工程实践创新项目智能鼠赛教互动人才培养

宋立红 高艺

【摘  要】智能鼠走迷宫是工程实践创新项目教学模式的载体，智能鼠研发设计制作过程充分锻炼了学生的“创新、创意、创造”精神。本文基于工程实践创新项目教学模式，以智能鼠教学和竞赛为例，提出了系统化人才培养策略模型，并结合具体的实践学习内容，展现其模型的实践操作。

【关键词】工程实践创新项目;智能鼠走迷宫大赛;人才培养

EPIP 是Engineering（工程）、Practice（实践）、Innovation（创新）、Project（项目）四个英文单词首写字母的缩写。EPIP的提出来源于人们创新实践的逻辑路径。所有的创新实践，都是人们首先了解、学习先前的工程项目，然后进行工程实践，在实践中观察、发现问题，最后应用技术技能创新性地解决工程实践问题。

EPIP工程教学模式是近年来国际工程教育改革的最新成果，是“做中学”（do and learning）和“基于项目教育和学习”（Project based education and learning）的集中概括和抽象表达。它以工程项目（包括产品、生产流程和系统）从研发到运行的生命周期为载体，让学生以主动、实践、课程之间有机联系的方式学习工程。它是一种先进的教育理念，代表了国际工程教育的发展方向，回答了现代工程师究竟需要具备哪些知识、能力和素养;工程教育又应当如何使学生具备这些知识、能力和素质的问题。

IEEE国际标准智能鼠走迷宫竞赛风靡全球40余年，采用国际电工电子学会统一标准。自创办以来，每年都会举办高水平的大赛，目前，这项竞赛在美国、英国、日本、韩国、新加坡、葡萄牙等国家颇为盛行。智能鼠走迷宫是EPIP教学模式的典型载体，智能鼠研发设计制作过程充分锻炼了学生的“创新、创意、创造”精神，鼓励学生有创造性思维、批判性思维和实践精神，激发学生创新的激情。

一、EPIP教学模式

EPIP教学模式是以实际工程为背景，以工程实践为导向，以能力培养为目标，以工程项目为统领的技术技能型人才培养模式。实施EPIP是从实际工程介绍开始，在工程背景下展开实践活动，再在工程实践基础上不断创新。

（一）EPIP与创新能力的培养

基于EPIP的教育模式，可以培养学生的好奇心、求知欲，帮助学生自主学习、独立思考，保护学生的探索精神，发展学生的创新思维。创新既是一个过程，也是一个结果。创新需要深厚的实践积累。

在创新型人才培养过程中，需要注意以下几点：

1.创新本身不可以培养，但是创新思维可以培养。

这就是“发现问题、分析问题、解决问题、总结问题”，从而培养“大胆联系、大胆改变、大胆附体、大胆变向、大胆反对”等多种思维方法。正如老子所讲“道生一，一生二，二生三，三生万物。”所谓“三生万物”，我们就可理解为创新。

2.创新是需要基础的。

人不能不会走而先会跑，任何事情都要有基础，创新也是一样。以目前火爆的共享单车为例，在自行车发明以前，是不可能有“共享单车”这个概念的，如果没有GPS定位技术和互联网技术，也不可能有共享单车，如果没有互联网经济的发展，共享单车就不会有大规模融资，更没有机会进行广泛推广。

3.创新的激情、创新的兴趣是需要培养的。

对大多数人而言，激情与兴趣都是短暂的，无法持久，无法坚持。只有不断地成功，不断地受到周围人的认可，不断地得到表扬与鼓励，才能把短暂的坚持转化为长久的坚持，才能集小胜为大胜。

4.创新教育是长期的、贯通的。

学生创新能力、实践能力和综合能力的培养是一个长期的、循序渐进的过程，不是一朝一夕就能达到的。因此，必须有意识地培养学生的创新实践意识、科学素养、工程素养以及团队合作意识，激发与保护学生的学习兴趣与探索意识，将学生的“要我学”转变为“我要学”，从而达到创造快乐的素质教育目的。

（二）EPIP教学模式实践

EPIP教学模式以实际工程项目为导引，需要建立一个从简单工程到复杂工程的教育环境和载体，锻炼学生的自主学习能力、分析能力和观察能力;以实践应用为导向，从实践中来，到实践中去，利用搭建的工程教育环境和载体，真题真做、真题重做、真题仿做，在实践中学习，在团队中学习;以创新能力培养为目标，通过工程项目让学生感兴趣，并自觉地、主动地观察、思考、探究工程项目，发挥学生主观能动性;以项目实践为统领，通过EPIP统领构建工程技术环境和载体，体验合作开发产品的“构想—设计—实施—操作”全过程，贯穿工程实践能力、沟通能力、管理能力、团队合作能力等工程思维和素养培养，进而培养学生的工程实践创新能力。在培养过程中，要将科学探究的四个过程——“发现问题、分析问题、解决问题、总结问题”贯穿始终。

在EPIP工程实践创新项目教学模式中，每个项目都按照单元方式，以问题导向、工程统领、实化教学、激活现有、过程评价、激活师生6个步骤进行，让学生体验教无定法、教而有道的先进教学模式。

