黃廣偉，張攀峰

（東莞城市學院智能制造學院，廣東 東莞 523419）

0 引言

教育部于2017 年啟動新工科專業(yè)建設(shè)，相繼形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”等綱領(lǐng)性文件[1-2]。新工科建設(shè)以繼承與創(chuàng)新、交叉和融合、協(xié)調(diào)與共享為途徑，培養(yǎng)適應(yīng)科技改革、具有實踐能力和創(chuàng)新能力的復合型高素質(zhì)新工科人才[3]。新工科倡導以學生為中心、以產(chǎn)出為導向、持續(xù)改進的教育理念，強調(diào)培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力。新工科建設(shè)，不僅創(chuàng)建了一批新型工科專業(yè)，同時對傳統(tǒng)工科專業(yè)進行升級改造，實現(xiàn)多學科多專業(yè)融合發(fā)展，強化學生實踐綜合能力培養(yǎng)。同時隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)、人工智能、智能制造等新技術(shù)與新產(chǎn)業(yè)的深入發(fā)展，全社會迫切需要一大批創(chuàng)新意識強、動手能力強、綜合素質(zhì)高、學科視野寬的復合型高素質(zhì)人才。因此對“工業(yè)機器人”的功能提出了更高的要求，要求其與機器視覺等多學科進一步融合，并進行深層次“AI+”賦能。

本文根據(jù)新工科要求，針對“工業(yè)機器人技術(shù)基礎(chǔ)”傳統(tǒng)試驗教學過程中存在的問題，提出了“前導式預(yù)習+工程實踐項目”的試驗教學模式，引入企業(yè)實際工程項目作為試驗內(nèi)容，以工程項目為驅(qū)動，以解決實際工程需求為結(jié)果導向，并將試驗時間外延至寒暑假，學生利用假期或空閑時間參與企業(yè)的工程項目，甚至畢業(yè)實習也在合作企業(yè)頂崗實習，由此形成了完整的工程實踐訓練閉環(huán)鏈，增強了學生學習的自主性、積極性，同時使工程實踐的能力得到明顯提高，打通了校園到職場能手的“最后一公里”，為應(yīng)用型本科大學試驗教學改革提供了參考。

1 存在的問題

傳統(tǒng)的“工業(yè)機器人技術(shù)基礎(chǔ)”試驗教學以驗證性、演示性試驗為主，缺少創(chuàng)新性、設(shè)計性、綜合性試驗，試驗內(nèi)容多年不更新，與工程實踐脫節(jié)，內(nèi)容陳舊，不符合時代發(fā)展需求；教學方法呆板、教條化，以教師為主，幾乎采用機械式灌輸，學生興趣與主觀能動性難以調(diào)動，教學方法跟不上時代發(fā)展；考核方式則多以試驗報告成績?yōu)橹?，難以反映出學生的真實水平?？傊嬖诮虒W內(nèi)容陳舊、教學方法落后、考核方式單一等問題。

1.1 教學內(nèi)容陳舊

目前“工業(yè)機器人技術(shù)基礎(chǔ)”試驗內(nèi)容基本上以演示性與驗證性試驗居多，內(nèi)容呈現(xiàn)孤立性、脫節(jié)性等特點。試驗內(nèi)容僅局限于工業(yè)機器人本身范疇，缺少與其他學科的融合，只能完成工業(yè)機器人最基本的試驗教學，缺少綜合性和統(tǒng)一性，試驗內(nèi)容與產(chǎn)業(yè)要求和技術(shù)的最新發(fā)展關(guān)聯(lián)性不強；未能滿足新工科提出的“問技術(shù)發(fā)展改教學內(nèi)容”的要求，阻礙了新技術(shù)與專業(yè)領(lǐng)域新知識的融入；試驗教學當中，行業(yè)對人才培養(yǎng)的最新要求也未能及時引入試驗教學過程中。教學效果與質(zhì)量難以保證，不能滿足新工科對實踐性專業(yè)工程人才的要求。

