中職工科創(chuàng)新教育校本課程的建構(gòu)探究

周清霞

一、問題的提出

在制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級中，智能制造技術(shù)人才標準呈現(xiàn)出“專業(yè)技能+信息技能+創(chuàng)新能力”的多元化特征。中職學校工科專業(yè)的畢業(yè)生是我國今后制造業(yè)的主力軍，如何培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的畢業(yè)生是中職學校面臨的重要任務(wù)。目前在中職學校的課程建設(shè)中主要面臨了以下兩個困難：一是中職機電類專業(yè)大多開設(shè)了機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、電子電路和程序設(shè)計等相關(guān)的專業(yè)課程，但各課程基本分散獨立，缺乏課程的整合與融合;二是在“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的大環(huán)境下，各種新技術(shù)、新方法、新工藝、新業(yè)態(tài)不斷涌現(xiàn)，中職課程新技術(shù)引進相對滯后，導致當下職業(yè)院校學生及教師展現(xiàn)眾多的創(chuàng)新想法，卻無法從現(xiàn)有的課堂中獲得足夠的技術(shù)支持予以實現(xiàn)。

基于工作過程系統(tǒng)化的課程開發(fā)思路借鑒了德國工作過程導向的“學習領(lǐng)域”課程模式，是目前工學結(jié)合的職業(yè)教育課程開發(fā)的主要模式之一，它存在兩個重要特征：一是提出了學科課程體系的“解構(gòu)”，并與工作過程“重構(gòu)”的思想，實現(xiàn)了課程的“跨界”，解決了相關(guān)分散獨立的課程難以融合的問題;二是課程來自職業(yè)實踐的工作過程，關(guān)注學生個體整體思維的工作過程，強調(diào)學生獨立思考、自主學習的能力，即創(chuàng)新精神和創(chuàng)造力。正如著名的職教專家姜大源教授指出，基于知識應(yīng)用的工作過程系統(tǒng)化的課程開發(fā)的理論和方法，為職業(yè)教育提供了一種改革和創(chuàng)新的課程指向。因此，基于工作過程系統(tǒng)化的開發(fā)思路既是職業(yè)教育課程開發(fā)的一種創(chuàng)新，同時也是中職學校創(chuàng)新教育的課程開發(fā)思路。

而Arduino作為一款可快速開發(fā)的開源電子原型平臺，其硬件為增強型單片機，簡單易操作，為中職工科類專業(yè)的創(chuàng)新教育課程開發(fā)提供了很好的資源平臺，人工智能則是一門最新的技術(shù)，兩者結(jié)合充分滿足了學生在課堂內(nèi)外的創(chuàng)新作品的技術(shù)實現(xiàn)。

二、中職創(chuàng)新教育校本課程的建構(gòu)

黃埔職業(yè)技術(shù)學校（下稱“黃埔職校”）創(chuàng)新教育校本課程的構(gòu)建，以開發(fā)小型智能機器人為教學載體，采取基于工作過程系統(tǒng)化的開發(fā)思路，目的在于尋求以機器人設(shè)計為工作載體的企業(yè)工作過程與教學過程系統(tǒng)化的紐帶，其實質(zhì)是結(jié)合智能裝備產(chǎn)業(yè)的崗位群的職業(yè)能力，解構(gòu)機器人相關(guān)的學科體系并在教學過程重構(gòu)行動體系的過程。課程開發(fā)包括了課程體系結(jié)構(gòu)（宏觀）、課程單元結(jié)構(gòu)（中觀）和課程教學結(jié)構(gòu)（微觀）三層結(jié)構(gòu)。

（一）宏觀層：構(gòu)建“普及層+融合層+拓展層”的進階式課程體系

黃埔職校創(chuàng)新教育校本課程的構(gòu)建符合黃埔區(qū)域機器人產(chǎn)業(yè)對人才需求的特點，該校開發(fā)團隊通過行業(yè)企業(yè)調(diào)研，與企業(yè)工程師深度合作，綜合校內(nèi)實訓資源和教學資源，開發(fā)了基于機器人為載體的進階式的創(chuàng)新教育課程體系。

