基于綜合項(xiàng)目的探究型課程教學(xué)改革*
——以江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院為例

周亞娟

綜合項(xiàng)目課程教學(xué)是通過完整的工程項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)的方法，它系統(tǒng)整合了理論知識(shí)應(yīng)用、項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)踐的綜合能力，通過項(xiàng)目教學(xué)過程的訓(xùn)練和項(xiàng)目實(shí)踐中的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作的能力和解決實(shí)際工程問題的能力。本文以江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院為例，分享學(xué)校綜合項(xiàng)目課程改革的經(jīng)驗(yàn)。

一、綜合項(xiàng)目課程設(shè)計(jì)與選題

項(xiàng)目課程是教師基于實(shí)際工程項(xiàng)目邏輯編排課程知識(shí)體系，按照“必需、夠用”的原則重構(gòu)、序化課程教學(xué)內(nèi)容，通過“項(xiàng)目引導(dǎo)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)”的思路設(shè)計(jì)系列教學(xué)任務(wù)，按照“任務(wù)明線、知識(shí)暗線”的架構(gòu)將關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)穿插在對(duì)應(yīng)的教學(xué)任務(wù)中，并通過任務(wù)拓展的形式補(bǔ)充其他相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

（一）綜合項(xiàng)目課程設(shè)計(jì)

項(xiàng)目課程主要通過任務(wù)驅(qū)動(dòng)法引導(dǎo)學(xué)生自主探究，在一定的工作任務(wù)情境下以團(tuán)隊(duì)協(xié)作的形式“學(xué)中做、做中學(xué)”，最終使學(xué)生設(shè)計(jì)出具有一定功能和應(yīng)用價(jià)值的產(chǎn)品（即學(xué)習(xí)成果）。它是一種以學(xué)生為中心，充分考慮學(xué)生個(gè)體差異，以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化訓(xùn)練的教學(xué)方法。通過自主探索和實(shí)踐，讓學(xué)生掌握項(xiàng)目背后隱藏的學(xué)科專業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生解決問題、溝通表達(dá)、團(tuán)隊(duì)合作等綜合能力。

綜合項(xiàng)目相對(duì)普通項(xiàng)目來說較為系統(tǒng)、復(fù)雜，一般應(yīng)用于專業(yè)方向課程或?qū)I(yè)綜合設(shè)計(jì)課程，要求學(xué)生掌握一定的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、職業(yè)素養(yǎng)及綜合能力。因此，這些課程是基于學(xué)生在前序?qū)I(yè)課程中所獲得的技術(shù)知識(shí)，引入課程的綜合項(xiàng)目，按照功能邏輯劃分為多個(gè)關(guān)聯(lián)模塊，再將各個(gè)模塊進(jìn)一步細(xì)分序化為緊密耦合的任務(wù)鏈。

（二）綜合項(xiàng)目課程選題

在項(xiàng)目化教學(xué)中，教師需要做大量的前期準(zhǔn)備工作，確定項(xiàng)目?jī)?nèi)容、任務(wù)架構(gòu)、教學(xué)模式，再根據(jù)學(xué)生認(rèn)知規(guī)律對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行教學(xué)化改造。當(dāng)學(xué)生進(jìn)入項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)后，教師將作為學(xué)習(xí)指導(dǎo)者，隨時(shí)準(zhǔn)備幫助學(xué)生解決疑難問題。

項(xiàng)目化教學(xué)根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值選擇并設(shè)計(jì)合適的課程項(xiàng)目，一般項(xiàng)目基本能覆蓋課程絕大部分知識(shí)點(diǎn)，綜合項(xiàng)目則更加側(cè)重于學(xué)生專業(yè)知識(shí)綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)。項(xiàng)目還能夠適應(yīng)不同教學(xué)方向的要求，如課程的教學(xué)內(nèi)容編排、任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)實(shí)施、項(xiàng)目創(chuàng)新設(shè)計(jì)與開發(fā)等。普通專業(yè)課程的一般項(xiàng)目不宜過大，但綜合設(shè)計(jì)專業(yè)課程須引入功能相對(duì)完整的大項(xiàng)目，還要有一定的難度和工程應(yīng)用價(jià)值，確保學(xué)生可以較為系統(tǒng)地進(jìn)行項(xiàng)目規(guī)劃、設(shè)計(jì)和實(shí)踐，因此教師在確定選題時(shí)一定要反復(fù)思索、充分調(diào)研。

