產(chǎn)教孿生理念下校企協(xié)同模塊化課程體系構建
——以智能機器人研發(fā)為例

楊中興

遼寧建筑職業(yè)學院，遼寧 遼陽 111000

近年來，在物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術浪潮的帶領下，信息技術的多技術融合趨勢已經(jīng)非常明顯，高職電子信息類專業(yè)各學科間不再是孤立的發(fā)展路徑，而是呈現(xiàn)交叉融合、全棧式的發(fā)展態(tài)勢。產(chǎn)業(yè)技術領域的融合趨勢，對專業(yè)人才的知識結(jié)構和技術能力也有了新的要求。但是當前各高職院校的電子信息類專業(yè)仍然是各自獨立發(fā)展，相互融合度不夠：學軟件專業(yè)的只會編程，不懂硬件；學電子專業(yè)的不懂軟件工程，程序設計能力較弱。這其實已不適應技術發(fā)展的趨勢。智能機器人（車） 項目是一個既可以涵蓋硬件設計，又可以涵蓋軟件編程的理論和實踐型并重的研究項目。智能機器人（車） 項目具有綜合學科優(yōu)勢，教學研究氛圍好，可以脫離單一學科的局限性[1]。通過從企業(yè)引進真實的機器人（車） 開發(fā)項目，將其作為教學紐帶，重點覆蓋人工智能技術、物聯(lián)網(wǎng)、嵌入式技術等專業(yè)方向知識和技術，貫穿起專業(yè)大部分主干課和核心課內(nèi)容，有利于打造基于智能機器人（車） 的模塊化課程體系，探索一條全新的產(chǎn)教融合人才培養(yǎng)模式。

人工智能技術應用專業(yè)是我院（遼寧建筑職業(yè)學院） 于2021 年新設立的專業(yè)。在專業(yè)建設伊始，就把產(chǎn)教融合、校企深度合作理念通達到整個專業(yè)建設和人才培養(yǎng)過程中。在校企協(xié)同育人實踐中貫徹精細化的人才培養(yǎng)策略，探索實施“引企業(yè)項目入?！Ｆ髤f(xié)同開發(fā)—教學產(chǎn)品轉(zhuǎn)化—模塊化課程建設”的校企“雙元”培養(yǎng)模式，加強專業(yè)與產(chǎn)業(yè)的融通發(fā)展，實施專業(yè)技術服務“走出去”，企業(yè)研發(fā)生產(chǎn)項目“引進來”戰(zhàn)略。產(chǎn)教融合的最終目的是為了人才培養(yǎng)，校企協(xié)同的最終“成果”是與企業(yè)真實項目案例深度融合的“模塊化”課程體系。該“模塊化”課程體系能夠隨產(chǎn)業(yè)的新技術快速更新迭代，能夠隨企業(yè)的人才需求動態(tài)匹配，解決新型人才培養(yǎng)和專業(yè)實時協(xié)同產(chǎn)業(yè)的問題。

一、專業(yè)教學現(xiàn)狀

人工智能技術應用專業(yè)應屬于新興學科，專業(yè)涉及面廣，技術更迭快速，對學生的邏輯思維能力和程序設計能力要求較高，專業(yè)課程學習難度較大。其專業(yè)課程的教學需緊跟技術進步，僅依靠校內(nèi)有限的專業(yè)教師難以完成，必須依靠與高質(zhì)量行業(yè)企業(yè)的合作。在專業(yè)建設的頂層設計中，就要考慮將企業(yè)作為產(chǎn)教深度融合的主體之一，走產(chǎn)教結(jié)合人才培養(yǎng)模式道路，使企業(yè)對產(chǎn)教融合、校企合作諸方面建設能夠發(fā)揮更大的推動作用。

高職院校的培養(yǎng)規(guī)格是應用型人才，培養(yǎng)應用型人才的首要任務是提升實踐能力[2]。我院通過引企業(yè)項目入校，校企協(xié)同項目研發(fā)，從技術研發(fā)這個上游領域與企業(yè)深度合作，探索并形成“校企雙驅(qū)動”的產(chǎn)教融合新機制。將項目進行教學轉(zhuǎn)化，可以開闊學生視野，提高學習興趣，鍛煉動手能力，提升實踐能力，培養(yǎng)學生的軟硬件綜合設計開發(fā)技能，從而提高學生的綜合素質(zhì)和職業(yè)發(fā)展競爭力。企業(yè)真實項目也可以為教師提供更多的技術應用機會，也對教師的技術水平提出了更高的要求，保證教師的專業(yè)技術、課堂的教學內(nèi)容始終與先進技術一同俱進。通過“產(chǎn)品開發(fā)”和“教學實施”的“雙元”紐帶，可以與企業(yè)實現(xiàn)深度合作，更可以進一步開展技術服務，孵化創(chuàng)新項目，助力產(chǎn)教融合的創(chuàng)新人才培養(yǎng)。