該課程體系包括四個課程模塊，分別是“機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計” “基于Arduino的機器人程序設(shè)計”“基于Altium Designer的機器人電路設(shè)計”和“基于AI控制的機器人設(shè)計”。課程體系通過整合課程資源，結(jié)合3D打印機、雕刻機、數(shù)控機床等智能制造設(shè)備，使學生經(jīng)歷現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計制作的一般流程，即：總體方案設(shè)計→結(jié)構(gòu)設(shè)計→電子電路設(shè)計→控制軟件設(shè)計→實體搭建→調(diào)試完成→分享交流。

普及層次的創(chuàng)新教育課程“機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計”可在工科類專業(yè)的一年級新生開設(shè)，這是一門最基礎(chǔ)兼具有趣味性和創(chuàng)意性的課程，側(cè)重于機器人外形方面的設(shè)計與創(chuàng)新，對于零基礎(chǔ)的學生可弱化編程與電路，提供相應(yīng)的幫助，搭建腳手架，以使學生順利完成一臺機器人小車的外形設(shè)計并搭建成功，從而充分調(diào)動學生的參與課程的積極性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新認知能力。

融合層課程“基于Arduino的機器人程序設(shè)計”目前在機電大類專業(yè)的二年級試點，該課程融合了機電類專業(yè)基礎(chǔ)課，如電工電子的基本知識技能，利用Arduino開源平臺編程實現(xiàn)對常用外設(shè)的控制，彌補前期課程中編程不足的缺陷，提升學生的創(chuàng)新技能。

拓展層課程“基于AltuimDeigner的機器人電子電路設(shè)計”是一門利用AltuimDeigner電路設(shè)計軟件設(shè)計電子電路的課程，在三年級作為智能制造專業(yè)群的專業(yè)選修課開設(shè)，目的在于使學生重新設(shè)計并制作現(xiàn)有作品的電子電路板，從而實現(xiàn)一個機器人產(chǎn)品從里到外的完整DIY設(shè)計，達到了“人手一臺、結(jié)構(gòu)不同、功能不同、電路不同”的目的，學生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新技能得到了進一步的提升。

提升層課程“基于AI控制的機器人設(shè)計”是人工智能技術(shù)與創(chuàng)新教育融合的體現(xiàn)。課程開設(shè)在工科專業(yè)二年級或三年級，以普及人工智能方面的遠程網(wǎng)絡(luò)控制、自動駕駛控制技術(shù)為主，同時學生也可以結(jié)合前期設(shè)計的機器人小車作品，從功能和控制上得到進一步的改進和完善，從而使學生的創(chuàng)新技能不斷加強，創(chuàng)新精神得以持續(xù)發(fā)展。

綜上所述，基于機器人為載體的創(chuàng)新教育課程體系以機器人（智能小車）作品的外形（結(jié)構(gòu)）、程序控制、電子電路設(shè)計和人工智能控制四大模塊的設(shè)計為核心，以最終形成學生自主創(chuàng)新實踐能力為目的，搭建了相應(yīng)的實踐開發(fā)平臺作為課程開展的支撐。每一個課程即為一個模塊，既可以作為零基礎(chǔ)的同學普及化入門課程，也可以作為交叉學科的專創(chuàng)融合課程，四個模塊環(huán)環(huán)相扣，以一種循序漸進并相互融合的模式展開，使學生在學習的過程中培養(yǎng)對設(shè)計方式以及創(chuàng)造性思維能力的培養(yǎng)。

（二）中觀層：設(shè)計“開放-自主-包容”的創(chuàng)新思維典型訓練項目

中觀層的課程單元體現(xiàn)一個獨立、完整的工作過程。黃埔職校創(chuàng)新教育的課程團隊與企業(yè)聯(lián)合開發(fā)，四門創(chuàng)新教育課程分別選取了若干個經(jīng)典的、具有代表性的企業(yè)項目實際案例，以機器人小車的設(shè)計為載體，以“低成本、趣味性、創(chuàng)新性”為原則，將企業(yè)項目的實際工作過程演繹成具備“開放-自主-包容”的創(chuàng)新思維典型訓練項目，旨在培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力。

如圖1所示為黃埔職校創(chuàng)新教育校本課程的課程單元結(jié)構(gòu)，課程項目的開發(fā)采用了工程項目中常用的設(shè)計案例，在外形結(jié)構(gòu)設(shè)計上選取了輪式機器人（三輪、四輪）、足（腿）式機器人的設(shè)計案例;在功能上選取了常見的紅外循跡、超聲波避障、遙控和無人駕駛四種功能;在控制方式上采用了Arduino、AI兩種控制方式。