1.2 教學方法落后

目前“工業(yè)機器人技術(shù)基礎(chǔ)”試驗教學方法相對固化，一般是采用理論教學的方式來進行試驗課程的教學[4-5]。其流程基本上是試驗教師先對試驗原理、試驗設(shè)備進行講解，然后學生按照試驗指導書的要求進行試驗任務(wù)的布置，并按試驗指導書上步驟進行試驗，驗證或觀察試驗結(jié)果。試驗過程中學生基本上是處于一種被動做試驗的狀態(tài)，處于機械式接受、灌輸式的學習狀態(tài)，缺乏主動性。學生只要按照試驗指導書的基本步驟進行操作，即使對試驗原理或理論知識不了解、甚至不清楚的情況下，也可能得到正確的試驗結(jié)果。該教學模式無法培養(yǎng)學生自主性與創(chuàng)造性能力，反而會促使學生養(yǎng)成不求甚解、懶惰，甚至得過且過的試驗態(tài)度，缺少能引導學生獨立思考或延伸理論知識的試驗任務(wù)，難以激發(fā)學生的學習興趣與求知欲望，會對學生今后的學習及科研生涯產(chǎn)生一定的危害。因此，有必要構(gòu)建一種新的試驗教學方法，該方法不但要利于激發(fā)學生試驗興趣，還要促使學生主動參與試驗教學，并激發(fā)學生自主學習的內(nèi)動力。

1.3 考核方式單一

目前“工業(yè)機器人技術(shù)基礎(chǔ)”試驗成績計算方式如式（1）所示，基本上由試驗報告成績S1、課堂考勤成績S2構(gòu)成，并分別按70%、30%占比計算后相加。成績的評定基本上均由指導教師根據(jù)報告內(nèi)容以及學生在課堂上的表現(xiàn)進行評定，且以試驗報告為主，學生最終試驗成績帶有較大的教師個人主觀性。此考核方式單一，存在極大的局限性，無法激發(fā)學生學習熱情，學生只是被動地完成試驗任務(wù)，最終試驗成績并不能真正反映學生的試驗實踐能力，顯然此考核方法已不符合新工科對應(yīng)用型人才專業(yè)素養(yǎng)培養(yǎng)的要求。

式中：S 為傳統(tǒng)試驗教學方法的總試驗成績；S1為試驗報告成績；S2為課堂考勤成績。

2 改革措施

針對本課程的試驗現(xiàn)狀，根據(jù)新工科要求，引入工程實踐理念，采用多學科交叉融合的方式，構(gòu)建了以培養(yǎng)學生自主解決工程問題能力為導向、“前導式預(yù)習+工程實踐項目”的試驗教學模式；突出應(yīng)用型人才培養(yǎng)要求，從試驗內(nèi)容、試驗方法、考核方式三個方面進行了改革。

2.1 試驗內(nèi)容

根據(jù)新工科對工程實踐能力要求，注重多學科有機交叉融合，與東莞某智能視覺科技公司開展人才培養(yǎng)合作。試驗內(nèi)容框架如圖1 所示，引入該企業(yè)實際工程項目作為試驗內(nèi)容，將機器視覺內(nèi)容引入工業(yè)機器人試驗中，有機地將工業(yè)機器人知識、機器視覺知識、PLC 知識進行多角度多層次的融合，以培養(yǎng)學生解決工程實踐問題的能力。

圖1 試驗內(nèi)容框架

2.2 試驗方法

根據(jù)新工科突出自主解決工程實踐能力的要求，構(gòu)建“前導式預(yù)習+工程實踐項目”的試驗教學模式。它是在項目導向教學模式的基礎(chǔ)上，提倡合理選擇企業(yè)工程實踐項目作為試驗內(nèi)容；試驗前通過視頻或邀請企業(yè)工程師進校園（課堂）方式向?qū)W生介紹課程試驗具體內(nèi)容以及所需要的知識儲備、技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域、應(yīng)用價值等，從而激發(fā)學生的求知欲及興致，誘導學生利用業(yè)余時間提前介入試驗工程項目學習，甚至利用寒暑假時間到企業(yè)進行實習；在授課學期，加強教師指導，評估學生完成的項目方案，并邀請企業(yè)工程師為學生把關(guān)試驗設(shè)計環(huán)節(jié)，以及完成前期的相關(guān)培訓，做到試驗教學與工程實踐真正無縫接軌，實現(xiàn)校企充分在線融合；甚至完成試驗后，還要求學生繼續(xù)深化相關(guān)知識學習，構(gòu)建完善的知識體系，可到合作企業(yè)進行頂崗畢業(yè)實習，進一步進階為職場能手，努力打通學生從校園到職場能手“最后一公里”的知識與實踐通道，試驗方法框架如圖2 所示。

