機器人工程專業(yè)課程思政元素融入探索*

王澤瑩

（上海理工大學(xué)機械工程學(xué)院，上海 200093）

《“十四五”機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》指出，機器人被譽為“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”，其研發(fā)、制造、應(yīng)用是衡量一個國家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標(biāo)志[1]。機器人工程專業(yè)是一個多學(xué)科交叉的專業(yè)，要求學(xué)生具有較強的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)、編程能力以及實踐動手能力。如何培養(yǎng)具有良好工程思維、靈活創(chuàng)新能力、實踐動手能力的專業(yè)型人才，是需要探討與研究的問題[2]。在專業(yè)課的教學(xué)中，應(yīng)著重考慮知識傳授、實踐培養(yǎng)與國家急需人才的匹配性，開展以實踐為中心的課程教學(xué)，在此過程中融入愛國主義教育、辯證唯物主義思想、職業(yè)素養(yǎng)教育等，加強對學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。在理論課程中，從實際項目出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生思考問題本質(zhì)；在實訓(xùn)課中，以學(xué)生實踐為中心，充分鍛煉學(xué)生解決實際問題的能力[3]。

1 理論教學(xué)課堂

通過探索教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容，大多數(shù)機器人專業(yè)課程的教學(xué)可采用模塊化的“案例導(dǎo)入—理論講解—應(yīng)用分析”教學(xué)結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生從實際出發(fā)，明確理論教學(xué)和學(xué)習(xí)目標(biāo)對應(yīng)的應(yīng)用環(huán)節(jié)[4]。經(jīng)過理論學(xué)習(xí)后學(xué)以致用，才能回歸問題本質(zhì)。在教學(xué)過程中，應(yīng)根據(jù)思政元素的融入情況，基于案例教學(xué)法、啟發(fā)式教學(xué)法和翻轉(zhuǎn)課堂法等方法，探索創(chuàng)新性教學(xué)模式。

1.1 感性認(rèn)知下的案例代入

在課程開始或章節(jié)知識講解開始前，通常需要引導(dǎo)環(huán)節(jié)。生動形象的案例描述能讓學(xué)生更有效地代入思維，潤物細(xì)無聲地吸收歸納所傳達(dá)的思想。

1.1.1 以史為鑒

機械發(fā)展史、機器人發(fā)展史、電機發(fā)展史、制造業(yè)發(fā)展史等也是機器人工程專業(yè)中的重要課程內(nèi)容。核心課程的緒論可以發(fā)展史為引，并融入后續(xù)課程中涉及的部分內(nèi)容。在講述發(fā)展史的過程中，學(xué)生可了解機電行業(yè)中的故事，感受科學(xué)家與工程師艱辛奮斗的工作態(tài)度，代入體會不畏艱難的精神[5]。在講述相應(yīng)故事時，通過融入思政教育，可幫助學(xué)生增加探索的勇氣，提高奮斗的決心。

在課堂故事敘述中，引導(dǎo)學(xué)生樂觀看待設(shè)計難題，不畏艱險、勇于創(chuàng)新，樹立學(xué)生的工匠精神。采用情景構(gòu)建法，播放事件視頻資料或歷史故事動畫視頻，令同學(xué)深入情境，感受從無到有的設(shè)計艱辛，感染學(xué)生思想，增強對學(xué)生的自信、樂觀、勇氣等個性品質(zhì)的塑造，強化思政教育。

1.1.2 民族為重

我國的基建工程從曾經(jīng)的技術(shù)空白到獨立自主發(fā)展，從技術(shù)的跟隨者發(fā)展成為領(lǐng)跑者，中國標(biāo)準(zhǔn)逐漸成為世界標(biāo)準(zhǔn)。我國的制造業(yè)正大步向前，多種制造技術(shù)處于行業(yè)領(lǐng)先地位，這些技術(shù)的發(fā)展也有力保障了我國的國防建設(shè)。制造業(yè)的發(fā)展伴隨著機械與電子等各類技術(shù)的進步與更新，是知識體系的具體外在表現(xiàn)，其中蘊含多樣顯性思政元素[6]。

