宋黎明

（洛陽理工學(xué)院，河南 洛陽 471000）

0 引言

為了應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命，支撐服務(wù)“創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展”“中國制造2025”等一系列國家戰(zhàn)略，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”，并于2018 年3月、4 月分別發(fā)布了《教育部辦公廳關(guān)于公布首批“新工科”研究與實(shí)踐項(xiàng)目的通知》和《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動計(jì)劃》的通知[1]，全力探索形成領(lǐng)跑工程教育的中國模式、中國經(jīng)驗(yàn)，助力高等教育強(qiáng)國建設(shè)。

機(jī)器人工程專業(yè)作為“新工科”背景下提出的新興專業(yè)，是一門涉及機(jī)械工程、自動化、電氣工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科的綜合性專業(yè)[2]。目前，國內(nèi)外高校對于機(jī)器人工程專業(yè)等新工科專業(yè)人才培養(yǎng)模式不斷進(jìn)行研究與探索，并取得了一定效果。麻省理工學(xué)院跨越傳統(tǒng)學(xué)科、學(xué)院界限，建立了形式多樣的研究機(jī)構(gòu)；斯坦福大學(xué)更加注重以學(xué)生為中心，邀請校友作為返校實(shí)踐專家，打造開放式培養(yǎng)模式；天津大學(xué)更加注重全球視野，與美國佐治亞理工學(xué)院在深圳共建深圳特色學(xué)院，培養(yǎng)具有國際工程能力的新工科人才。工程教育，歸根結(jié)底是對學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，因此，在機(jī)器人工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中應(yīng)該注重工程教育的實(shí)施，實(shí)踐教學(xué)必將是專業(yè)建設(shè)較為重要的組成部分[3]?？梢灶A(yù)見，實(shí)踐教學(xué)將會成為機(jī)器人工程專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的重要舞臺，也是創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的重要組成部分[4-6]。

1 把握產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，明確應(yīng)用型人才的規(guī)格特征

在“中國制造2025”背景下，針對機(jī)器人工程專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)才剛剛開始，畢業(yè)生是否具備新工科要求的能力素質(zhì)成為高校應(yīng)用型人才培養(yǎng)面臨的主要問題。為此，在研究之初，課題組與固高科技（深圳）有限公司及其附屬企業(yè)、惠州三聯(lián)自動化設(shè)備有限公司、洛陽德平科技股份有限公司、洛陽普拉斯自動化科技裝備有限公司、安懷達(dá)智能科技有限公司等機(jī)器人生產(chǎn)、研發(fā)和應(yīng)用的相關(guān)企業(yè)進(jìn)行了深入交流，企業(yè)詳細(xì)闡述了現(xiàn)階段企業(yè)發(fā)展過程中所需人才的能力和素質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

與傳統(tǒng)的人才能力和素質(zhì)相比，機(jī)器人工程專業(yè)的應(yīng)用型人才應(yīng)該具備更好的實(shí)踐能力、自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)器人工程專業(yè)的理論體系，總結(jié)出了機(jī)器人工程專業(yè)應(yīng)用型人才規(guī)格特征，如圖1 所示。

圖1 機(jī)器人工程專業(yè)應(yīng)用型人才規(guī)格特征

以上所有的特征都需要在實(shí)踐教學(xué)中進(jìn)行培養(yǎng)和鍛煉。

2 明確基于項(xiàng)目驅(qū)動的實(shí)踐教學(xué)模式

在展開實(shí)踐教學(xué)之前，需要明確實(shí)踐的內(nèi)容和載體。通過對人才培養(yǎng)目標(biāo)認(rèn)真分析、討論，分別從基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)核心課和生產(chǎn)實(shí)習(xí)等多個方面明確了各層次實(shí)踐教學(xué)需培養(yǎng)的素質(zhì)和能力，如表1 所示。

表1 實(shí)踐教學(xué)層級表

通過對企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營、個人實(shí)踐經(jīng)歷、走訪行業(yè)專家以及現(xiàn)階段實(shí)施的實(shí)踐教學(xué)方法的調(diào)研，結(jié)果顯示采用項(xiàng)目驅(qū)動式的教學(xué)方法更適合應(yīng)用型人才培養(yǎng)。