圖2 試驗方法框架

2.3 考核方式

考核方式作為結(jié)果導向的指揮棒，對試驗教學改革具有至關(guān)重要的作用，因此設(shè)計一個合理的考核方式顯得十分必要。為此，本文設(shè)計了“考勤（10%）+試驗設(shè)計及過程（70%）+試驗報告（20%）”考核方式，計算公式如式（2）所示。本考核方法增加了實踐能力考核占比，做到真正培養(yǎng)學生的實踐能力，增強解決工程實踐問題的能力，突出對學生解決實踐工程能力的培養(yǎng)及考核，有助于提高學生的競爭力。

式中：S' 為新試驗教學方法的總試驗成績；S1' 為考勤成績；S2'為試驗設(shè)計及過程成績；S3'為試驗報告成績。

3 改革實施與效果分析

“工業(yè)機器人技術(shù)基礎(chǔ)”是機械設(shè)計制造及其自動化、機械電子工程等專業(yè)的核心專業(yè)課程，對提高學生核心競爭力具有相當大的作用。為了驗證試驗教學改革的成效，在2018 級機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)、2018 級機械電子工程專業(yè)進行實踐。選取2018級機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)1～2 班，2018 級機械電子工程1 班（以上班級簡稱A 班），通過觀看視頻、PPT 以及邀請企業(yè)工程師入校園，現(xiàn)場講解相關(guān)知識等方式，精心選取無線充線圈貼膜、芯片盒貼標、小塑件視覺分揀等企業(yè)工程項目為試驗內(nèi)容；將機器視覺知識與工業(yè)機器人技術(shù)緊密融合，緊貼工程實踐，將行業(yè)最新的技術(shù)融入試驗內(nèi)容中，實現(xiàn)校企在線深度融合；學習時間不再局限于試驗課程時間，采用提前預(yù)習，并外延至課后，乃至寒暑假等；學生對學習目標明確，提前完成知識儲備，通過試驗項目強化自身解決工程實踐能力，課后進一步深化，以達到職場能手的水平。而2018 級機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)3～4 班，2018 級機械電子工程2 班（以上班級簡稱B班）仍然沿用單一的、驗證性的、教師機械式灌輸?shù)呐f試驗教學方式。分別從學生參與試驗的積極性、解決工程實踐能力、畢業(yè)后工資水平等三方面對新舊兩種教學模式進行比較，結(jié)果如表1 所示。

表1 試驗教學改革效果對比

從表1 分析可知，采用新教學方式的學生，主動學習的積極性、綜合解決工程實踐能力以及薪資水平較舊教學方式都有大幅度的提升，效果顯著，達到了預(yù)期的目標。

4 結(jié)論

1）“前導式預(yù)習+工程實踐項目”的試驗教學模式能夠順應(yīng)教育的基本規(guī)律，注重于“以教為中心”教育模式向“以學生為本”的轉(zhuǎn)變，強調(diào)學生學習的主動性，更好發(fā)揮主觀能動性。實施過程中，學生能夠充分利用時間，除了課程學習時間，更把時間外延至寒暑假，更與畢業(yè)實習無縫連接，能成功打通校園與職業(yè)人的“最后一公里”通道，有利于學生激發(fā)并保持強烈的學習動機。

2）通過引入企業(yè)工程實踐項目，校企充分地在線有機融合，理論知識與工程實踐能力相輔相長，得到很好的鍛煉，使學生解決工程實踐的能力大增，樹立了自信心，進一步促進學生就業(yè)。因此，該試驗教學模式對應(yīng)用型本科院校的人才培養(yǎng)有非凡的參考意義。