二、綜合項(xiàng)目課程教學(xué)案例

綜合項(xiàng)目一般是與生產(chǎn)、科學(xué)研究任務(wù)結(jié)合的現(xiàn)實(shí)題目，學(xué)生只有在完成專業(yè)教學(xué)計(jì)劃所規(guī)定的前序理論課程學(xué)習(xí)和技能實(shí)訓(xùn)，掌握了相應(yīng)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和技術(shù)技能，經(jīng)考試、考查合格后才能進(jìn)行。“綜合設(shè)計(jì)與項(xiàng)目實(shí)踐”是江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院的系列綜合項(xiàng)目課程，其課程教學(xué)目標(biāo)是在教師指導(dǎo)下，學(xué)生按照項(xiàng)目要求進(jìn)行工程設(shè)計(jì)和研究，包括設(shè)計(jì)、計(jì)算、繪圖、工藝技術(shù)、經(jīng)濟(jì)論證以及合理化建議等，最后提交一份項(xiàng)目報(bào)告。

以綜合項(xiàng)目課程中的子課程“吸塵機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)與項(xiàng)目實(shí)踐”為例，它是機(jī)械設(shè)計(jì)和信息技術(shù)專業(yè)開設(shè)的綜合項(xiàng)目課程，一般在第五學(xué)期開設(shè)，要求由機(jī)械、電子和計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生自由組建5～6 人的項(xiàng)目小組（組長(zhǎng)由大家推選產(chǎn)生），小組成員合作設(shè)計(jì)、開發(fā)并制作一個(gè)小型吸塵機(jī)器人樣機(jī)系統(tǒng)，每個(gè)項(xiàng)目小組需要在學(xué)期結(jié)束前提交相應(yīng)的中期項(xiàng)目進(jìn)度報(bào)告、項(xiàng)目整體設(shè)計(jì)報(bào)告和最終設(shè)計(jì)制作的小型機(jī)器人樣機(jī)，小組中的每名學(xué)生都要根據(jù)自己在項(xiàng)目中的分工做相應(yīng)匯報(bào)及答辯。

（一）教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)

在課程中引入合適的工作項(xiàng)目作為課程教學(xué)內(nèi)容載體是綜合項(xiàng)目課程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，“吸塵機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)與項(xiàng)目實(shí)踐”課程重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械、電子、軟件設(shè)計(jì)綜合能力，課程引入“小型吸塵機(jī)器人樣機(jī)研制”綜合項(xiàng)目，依據(jù)“項(xiàng)目—模塊—任務(wù)”的邏輯結(jié)構(gòu)分為3 大模塊及21 個(gè)相關(guān)任務(wù)。

模塊1 的4 個(gè)任務(wù)要求學(xué)生設(shè)計(jì)并制造出吸塵機(jī)器人的底盤。吸塵機(jī)器人的底盤一般選用材質(zhì)較輕、有一定強(qiáng)度的多孔圓形鋁板。底盤需要安裝四個(gè)輪子，采用可充電的大電流鋰電池組給步進(jìn)電機(jī)供電，通過步進(jìn)電機(jī)控制左右兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的速度以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的前移和轉(zhuǎn)向。底盤的設(shè)計(jì)與加工主要包含“需求分析、CAD設(shè)計(jì)、CAM 過程”三個(gè)環(huán)節(jié)，其中CAD 設(shè)計(jì)又分為概念設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算分析和設(shè)計(jì)優(yōu)化，CAM 過程又分為工藝過程設(shè)計(jì)（工藝線路、加工設(shè)備、工裝設(shè)計(jì)及材料確定等）、毛坯及部件加工、裝配調(diào)試等。

