項(xiàng)目貫穿式的“計算機(jī)程序設(shè)計”一流課程建設(shè)
——以機(jī)器人工程專業(yè)和機(jī)械電子工程專業(yè)教考分離及校際合作為例

楊 旗

(沈陽理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，沈陽 110159)

一、引言

一流課程建設(shè)是高校發(fā)展的核心，也是高校培養(yǎng)人才的重要途徑。為提高辦學(xué)質(zhì)量，建設(shè)好一流專業(yè)，其中一流課程的建設(shè)也必然成為學(xué)校提高教學(xué)質(zhì)量的重要一環(huán)，也是教學(xué)改革的重點(diǎn)。本科應(yīng)用型高校，在建設(shè)一流課程時應(yīng)重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，在課程體系設(shè)置時，更應(yīng)注重動手實(shí)踐，即理論如何應(yīng)用于實(shí)踐，這也需要聚焦教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐、考核方式、師資隊(duì)伍建設(shè)及交流等。如何建設(shè)好這些內(nèi)容，提高教育教學(xué)水平，使學(xué)生能夠?qū)W以致用，這是一流課程建設(shè)的重點(diǎn)[1]。

沈陽理工大學(xué)在培養(yǎng)應(yīng)用型人才轉(zhuǎn)變的背景下，機(jī)械工程學(xué)院的機(jī)器人工程專業(yè)和機(jī)械電子工程專業(yè)，采用項(xiàng)目式貫穿的方式，把一個大項(xiàng)目的理論與實(shí)踐貫穿于課程體系主線中各門課程之中，通過主線課程群的學(xué)習(xí)，學(xué)生最終可以獨(dú)立完成一個科研項(xiàng)目，增強(qiáng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力及創(chuàng)新能力，而在考核方式中采用教考分離的方式，真實(shí)的對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評價，在師資交流中，執(zhí)行了遼寧省的校際合作互聘項(xiàng)目，取長補(bǔ)短，優(yōu)化教學(xué)資源，強(qiáng)化技術(shù)應(yīng)用、突出實(shí)踐教學(xué)，為企業(yè)培養(yǎng)高級應(yīng)用型人才。

二、一流課程建設(shè)途徑

計算機(jī)程序設(shè)計一流課程建設(shè)，從課程體系貫穿、教學(xué)實(shí)驗(yàn)資源開發(fā)、教材建設(shè)、教考分離試題庫建設(shè)等方面著手，實(shí)現(xiàn)課程體系的融匯貫通、并且從理論到實(shí)踐的全面的實(shí)施。

(一)課程體系改革

1.圍繞應(yīng)用型人才培養(yǎng)，深化課程體系改革

在機(jī)器人工程專業(yè)和機(jī)械電子工程專業(yè)的課程體系中，以智能和檢測模塊為主線的課程為：計算機(jī)程序設(shè)計->單片機(jī)原理與應(yīng)用->機(jī)器學(xué)習(xí)->機(jī)器視覺->機(jī)器人運(yùn)動控制；構(gòu)建課程群，搭建實(shí)驗(yàn)環(huán)境，開發(fā)實(shí)驗(yàn)軟件，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力，通過貫穿式項(xiàng)目教學(xué)，把所有理論課程及實(shí)踐課程以工程應(yīng)用的形式呈現(xiàn)給學(xué)生，提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力，為工程應(yīng)用搭建好平臺，為后續(xù)課程提供好工具，體現(xiàn)高級應(yīng)用型人才的培養(yǎng)理念。

2.探索大項(xiàng)目貫穿的教學(xué)模式

從專業(yè)基礎(chǔ)課到專業(yè)課，以“計算機(jī)程序設(shè)計”課程為例，為后續(xù)的課程搭建好理論驗(yàn)證的平臺，從淺入深，采用一個產(chǎn)品實(shí)例把多門課程串聯(lián)起來，在“計算機(jī)程序設(shè)計”課程的講授中，不僅講授理論知識，還會講授并實(shí)踐軟件平臺的搭建，并以一個工程案例把“機(jī)器學(xué)習(xí)”課程和“機(jī)器視覺”課程連接起來?！坝嬎銠C(jī)程序設(shè)計”“機(jī)器學(xué)習(xí)”和“機(jī)器視覺”作為主線貫穿專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課，讓學(xué)生對典型的機(jī)器人產(chǎn)品和從測控到智能都有一個整體的貫穿始終的認(rèn)知。

3.培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力

在探索機(jī)器人工程專業(yè)和機(jī)械電子工程專業(yè)課程群建設(shè)過程中，依托大項(xiàng)目貫穿式教學(xué)規(guī)劃來整合課程知識體系，強(qiáng)化主線，強(qiáng)化知識傳授中的關(guān)聯(lián)性和綜合應(yīng)用性，通過“計算機(jī)程序設(shè)計”課程搭建好平臺，為后續(xù)的專業(yè)基礎(chǔ)課及專業(yè)課提供好驗(yàn)證的工具，并未后續(xù)項(xiàng)目的開發(fā)提供一個綜合的平臺，同時突出設(shè)計能力、工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在搭建能力遞增的實(shí)踐教學(xué)體系過程中，以大項(xiàng)目的形式貫穿于各個課程，重點(diǎn)提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，為此開發(fā)自己的實(shí)驗(yàn)環(huán)境并設(shè)計相應(yīng)的課程設(shè)計，同時探索校際合作、校企合作，理論與實(shí)踐相結(jié)合的人才培養(yǎng)方式。

