工程實踐創(chuàng)新項目智能鼠賽教互動人才培養(yǎng)

宋立紅 高藝

（1.天津啟誠偉業(yè)科技有限公司，天津 300192；2.南開大學(xué)，天津 300071）

EPIP 是Engineering（工程）、Practice（實踐）、Innovation（創(chuàng)新）、Project（項目）四個英文單詞首寫字母的縮寫。EPIP的提出來源于人們創(chuàng)新實踐的邏輯路徑。所有的創(chuàng)新實踐，都是人們首先了解、學(xué)習(xí)先前的工程項目，然后進行工程實踐，在實踐中觀察、發(fā)現(xiàn)問題，最后應(yīng)用技術(shù)技能創(chuàng)新性地解決工程實踐問題。

EPIP工程教學(xué)模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，是“做中學(xué)”（do and learning）和“基于項目教育和學(xué)習(xí)”（Project based education and learning）的集中概括和抽象表達。它以工程項目（包括產(chǎn)品、生產(chǎn)流程和系統(tǒng)）從研發(fā)到運行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動、實踐、課程之間有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。它是一種先進的教育理念，代表了國際工程教育的發(fā)展方向，回答了現(xiàn)代工程師究竟需要具備哪些知識、能力和素養(yǎng)；工程教育又應(yīng)當(dāng)如何使學(xué)生具備這些知識、能力和素質(zhì)的問題。

IEEE 國際標(biāo)準(zhǔn)智能鼠走迷宮競賽風(fēng)靡全球40余年，采用國際電工電子學(xué)會統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。自創(chuàng)辦以來，每年都會舉辦高水平的大賽，目前，這項競賽在美國、英國、日本、韓國、新加坡、葡萄牙等國家頗為盛行。智能鼠走迷宮是EPIP 教學(xué)模式的典型載體，智能鼠研發(fā)設(shè)計制作過程充分鍛煉了學(xué)生的“創(chuàng)新、創(chuàng)意、創(chuàng)造”精神,鼓勵學(xué)生有創(chuàng)造性思維、批判性思維和實踐精神，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新的激情。

一、EPIP教學(xué)模式

EPIP 教學(xué)模式是以實際工程為背景，以工程實踐為導(dǎo)向，以能力培養(yǎng)為目標(biāo)，以工程項目為統(tǒng)領(lǐng)的技術(shù)技能型人才培養(yǎng)模式。實施EPIP 是從實際工程介紹開始，在工程背景下展開實踐活動，再在工程實踐基礎(chǔ)上不斷創(chuàng)新。

（一）EPIP與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

基于EPIP 的教育模式，可以培養(yǎng)學(xué)生的好奇心、求知欲，幫助學(xué)生自主學(xué)習(xí)、獨立思考，保護學(xué)生的探索精神，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新思維。創(chuàng)新既是一個過程，也是一個結(jié)果。創(chuàng)新需要深厚的實踐積累。

在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)過程中，需要注意以下幾點：

1.創(chuàng)新本身不可以培養(yǎng)，但是創(chuàng)新思維可以培養(yǎng)。

這就是“發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題、總結(jié)問題”，從而培養(yǎng)“大膽聯(lián)系、大膽改變、大膽附體、大膽變向、大膽反對”等多種思維方法。正如老子所講“道生一，一生二，二生三，三生萬物?！彼^“三生萬物”，我們就可理解為創(chuàng)新。

2.創(chuàng)新是需要基礎(chǔ)的。

人不能不會走而先會跑，任何事情都要有基礎(chǔ)，創(chuàng)新也是一樣。以目前火爆的共享單車為例，在自行車發(fā)明以前，是不可能有“共享單車”這個概念的，如果沒有GPS 定位技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，也不可能有共享單車，如果沒有互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟的發(fā)展，共享單車就不會有大規(guī)模融資，更沒有機會進行廣泛推廣。

3.創(chuàng)新的激情、創(chuàng)新的興趣是需要培養(yǎng)的。

對大多數(shù)人而言，激情與興趣都是短暫的，無法持久，無法堅持。只有不斷地成功，不斷地受到周圍人的認(rèn)可，不斷地得到表揚與鼓勵，才能把短暫的堅持轉(zhuǎn)化為長久的堅持，才能集小勝為大勝。