模塊2 的9 個(gè)任務(wù)以Cortex-M 系列CPU為控制核心，要求學(xué)生設(shè)計(jì)并制造出吸塵機(jī)器人系統(tǒng)控制的印制電路板，包括電源、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、液晶顯示及測(cè)距、碰撞、灰度級(jí)電子羅盤傳感器等單元。印制電路板制作主要有電路整體方案設(shè)計(jì)、單元電路設(shè)計(jì)、SCH 原理圖設(shè)計(jì)、PCB 線路板設(shè)計(jì)、印制線路板外送加工等環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)需要進(jìn)一步細(xì)分為相關(guān)的步驟。

模塊3 的8 個(gè)任務(wù)要求學(xué)生通過模擬多種吸塵場(chǎng)所來進(jìn)行避障算法驗(yàn)證及控制軟件調(diào)試，從而完成吸塵機(jī)器人路徑規(guī)劃算法及相應(yīng)控制軟件的開發(fā)。模擬場(chǎng)地內(nèi)的障礙物、墻體擋板數(shù)量和位置可以隨機(jī)變化，要求吸塵機(jī)器人從任意位置出發(fā)對(duì)整個(gè)模擬場(chǎng)地進(jìn)行遍歷，同時(shí)在固定的時(shí)間內(nèi)覆蓋場(chǎng)地的最大面積。

（二）教學(xué)實(shí)施分組

“吸塵機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)與項(xiàng)目實(shí)踐”課程的教學(xué)時(shí)間共19 周，教師在第1—4 周通過“項(xiàng)目引導(dǎo)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)”的教學(xué)方式，由淺入深、循序漸進(jìn)地將小型吸塵機(jī)器人樣機(jī)設(shè)計(jì)原理與基本應(yīng)用概況推送給學(xué)生，讓學(xué)生對(duì)與智能吸塵機(jī)器人相關(guān)的傳感器技術(shù)、環(huán)境建模、定位、路徑規(guī)劃及機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)等理論知識(shí)和技術(shù)應(yīng)用有較為清晰的了解。學(xué)生在這段時(shí)間盡可能查閱和檢索吸塵機(jī)器人研發(fā)的相關(guān)資料，為后續(xù)具體的項(xiàng)目設(shè)計(jì)和開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

所謂“同組異構(gòu)”就是同一個(gè)小組必須由機(jī)械、電子和計(jì)算機(jī)專業(yè)的不同學(xué)生構(gòu)成，確保每個(gè)小組成員結(jié)構(gòu)情況和整體學(xué)習(xí)力大致均衡，最大限度整合各個(gè)小組的自主研發(fā)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。課程開始的第3—4 周，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下按照“同組異構(gòu)”的原則組建項(xiàng)目研發(fā)團(tuán)隊(duì)（每組5～6 人），由學(xué)生推選組長(zhǎng)，然后根據(jù)個(gè)人特長(zhǎng)和愛好進(jìn)行項(xiàng)目任務(wù)分工，明確各自目標(biāo)任務(wù)和工作進(jìn)度。

從第5 周開始，學(xué)生用大約12 周的時(shí)間進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)與開發(fā)工作，每個(gè)團(tuán)隊(duì)在智能吸塵機(jī)器人底盤、控制電路、傳感器和路徑規(guī)劃算法設(shè)計(jì)等方面可以定義不同的交付功能，并根據(jù)相應(yīng)的功能設(shè)計(jì)選擇不同型號(hào)的材料、元器件和研發(fā)路徑等。在此期間，指導(dǎo)教師與學(xué)生一起在線上（課程學(xué)習(xí)論壇）就個(gè)性問題進(jìn)行發(fā)散性討論，同時(shí)每周集中討論1 次，師生共同探究項(xiàng)目開發(fā)中的共性問題，教師給出相應(yīng)的指導(dǎo)。

