以機器人為載體的“新工科”培養(yǎng)模式的創(chuàng)新與實踐

李富強 劉勇 胡明 杜邊境

[摘? ? ? ? ? ?要]? 課題以實物機器人制作為教學載體，利用解決制作機器人時的問題為學習手段，解決了目前大學教學過程中學時少、內容多的矛盾。亦利用機器人的特點，提高學生自主學習的積極性，通過認真研究自動化行業(yè)和領域發(fā)展趨勢和人才需求，根據(jù)獨立學院自身特點，利用企業(yè)參與教學過程，與產業(yè)、行業(yè)專家及用人單位共同研究課程計劃，制訂與生產實踐、社會發(fā)展需要相結合的培養(yǎng)方案、教學內容與課程體系，培養(yǎng)出符合企業(yè)需求的具有一定創(chuàng)新能力的大學生。

[關? ? 鍵? ?詞]? 機器人;創(chuàng)新教育;課程群

[中圖分類號]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2019）06-0018-02

一、課題背景

中國礦業(yè)大學徐海學院自動化專業(yè)是依托中國礦業(yè)大學信控學院，結合徐海學院應用型人才培養(yǎng)目標，開設的一級學科專業(yè)。以機器人為載體的“新工科”工程素養(yǎng)提升計劃是為配合2018級徐海學院自動化專業(yè)，機器人方向創(chuàng)新人才培養(yǎng)為目標的教學大綱修定而立項的教學改革研究項目。

自動化專業(yè)是按教育部引導性專業(yè)目錄設置的寬口徑專業(yè)，是當前機器人研究中主要的專業(yè)學科之一。機器人是融合物理、數(shù)學、機械、電子、傳感器技術和智能控制等多個學科的綜合性載體，需要學生了解并掌握機器人相關知識中的某一項技術，學生具有興趣廣泛、動手能力強、專注性比較低的特點，非常適合機器人這種跨學科技術的學習和應用。故課題選擇自動化專業(yè)作為以機器人為載體的“新工科”創(chuàng)新人才培養(yǎng)的教學改革對象。

2011年7月，在徐海學院的政策和經費支持下，創(chuàng)建了徐海學院機器人實驗室，現(xiàn)有機器人設計與仿真實驗室，機器人機械加工實驗室，機器人硬件電路設計實驗室，努力構建創(chuàng)新人才培養(yǎng)的特色專業(yè)建設體系，將理論教學與科技創(chuàng)新能力提高有機結合，參與2018版本科培養(yǎng)方案的修訂、調整和執(zhí)行;緊跟學科前沿，精心制訂培養(yǎng)方案，并借助行業(yè)優(yōu)勢，促進“學?！髽I(yè)”的有機結合;進一步優(yōu)化教師結構，打造優(yōu)秀教學團隊，并以教改立項為依托，改革傳統(tǒng)教學手段，形成“面向地方”“面向項目”的創(chuàng)新人才實踐培養(yǎng)體系，取得以標志性學科競賽獲獎為代表的一系列標志性、高水平建設改革成果。

二、課題內容

（一）緊跟國家“卓越工程師”培養(yǎng)宗旨，精心制訂“新工科”培養(yǎng)方案

通過認真研究教育部教高函（〔2013〕15號）印發(fā)《卓越工程師教育培養(yǎng)計劃通用標準》，結合徐海學院自身特點，與產業(yè)、行業(yè)專家及用人單位共同研究課程計劃，制訂與生產實踐、社會發(fā)展需要相結合的培養(yǎng)方案、教學內容與課程體系，堅持學而優(yōu)則創(chuàng)，學而優(yōu)則用的辦學理念。