4.創(chuàng)新教育是長期的、貫通的。

學(xué)生創(chuàng)新能力、實踐能力和綜合能力的培養(yǎng)是一個長期的、循序漸進的過程，不是一朝一夕就能達到的。因此，必須有意識地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐意識、科學(xué)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)以及團隊合作意識，激發(fā)與保護學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與探索意識，將學(xué)生的“要我學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”，從而達到創(chuàng)造快樂的素質(zhì)教育目的。

（二）EPIP教學(xué)模式實踐

EPIP 教學(xué)模式以實際工程項目為導(dǎo)引，需要建立一個從簡單工程到復(fù)雜工程的教育環(huán)境和載體，鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、分析能力和觀察能力；以實踐應(yīng)用為導(dǎo)向，從實踐中來，到實踐中去，利用搭建的工程教育環(huán)境和載體，真題真做、真題重做、真題仿做，在實踐中學(xué)習(xí)，在團隊中學(xué)習(xí)；以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標(biāo)，通過工程項目讓學(xué)生感興趣，并自覺地、主動地觀察、思考、探究工程項目，發(fā)揮學(xué)生主觀能動性；以項目實踐為統(tǒng)領(lǐng)，通過EPIP 統(tǒng)領(lǐng)構(gòu)建工程技術(shù)環(huán)境和載體，體驗合作開發(fā)產(chǎn)品的“構(gòu)想—設(shè)計—實施—操作”全過程，貫穿工程實踐能力、溝通能力、管理能力、團隊合作能力等工程思維和素養(yǎng)培養(yǎng)，進而培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐創(chuàng)新能力。在培養(yǎng)過程中，要將科學(xué)探究的四個過程——“發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題、總結(jié)問題”貫穿始終。

在EPIP 工程實踐創(chuàng)新項目教學(xué)模式中，每個項目都按照單元方式，以問題導(dǎo)向、工程統(tǒng)領(lǐng)、實化教學(xué)、激活現(xiàn)有、過程評價、激活師生6 個步驟進行，讓學(xué)生體驗教無定法、教而有道的先進教學(xué)模式。

二、智能鼠創(chuàng)新實踐教學(xué)

（一）教學(xué)平臺

智能鼠走迷宮競賽作為實訓(xùn)教學(xué)和學(xué)生創(chuàng)新競賽的媒介載體，在充分體現(xiàn)光機電結(jié)合、軟硬件結(jié)合、控制與機械結(jié)合，演繹“工程”課程概念的同時，延伸和擴展了“創(chuàng)新”課程的理念，使得學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容和教師的授課方式都有了全新的內(nèi)涵，真正著眼于綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，創(chuàng)造快樂素質(zhì)教育。智能鼠自成一個獨立的系統(tǒng)，可以在迷宮中自動記憶路徑、選擇路徑，它包含傳感器、電機、核心電路等部分。

1.核心控制單元。

核心控制單元采用國際開源Arduino 軟硬件平臺。CPU 采用高性能、低功耗的AVR ATmega328P微控制器，內(nèi)置藍牙模塊最大支持14 路數(shù)字信號、6路模擬信號輸出兼容PWM 輸出。Arduino 對于初學(xué)者來說，極易掌握，同時有著足夠的靈活性，不需要太多的單片機基礎(chǔ)、編程基礎(chǔ)。Arduino 使開發(fā)者更關(guān)注創(chuàng)意與實現(xiàn)，能更快地完成自己的項目開發(fā)，大大節(jié)約了學(xué)習(xí)成本，縮短了開發(fā)周期。

2.人機交互單元。

人機交互單元控制模塊集成了高品質(zhì)無線藍牙模塊，通信距離最遠可達10 米，配套有TQD 手機藍牙APP，方便用戶與設(shè)備之間進行數(shù)據(jù)傳輸。APP在線手機調(diào)試靈活快捷、精準(zhǔn)有效。

3.電機驅(qū)動單元。

電機驅(qū)動單元采用升級版高品質(zhì)鋼齒輪N20 減速電機和L298N 驅(qū)動電路，采用PWM 方式控制電機轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)電腦鼠的運動控制。

4.紅外檢測單元。

紅外檢測單元采用了反射式光電傳感器。每個智能鼠共有5組紅外線傳感器，每組紅外線傳感器由紅外線發(fā)射和紅外線接收組成。正前方的傳感器可以檢測前方是否有障礙物，從而實現(xiàn)避障。左前端和右前端兩個傳感器可以用來檢測迷宮通道的隔墻信息，起到校正車姿作用。左后端和右后端兩個傳感器用來檢測當(dāng)前迷宮位置是否有路口，是否可以進行轉(zhuǎn)彎。

