中职工科创新教育校本课程的建构探究

周清霞

一、问题的提出

在制造业转型升级中，智能制造技术人才标准呈现出“专业技能+信息技能+创新能力”的多元化特征。中职学校工科专业的毕业生是我国今后制造业的主力军，如何培养具有创新能力的毕业生是中职学校面临的重要任务。目前在中职学校的课程建设中主要面临了以下两个困难：一是中职机电类专业大多开设了机械结构设计、电子电路和程序设计等相关的专业课程，但各课程基本分散独立，缺乏课程的整合与融合;二是在“大众创业、万众创新”的大环境下，各种新技术、新方法、新工艺、新业态不断涌现，中职课程新技术引进相对滞后，导致当下职业院校学生及教师展现众多的创新想法，却无法从现有的课堂中获得足够的技术支持予以实现。

基于工作过程系统化的课程开发思路借鉴了德国工作过程导向的“学习领域”课程模式，是目前工学结合的职业教育课程开发的主要模式之一，它存在两个重要特征：一是提出了学科课程体系的“解构”，并与工作过程“重构”的思想，实现了课程的“跨界”，解决了相关分散独立的课程难以融合的问题;二是课程来自职业实践的工作过程，关注学生个体整体思维的工作过程，强调学生独立思考、自主学习的能力，即创新精神和创造力。正如著名的职教专家姜大源教授指出，基于知识应用的工作过程系统化的课程开发的理论和方法，为职业教育提供了一种改革和创新的课程指向。因此，基于工作过程系统化的开发思路既是职业教育课程开发的一种创新，同时也是中职学校创新教育的课程开发思路。

而Arduino作为一款可快速开发的开源电子原型平台，其硬件为增强型单片机，简单易操作，为中职工科类专业的创新教育课程开发提供了很好的资源平台，人工智能则是一门最新的技术，两者结合充分满足了学生在课堂内外的创新作品的技术实现。

二、中职创新教育校本课程的建构

黄埔职业技术学校（下称“黄埔职校”）创新教育校本课程的构建，以开发小型智能机器人为教学载体，采取基于工作过程系统化的开发思路，目的在于寻求以机器人设计为工作载体的企业工作过程与教学过程系统化的纽带，其实质是结合智能装备产业的岗位群的职业能力，解构机器人相关的学科体系并在教学过程重构行动体系的过程。课程开发包括了课程体系结构（宏观）、课程单元结构（中观）和课程教学结构（微观）三层结构。

（一）宏观层：构建“普及层+融合层+拓展层”的进阶式课程体系

黄埔职校创新教育校本课程的构建符合黄埔区域机器人产业对人才需求的特点，该校开发团队通过行业企业调研，与企业工程师深度合作，综合校内实训资源和教学资源，开发了基于机器人为载体的进阶式的创新教育课程体系。

该课程体系包括四个课程模块，分别是“机器人结构设计” “基于Arduino的机器人程序设计”“基于Altium Designer的机器人电路设计”和“基于AI控制的机器人设计”。课程体系通过整合课程资源，结合3D打印机、雕刻机、数控机床等智能制造设备，使学生经历现代工业设计制作的一般流程，即：总体方案设计→结构设计→电子电路设计→控制软件设计→实体搭建→调试完成→分享交流。

普及层次的创新教育课程“机器人结构设计”可在工科类专业的一年级新生开设，这是一门最基础兼具有趣味性和创意性的课程，侧重于机器人外形方面的设计与创新，对于零基础的学生可弱化编程与电路，提供相应的帮助，搭建脚手架，以使学生顺利完成一台机器人小车的外形设计并搭建成功，从而充分调动学生的参与课程的积极性，培养学生的创新认知能力。

融合层课程“基于Arduino的机器人程序设计”目前在机电大类专业的二年级试点，该课程融合了机电类专业基础课，如电工电子的基本知识技能，利用Arduino开源平台编程实现对常用外设的控制，弥补前期课程中编程不足的缺陷，提升学生的创新技能。