項(xiàng)目驅(qū)動的教學(xué)模式應(yīng)該要結(jié)合人才培養(yǎng)模式，并將基礎(chǔ)項(xiàng)目實(shí)踐、初級項(xiàng)目實(shí)踐、中級項(xiàng)目實(shí)踐和高級項(xiàng)目實(shí)踐四個層級有機(jī)結(jié)合起來，建立一種遞進(jìn)式和立體化的實(shí)踐教學(xué)體系。第一、二層級是基礎(chǔ)性、初級性的項(xiàng)目實(shí)踐，主要包括基礎(chǔ)實(shí)踐課程和專業(yè)基礎(chǔ)課程的知識內(nèi)容，構(gòu)建起學(xué)生基本技能和實(shí)現(xiàn)學(xué)生專業(yè)感性認(rèn)知的項(xiàng)目模塊；第三層級是中級的項(xiàng)目實(shí)踐，主要包括一門課程或者多門課程綜合知識的實(shí)踐，主要是以培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)技能、解決問題能力為目標(biāo)的完整項(xiàng)目實(shí)踐；第四層級是高級的項(xiàng)目實(shí)踐，注重做好創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)方面的實(shí)踐，主要包括學(xué)科競賽、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐和相關(guān)的教學(xué)科研課題，注重培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探索精神和創(chuàng)新意識以及創(chuàng)造性思維。以上四個層次的實(shí)踐項(xiàng)目，相互補(bǔ)充，層層遞進(jìn)。為了保障這四層實(shí)踐項(xiàng)目能夠順利進(jìn)行，需要建立實(shí)踐教學(xué)支撐保障體系，為實(shí)踐項(xiàng)目提供物質(zhì)支持，確保項(xiàng)目使用的實(shí)驗(yàn)器材、耗材能夠滿足實(shí)踐需求；需要建立實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量評價體系，考核教師是否確實(shí)履行實(shí)踐教學(xué)中規(guī)定的各項(xiàng)義務(wù)，為實(shí)踐教學(xué)提供質(zhì)量保障?；陧?xiàng)目驅(qū)動的實(shí)踐教學(xué)模式與傳統(tǒng)的分散式的實(shí)踐方法存在一定的差別，需要注重對實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的構(gòu)建，做好實(shí)踐項(xiàng)目的整體優(yōu)化完善。要確保項(xiàng)目能夠覆蓋教學(xué)目標(biāo)的所有主要知識點(diǎn)，并確保項(xiàng)目能夠高效有序開展。項(xiàng)目主要來源有以下幾個方面[7]。

（1）教學(xué)項(xiàng)目：是指依托實(shí)驗(yàn)設(shè)備，為了實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)設(shè)置的相應(yīng)的教學(xué)模擬項(xiàng)目，目的是促進(jìn)學(xué)生對知識內(nèi)容的理解。

（2）科研項(xiàng)目：是指教師承擔(dān)的各級縱向項(xiàng)目和橫向項(xiàng)目。

（3）生產(chǎn)項(xiàng)目：是指企業(yè)承擔(dān)的生產(chǎn)項(xiàng)目。

（4）專業(yè)競賽項(xiàng)目：是指相關(guān)專業(yè)類的各級競賽項(xiàng)目。

（5）孵化項(xiàng)目：是指來源于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類比賽的項(xiàng)目。

不同環(huán)節(jié)的實(shí)踐教學(xué)可以選擇相應(yīng)屬性的項(xiàng)目。例如：在“機(jī)器人傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程中選擇了教學(xué)項(xiàng)目和生產(chǎn)項(xiàng)目相結(jié)合的方式，課程目標(biāo)是掌握機(jī)器人傳動系統(tǒng)，因此課程中需要學(xué)生拆裝機(jī)器人，在此過程中不可避免地會遇到零部件的裝配問題。實(shí)踐環(huán)節(jié)時就以機(jī)器人實(shí)際裝配的過程進(jìn)行實(shí)踐，在實(shí)踐的過程中讓學(xué)生學(xué)習(xí)傳動系統(tǒng)。同時，根據(jù)機(jī)器人不同的種類，設(shè)置不同的項(xiàng)目，對機(jī)器人傳動系統(tǒng)進(jìn)行分類講解，使得學(xué)生能夠?qū)C(jī)器人傳動系統(tǒng)認(rèn)識得更加清晰。在“機(jī)器人仿真”課程中，教師將生產(chǎn)項(xiàng)目進(jìn)行處理，使其滿足實(shí)踐教學(xué)的需要。在科技競賽的實(shí)踐教學(xué)中選擇競賽項(xiàng)目，主要依托河南省機(jī)器人競賽、中國機(jī)器人大賽、“挑戰(zhàn)杯”“互聯(lián)網(wǎng)+”等比賽。

