創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入專業(yè)教育的實踐探索

劉倩婧

摘 ?要：以《組合創(chuàng)新在工業(yè)機器人設(shè)計中的應(yīng)用》為例，實踐和探索創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育如何真正的融入專業(yè)教育中，為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入裝備制造類專業(yè)課程提供可借鑒可復(fù)制的實施路徑。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育;專業(yè)教育;組合創(chuàng)新

中圖分類號：G640 ? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2020）21-0041-03

Abstract： Taking The Application of Combined Innovation in Industrial Robot Design as an example， practice and explore how innovation and entrepreneurship education can be truly integrated into professional education， and provide a copyable and replicable implementation path for the integration of innovation and entrepreneurship education into equipment manufacturing professional courses.

Keywords： innovation and entrepreneurship education; professional education; combinatorial innovation

一、概述

2018年9月18日，國發(fā)[2018]32號的《國務(wù)院關(guān)于推動創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，打造“雙創(chuàng)”升級版的意見》文件中提出，要推動創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，把創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育和實踐課程納入高校必修課體系。作為專業(yè)教師，如何真正的落實創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入專業(yè)教育（以下稱“專創(chuàng)融合”），推動創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與專業(yè)教育緊密結(jié)合迫在眉睫[1]。

二、“專創(chuàng)融合”的涵義

創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育是當(dāng)前國內(nèi)外高等教育的一種發(fā)展趨勢。因此，高等教育過程中應(yīng)該更多地融合對創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐的應(yīng)用，對創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才的培養(yǎng)[2]?？萍紕?chuàng)新是創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的靈魂，而專業(yè)教育則是科技創(chuàng)新的不竭動力源泉。“專創(chuàng)融合”不僅僅只是簡單的將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入到專業(yè)教育之中，同時也促進了專業(yè)教育的創(chuàng)新化設(shè)計?！皩?chuàng)融合”的課程設(shè)計中除了專業(yè)課程的知識點、技能點之外，還融入了創(chuàng)新思維訓(xùn)練任務(wù)、創(chuàng)新能力的訓(xùn)練點，這些都能促進專業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容進行有機的整合。通過“專創(chuàng)融合”的實踐和探索，能夠發(fā)揮創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育課堂主渠道作用，促使大學(xué)生明確人生發(fā)展方向，實現(xiàn)人才培養(yǎng)質(zhì)量的提升。

三、“專創(chuàng)融合”的具體實踐

更新教育思想、轉(zhuǎn)變教育觀念、創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，在“立德樹人”的思想指導(dǎo)下，加強培養(yǎng)學(xué)生的獨立思維能力、思辨能力、創(chuàng)新能力、創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)是高等教育的緊迫任務(wù)。這就要求專業(yè)教師就應(yīng)該具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的思維，能夠在教學(xué)設(shè)計時有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入專業(yè)教育的設(shè)計元素。以《組合創(chuàng)新在工業(yè)機器人設(shè)計中的應(yīng)用》的教學(xué)設(shè)計為例介紹創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入專業(yè)教育的實踐與探索。

（一）創(chuàng)設(shè)情境——加入痛點分析

在沖床設(shè)計中加入痛點分析引入教學(xué)情境。痛點分析是商科教學(xué)中經(jīng)常使用的方法，把它引入到工科的機械設(shè)計專業(yè)課程教學(xué)中。沖床的連續(xù)沖壓動作極易對操作者造成傷害，在沖床設(shè)計的同時需配套設(shè)計一個工業(yè)機器人來完成給沖床傳遞工件，這種組合配套式的機構(gòu)設(shè)計是非常有必要的。

隨著機械化、自動化技術(shù)的高速發(fā)展，工業(yè)機器人在生產(chǎn)裝配線、焊接、噴漆、裝卸等中的應(yīng)用越來越廣泛。在傳統(tǒng)專業(yè)課程的教學(xué)設(shè)計中，工業(yè)機器人運動學(xué)研究主要是兩大內(nèi)容的研究：第一個大的方面是正向運動學(xué)問題，即給定一組運動副參數(shù)來確定末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài);第二個大的方面是反向運動學(xué)問題，即給定末端執(zhí)行器的一個位置和狀態(tài)來確定工業(yè)機器人的一組參數(shù)，通過設(shè)計和編程使末端執(zhí)行器能夠達到這一給定的位置和姿態(tài)。很明顯，這個項目是第二個方面，即反向運動學(xué)問題。需要設(shè)計一個工業(yè)機器人去配合沖床，完成傳遞工件的任務(wù)。