課程以小型智能機器人的整車設(shè)計和控制為載體，體現(xiàn)了“開放、自主、包容”的特征，其中“開放”是指軟、硬件的開放，如開源平臺Arduino、3D打印技術(shù)等軟件平臺，以及可以在淘寶上和五金店輕易購買到的小配件;“自主”是指學生在整個設(shè)計過程中都是在設(shè)計屬于自己的作品，從設(shè)計外形結(jié)構(gòu)起，學生利用三維軟件或者3D打印技術(shù)時就開始構(gòu)思自己作品的功能和外形，不同的功能需要不同的硬件支撐，設(shè)計外形時就需要充分考慮硬件大小、位置擺放是否合理、如何才能充分地利用空間等問題，在這個過程中，學生會發(fā)揮更多的主觀能動性，以便“創(chuàng)造”出屬于自己的“獨一無二”的作品?！鞍荨敝傅氖腔谡n程載體的開放性和自主性，允許學生對自己的作品在外形、功能以及控制方式上充分發(fā)揮自己的想象力，外形可以是各種形狀的，控制方式的編程也有多種編程思路，根據(jù)作品的外形可以隨意設(shè)計電路。

每一門課程的實施，學生都圍繞“機器人小車的設(shè)計”這個典型工作項目多次重復(fù)同樣的工作過程，在知識和技能的比較、遷移和內(nèi)化過程中既學會思考，又學會創(chuàng)新，有效提升了學生的可持續(xù)發(fā)展能力。這種創(chuàng)新，不僅是指產(chǎn)生創(chuàng)意的想法，而且可能是創(chuàng)新技能、創(chuàng)新解決問題的方法。

（三）微觀層：構(gòu)建基于“四階段”的線上線下混合式教學

黃埔職校創(chuàng)新教育課程體系將企業(yè)真實項目引入到課程中，以學生實踐操作、自主創(chuàng)新發(fā)揮為特色，采用分階段、分層次及課內(nèi)外結(jié)合的開放式教學模式，由相關(guān)學科的教師進行多學科聯(lián)合指導。課程的教學環(huán)節(jié)設(shè)計引用了國內(nèi)學者傅騫提出的“SCS 創(chuàng)客教學法”，提煉出了以“四階段”為主線的教學法，分別是：知識儲備階段、作品模仿階段、自主創(chuàng)新階段、分享交流階段。

以“四階段”為主線的教學法采用了線上線下相結(jié)合的混合式教學，每一個課程單元結(jié)構(gòu)的項目設(shè)計以學生個人為單位，經(jīng)歷以上四個階段，通過教學引導，學生自主探究，最終學生完成項目，提交作品。在教學中可采用任務(wù)驅(qū)動法、項目教學法、案例教學法、問題引領(lǐng)教學法等行動導向的教學方法，引導學生經(jīng)歷從“簡單任務(wù)-擴展任務(wù)-協(xié)同任務(wù)”的完成過程，不斷激發(fā)學生的創(chuàng)新意識，形成創(chuàng)新思維能力。

知識儲備階段通過創(chuàng)設(shè)情境引入，提出簡單的設(shè)計任務(wù)，激發(fā)學生的學習興趣，學會必要的知識和技能。作品模仿階段側(cè)重于學生知識技能的強化和提煉，為激發(fā)創(chuàng)新性作品作好鋪墊，通過模仿制作環(huán)節(jié)，為零基礎(chǔ)的學生提供入門指導，在積累創(chuàng)新知識和技能的同時，激發(fā)創(chuàng)新想法。自主創(chuàng)新階段是學生創(chuàng)意的產(chǎn)生及實現(xiàn)的最主要階段，要求學生通過發(fā)揮空間想象力，充分運用專業(yè)理論知識與實操技能，思考并解決在設(shè)計及實踐中遇到的各種問題，自始至終承擔著項目的設(shè)計者、實施者、管理者、優(yōu)化者等多重角色，從而使學生的創(chuàng)新思維、動手能力、解決問題的能力均得到了提高，職業(yè)素養(yǎng)得到了大的提升。交流分享階段是教學實施的最后一個階段，目的在于通過總結(jié)評價，形成反饋，使學生思考作品的改進，以形成持續(xù)的創(chuàng)新精神。