案例可從全局到局部挖掘，從大項目、大事件出發(fā)，挖掘與當(dāng)前所在省市、學(xué)校有關(guān)聯(lián)的故事，令學(xué)生可更好代入情境，促進感性共情與思考。通過對相關(guān)技術(shù)發(fā)展與現(xiàn)狀的描述，使學(xué)生在了解課程框架與應(yīng)用的同時，提高大學(xué)生的自我認(rèn)同感、民族自豪感、文化自信力；通過對國防建設(shè)的講述，加強學(xué)生對國防科技的重視，激發(fā)學(xué)生的愛國情懷和凝聚力，激勵學(xué)生勇?lián)鷷r代使命[5]。

1.1.3 榜樣引領(lǐng)

在技術(shù)發(fā)展的道路上涌現(xiàn)出一大批杰出人物，他們?yōu)槲覈I(yè)發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)。各高校的眾多優(yōu)秀校友也已成為獨當(dāng)一面的領(lǐng)域技術(shù)專家，為祖國作出重大貢獻(xiàn)，這些典型事跡是課程思政的絕佳元素。依托典型人物事跡，挖掘并整合忠于職守、專注奉獻(xiàn)、精益求精、追求完美、勇于創(chuàng)新品質(zhì)等思政元素，利用榜樣精神激勵學(xué)生做大國工匠的傳承者，令學(xué)生萌發(fā)奮勇向上的激情與動力，掀起立志成為領(lǐng)域杰出專家的熱潮[7]。

將先進集體和個人事跡融入課堂教學(xué)中，將其解決的難題與相應(yīng)的學(xué)科知識相融合，拓展了學(xué)生的知識框架結(jié)構(gòu)，加深了其對專業(yè)知識的認(rèn)識，提高了學(xué)生的問題剖析與解決技能。在優(yōu)秀事跡中，滲透樂于奉獻(xiàn)、堅守本職的科學(xué)精神以及敬業(yè)精神與團隊精神，樹立工程學(xué)科典范，為枯燥的理論教學(xué)注入活力。

1.2 理性學(xué)習(xí)下的辯證分析

1.2.1 知識講授

現(xiàn)代制造系統(tǒng)發(fā)展的趨勢多為高精度、集成化、小型化等，同時注重系統(tǒng)的安全性與可靠性，而這些外顯特征均為多個部件、多重因素的耦合作用，內(nèi)含多種事物發(fā)展規(guī)律，具有豐富的思政元素可以挖掘。

1）誤差與精度之間的對立關(guān)系：在機械設(shè)計中，誤差通常會導(dǎo)致“失之毫厘，謬以千里”的結(jié)果。在對精度要求嚴(yán)苛的層面上，培養(yǎng)學(xué)生一絲不茍的學(xué)術(shù)態(tài)度。唯有秉承細(xì)微嚴(yán)謹(jǐn)與實事求是的態(tài)度，才能在未來科研與工程中取得杰出的成績。

2）精度與成本之間的辯證關(guān)系：零件的精度通常并不是越高越好，對精度的過高要求會令成本急劇增加。從加工精度與制造成本的相互關(guān)系出發(fā)，提高學(xué)生在工業(yè)設(shè)計時的精度-成本概念，培養(yǎng)學(xué)生抓住問題主要矛盾并及時解決問題的能力。

3）個體與整體之間的包含關(guān)系：系統(tǒng)均由多個模塊組成，而每個模塊又由更小的部件組成。單個部件難以實現(xiàn)具有實際意義的功能，唯有各部件相互配合，并達(dá)到特定標(biāo)準(zhǔn)，才能實現(xiàn)系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的共同目標(biāo)[8]。在現(xiàn)代社會的高速發(fā)展中，個人、集體與社會難以各自分離，因此需要樹立大局意識，培養(yǎng)協(xié)作服務(wù)精神。個人需要探索潛力、提升自我，而在集體中應(yīng)凝聚力量、團結(jié)統(tǒng)一、默契配合。這些無論是在學(xué)習(xí)生活中還是未來工作中，對學(xué)生發(fā)展都具有重要的作用。