為了避免傳統(tǒng)方法復(fù)雜的非線性方程組的求解，課程設(shè)計采用CAD/CAE軟件，通過其三維造型、虛擬裝配、運動分析，利用函數(shù)形式給出每個運動副的運動參數(shù)，使工業(yè)機器人準(zhǔn)確地完成送料→沖壓→返回的連續(xù)工作過程，根據(jù)沖床的時間節(jié)點進行編程設(shè)計，并得到末端執(zhí)行器的位置、速度和加速度曲線。

（二）創(chuàng)新思維——引入組合創(chuàng)新

我們的日常生活中充滿了各種組合：通過對各種家具結(jié)構(gòu)上的改進形成組合家具，比如沙發(fā)床;瑞士軍刀是多種小刀具的組合;褲子和襪子組合成為連褲襪;雞尾酒則是將不同顏色、不同比重、不同口味的酒，按照一定的方式組合在一起成為味道各異的新品種……通過這些我們看到了組合創(chuàng)新的魅力。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，在技術(shù)開發(fā)中，組合型成果已占發(fā)明的60%-70%。這種通過將已有的技術(shù)、原理、形式、材料等要素按一定的科學(xué)規(guī)律和藝術(shù)形式有效組合在一起，使之產(chǎn)生新的效用的方法就成為組合創(chuàng)新法。

比如，諾貝爾生理學(xué)醫(yī)學(xué)獎獲得者豪斯費爾德發(fā)明的CT掃描儀，是通過把X射線照相裝置同計算機結(jié)合在一起組成的。這兩項技術(shù)本身都是成熟的技術(shù)，并無什么原理上的突破。但合成一體后，便可診斷出腦內(nèi)疾病及體內(nèi)癌變，這一特殊功能是原來單獨使用兩項技術(shù)時所沒有的，因而是一項重大發(fā)明。這樣，雖然所使用的技術(shù)都是已經(jīng)存在的，但是組合之后能夠?qū)崿F(xiàn)的功能卻是不存在的，因此產(chǎn)生了1+1>2的效果。常見的組合創(chuàng)新分為同類組合創(chuàng)新與異類組合創(chuàng)新兩種。

1. 同類組合創(chuàng)新

同類組合創(chuàng)新就像“搭積木”一樣把若干同類型的實物組合在一起，這樣同類型產(chǎn)品既能保留自身的功能和外形特征，又?jǐn)U大的使用范圍提升了產(chǎn)品價值。

最簡單的同類組合如將兩支筆或兩塊手表裝在一個精巧的禮品盒中，便成了象征友情或愛情的“對筆”“對表”。圖3中的同類組合創(chuàng)新案例中的“她”的存錢罐——雖然他仍然可以把錢存到“他的存錢罐”，但終究還是會落進“她的存錢罐”，這樣增加了存錢罐容積的同時更賦予產(chǎn)品更多的設(shè)計感。同樣，圖3中的相同規(guī)格不同高度的籃板也滿足了不同用戶的需求。

2. 異類組合創(chuàng)新

為了滿足人們生活中的多種需求，經(jīng)常也會把這些需求的功能組合在一起形成新的產(chǎn)品，這樣就產(chǎn)生了異類組合創(chuàng)新。異類組合創(chuàng)新主要就是將已有產(chǎn)品的功能做加法、體形做減法，這樣獲得的創(chuàng)新產(chǎn)品極大的方便了人們的使用。比如在數(shù)控加工中常用的加工中心組合刀具庫就是基于這樣的組合方式建成的，加工過程中通過指令，可以自動更換不同的刀具來完成工件加工不同的工序。圖4異類組合創(chuàng)新案例中的“可載童車的自行車”可以讓媽媽們騎車帶著寶寶變得更安全，車斗卸下后還能變成普通的嬰兒車。另外，“組合式房車”也極大的方便了駕駛者的出行和居住。

（三）教學(xué)設(shè)計——做到“專創(chuàng)融合”