三、中職創(chuàng)新教育校本課程的實踐成效

黃埔職校創(chuàng)新教育校本課程自2018年3月開始面向機電、數(shù)控專業(yè)開設(shè)，引起了學生極大的興趣，師生對課程的滿意度較高。隨著課程的不斷完善，后期逐漸擴大為面向智能制造專業(yè)群和汽車專業(yè)群，學生作品的成功率也逐漸從70%上升到95%，課程由課堂延伸到了課外。在課程團隊的帶領(lǐng)下，每一門課程在實施的過程中師生均開發(fā)出了具有創(chuàng)新價值的作品，動態(tài)展示了一批具有工程應(yīng)用價值的課程作品，提升了學生的學習興趣和成就感，甚至實現(xiàn)師研生隨、師導生創(chuàng)、師生共創(chuàng)，創(chuàng)造出一批可面向市場銷售的創(chuàng)新產(chǎn)品、教學用具。同時，課程建設(shè)對于專業(yè)群的建設(shè)也起到了推動作用，其成效主要體現(xiàn)在以下兩方面。

（一）推動了專業(yè)群的課程體系改革，提升了人才培養(yǎng)質(zhì)量

基于工作過程系統(tǒng)化的開發(fā)思路解構(gòu)了中職工科類專業(yè)原本分散獨立的、以存儲知識為主的學科體系結(jié)構(gòu)，使創(chuàng)新教育課程體系重構(gòu)成了以應(yīng)用知識為主的工作過程結(jié)構(gòu)，推動了專業(yè)群的課程體系改革。而以機器人小車的設(shè)計與控制的教學載體則融合了機械技術(shù)、電子技術(shù)、控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、信息技術(shù)、人工智能等多門學科的先進技術(shù)，使跨專業(yè)的各交叉學科有序融合，實現(xiàn)了知識與技能的整合，使專業(yè)群的人才培養(yǎng)方向由“單一型”向 “復(fù)合型”“創(chuàng)新型”轉(zhuǎn)變。

（二）促進了共享師資培養(yǎng)，帶動了共享實踐平臺的建設(shè)

基于課程本身是一門跨學科融合的課程，課程團隊包括了來自機電、數(shù)控、工業(yè)機器人和汽車四個專業(yè)的專業(yè)教師及企業(yè)工程師。借助課程建設(shè)的橋梁，專業(yè)群將不同專業(yè)、交叉學科的教師隊伍整合在一起，打造了一批具備跨界、跨專業(yè)能力的教師隊伍，有力地促進了專業(yè)群共享師資的建設(shè)。同時，以易用性、開源性和擴展性為原則建設(shè)的多間創(chuàng)新實訓室及教學資源平臺，搭建了一個共享、開放的創(chuàng)新教育實踐平臺，給予學生更大的自主學習空間。

實踐證明，創(chuàng)新教育校本課程的建設(shè)，以點帶面，促進了專業(yè)群基于學科體系課程向行動體系課程轉(zhuǎn)變的課程改革，推動了共享實踐平臺的建設(shè)，打造了一批高質(zhì)量的共享師資隊伍，提升了人才培養(yǎng)質(zhì)量，有力地帶動了智能制造專業(yè)群和汽車專業(yè)群的整體建設(shè)。

四、延伸

在當前“雙高計劃”的大背景下，專業(yè)群的課程建設(shè)是職業(yè)教育提升人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要載體，創(chuàng)新教育校本課程的建構(gòu)，促進了專業(yè)群內(nèi)涵建設(shè)，凸顯了校本課程特色，但是如何更好地落實課程的延續(xù)性，將其與專業(yè)群的其他課程統(tǒng)整，發(fā)揮課程合力，提升育人效果，仍任重而道遠。

[基金項目：廣東省教育科研“十三五”規(guī)劃2019年度教育科研一般項目課題“AI背景下中職汽車專業(yè)群人才培養(yǎng)的研究”（課題批準號2019YQJK048）;廣州市黃埔區(qū)教育科學“十三五”規(guī)劃2019年面上一般課題（編號2019017）“基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的中職機器人電子設(shè)計校本課程開發(fā)研究”的研究成果之一。]

責任編輯 朱守鋰