1.2.2 應(yīng)用分析

對于面向工程實踐培養(yǎng)的目標(biāo)，課程中需要結(jié)合實際項目案例介紹具體應(yīng)用并分析問題的發(fā)現(xiàn)與解決。先進技術(shù)在迭代的過程中離不開問題的發(fā)現(xiàn)與改進，在講解知識時，可以前一代技術(shù)為例引入講解，通過對老技術(shù)的抽絲剝繭發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵問題所在，進而引導(dǎo)學(xué)生思考解決問題的方案，進而導(dǎo)入當(dāng)前現(xiàn)有新方法的解決方案，同時體驗先進技術(shù)的蓬勃發(fā)展。通過問題的發(fā)現(xiàn)與解決，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新型工程思維。通過對先進技術(shù)結(jié)合理論知識的解析，激發(fā)學(xué)生對學(xué)術(shù)研究和機器人領(lǐng)域前沿技術(shù)的興趣，鼓勵學(xué)生掌握扎實的基礎(chǔ)理論，激勵其主觀能動性和積極進取精神。

在宏觀上，通過對典型項目的整體介紹與重點細(xì)節(jié)描述，考核學(xué)生辯證地認(rèn)識、分析和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的宏觀描述能力與系統(tǒng)性理解能力。在細(xì)節(jié)上，引入零部件的性能要求、具體應(yīng)用場景以及故障現(xiàn)象場景，培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力。

1.2.3 研討互動

為了能生動形象地展示豐富的教學(xué)素材和案例，多數(shù)機器人專業(yè)課程采用多媒體教學(xué)形式。在師生互動層面，倡導(dǎo)教師在教學(xué)過程中引導(dǎo)式地精講，促進學(xué)生思考式理解而非死記硬背[9]。課堂中多采用啟發(fā)式研討，即教師首先提出問題，然后引導(dǎo)學(xué)生逐層解析問題，思考如何解決，并對學(xué)生所提方案加以修正、補充、總結(jié)，最終介紹最優(yōu)設(shè)計方案。通過該過程，鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解析問題、解決問題的能力，深入掌握從理論到實踐的實際過程，培養(yǎng)工程思維。

為使教與學(xué)有機結(jié)合，形成良好的互動氣氛，教師在授課時可以隨機請學(xué)生在課堂中回答問題，并讓另一位學(xué)生對回答進行評判。這種方法能夠調(diào)節(jié)課堂氛圍，利于集中學(xué)生的學(xué)習(xí)注意力，促進學(xué)生對課堂知識的消化吸收，加深理解。這種模式雖然沒有直接引入思政的實際知識，但能潛移默化地鍛煉學(xué)生的分析判斷力、決策能力和表達(dá)的勇氣，實現(xiàn)思政潤物細(xì)無聲融入教學(xué)這一初衷。

在教學(xué)方法上，采用“翻轉(zhuǎn)課堂+融合課堂”的模式可令學(xué)生更有效深入掌握知識與技能[10]。通過設(shè)置知識點關(guān)鍵詞的方法，要求學(xué)生分組檢索相關(guān)素材并形成報告，同時上傳到線上平臺，通過討論投票推薦優(yōu)秀組在課堂上進行講解。這種競爭機制與學(xué)生翻轉(zhuǎn)講解的方式能直接提高學(xué)生的課程參與度，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注行業(yè)發(fā)展，提高學(xué)生的檢索與分析能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生的語言表達(dá)能力。

2 課程實驗與工程實踐課堂

課程實驗是連接理論知識與實踐應(yīng)用的橋梁，是促進培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)造性思維模式的有效手段。實訓(xùn)課程的設(shè)置具備理論教育與應(yīng)用型教育融合的性質(zhì)，其核心是培養(yǎng)學(xué)生以應(yīng)用為驅(qū)動的創(chuàng)新能力和解決實際問題的實踐能力[11]。根據(jù)學(xué)生掌握知識的思維模式，在合適環(huán)節(jié)融入與課程相關(guān)的思政元素，鼓勵學(xué)生以教學(xué)資源為載體，提升應(yīng)用能力與綜合素質(zhì)。