拓展层课程“基于AltuimDeigner的机器人电子电路设计”是一门利用AltuimDeigner电路设计软件设计电子电路的课程，在三年级作为智能制造专业群的专业选修课开设，目的在于使学生重新设计并制作现有作品的电子电路板，从而实现一个机器人产品从里到外的完整DIY设计，达到了“人手一台、结构不同、功能不同、电路不同”的目的，学生的创新能力和创新技能得到了进一步的提升。

提升层课程“基于AI控制的机器人设计”是人工智能技术与创新教育融合的体现。课程开设在工科专业二年级或三年级，以普及人工智能方面的远程网络控制、自动驾驶控制技术为主，同时学生也可以结合前期设计的机器人小车作品，从功能和控制上得到进一步的改进和完善，从而使学生的创新技能不断加强，创新精神得以持续发展。

综上所述，基于机器人为载体的创新教育课程体系以机器人（智能小车）作品的外形（结构）、程序控制、电子电路设计和人工智能控制四大模块的设计为核心，以最终形成学生自主创新实践能力为目的，搭建了相应的实践开发平台作为课程开展的支撑。每一个课程即为一个模块，既可以作为零基础的同学普及化入门课程，也可以作为交叉学科的专创融合课程，四个模块环环相扣，以一种循序渐进并相互融合的模式展开，使学生在学习的过程中培养对设计方式以及创造性思维能力的培养。

（二）中观层：设计“开放-自主-包容”的创新思维典型训练项目

中观层的课程单元体现一个独立、完整的工作过程。黄埔职校创新教育的课程团队与企业联合开发，四门创新教育课程分别选取了若干个经典的、具有代表性的企业项目实际案例，以机器人小车的设计为载体，以“低成本、趣味性、创新性”为原则，将企业项目的实际工作过程演绎成具备“开放-自主-包容”的创新思维典型训练项目，旨在培养学生创新思维与创新能力。

如图1所示为黄埔职校创新教育校本课程的课程单元结构，课程项目的开发采用了工程项目中常用的设计案例，在外形结构设计上选取了轮式机器人（三轮、四轮）、足（腿）式机器人的设计案例;在功能上选取了常见的红外循迹、超声波避障、遙控和无人驾驶四种功能;在控制方式上采用了Arduino、AI两种控制方式。

课程以小型智能机器人的整车设计和控制为载体，体现了“开放、自主、包容”的特征，其中“开放”是指软、硬件的开放，如开源平台Arduino、3D打印技术等软件平台，以及可以在淘宝上和五金店轻易购买到的小配件;“自主”是指学生在整个设计过程中都是在设计属于自己的作品，从设计外形结构起，学生利用三维软件或者3D打印技术时就开始构思自己作品的功能和外形，不同的功能需要不同的硬件支撑，设计外形时就需要充分考虑硬件大小、位置摆放是否合理、如何才能充分地利用空间等问题，在这个过程中，学生会发挥更多的主观能动性，以便“创造”出属于自己的“独一无二”的作品。“包容”指的是基于课程载体的开放性和自主性，允许学生对自己的作品在外形、功能以及控制方式上充分发挥自己的想象力，外形可以是各种形状的，控制方式的编程也有多种编程思路，根据作品的外形可以随意设计电路。

每一门课程的实施，学生都围绕“机器人小车的设计”这个典型工作项目多次重复同样的工作过程，在知识和技能的比较、迁移和内化过程中既学会思考，又学会创新，有效提升了学生的可持续发展能力。这种创新，不仅是指产生创意的想法，而且可能是创新技能、创新解决问题的方法。

（三）微观层：构建基于“四阶段”的线上线下混合式教学

黄埔职校创新教育课程体系将企业真实项目引入到课程中，以学生实践操作、自主创新发挥为特色，采用分阶段、分层次及课内外结合的开放式教学模式，由相关学科的教师进行多学科联合指导。课程的教学环节设计引用了国内学者傅骞提出的“SCS 创客教学法”，提炼出了以“四阶段”为主线的教学法，分别是：知识储备阶段、作品模仿阶段、自主创新阶段、分享交流阶段。