二、“產(chǎn)教孿生”合作模式

產(chǎn)教融合是高職教育與產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展的教育趨勢[3]。產(chǎn)教融合指的是高校根據(jù)所設專業(yè)，積極與相關企業(yè)進行深度合作，將產(chǎn)業(yè)與教學密切結(jié)合，相互支持，相互促進，發(fā)揮校企各自優(yōu)勢[4]。2019 年10 月，我院信息工程學院“智能硬件創(chuàng)新設計與開發(fā)”雙創(chuàng)孵化項目入駐我院創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)孵化基地，項目團隊堅持以育人為根本宗旨，以“產(chǎn)教孿生”為指導思想，在開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育教學實踐活動的同時，積極探索并開展校企雙方的技術類合作，組建了由教師、學生、企業(yè)專家組成的技術團隊，先后從多家企業(yè)承接了若干項目。這些項目均由校方技術團隊進行設計和開發(fā)，完成產(chǎn)品原型設計。

產(chǎn)教融合的最終目標要服務于教學。在技術合作的基礎上進一步建立校企“深融合”人才培養(yǎng)模式，校企共同規(guī)劃產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)、共同打造新課程、開發(fā)新的實踐教學項目，建立更符合企業(yè)人才培養(yǎng)需求的、創(chuàng)新的課程體系。課程體系的構建應逐步實現(xiàn)模塊化和綜合化[5]，優(yōu)化課程目標，重組課程內(nèi)容。項目團隊并沒有僅停留在產(chǎn)品設計研發(fā)階段，而是以整個產(chǎn)品設計過程為紐帶，提煉和凝練教學點，對每個項目進行教學成果轉(zhuǎn)化，突出重點培養(yǎng)學生的技術技能；建立“模塊化”課程體系，實現(xiàn)課程模塊的靈活組合，快速匹配新技術崗位需求。通過內(nèi)培外引、矩陣協(xié)同，實施校企“雙元”教學，“雙元”開發(fā)、“雙元”服務、“多元”協(xié)同[6]，形成“人才培養(yǎng)+新技術推廣+平臺應用+技術服務”的多元合作模式；校企雙方協(xié)同、互促，實現(xiàn)人才需求與人才培養(yǎng)、職業(yè)標準與課程體系、技術平臺推廣與社會服務等產(chǎn)教映射，打造校企共生共長的命運共同體。

三、以智能車及其“模塊化”課程開發(fā)為例

項目組與沈陽某科技有限公司合作開發(fā)面向教學應用的麥克納姆輪全向移動智能機器人（車）（見圖1）。該智能車采用電子積木設計思想，將電控部分進行模塊化設計，分為電源模塊、主控模塊、電機驅(qū)動模塊、藍牙通信模塊、手柄遙控模塊、攝像頭圖像采集模塊等。模塊功能高內(nèi)聚，模塊接口松耦合。并同步開發(fā)了手機端APP 藍牙遙控程序，支持PS/2 手柄遙控，對軟件、硬件、物聯(lián)、智能等專業(yè)技術方向都有覆蓋。

圖1 校企協(xié)同研發(fā)的智能車教學產(chǎn)品原型

該智能機器人（車） 教學產(chǎn)品的所有模塊（見圖2） 均為我院師生項目團隊根據(jù)企業(yè)方提出的設計要求和技術指標自行設計開發(fā)。在產(chǎn)品設計階段，就充分考慮其課程覆蓋的深度與廣度，考慮其在教學實施中的可行性和便利性。我們采用麥克納姆輪能夠?qū)崿F(xiàn)全向移動控制，使該智能車更具可玩性；增加語音識別和語音遙控等功能，使該智能車更具有智能性。該智能車現(xiàn)已完成產(chǎn)品化階段，在人工智能技術應用、智能產(chǎn)品開發(fā)與應用和應用電子技術專業(yè)的教學中得到應用。

圖2 智能車模塊化及功能設計

以該智能車為教學載體，現(xiàn)可覆蓋多門專業(yè)課程內(nèi)容，如智能產(chǎn)品設計與實踐、單片機技術、無線通信與物聯(lián)網(wǎng)、攝像頭驅(qū)動、圖像采集與處理、模擬與數(shù)字電路、PCB 設計、C 語言程序設計、手機APP 開發(fā)、電路板焊接與調(diào)試等，且可擴展或者替換為STM32 主控板、Arduino 控制板、樹莓派PICO 等，非常適合作為一門綜合類的實踐課程進行開展。以智能產(chǎn)品設計與實踐課程為例，該課程為64 學時，其中理論授課20 學時、實踐40 學時（含階段性總結(jié)3 次）、項目驗收2 學時、總結(jié)匯報2 學時。通過引入智能車項目，該課程可以完成的實踐項目“模塊化技術能力區(qū)間”有多彩呼吸燈（單片機）、智能車底盤及電源（模、數(shù)電，PCB）、智能車主控程序（C51）、智能車的遙控（藍牙、PS/2）、攝像頭及圖傳、語音識別、智能車整體功能整合、變身平衡車（PID 算法）、智能車殼體設計（Fusion360、3D 打印） 等項目?；谠撝悄苘嚱虒W產(chǎn)品，現(xiàn)已開發(fā)出24 個子項目，涵蓋110 多個教學子模塊。以電機驅(qū)動子模塊為例，該部分教學內(nèi)容就包括了H-橋驅(qū)動電路原理、RZ7899 電機驅(qū)動方案、L298N 電機驅(qū)動方案、UL2003 電機驅(qū)動方案等多種在企業(yè)中常見的設計方案。再以雙路電源模塊為例，該部分教學內(nèi)容包括了LDO 穩(wěn)壓電路、DC-DC 穩(wěn)壓電路、常見電源電路方案、雙路電源模塊的設計、電源模塊的焊接與測試等內(nèi)容，基本覆蓋一款通用智能電子產(chǎn)品電源部分的電路設計知識。各模塊詳細介紹其知識要點、技術實施、優(yōu)缺點、技術指標、應用方法和測試方法。這種模塊化的課程設計可以隨新技術的變化快速增刪、更新教學內(nèi)容，能夠動態(tài)匹配人才需求，解決專業(yè)能力實時協(xié)同產(chǎn)業(yè)需求的問題。