3 依托項(xiàng)目，打造實(shí)踐“金課”

項(xiàng)目驅(qū)動式實(shí)踐教學(xué)模式，以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為中心，注重將實(shí)踐項(xiàng)目貫穿在教學(xué)始終，用項(xiàng)目的過程吸引學(xué)生主動參與、團(tuán)結(jié)協(xié)作、不斷求新。在實(shí)踐“金課”中，教師從教學(xué)的主體轉(zhuǎn)變?yōu)榻M織者、指導(dǎo)者和監(jiān)督者，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)。項(xiàng)目能否驅(qū)動學(xué)生，主動學(xué)習(xí)成為影響實(shí)踐教學(xué)成效的關(guān)鍵因素，因此，需要教師能夠完美“轉(zhuǎn)換”角色，扮演好實(shí)踐課程的組織者、指導(dǎo)者和監(jiān)督者。

項(xiàng)目驅(qū)動的實(shí)踐教學(xué)需要注意以下幾點(diǎn)：（1）目標(biāo)明確。通過設(shè)置學(xué)習(xí)目標(biāo)、知識分解等方法，讓學(xué)生準(zhǔn)確明了地抓住學(xué)習(xí)目標(biāo)，通過連續(xù)不斷完成子任務(wù)目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生逐漸從“要我學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”，一步步激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生之間課堂參與度和目標(biāo)完成度的“競爭”意識，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的能力。（2）短期快效。每個子任務(wù)完成的時間不能太長，時間過長會出現(xiàn)學(xué)生興趣下降，急躁不安等現(xiàn)象，使得實(shí)踐過程不能順利進(jìn)行。由多個子任務(wù)組成一個項(xiàng)目，使用合適的時間完成一個子任務(wù)，這樣層層遞進(jìn)、環(huán)環(huán)相扣，使得學(xué)生能夠緊隨教師的思路完成一個完整的實(shí)踐項(xiàng)目，這樣會取得較好的教學(xué)效果。（3）易于控制。項(xiàng)目中需要根據(jù)實(shí)際的情況設(shè)置參與人數(shù)，保證教師能夠及時對實(shí)踐活動進(jìn)行監(jiān)督指導(dǎo)，保證每個學(xué)生都能參與，這樣可以使得學(xué)生對任務(wù)內(nèi)容、目標(biāo)和實(shí)施過程形成認(rèn)同感和共鳴感，有利于學(xué)生集中精力參與實(shí)踐。（4）理論和實(shí)踐相結(jié)合。實(shí)踐教學(xué)是以理論教學(xué)為基礎(chǔ)的，對于抽象的理論知識，學(xué)生更渴望通過實(shí)踐來驗(yàn)證理論或者更好地理解理論，這就需要教師和學(xué)生一同結(jié)合原理、分析項(xiàng)目、制定工藝，完成實(shí)踐。

項(xiàng)目驅(qū)動的實(shí)踐教學(xué)要取得好的教學(xué)效果，教師必須對實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行合理充分的設(shè)計(jì)。具體可以從項(xiàng)目選擇及設(shè)定、學(xué)生分組、課前準(zhǔn)備、課中實(shí)踐、課下拓展、考核評價等多個方面進(jìn)行。

3.1 項(xiàng)目選擇及設(shè)計(jì)