以“四阶段”为主线的教学法采用了线上线下相结合的混合式教学，每一个课程单元结构的项目设计以学生个人为单位，经历以上四个阶段，通过教学引导，学生自主探究，最终学生完成项目，提交作品。在教学中可采用任务驱动法、项目教学法、案例教学法、问题引领教学法等行动导向的教学方法，引导学生经历从“简单任务-扩展任务-协同任务”的完成过程，不断激发学生的创新意识，形成创新思维能力。

知识储备阶段通过创设情境引入，提出简单的设计任务，激发学生的学习兴趣，学会必要的知识和技能。作品模仿阶段侧重于学生知识技能的强化和提炼，为激发创新性作品作好铺垫，通过模仿制作环节，为零基础的学生提供入门指导，在积累创新知识和技能的同时，激发创新想法。自主创新阶段是学生创意的产生及实现的最主要阶段，要求学生通过发挥空间想象力，充分运用专业理论知识与实操技能，思考并解决在设计及实践中遇到的各种问题，自始至终承担着项目的设计者、实施者、管理者、优化者等多重角色，从而使学生的创新思维、动手能力、解决问题的能力均得到了提高，职业素养得到了大的提升。交流分享阶段是教学实施的最后一个阶段，目的在于通过总结评价，形成反馈，使学生思考作品的改进，以形成持续的创新精神。

三、中职创新教育校本课程的实践成效

黄埔职校创新教育校本课程自2018年3月开始面向机电、数控专业开设，引起了学生极大的兴趣，师生对课程的满意度较高。随着课程的不断完善，后期逐渐扩大为面向智能制造专业群和汽车专业群，学生作品的成功率也逐渐从70%上升到95%，课程由课堂延伸到了课外。在课程团队的带领下，每一门课程在实施的过程中师生均开发出了具有创新价值的作品，动态展示了一批具有工程应用价值的课程作品，提升了学生的学习兴趣和成就感，甚至实现师研生随、师导生创、师生共创，创造出一批可面向市场销售的创新产品、教学用具。同时，课程建设对于专业群的建设也起到了推动作用，其成效主要体现在以下两方面。

（一）推动了专业群的课程体系改革，提升了人才培养质量

基于工作过程系统化的开发思路解构了中职工科类专业原本分散独立的、以存储知识为主的学科体系结构，使创新教育课程体系重构成了以应用知识为主的工作过程结构，推动了专业群的课程体系改革。而以机器人小车的设计与控制的教学载体则融合了机械技术、电子技术、控制技术、传感器技术、信息技术、人工智能等多门学科的先进技术，使跨专业的各交叉学科有序融合，实现了知识与技能的整合，使专业群的人才培养方向由“单一型”向 “复合型”“创新型”转变。

（二）促进了共享师资培养，带动了共享实践平台的建设

基于课程本身是一门跨学科融合的课程，课程团队包括了来自机电、数控、工业机器人和汽车四个专业的专业教师及企业工程师。借助课程建设的桥梁，专业群将不同专业、交叉学科的教师队伍整合在一起，打造了一批具备跨界、跨专业能力的教师队伍，有力地促进了专业群共享师资的建设。同时，以易用性、开源性和扩展性为原则建设的多间创新实训室及教学资源平台，搭建了一个共享、开放的创新教育实践平台，给予学生更大的自主学习空间。

實践证明，创新教育校本课程的建设，以点带面，促进了专业群基于学科体系课程向行动体系课程转变的课程改革，推动了共享实践平台的建设，打造了一批高质量的共享师资队伍，提升了人才培养质量，有力地带动了智能制造专业群和汽车专业群的整体建设。

四、延伸

在当前“双高计划”的大背景下，专业群的课程建设是职业教育提升人才培养质量的重要载体，创新教育校本课程的建构，促进了专业群内涵建设，凸显了校本课程特色，但是如何更好地落实课程的延续性，将其与专业群的其他课程统整，发挥课程合力，提升育人效果，仍任重而道远。

[基金项目：广东省教育科研“十三五”规划2019年度教育科研一般项目课题“AI背景下中职汽车专业群人才培养的研究”（课题批准号2019YQJK048）;广州市黄埔区教育科学“十三五”规划2019年面上一般课题（编号2019017）“基于创新能力培养的中职机器人电子设计校本课程开发研究”的研究成果之一。]

责任编辑 朱守锂