2.1 實踐準(zhǔn)備

機器人工程專業(yè)的實訓(xùn)課程主要分為機械操作與電學(xué)操作兩大類，均具有較強的實踐性，對學(xué)生提出高安全性、高協(xié)作性、高動手性要求。安全性是生產(chǎn)制造中不斷強調(diào)的重點，在實踐環(huán)節(jié)中需要重點反復(fù)強調(diào)安全操作，培養(yǎng)學(xué)生以人為本、安全發(fā)展的工程理念，培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真負(fù)責(zé)、踏實敬業(yè)的工作態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范化操作的良好習(xí)慣。合作與分工是實訓(xùn)課的必要元素。實踐環(huán)節(jié)正式開始前，要求學(xué)生提前預(yù)習(xí)并劃分小組，組內(nèi)每位成員明確具體分工任務(wù)，統(tǒng)籌兼顧、逐步開展，提高學(xué)生的分析能力、綜合設(shè)計能力和工程實踐能力。

2.2 實踐過程

實驗過程以學(xué)生為主體開展，由學(xué)生收集并整理與實驗實訓(xùn)內(nèi)容的相關(guān)材料。在理解相關(guān)理論知識體系與學(xué)習(xí)要點的前提下，首先帶領(lǐng)學(xué)生熟悉實驗現(xiàn)場設(shè)備，熟悉理論中提到的系統(tǒng)、主體結(jié)構(gòu)及重要部件，培養(yǎng)學(xué)生的局部與整體配合的思維。具體實施方案是在教學(xué)過程中以“小組”為單位，以“小組”團隊的形式參與實驗實訓(xùn)教學(xué)。經(jīng)歷一次實驗實訓(xùn)內(nèi)容訓(xùn)練過程后，集中學(xué)生們的智慧，形成一個解決問題的“小組”團隊，并且培養(yǎng)學(xué)生之間友善、團結(jié)協(xié)作的精神。在這個過程中，頭腦風(fēng)暴和知識復(fù)盤是重要的方法。學(xué)生主動回顧理論與實驗實訓(xùn)知識，運用已掌握的知識分析與解決實際工作中遇到的問題。通過分組實操課培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力與職業(yè)技能，讓學(xué)生在項目實操中養(yǎng)成良好的設(shè)備操作習(xí)慣，逐步建立質(zhì)量為先、精益求精的意識，達(dá)到與思政課程“同向同行、協(xié)同育人”的目的。

在實驗實訓(xùn)過程中，學(xué)生難免遇到各種問題。對于共性的、方法上的問題，教師注意及時分析與總結(jié)，并給出有理有據(jù)且切實可行的解決方案。對于操作上、技術(shù)上的問題，優(yōu)先鼓勵學(xué)生組內(nèi)解決，組內(nèi)解決不了的可建立組間互幫機制，鼓勵組間問題排查互助，培養(yǎng)學(xué)生的團體合作意識，培養(yǎng)大局意識、協(xié)作意識與服務(wù)精神，同時發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。

3 結(jié)語

綜上所述，在課程建設(shè)中應(yīng)充分考慮理論課程與實踐課程的特性，抓住課程各部分內(nèi)容之間的內(nèi)在聯(lián)系，合理融入思政元素，充分培養(yǎng)學(xué)生的工程思維，挖掘工程潛力。踐行新工科背景下機器人工程專業(yè)的思政課程建設(shè)，將傳道授業(yè)與立德樹人相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的愛國情懷與工匠精神，激發(fā)其責(zé)任使命感。思政課程的有效構(gòu)建可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促進學(xué)生綜合素質(zhì)提升，培養(yǎng)具有工程創(chuàng)新意識、團隊合作精神的先進機器人工程技術(shù)人才。