指導(dǎo)教師在第17 周向?qū)W生提供一套項(xiàng)目研究報(bào)告范本，以便學(xué)生在撰寫項(xiàng)目研究報(bào)告時(shí)進(jìn)行參考。報(bào)告撰寫期間指導(dǎo)教師要和每個(gè)小組進(jìn)行多次溝通，確保項(xiàng)目報(bào)告“結(jié)構(gòu)完整、內(nèi)容規(guī)范、資料詳實(shí)”。最后1 周進(jìn)行小組項(xiàng)目作品展示和答辯，由組長(zhǎng)進(jìn)行項(xiàng)目整體研發(fā)陳述與作品展示，每個(gè)組員就自己承擔(dān)的研發(fā)任務(wù)作出說明。

（三）教學(xué)效果評(píng)估

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在項(xiàng)目設(shè)計(jì)和開發(fā)過程中有較大的自由度和自主權(quán)，各項(xiàng)目小組期末提交的智能吸塵機(jī)器人樣機(jī)和項(xiàng)目報(bào)告在整體框架上基本一致，但在項(xiàng)目研發(fā)的不同模塊和單元中卻呈現(xiàn)出明顯的差異性。期末課程分“項(xiàng)目作品、項(xiàng)目報(bào)告、創(chuàng)新思維、團(tuán)隊(duì)協(xié)作”四大模塊進(jìn)行考核，其中“項(xiàng)目作品、項(xiàng)目報(bào)告”重點(diǎn)考查整個(gè)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)（團(tuán)隊(duì)得分作為每個(gè)小組成員成績(jī)的基礎(chǔ)分），“創(chuàng)新思維、團(tuán)隊(duì)協(xié)作”重點(diǎn)考查每個(gè)項(xiàng)目小組成員，此項(xiàng)得分加上所在團(tuán)隊(duì)的基礎(chǔ)分，得出每個(gè)項(xiàng)目小組成員最終課程考核成績(jī)。考核由學(xué)生自我評(píng)價(jià)、組間互評(píng)和教師考評(píng)三部分組成，權(quán)重比例分別為20%、30%和50%。

“項(xiàng)目作品”指標(biāo)主要考查各個(gè)項(xiàng)目小組設(shè)計(jì)開發(fā)的智能吸塵機(jī)器人樣機(jī)的可靠性、穩(wěn)定性和定位的準(zhǔn)確性，包括機(jī)器人是否能繞過比較復(fù)雜的模擬房間內(nèi)的障礙物，在固定時(shí)間內(nèi)近100%遍歷房間，重復(fù)路線盡可能少，并努力降低機(jī)器人樣機(jī)硬件成本?！绊?xiàng)目報(bào)告”指標(biāo)重點(diǎn)關(guān)注每個(gè)團(tuán)隊(duì)遞交的項(xiàng)目開發(fā)報(bào)告是否符合各項(xiàng)規(guī)范，包括項(xiàng)目計(jì)劃、需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開發(fā)實(shí)施、運(yùn)行調(diào)試等?！皠?chuàng)新思維”指標(biāo)主要考查每個(gè)學(xué)生在完成各自項(xiàng)目小組任務(wù)中的創(chuàng)新思路和舉措，如智能吸塵機(jī)器人的電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)、傳感器融合、電路單元設(shè)計(jì)和路徑規(guī)劃算法等。“團(tuán)隊(duì)協(xié)作”指標(biāo)重點(diǎn)關(guān)注團(tuán)隊(duì)成員個(gè)體任務(wù)分工、協(xié)作貢獻(xiàn)兩個(gè)方面。任務(wù)分工：每個(gè)團(tuán)隊(duì)成員的任務(wù)要適量，分工既相對(duì)互補(bǔ)又各有側(cè)重，能較好地完成各自任務(wù)；協(xié)作貢獻(xiàn)：所有學(xué)生可以通過項(xiàng)目研發(fā)論壇合作解決問題，每個(gè)項(xiàng)目小組或成員都可以在論壇上提出問題進(jìn)行探究，其他學(xué)生（包括其他項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員）如果提供正確的問題解決思路或方法，指導(dǎo)教師會(huì)給予相應(yīng)的績(jī)點(diǎn)獎(jiǎng)勵(lì)。