項(xiàng)目是整個實(shí)踐教學(xué)的根基，直接決定實(shí)踐環(huán)節(jié)的成敗。首先，項(xiàng)目必須能夠覆蓋基礎(chǔ)理論、技能要求、職業(yè)素養(yǎng)等教學(xué)目標(biāo)，能夠明確體現(xiàn)出“理論+ 實(shí)踐”的教學(xué)思想，讓學(xué)生能夠切身參與進(jìn)來。在確定了項(xiàng)目內(nèi)容后，按照不同的知識內(nèi)容，將其劃分為多個任務(wù)。根據(jù)教學(xué)認(rèn)知規(guī)律對項(xiàng)目進(jìn)行合理劃分，有利于取得更好的教學(xué)效果。合理有序的教學(xué)組織也是實(shí)踐教學(xué)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中重點(diǎn)體現(xiàn)。項(xiàng)目設(shè)計(jì)中將內(nèi)容模塊化、項(xiàng)目任務(wù)化、組織規(guī)范化，為實(shí)現(xiàn)一節(jié)良好的實(shí)踐課程做足準(zhǔn)備。在“機(jī)器人仿真”課程中，選擇項(xiàng)目時綜合了學(xué)生知識儲備、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備現(xiàn)狀和企業(yè)項(xiàng)目案例等多方面的情況。其中一個項(xiàng)目是包含傳送帶的搬運(yùn)工作站，由于是進(jìn)行基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，不能選擇過程太復(fù)雜的工作站，因此，選擇了搬運(yùn)工作站完成連續(xù)搬運(yùn)作為項(xiàng)目目標(biāo)。項(xiàng)目設(shè)計(jì)時從搭建搬運(yùn)動作站模型入手，實(shí)現(xiàn)單次搬運(yùn)工件的基礎(chǔ)搬運(yùn)任務(wù)。在基礎(chǔ)搬運(yùn)完成后，在項(xiàng)目中增加傳送帶裝置，讓機(jī)器人搬運(yùn)能夠連續(xù)進(jìn)行，這樣項(xiàng)目具有層次感，學(xué)生通過4 個學(xué)時的學(xué)習(xí)能夠完成一個完整的包含傳送帶的搬運(yùn)工作站仿真項(xiàng)目。

3.2 課前準(zhǔn)備

課前準(zhǔn)備以短視頻、PPT 為主、教材為輔，主要用于激發(fā)學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容的興趣。短視頻內(nèi)容來源于工程視頻、案例（企業(yè)項(xiàng)目、競賽資料）、網(wǎng)絡(luò)評論等；PPT 展示歸納短視頻知識內(nèi)容；預(yù)習(xí)教材內(nèi)容是讓學(xué)生更清楚地明白所學(xué)習(xí)的理論知識內(nèi)容。例如，“機(jī)器人仿真”課前準(zhǔn)備分為三個方面，一是教師根據(jù)工作站實(shí)際情況，繪制、搜集用于工作站動作仿真的設(shè)備和裝置的三維模型，為學(xué)生認(rèn)識和建立工作站模型提供參考；二是將工作站工作過程以短視頻的形式發(fā)給學(xué)生，同時布置課前任務(wù)，通過課前準(zhǔn)備讓學(xué)生能夠初步認(rèn)識實(shí)踐內(nèi)容；三是讓學(xué)生結(jié)合短視頻、PPT，預(yù)習(xí)教材中指定的理論知識內(nèi)容。