(二)實(shí)驗(yàn)環(huán)境開發(fā)

1.實(shí)驗(yàn)環(huán)境搭建

將部分專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的理論與實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容以大項(xiàng)目教學(xué)為主線進(jìn)行整合，主線為“計算機(jī)程序設(shè)計”課程為基礎(chǔ)，為后續(xù)課程提供軟件平臺支撐，并且內(nèi)容會貫穿于主線內(nèi)的各個課程：“單片機(jī)原理與應(yīng)用”“機(jī)器學(xué)習(xí)”“機(jī)器視覺”“機(jī)器人運(yùn)動控制”，主旨想法為“計算機(jī)程序設(shè)計課程”不僅講授本課程的基本理論，同時講授并創(chuàng)建軟件平臺框架為后續(xù)課程的理論驗(yàn)證提供一個基礎(chǔ)，后續(xù)課程可以在這個平臺框架下，直接加入算法來驗(yàn)證其有效性，最后課程會以一個項(xiàng)目的工程為例貫穿于后續(xù)的這些課程，即“計算機(jī)程序設(shè)計”創(chuàng)建軟件平臺框架，提供近10個小案例為“單片機(jī)原理與應(yīng)用”課程提供編程基礎(chǔ)，在軟件平臺框架下提供一個大項(xiàng)目案例“基于視覺的機(jī)械臂智能分揀”貫穿于后續(xù)課程，項(xiàng)目包含分類與聚類為“機(jī)器學(xué)習(xí)”提供支撐，項(xiàng)目包含視覺定位為“機(jī)器視覺”課程提供支撐，項(xiàng)目包含機(jī)械臂建模關(guān)節(jié)的正解和逆解運(yùn)算，為“機(jī)器人運(yùn)動控制”提供支撐。這樣“計算機(jī)程序設(shè)計“內(nèi)容貫穿于整個課程體系當(dāng)中，并為后續(xù)課程提供支撐。

為完成這些功能我們搭建了實(shí)驗(yàn)環(huán)境，在學(xué)院現(xiàn)有的ABB實(shí)驗(yàn)平臺加裝了視覺系統(tǒng)，并開發(fā)了軟件平臺框架，如下如所示：

圖1 ABB機(jī)器人加裝視覺系統(tǒng)

圖2 軟件框架平臺

同時進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和考核方式的改革。改變傳統(tǒng)的常規(guī)教學(xué)模式，把理論知識的學(xué)習(xí)貫穿于學(xué)生實(shí)踐中，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力和工程應(yīng)用能力。

2.實(shí)驗(yàn)環(huán)境的虛實(shí)結(jié)合

目前我們搭建的實(shí)驗(yàn)環(huán)境從軟件到硬件都很實(shí)際，但是由于實(shí)驗(yàn)條件有限，我們只有五套ABB實(shí)驗(yàn)平臺，而面對的機(jī)器人工程專業(yè)和機(jī)械電子工程專業(yè)的學(xué)生共有近200人，實(shí)驗(yàn)條件較難滿足這些學(xué)生的實(shí)驗(yàn)等實(shí)踐環(huán)節(jié)，所以后期計劃采用虛實(shí)結(jié)合的方法，我們采用對機(jī)器人部分進(jìn)行仿真，后期的分類算法、視覺定位、機(jī)器人建模正解逆解全部放在仿真軟件當(dāng)中，這樣我們的實(shí)驗(yàn)環(huán)境只需要“攝像頭+仿真環(huán)境”，每個學(xué)生可以在寢室有個攝像頭就可以完成實(shí)驗(yàn)，極大節(jié)省了實(shí)驗(yàn)成本。并且這種模式可以在所有的機(jī)器人工程專業(yè)和機(jī)械電子工程專業(yè)中推廣。

(三)教材建設(shè)

為了對“計算機(jī)程序設(shè)計”申報一流課程的支撐，我們出版了“C語言實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計指導(dǎo)”教材，里面不僅包含上機(jī)實(shí)驗(yàn)，還列舉了10個小程序例程，小程序例程包含小游戲、繪圖等編程，還包含了計算機(jī)程序設(shè)計課程的所有關(guān)鍵知識點(diǎn)，通過這些小程序的練習(xí)，學(xué)生會很快掌握“計算機(jī)程序設(shè)計”課程的理論知識，為后面的建立軟件平臺框架、算法案例的加入打好了基礎(chǔ)。

(四)教考分離實(shí)施

為落實(shí)《沈陽理工大學(xué)教考分離工作實(shí)施方案》、《遼寧省教育廳關(guān)于推進(jìn)普通高等學(xué)校教考分離工作的實(shí)施方案》精神，完善立德樹人體制機(jī)制，系統(tǒng)推進(jìn)教育評價改革，進(jìn)一步提高我校人才培養(yǎng)質(zhì)量，特制定本實(shí)施方案[2]。