二、智能鼠创新实践教学

（一）教学平台

智能鼠走迷宫竞赛作为实训教学和学生创新竞赛的媒介载体，在充分体现光机电结合、软硬件结合、控制与机械结合，演绎“工程”课程概念的同时，延伸和扩展了“创新”课程的理念，使得学生的学习内容和教师的授课方式都有了全新的内涵，真正着眼于综合素质的培养，创造快樂素质教育。智能鼠自成一个独立的系统，可以在迷宫中自动记忆路径、选择路径，它包含传感器、电机、核心电路等部分。

1.核心控制单元。

核心控制单元采用国际开源Arduino软硬件平台。CPU采用高性能、低功耗的AVR ATmega328P微控制器，内置蓝牙模块最大支持14路数字信号、6路模拟信号输出兼容PWM输出。Arduino对于初学者来说，极易掌握，同时有着足够的灵活性，不需要太多的单片机基础、编程基础。Arduino使开发者更关注创意与实现，能更快地完成自己的项目开发，大大节约了学习成本，缩短了开发周期。

2.人机交互单元。

人机交互单元控制模块集成了高品质无线蓝牙模块，通信距离最远可达10米，配套有TQD手机蓝牙APP，方便用户与设备之间进行数据传输。APP在线手机调试灵活快捷、精准有效。

3.电机驱动单元。

电机驱动单元采用升级版高品质钢齿轮N20减速电机和L298N驱动电路，采用PWM方式控制电机转速，从而实现电脑鼠的运动控制。

4.红外检测单元。

红外检测单元采用了反射式光电传感器。每个智能鼠共有5组红外线传感器，每组红外线传感器由红外线发射和红外线接收组成。正前方的传感器可以检测前方是否有障碍物，从而实现避障。左前端和右前端两个传感器可以用来检测迷宫通道的隔墙信息，起到校正车姿作用。左后端和右后端两个传感器用来检测当前迷宫位置是否有路口，是否可以进行转弯。

5.智能鼠专用测试场地。

为了让学生能更好地进行学习，我们在教学中还采用了专用的传感器测试场地。

（二）教学内容

通过完成智能鼠组装、电机调试、传感器调试、运动姿态调试、迷宫算法、智能鼠高级控制六个项目，最终完成项目并取得成果。智能鼠走迷宫竞赛的每个单元都按照项目单元编写方式，让教学者和学习者了解、体验工程实践创新的教学和学习方式，丰富学习者的工程实践知识、经验和技术应用，拓展学习者的专业视野，形成良好的职业素养，提升学习者的实践创新能力。

（三）教学成果

經过多年的努力，基于EPIP智能鼠赛教互动的人才培养模式，通过智能鼠走进课堂融入教学和相关竞赛的开展，得到了师生的广泛关注和认可。

天津市第一轻工业学校、天津市复兴中学携手天津启诚伟业科技有限公司，积极响应国家现代职业教育改革创新示范区建设的任务要求和号召，于2015年举办首届普职融通工程实践创新试点培训班，来自天津市红桥区、河北区所属中学的学生们认真聆听专家的讲解，并通过智能鼠教学平台深入理解普职融通工程实践创新项目。

2016年至2018年， 在天津市中等职业学校学生技能竞赛中连续三届设立普职融通EPIP国际挑战赛，其中智能鼠竞赛项目受到了众多中职学校和普通中学师生的关注。来自天津市仪表无线电工业学校、天津市复兴中学等参赛队，与来自鲁班工坊的英国、泰国选手同场竞技，充分发挥了学生们的创意、创新、创造能力，团结协作地完成了智能鼠竞赛。EPIP工程实践创新项目作为天津职业教育改革创新示范区优秀职教成果，走进课堂融入教学，以竞赛形式引领教育教学发展。

从2016年3月开始，工程实践创新项目作为国际知名品牌——鲁班工坊的核心教学模式，按照共商、共研、共建、共享、共赢的“五共”原则，伴随着“一带一路”的发展走出国门，在泰国、印度、印度尼西亚、巴基斯坦、柬埔寨、葡萄牙等国家，以智能鼠走迷宫竞赛平台作为通用教学平台，开展学历教育和职业培训，激发了当地职业院校的办学活力，为“一带一路”建设培养本土化的技术技能人才。

三、结束语

基于EPIP教学模式，以智能鼠为载体，提出了系统化人才培养策略模型，并结合具体的实践学习内容，展现其模型的实践操作，是一种非常有意义的实践探索。从中国制造到中国创造之路任重道远，通过基于EPIP教学模式的系统化人才培养可以尽快培养、造就一大批高质量、多层次、具有工程意识与智能控制技术的应用型技术技能人才。同时，通过EPIP国际化交流，我国将帮助“一带一路”国家培养更多的技术专业人才，助力“一带一路”国家发展。

（责任编辑  吴淑媛）

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[作者簡介]宋立红，女，1969年生人，天津启诚伟业科技有限公司总经理、启诚电脑鼠创始人。主要研究方向为AI Micromouse系统、物联网、智能控制与检测。

高艺，男，1979年生人，博士研究生。主要研究方向为无人机系统、物联网、智能控制与检测。