5.智能鼠專用測試場地。

為了讓學(xué)生能更好地進行學(xué)習(xí)，我們在教學(xué)中還采用了專用的傳感器測試場地。

（二）教學(xué)內(nèi)容

通過完成智能鼠組裝、電機調(diào)試、傳感器調(diào)試、運動姿態(tài)調(diào)試、迷宮算法、智能鼠高級控制六個項目，最終完成項目并取得成果。智能鼠走迷宮競賽的每個單元都按照項目單元編寫方式，讓教學(xué)者和學(xué)習(xí)者了解、體驗工程實踐創(chuàng)新的教學(xué)和學(xué)習(xí)方式，豐富學(xué)習(xí)者的工程實踐知識、經(jīng)驗和技術(shù)應(yīng)用，拓展學(xué)習(xí)者的專業(yè)視野，形成良好的職業(yè)素養(yǎng)，提升學(xué)習(xí)者的實踐創(chuàng)新能力。

（三）教學(xué)成果

經(jīng)過多年的努力，基于EPIP 智能鼠賽教互動的人才培養(yǎng)模式，通過智能鼠走進課堂融入教學(xué)和相關(guān)競賽的開展，得到了師生的廣泛關(guān)注和認(rèn)可。

天津市第一輕工業(yè)學(xué)校、天津市復(fù)興中學(xué)攜手天津啟誠偉業(yè)科技有限公司，積極響應(yīng)國家現(xiàn)代職業(yè)教育改革創(chuàng)新示范區(qū)建設(shè)的任務(wù)要求和號召，于2015年舉辦首屆普職融通工程實踐創(chuàng)新試點培訓(xùn)班，來自天津市紅橋區(qū)、河北區(qū)所屬中學(xué)的學(xué)生們認(rèn)真聆聽專家的講解，并通過智能鼠教學(xué)平臺深入理解普職融通工程實踐創(chuàng)新項目。

2016年至2018年, 在天津市中等職業(yè)學(xué)校學(xué)生技能競賽中連續(xù)三屆設(shè)立普職融通EPIP 國際挑戰(zhàn)賽，其中智能鼠競賽項目受到了眾多中職學(xué)校和普通中學(xué)師生的關(guān)注。來自天津市儀表無線電工業(yè)學(xué)校、天津市復(fù)興中學(xué)等參賽隊，與來自魯班工坊的英國、泰國選手同場競技，充分發(fā)揮了學(xué)生們的創(chuàng)意、創(chuàng)新、創(chuàng)造能力，團結(jié)協(xié)作地完成了智能鼠競賽。EPIP工程實踐創(chuàng)新項目作為天津職業(yè)教育改革創(chuàng)新示范區(qū)優(yōu)秀職教成果，走進課堂融入教學(xué)，以競賽形式引領(lǐng)教育教學(xué)發(fā)展。

從2016年3月開始，工程實踐創(chuàng)新項目作為國際知名品牌——魯班工坊的核心教學(xué)模式，按照共商、共研、共建、共享、共贏的“五共”原則，伴隨著“一帶一路”的發(fā)展走出國門，在泰國、印度、印度尼西亞、巴基斯坦、柬埔寨、葡萄牙等國家，以智能鼠走迷宮競賽平臺作為通用教學(xué)平臺，開展學(xué)歷教育和職業(yè)培訓(xùn)，激發(fā)了當(dāng)?shù)芈殬I(yè)院校的辦學(xué)活力，為“一帶一路”建設(shè)培養(yǎng)本土化的技術(shù)技能人才。

三、結(jié)束語

基于EPIP教學(xué)模式，以智能鼠為載體，提出了系統(tǒng)化人才培養(yǎng)策略模型，并結(jié)合具體的實踐學(xué)習(xí)內(nèi)容，展現(xiàn)其模型的實踐操作，是一種非常有意義的實踐探索。從中國制造到中國創(chuàng)造之路任重道遠，通過基于EPIP 教學(xué)模式的系統(tǒng)化人才培養(yǎng)可以盡快培養(yǎng)、造就一大批高質(zhì)量、多層次、具有工程意識與智能控制技術(shù)的應(yīng)用型技術(shù)技能人才。同時，通過EPIP國際化交流，我國將幫助“一帶一路”國家培養(yǎng)更多的技術(shù)專業(yè)人才，助力“一帶一路”國家發(fā)展。