（二）依托地方特色，本土企業(yè)參與培養(yǎng)過程

徐海學院在三線城市徐州辦學，學生主要以本地及附近省份的學生為主，學生的主要就業(yè)目的地為徐州本地。為服務地方經濟，學校要把企業(yè)由單純的用人單位變?yōu)槁?lián)合培養(yǎng)單位，與企業(yè)共同設計培養(yǎng)目標，制定培養(yǎng)方案，共同實施培養(yǎng)過程，并建立與之配套的專業(yè)實驗室，滿足學生進行專業(yè)實驗。“新工科”培養(yǎng)計劃更是將中國礦業(yè)大學的師資與實驗設備納入徐海學院的培養(yǎng)方案中來，對不同專業(yè)、不同層次的學生提出不同要求，但所有畢業(yè)生都必須接受最基本的工程素養(yǎng)培訓。

（三）依據(jù)企業(yè)用人需求，強化工程能力培養(yǎng)

主動適應工業(yè)界的需求，為中國特色新型工業(yè)化發(fā)展服務，為國家經濟社會可持續(xù)發(fā)展服務。課程組教師承擔理論課程的同時，充分參加科研工作，并在教學工作中，有意識地將教學內容與生產實際相結合。與江蘇徐州某部隊、山東某新能源科技、山東某研究院、徐州地震局等十幾家的單位建立了長期的合作關系，使教師充分了解社會需要什么樣的人才。通過與企業(yè)的項目合作，實現(xiàn)課堂、實驗實訓中心和企業(yè)的真實環(huán)境相結合，實施學生、教師和工程技術人員相交流，實行教學、科研和工程項目的相互合作，要讓學生在學習期間就能直接接觸到最新的工程技術，鍛煉其企業(yè)生產現(xiàn)場處理實際問題的能力。

（四）加強教師工程實踐鍛煉，優(yōu)化實驗實踐課程

鼓勵教師去企業(yè)掛職鍛煉、課題合作，并將科研成果應用到實驗教學中，不斷創(chuàng)新實驗教學內容，根據(jù)專業(yè)實驗教學的要求，保留基本實驗，引入本學科的新成果，加快實驗教材建設，增加現(xiàn)代實驗方法和技術，拓展學生視野，提高學生的自主創(chuàng)新能力;開放實驗室，為學生提供一個充分開放和自由的實驗環(huán)境，培養(yǎng)學生共性、發(fā)展學生個性。

（五）整合創(chuàng)新教育資源，抓好代表性學科競賽

2017年，在學院“新工科”培養(yǎng)計劃與課程組教師的推動下，整合學院創(chuàng)新教育資源，確定以學科競賽為檢驗“新工科”培養(yǎng)方案實踐教學水平的平臺，作為學生專業(yè)學習的重要抓手和考核手段，在專業(yè)課程講授中融入學科競賽的相關內容，將學科競賽的題目作為“電子綜合設計”“專業(yè)課程設計”的課題，鼓勵學生積極參與科技創(chuàng)新活動。

三、課題的創(chuàng)新點

（一）企業(yè)參與教學計劃制定

以實施創(chuàng)新計劃為突破口，將企業(yè)需求轉換成創(chuàng)新實踐課程，課外創(chuàng)新實踐活動與大學生培養(yǎng)結合起來。將認知實習與課程設計相結合，將企業(yè)需求引入課堂，引進企業(yè)工程師，將項目課程化，工程師為學生講解，學生一邊學習，一邊解決項目中的實際問題，一個學期之后，該企業(yè)班學生已能基本參與一般項目開發(fā)與論證。全部課程設計培養(yǎng)完成后，將培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應經濟發(fā)展，滿足企業(yè)用人需求的大學生。

（二）強化工程能力培養(yǎng)

強化理論教學與創(chuàng)新教育的結合，實踐課程與創(chuàng)新教育結合;科技競賽與創(chuàng)新教育結合。增加實踐實訓課程的學時，讓每個學生都能掌握自動化專業(yè)的基礎應用，能夠對自動化專業(yè)中的基本問題聯(lián)系實際并應用。

