識別方式（二維碼、磁帶、顏色、視覺等）、搬運方式及單次搬運件數(shù)。

（二）建立開放實驗平臺

受到單次實驗課程時長的限制，學生只能按手冊完成規(guī)定實驗內(nèi)容，無法完成復雜的物流場景和作業(yè)流程的設(shè)計，部分學生即使課前完成設(shè)計工作，也無法短時間內(nèi)搭建模型并完成程序語言的編寫，導致很多小組不去設(shè)計創(chuàng)新性實驗，而是直接參照其他小組結(jié)果完成本組實驗，使得實驗課并未達到預期的培養(yǎng)創(chuàng)新能力的效果。因此，課程增設(shè)開放實驗平臺。開放實驗平臺實行線上預約登記制度，學生每周二和周四下午可通過學習通線上預約實驗室使用設(shè)備。申請時，學生需先提出具體的書面實驗方案，然后指導教師需對實驗方案進行審議并與學生展開討論，最終確定實驗方案和實驗進度。開放時間內(nèi)指導教師將在實驗室對學生進行指導。

（三）實驗教學考核方式的優(yōu)化

傳統(tǒng)實驗考核方式單一，僅以小組形式考查學生是否完成實驗內(nèi)容和實驗報告，導致部分學生實驗參與度低，教師接收不到學生對實驗掌握程度的客觀反饋。為達到培養(yǎng)學生動手操作能力、工程創(chuàng)新能力、團隊協(xié)作能力和創(chuàng)新設(shè)計能力的目標，有效引導學生注重實驗過程的學習，提升學生參與實驗的積極性，教師應(yīng)建立能夠反映學生完成實驗效果和創(chuàng)新實驗能力的多元化、多角度考核評價體系，基于實驗參與度、實驗完成度、實驗報告、綜合實驗考核、設(shè)計創(chuàng)新能力5 個維度，建立“1+2+2+2+3”成績評定模式。實驗參與度考查學生的團隊協(xié)作能力；實驗完成度考查學生在規(guī)定時間內(nèi)能否完成本次課程的實驗內(nèi)容；實驗報告減少了實驗目的、實驗手段、實驗原理內(nèi)容的篇幅，增加了實驗心得感悟；綜合實驗考核即最后一次課程的考核實驗，重點考查小組成員的綜合設(shè)計和應(yīng)用能力；設(shè)計創(chuàng)新能力考查學生每次實驗過程中是否有加入本組的創(chuàng)新性設(shè)計成果，避免各小組之間創(chuàng)新實驗設(shè)計的趨同。

（四）教學資源不斷建設(shè)，增強學生的學習體驗感

1.實驗指導手冊的更新迭代

為滿足新工科背景下物流工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式要求，實驗室全面更新了實驗設(shè)備，增設(shè)了二維碼識別、視覺識別、巡線等新功能，控制語言由C 語言轉(zhuǎn)變成Python語言，原有指導手冊已不能滿足教學使用。為更好地開展實驗教學工作，教師團隊編寫了新的指導手冊，包含3 個驗證性實驗的現(xiàn)實場景介紹、模型搭建步驟詳圖、作業(yè)流程圖、Python 代碼及思考題。例如，自動門實驗。生活中的自動門包含紅外傳感器、微波雷達、人臉識別等方式，指導手冊給出了超聲傳感的完整代碼和自動門搭建模型，學生通過驗證性實驗可以快速掌握實驗設(shè)備的使用方法。

2.錄制實驗操作微課視頻，利用線上教學平臺

為了幫助學生更好地理解物流教育機器人設(shè)備的使用方法，教師團隊錄制了一系列實驗操作視頻，包括軟件操作視頻，AGV（自動導引車）、自動門、傳送帶、貨梯等設(shè)備的模型搭建視頻，控制器的使用視頻，綜合物流場景應(yīng)用等微課視頻。視頻時間一般不超過10 min，僅包含重點內(nèi)容，不提供詳細的搭建過程和Python 代碼，保證實驗過程的探究性。微課豐富了學生的課前導學環(huán)節(jié)，提高了課堂實驗效率。學生在課前需反復觀看實驗教學視頻，消化重點、難點，預習實驗內(nèi)容并回答思考問題，進入實驗室后，再與教師進行深度互動，從而有效提升實驗效果。教師也可在線上平臺發(fā)布討論主題，讓學生自主學習與課程相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)教學內(nèi)容，設(shè)置線上交流區(qū)，為學生答疑解惑，將被動學習變成主動學習。