為了響應(yīng)遼寧省及學(xué)校的教考分離的要求，“計算機(jī)程序設(shè)計”課程已經(jīng)建立好了試題庫，并編寫了抽題組卷程序，可根據(jù)考試大綱或隨機(jī)抽題方式組成試卷，試題分?jǐn)?shù)及比例可自行設(shè)置，實(shí)現(xiàn)完全的教與考的分離管理，來更好的獲得學(xué)生的真實(shí)學(xué)習(xí)效果。

圖3 抽題組卷程序

圖4 組卷后的試題

以建立題庫為主，多種教考分離方式相結(jié)合，基本實(shí)現(xiàn)主要考試課程教考分離全覆蓋，完善命題機(jī)制，制定考試大綱，增強(qiáng)課程目標(biāo)達(dá)成度，完善題庫建設(shè)、閱卷、評分、考試分析等考試流程，加強(qiáng)過程管理。

三、校際合作交流

通過開展教師互聘項(xiàng)目整合校際間優(yōu)勢資源，突出國防特色學(xué)科，以省級重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，國家級，省級精品資源共享課程，國家級省級大學(xué)生校外實(shí)踐基地，國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，省級教學(xué)示范中心為依托，打造跨校教學(xué)團(tuán)隊(duì)，科研團(tuán)隊(duì)，管理團(tuán)隊(duì)，增強(qiáng)師生跨校學(xué)術(shù)交流，實(shí)現(xiàn)學(xué)分互認(rèn)，深度開展課程建設(shè)，教材建設(shè)。

與東北大學(xué)機(jī)器人工程學(xué)院合作，由于沈陽理工大學(xué)機(jī)器人工程專業(yè)為新開專業(yè)，針對機(jī)器人工程專業(yè)的教師也略顯不足，為提高學(xué)科建設(shè)水平，以教師互聘的方式，學(xué)習(xí)知名大學(xué)的專業(yè)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，彌補(bǔ)機(jī)器人智能控制方面的不足，并發(fā)揮本校專業(yè)機(jī)械方面的特長，交流學(xué)習(xí)，提高教學(xué)水平，較好的達(dá)成專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)。在校際合作中，以“計算機(jī)程序設(shè)計”課程為軟件框架平臺，互聘授課“ROS機(jī)器人系統(tǒng)”“機(jī)器視覺”，強(qiáng)化軟件框架平臺為后學(xué)課程的支撐作用，取長補(bǔ)短，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

四、基于OBE教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控

為保證機(jī)器人工程專業(yè)和機(jī)械電子工程專業(yè)教學(xué)質(zhì)量，建立基于OBE理念的教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控體系，對以“計算機(jī)程序設(shè)計”課程為基礎(chǔ)的主線課程從教學(xué)的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控，加強(qiáng)過程考核，形成多手段多鏈條的考核監(jiān)控評價，建立過程性評價，如課堂提問、教學(xué)效果學(xué)生反饋、課后作業(yè)、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)以及同行聽課督導(dǎo)等；同時結(jié)合結(jié)果性考核形成綜合性評價，通過對監(jiān)控->反饋->評價->改進(jìn)...形成閉環(huán)鏈條，不斷對教學(xué)過程自我修正，內(nèi)化為教師與學(xué)生的共同價值追求和自覺行動[3]。

建立持續(xù)改進(jìn)機(jī)制，從專業(yè)的培養(yǎng)方案到課程，根據(jù)執(zhí)行結(jié)果不斷改進(jìn)。對“計算機(jī)程序設(shè)計”課程，通過項(xiàng)目貫穿式的教學(xué)方式，不斷監(jiān)控和反饋對后續(xù)課程的支撐效果，對教學(xué)內(nèi)容加以分析改進(jìn)，形成課程群主線課程“單片機(jī)原理與應(yīng)用”“機(jī)器學(xué)習(xí)”“機(jī)器視覺”“機(jī)器人運(yùn)動控制”對“計算機(jī)程序設(shè)計”的多鏈條反饋，根據(jù)反饋結(jié)果，調(diào)整課程內(nèi)容或講授方式，不斷優(yōu)化，始終符合各后續(xù)課程的支撐需求；持續(xù)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐手段方法，始終滿足對應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)；持續(xù)改進(jìn)教學(xué)手段；始終符合學(xué)生培養(yǎng)的要求。

五、結(jié)論

本文研究并實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人工程專業(yè)和機(jī)械電子工程專業(yè)的“計算機(jī)程序設(shè)計”一流課程建設(shè)的所需要的實(shí)驗(yàn)平臺、教材建設(shè)、教考分離試題庫建設(shè)等內(nèi)容，并采用OBE理念對以“計算機(jī)程序設(shè)計”為基礎(chǔ)、以智能和檢測模塊為主線的課程群進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控，根據(jù)過程考核反饋不斷改進(jìn)對后續(xù)課程的支撐，不斷對教學(xué)過程改進(jìn)，最終達(dá)到一流課程建設(shè)的培養(yǎng)目標(biāo)。