四、智能車“模塊化”課程教學實施

圍繞智能車項目，校企雙方共建了相關的課程體系和課程標準，共同推動課程改革，進行教學實施，推動本專業(yè)理論教學和實踐教學升級轉(zhuǎn)型。在智能產(chǎn)品設計與實踐課程中，已經(jīng)應用了該校企共建課程的建設成果，并使用該智能機器人（車） 教學產(chǎn)品，帶領學生從零開始，設計、開發(fā)、制作一輛智能機器人（車）。課堂實施過程中，學生3 人一組，組成項目開發(fā)小組。引入企業(yè)產(chǎn)品設計標準，讓學生以項目組為單位，進行智能車產(chǎn)品的設計與開發(fā)。這樣的課堂形式極大地調(diào)動了學生的學習興趣，不僅實現(xiàn)了“做中學”，而且實現(xiàn)了“玩中學”，學生的學習狀態(tài)明顯提升。學生不僅學習到了專業(yè)知識和技能，而且開始思考產(chǎn)品的設計，體驗了“產(chǎn)品經(jīng)理”的崗位職責。學生反饋課程教學效果良好，彰顯了校企協(xié)同育人的實施成效。調(diào)查問卷結(jié)果（見表1） 也顯示智能機器人（車） 模塊化課程和教學方式很受學生的歡迎。

表1 學生對智能機器人（車） 模塊化課程的態(tài)度 單位/%

在項目研發(fā)和模塊化課程體系建設的同時，校企雙方共同開發(fā)《智能機器人設計與制作》新型活頁式教材，并建設面向智能技術應用的培訓體系，既可以可服務于校內(nèi)師生的教學活動，也可以面向企業(yè)提供培訓服務，推動技術創(chuàng)新。在校企協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)和課程建設過程中，有學生團隊參與其中，協(xié)助進行設備的調(diào)試和測試，參與教學元素的設計，這些活動為學生提供了參與企業(yè)工程實踐的機會，鍛煉了崗位實際操作能力，增加了學生的項目經(jīng)驗，也進一步提升校企協(xié)同育人成效。

通過產(chǎn)教融合校企合作的教學模式，學生能主動地參與到當前的課程學習中，在提高學生學習效率的同時，也能使學生感受到多樣化的教學效果[7]，在一定程度上豐富學生的學習內(nèi)涵，讓學生學會合作、學會創(chuàng)新，培養(yǎng)學生探索質(zhì)疑、解決問題的能力、動手操作、主動實踐的能力[8]；充分激發(fā)學生自主探究、自主學習的潛能，讓學生在活躍的學習氛圍下進行有效、高效的學習。

總之，產(chǎn)教融合、校企合作是高職院校實現(xiàn)自身可持續(xù)發(fā)展，積極應對產(chǎn)業(yè)升級、經(jīng)濟技術與社會發(fā)展的必由之路[9]。深層次的產(chǎn)教融合、校企合作，應基于創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，堅持走一條創(chuàng)新驅(qū)動與產(chǎn)教深度融合的發(fā)展之路。這里的創(chuàng)新，不僅是技術領域的創(chuàng)新，也包括制度創(chuàng)新、理念創(chuàng)新?！爱a(chǎn)教孿生”是合作理念，“協(xié)同研發(fā)”是合作形式。從技術研發(fā)這個上游領域?qū)崿F(xiàn)與企業(yè)的深度合作，保證了教師的專業(yè)技術、課堂的教學內(nèi)容始終與先進技術俱進，探索并形成了“校企雙驅(qū)動”的產(chǎn)教融合新機制。實踐教學是高職院校培養(yǎng)復合型技術技能人才的關鍵[10]。通過引進企業(yè)項目入校，通過師生參與、主導項目研發(fā)，以及通過項目的教學產(chǎn)品化，并最終落實到“模塊化”的課程體系建設，讓公司對接課堂，讓工廠對接實訓基地，讓企業(yè)項目轉(zhuǎn)化為教學實施的任務，為學生提供“真刀實槍”的技能訓練和實踐鍛煉環(huán)境。