（三）授人以漁、提高自學能力

當前，隨著社會的發(fā)展和網絡技術的更新，學生獲取知識的渠道和方法越來越多，但是如果沒有掌握辨別知識真?zhèn)蔚哪芰?，將不能更好地成長及發(fā)展。故課題組在深入研究知識體系構架，自動化專業(yè)學科特點的基礎上，教以學生知識體系而不是課程體系知識點，既可以解決在小學時下課程內容比較多的矛盾，又避免不同課程相同知識點的重復學習。學生掌握了自動化專業(yè)課程體系的知識點，就可以利用所掌握的方法和原理，利用多種開放渠道學習。課題組利用課程體系的特點精簡課程內容，既加強學生的數(shù)理基礎，又提高學生利用數(shù)理工具推導、學習專業(yè)知識的能力。真正把學生作為課堂主體，了解他們的需求，增強他們的主體性，有利于增強學生學習信心，優(yōu)化其學習效果。

（四）以“機器人”為載體、明確學習目標、提高學習興趣

課題以“機器人”為載體，將自動化專業(yè)課程與機器人實物聯(lián)系起來，建立機器人技術相關課程群，明確課程學習目標及學習任務，在課程群中課程結束時，布置開放創(chuàng)新型實驗，檢驗學生學習效果。每一門課都要具體講解機器人相關技術知識，并在課內實驗中制作相關實物。每一門課，對學生來講都是具體的，都是有其實際意義的，從而大幅度提高學生的學習興趣和學習的主觀能動性。課程實驗相關實物制作、調試過程中，進一步檢驗學生知識點掌握的程度。在實驗中，教師利用學生爭強的心理特點，引導學生進行機器人實物對抗，促進學生課下自主學習相關知識，改進機器人，達到學生自學的目的。

四、課題的推廣應用效果

（一）教學成果推廣

2015年7月，在全國高等學校電子技術研究會2015年會上，徐海學院代表做大會主題發(fā)言，推廣以機器人為載體的“創(chuàng)新人才”培養(yǎng)模式，教學成果受到廣大教師同仁的一致好評，并獲得教學模式優(yōu)秀獎。2016年以來，徐海學院累計接待皖西學院、解放軍理工大學、西北師范大學等50余所高校機器人指導教師和學生交流考察，專業(yè)建設成果受到一致好評。

（二）學生培養(yǎng)質量提升

2015—2016年自動化專業(yè)學生就業(yè)率、研究生錄取率明顯提升;在國內有較大影響力的大學生科技創(chuàng)新大賽中獲得國家級和省級獎項40余項;獲國家授權實用新型專利15余項;學生發(fā)表論文20余篇，成為中國機器人大賽、中國工程機器人大賽、中國機器人及人工智能大賽等多個國家級機器人競賽中的王牌院校。中央電視臺等省市媒體對創(chuàng)新人才培養(yǎng)的宣傳報道：（1）中國機器人大賽上參賽的機器人作品被中央電視臺賽后遴選直播;（2）中央電視臺遴選學院2008級馬東海同學作為“90后”新一代大學生接受中央電視臺軍事頻道，就空中機器人比賽現(xiàn)場幫助主要競爭對手哈爾濱工業(yè)大學維修機器人，并使其成績超出自己所在代表隊進行了“交流第一，比賽第二”的專題采訪;（3）中央電視臺新聞頻道、蘭州電視臺、甘肅衛(wèi)視、甘肅公共頻道等媒體均對徐海學院的創(chuàng)新人才培養(yǎng)情況進行報道。

（三）自制實驗儀器，提高教學質量

教師及時將科研成果應用到實驗教學中，共研制教學儀器設備十余件套，在校自制儀器設備項目的支持下，部分教師參與研制開發(fā)“關節(jié)型仿人機器人創(chuàng)新實驗平臺”，該平臺既作為機器人技術與創(chuàng)新實踐課程的教學實驗對象，又是機器人大賽學生實踐的實驗平臺。

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