3.建立創(chuàng)新性實驗視頻庫

學生完成優(yōu)秀的創(chuàng)新性、設(shè)計性實驗后，錄制實驗成果展示視頻，放入課程的創(chuàng)新性實驗視頻庫。學期末，教師會將本學期內(nèi)學生個人或小組設(shè)計的創(chuàng)新性實驗在全系師生中進行展示。此外，教師團隊也會定期進行教學研討，協(xié)同搭建新的物流場景、設(shè)計新的實驗內(nèi)容，并拍攝成果展示視頻，不斷豐富課程的網(wǎng)絡(luò)教學資源。

四、課程教學改革實施的效果

（一）實驗分析能力顯著提升

消除實驗報告內(nèi)容“幾乎無差異”或者“只有字體差異”的同類現(xiàn)象。實驗報告中的目的、意義、原理等理論內(nèi)容大幅簡化，撰寫重點轉(zhuǎn)變成實驗設(shè)計的思路、遇到的問題的分析和解決方法、思考實驗的得失，特別是在實驗過程中遇到的難題及失敗經(jīng)驗的總結(jié)。傳統(tǒng)實驗授課過程中，學生在遇到問題時更多的是尋求教師的指導，很少獨立去思考和探尋問題的解決方法。課程改革后，學生逐步養(yǎng)成自主、合作、探究式的學習方式，增加了更多的小組討論活動，主動去探尋問題的解決方案，從失敗中提煉創(chuàng)新經(jīng)驗。

（二）充分利用開放實驗平臺

開放實驗平臺使用率高，線上預約積極，在實驗課授課周次，每周二和周四均有多組學生預約使用開放實驗平臺。開放實驗平臺充分彌補了實驗課授課時長的限制，可進一步驗證和完善課堂中未完成的創(chuàng)新設(shè)計實驗。學生利用開放實驗平臺，完成了生產(chǎn)企業(yè)的柔性制造系統(tǒng)的作業(yè)流程設(shè)計和模型的構(gòu)建，并實現(xiàn)了Python 語言的程序控制。這充分說明改革后的實驗方式提升了學生主動學習的興趣，營造了濃厚的創(chuàng)新學習氛圍，使學生的實驗熱情和參與度均顯著提升。

（三）創(chuàng)新性實驗設(shè)計能力明顯提升

經(jīng)過2 輪的課程改革實踐，創(chuàng)新性實驗視頻庫中已添加由學生完成的多個創(chuàng)新性實驗成果展示視頻，如車場自動收費場景、圖書館還書場景、超市收銀場景等。學生由被動完成實驗轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃铀伎既绾胃玫赝瓿蓪嶒?，學生的創(chuàng)新思維、綜合分析問題能力、解決問題能力和創(chuàng)新能力均得到明顯增強。

五、結(jié)束語

新工科背景下，高校的教育改革、學生培養(yǎng)模式的轉(zhuǎn)變均圍繞知識型、技能型、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標進行[4]，“智能物流系統(tǒng)綜合實驗”作為物流工程專業(yè)重要的必修課程，在教學體系中有著重要作用。課程從實驗內(nèi)容設(shè)計、實驗考核方式、網(wǎng)絡(luò)資源開發(fā)、開放實驗平臺建設(shè)等方面進行的改革和創(chuàng)新，一方面幫助學生樹立了科學嚴謹?shù)膽B(tài)度，養(yǎng)成了科學的學習和思考習慣，增強學生獨立思考和創(chuàng)新設(shè)計的能力；另一方面也提升了學生參與科研活動和學科競賽的熱情，學生參與大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目的比例顯著提升。