三、總結(jié)與思考

“吸塵機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)與項(xiàng)目實(shí)踐”課程案例是面向?qū)I(yè)綜合課程的項(xiàng)目化教學(xué)改革方案中的典型，通過引入真實(shí)的工程項(xiàng)目來重構(gòu)教學(xué)課程內(nèi)容。課程前期由教師進(jìn)行“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”教學(xué)，隨后按照同組異構(gòu)的形式跨專業(yè)組建學(xué)生團(tuán)隊(duì)進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)和研發(fā)，以學(xué)生為中心實(shí)施探究型課程教學(xué)改革。就學(xué)校整體而言，通過幾輪綜合項(xiàng)目課程教學(xué)改革評(píng)估我們發(fā)現(xiàn)，“以學(xué)生為中心”的項(xiàng)目化教學(xué)改革大大提高了學(xué)生探究型學(xué)習(xí)的積極性和參與度；通過綜合項(xiàng)目課程的實(shí)施，學(xué)生自主學(xué)習(xí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和創(chuàng)新思維等軟技能得到了較好的發(fā)展，為后續(xù)就業(yè)提升了競(jìng)爭(zhēng)力；由于綜合課程的跨專業(yè)性，混合型課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)的成員之間跨界協(xié)作與融合發(fā)展的機(jī)會(huì)增多，也促進(jìn)了教師個(gè)體的專業(yè)成長(zhǎng)。

但是，在進(jìn)行綜合項(xiàng)目課程教學(xué)改革時(shí)，有兩個(gè)制約因素不容忽視：一是綜合項(xiàng)目課程要求教學(xué)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人的教學(xué)和學(xué)術(shù)素養(yǎng)都比較高，他們既要有豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，還要有較強(qiáng)的項(xiàng)目研究與開發(fā)能力，目前很多學(xué)校都缺乏這種復(fù)合型教學(xué)名師。二是將綜合性項(xiàng)目引入課程教學(xué)中，課程內(nèi)容按項(xiàng)目邏輯重構(gòu)以及課程資源開發(fā)的工作量非常大，給學(xué)校教師帶來了很大壓力，工作難以推進(jìn)，很多綜合項(xiàng)目課程的開發(fā)因此擱淺。

對(duì)此，學(xué)校接下來將高度重視綜合項(xiàng)目課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)的建設(shè)，特別是團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人的培養(yǎng)，以學(xué)?，F(xiàn)有的教學(xué)帶頭人或?qū)W術(shù)帶頭人為基礎(chǔ)，啟動(dòng)教學(xué)、學(xué)術(shù)復(fù)合型“雙帶頭人”培養(yǎng)工程，為綜合項(xiàng)目課程建設(shè)奠定扎實(shí)的人才基礎(chǔ)。同時(shí)學(xué)校要出臺(tái)相關(guān)支持政策，加大課程建設(shè)經(jīng)費(fèi)和績(jī)效獎(jiǎng)勵(lì)分配的傾斜力度，鼓勵(lì)更多專業(yè)骨干教師積極、主動(dòng)投身到綜合項(xiàng)目課程改革中來，重點(diǎn)做好兩方面的優(yōu)化：一是由于選擇這類綜合項(xiàng)目課程的不同專業(yè)學(xué)生總體人數(shù)不均衡，在同組異構(gòu)時(shí)每個(gè)項(xiàng)目小組不同專業(yè)學(xué)生的比例不平衡。因此，在課程開始時(shí)，教師要對(duì)選擇此類課程的不同專業(yè)學(xué)生數(shù)量做宏觀上的引導(dǎo)和控制，使不同專業(yè)學(xué)生數(shù)量基本符合課程項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)構(gòu)建的實(shí)際需要。二是學(xué)生自我組建的不同項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)間的學(xué)習(xí)力和控制力具有差異性，團(tuán)隊(duì)成員之間也存在較大差異，自主管理能力較差、專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)欠缺的學(xué)生需要教師付出更多的時(shí)間和精力進(jìn)行輔導(dǎo)。