3.3 課中實(shí)踐

課中實(shí)踐是實(shí)踐教學(xué)的關(guān)鍵，教師需要明確教學(xué)目標(biāo)，具體教學(xué)目標(biāo)要由基礎(chǔ)性、實(shí)用性到創(chuàng)新性，層層升級。教學(xué)目標(biāo)是“金課”設(shè)計(jì)的指南針。實(shí)踐教學(xué)過程中必須以項(xiàng)目設(shè)定的教學(xué)目標(biāo)為導(dǎo)向。瑪扎諾根據(jù)教學(xué)目標(biāo)由易到難分為四個層次：知識提取、理解、分析和知識運(yùn)用[8]。實(shí)踐課程的主要挑戰(zhàn)是既要保證學(xué)生圍繞適當(dāng)數(shù)量的目標(biāo)進(jìn)行認(rèn)知加工，又要保證不會讓學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知負(fù)荷超載。從生物醫(yī)學(xué)角度出發(fā)，營造一個與課程相適應(yīng)的環(huán)境，能夠刺激學(xué)生大腦不同區(qū)域的切換，讓學(xué)生能夠從視覺、聽覺、軀體、智力及情感等多通道學(xué)習(xí)，從而使學(xué)生處于輕松、愉悅的狀態(tài)，因此，在實(shí)踐課堂并不是找一個教室，分組執(zhí)行任務(wù)，最終完成任務(wù)即可，而應(yīng)該是依托實(shí)驗(yàn)室營造一個與課程內(nèi)容相適應(yīng)的實(shí)踐環(huán)境，教師通過學(xué)習(xí)內(nèi)容聚焦使學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，精心設(shè)計(jì)如何向?qū)W生解釋任務(wù)，使學(xué)生明白教師期待他們從完成學(xué)習(xí)任務(wù)的過程中學(xué)習(xí)到什么，以及完成學(xué)習(xí)任務(wù)后他們應(yīng)該掌握知識到什么程度?！皺C(jī)器人仿真”課程中，依托工業(yè)機(jī)器人工作站實(shí)驗(yàn)室，結(jié)合工作站運(yùn)行實(shí)際情況與案例視頻展開講解，并梳理出與其他課程交叉融合的知識點(diǎn)，分析實(shí)踐項(xiàng)目實(shí)施的過程，初步對比課前預(yù)習(xí)與課中實(shí)踐的不同點(diǎn)。分析完成后，公布項(xiàng)目目標(biāo)和任務(wù)說明。任務(wù)公布后，組織學(xué)生進(jìn)行討論，制定各自的解決方案后，自行在計(jì)算機(jī)上仿真操作，整個過程教師必須做好監(jiān)督、指導(dǎo)工作。

3.4 課后拓展

實(shí)踐課程的課后拓展應(yīng)該將教學(xué)的基礎(chǔ)知識和綜合實(shí)踐能力結(jié)合。具體包含以下兩個方面：（1）補(bǔ)充課堂內(nèi)知識點(diǎn)更深層次的訓(xùn)練項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生對知識點(diǎn)的高層次思考；（2）鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力。針對第一點(diǎn)可以設(shè)置一些問題，引導(dǎo)學(xué)生去探究、深入挖掘。針對第二點(diǎn)則是需要教師從縱、橫向科研以及競賽中拆解出與課程相關(guān)的部分，讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐?！皺C(jī)器人仿真”課后設(shè)定了兩個機(jī)器人組成的搬運(yùn)工作站，通過課堂中單一機(jī)器人搬運(yùn)動作仿真過程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生獨(dú)立完成課后拓展訓(xùn)練。

3.5 考核評價

實(shí)踐“金課”要將以考試為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)習(xí)為中心。豐富考核評價方式，例如：答辯、作品評價、多樣性的過程考核等。無論哪種考評方式，都應(yīng)該有一套學(xué)生認(rèn)可的評價標(biāo)準(zhǔn)。教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)制定相應(yīng)的評價標(biāo)準(zhǔn)，并盡量將每次學(xué)生作業(yè)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果等都納入考評范圍，讓學(xué)生能夠明確掌握學(xué)習(xí)目標(biāo)。應(yīng)用型人才培養(yǎng)的實(shí)踐教學(xué)評價標(biāo)準(zhǔn)，需要將企業(yè)工作崗位對學(xué)生的職業(yè)素質(zhì)要求納入考核標(biāo)準(zhǔn)[9]，根據(jù)企業(yè)實(shí)際案例中的重點(diǎn)設(shè)置考核點(diǎn)，由企業(yè)工程師和教師共同制定評價方式和標(biāo)準(zhǔn)。例如，在“機(jī)器人系統(tǒng)集成應(yīng)用操作”課程中，教師與企業(yè)工程師商討項(xiàng)目內(nèi)容和實(shí)施過程，并按照工程實(shí)際中能力和素質(zhì)要求設(shè)置評分標(biāo)準(zhǔn)。評分標(biāo)準(zhǔn)中設(shè)置“獎懲”策略，用“分?jǐn)?shù)”激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和團(tuán)隊(duì)意識。

4 結(jié)束語

在新工科建設(shè)的背景下，實(shí)踐教學(xué)成為各個專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的關(guān)鍵一環(huán)，而項(xiàng)目驅(qū)動的實(shí)踐教學(xué)成為一種趨勢，是人才培養(yǎng)不可或缺的組成部分。想要取得好的效果，需要高校、企業(yè)、教師和學(xué)生的共同努力。