本項目的教學(xué)任務(wù)是進行配合機構(gòu)的設(shè)計，通過沖床與工業(yè)機器人的配套設(shè)計掌握曲柄滑塊機構(gòu)、空間四桿機構(gòu)的設(shè)計要點，運用旋轉(zhuǎn)副、移動副以及函數(shù)設(shè)置來完成沖床與工業(yè)機器人的組合。教學(xué)過程中兩次比較大的組合是：沖床自身的組合裝配、沖床與工業(yè)機器人之間的配合。

1. 教學(xué)策略

任務(wù)設(shè)計為進階型的任務(wù)，零件造型→虛擬裝配→組合型運動仿真，過程中會加強學(xué)生三維與二維的轉(zhuǎn)換能力訓(xùn)練，將三維表達和二維表達捆綁進行實訓(xùn)。

教學(xué)內(nèi)容上主要引入使用函數(shù)設(shè)置運動副的內(nèi)容，進行沖床和工業(yè)機器人的聯(lián)動設(shè)計。

教學(xué)方法主要將采用啟發(fā)式教學(xué)法、探究式教學(xué)法、案例教學(xué)法等多種教學(xué)方法。

2. 教學(xué)目標(biāo)設(shè)計

掌握組合創(chuàng)新的分類和典型案例。

通過功能分析和虛擬裝配，能夠設(shè)計出聯(lián)動完成送料、沖壓、返回的動作要求的工業(yè)機器人和沖床。

3. 教學(xué)重難點確定

教學(xué)重點：組合創(chuàng)新方法。

教學(xué)難點：工業(yè)機器人的設(shè)計與裝配。

4. 教學(xué)方法和步驟

任務(wù)驅(qū)動法學(xué)習(xí)新知識。任務(wù)引出問題、問題驅(qū)動學(xué)習(xí)，在完成任務(wù)的同時引入組合創(chuàng)新的概念、打破思維定勢。

利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺中系列微課、動畫資源、虛擬仿真平臺，完成工業(yè)機器人+沖床的配合設(shè)計。

增加參考學(xué)術(shù)文獻和電子書來提升學(xué)生對聯(lián)動設(shè)計機構(gòu)的學(xué)習(xí)深度和應(yīng)用廣度，對新技術(shù)新知識有較深層次的了解。

5. 教學(xué)設(shè)計反思

在整個項目的設(shè)計過程中，由沖壓機床的連續(xù)沖壓動作對操作者極易造成傷害引出設(shè)計需求，再根據(jù)沖床運動的時間節(jié)點推導(dǎo)出工業(yè)機器人的時間節(jié)點，最后實現(xiàn)工業(yè)機器人給沖床傳遞工件的組合式機構(gòu)。利用任務(wù)驅(qū)動學(xué)習(xí)，利用沖床的設(shè)計裝配熟知曲柄滑塊機構(gòu)、利用工業(yè)機器人的設(shè)計裝配熟知空間四桿機構(gòu)、利用工業(yè)機器人的控制熟知運動副和編程函數(shù)、最后實現(xiàn)兩種機構(gòu)的無縫配合。在項目實施的過程中，多次運用了組合創(chuàng)新的原理，能夠讓學(xué)生們在完成任務(wù)的同時深刻認識到創(chuàng)新思維在機械產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用。

四、結(jié)束語

創(chuàng)新是一個民族進步的靈魂，是國家興旺發(fā)達的不竭動力。一個國家的創(chuàng)新能力，決定了它在國際競爭和世界總格局中的地位。實踐和探索“專創(chuàng)融合”已經(jīng)成為專業(yè)教師不容忽視的課題，尤其是裝備制造類專業(yè)承載了新產(chǎn)品“中國智造”的任務(wù)，更要將“專創(chuàng)融合”做好做實。

另外，高水平的雙創(chuàng)成果源于高水平的專業(yè)技術(shù)和人才積淀，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育只有融入專業(yè)教育中才能為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)提供不竭的源泉。這個過程不是將商科中的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程簡單地復(fù)制給工科專業(yè)學(xué)生，而是工科教師要在專業(yè)課程中滲透創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的知識和進行相應(yīng)創(chuàng)新能力點的訓(xùn)練，實現(xiàn)專業(yè)教育與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的有效融合。

參考文獻：

[1]陳燁，賈文勝，鄭永進.高職院校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育：理性反思與模式構(gòu)建[J].高等工程教育研究，2018（2）：170-175.

[2]王莉，趙玉穎.高校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育面臨的問題及實施路徑分析[J].經(jīng)濟師，2018（10）：222-226.