基于创新方法的智能制造课程集群体系构建及测试

王 旭，樊 敏

（1. 电子科技大学成都学院 电子工程系，四川 成都 611731；2. 成都信息工程大学 光电工程学院，四川 成都 610225）

学生创新能力培养，是高等教育的重要目标之一。我国各大高校就如何提升学生的创新能力做了大量研究，取得了丰富的成果。文献[1]通过搭建多维度高校联合科技创新平台，为创新型人才培养提供了硬件支撑；文献[2]以OBE-CDIO 为教学理念，建立了工业设计专业的课程体系，并以成果为导向实现了学生创新能力的培养；文献[3]将TRIZ 发明原理应用于机械实验教学的课程体系设计和机械产品开发，达到了优化实验课程资源，丰富学生创新成果输出的效果。

上述这些措施能够为学生的创新活动提供各种软件和硬件支撑，也能够在一定程度上激发学生的创造力。但是创新能力培养是一种以学生为中心的由内而外的创造活动[4]，因而学生的创意想法是创新的来源。项目的实施、软件以及硬件的支持虽可推动学生的创意实现，但在启发学生创意方面作用有限。TRIZ 发明原理是一种行之有效的启发学生创新的方法[5]，但对于智能制造课程集群而言，学生的创意有不同的类型，可以应用的创新方法较丰富，TRIZ 发明原理并不一定适用于全部的发明创新。鉴于此，以多种创新方法为基础，通过教学、训练等方式，让学生掌握并选择合理的创新方法，将其应用于智能制造课程集群创意项目中，更好地启发学生创意，并通过创新平台的支撑，实现学生产品创意，达到提升创新能力的目的。

1 智能制造课程集群的体系构建

1.1 课程集群体系的建立

电子科技大学成都学院智能制造课程集群体系的教学目标是培养学生的实践动手能力和创新能力。实现的方式是，将创新方法应用于课程教学项目中，实现创意智能产品的设计与制作。在课程体系构建中，主要考虑以下因素：

（1）创新方法的教学与训练。即在课程体系中，需要以某一门课程作为创新方法论教学的媒介，让学生在该课程中学习并应用。

（2）学生项目中的创新方法应用。根据我院课程的实际特点，在智能课程集群的各个课程中，大多设置了三级项目，要求学生应用创新设计方法开发具有创意的产品。

（3）课程集群的融合。根据“新工科”的培养理念，学生应通过主动学习获得将不同领域的知识进行整合的能力[6-7]，这就要求在课程体系构建中，设计合理的课程集群融合形式。

综合上述因素，选定的创新方法论媒介课程为“创新设计与实践”，教学模式采用CDIO 标准的第8 条，即主动学习法[8]，课程具体情况如表1 所示。

表1 “创新设计与实践”课程内容

通过表1 所示的创新方法的学习，学生再将该方法应用于智能制造课程集群的其他相关课程，相关的课程体系如表2 所示。

1.2 课程集群融合方式的选择

由表2 可知，智能制造课程集群涉及的专业和课程较多，而这些课程教学中，均包含课内二级或三级项目，因此从学科融合的角度出发，采用多学科融合项目设计方案，实现课程集群的融合，如表3 所示。

表2 智能制造课程集群体系

表3 多学科融合项目设计

2 课程教学实现措施

当完成课程集群体系构建且确定了多学科融合项目为课程融合形式之后，基于课程体系的教学实现措施包括：①“创新设计与实践”课程的教学设计；②多学科融合项目的实现措施。

2.1 “创新设计与实践”课程的教学设计

“创新设计与实践”课程教学的主要目标是让学生掌握各种创新方法，并在项目中能够合理应用。在教学设计中，拟采取以教学活动为主的主动学习模式。具体的教学设计如表4 所示。

表4 “创新设计与实践” 课程的教学设计

2.2 多学科融合项目的实现措施

多学科融合项目的实现，主要通过开展综合项目的流程来保证。具体实现流程为：

（1）采用KOLB 学习行为分析法，对学生进行类型测试。每个学生的特点、学习风格均不同，只有准确把握学生的类型，才能进行合理的团队划分，并充分发挥团队中每个成员的特长[9-10]。

（2）根据KOLB 分析结果，将学生按照不同的类型组成项目团队。

（3）对团队成员进行角色划分和任务分解。例如，在寻迹机器人项目中，可以将团队成员角色划分为：①外观设计工程师，负责用仿生学、人机工程学等外形设计理论设计机器人外观造型；②结构设计工程师，负责设计机器人内部结构并进行有限元分析；③电路设计师，负责搭建传感器及控制系统的电路并编写代码；④工艺工程师，负责编排机器人的实物制作工艺，并根据机械工艺学知识完成实物制作。

（4）按照C（构思）—D（设计）—I（制作）—O（实现）的流程，开展融合项目[11]。其中，构思环节涉及创新方法应用，应通过创新设计方法确定最终的项目方案；设计和制作环节中涉及多学科知识的应用与整合。

（5）完成智能产品实物或模型的制作和性能参数测试。

2.3 学生作品创意评价标准的确定

当学生完成产品制作后，需要对这些作品创意进行评定。评定标准按照阿奇舒勒的创新级别标准设定，即将学生作品的创新性划分为I、II、III 级，其中，I 级为最低创新标准，III 级为最高标准[12]，如表5所示。

表5 学生作品的创意评定标准

3 教学测试

3.1 学生作品创意评定

课程体系及多学科融合项目的设计是否有利于学生创新能力的培养，需要进行效果验证。本文于2018年进行了为期1 年的教学测试。以我院2016 级和2017级智能专业学生为研究对象，2016 级未采用创新方法构建课程体系，但仍实行多学科融合项目方案，作品的创新方案设计主要通过团队头脑风暴。2017 级智能专业在“创新设计与实践”的课程教学中，按表4 的教学设计进行，并在多学科融合项目中应用创新方法。

在三级项目开展过程中，2016 级智能专业共计22个团队，2017 级智能专业共计20 个团队。学生作品创意的评定结果如表6 所示。

表6 学生创意评定结果

由表6 可见，采用基于创新方法的课程体系后，2017 级智能专业学生团队作品的II 级和III 级创意作品数量较多，占比为70%，且有6 个作品申报专利（其中发明专利2 项），4 项专利已获得授权。而未采取创新方法课程体系的2016 级学生，II 级和III 级创意作品仅占45.5%，仅有2 项作品申报专利。由此可见，基于创新方法的课程体系，能够有效培养学生应用创新方法的习惯并增加创意作品输出，在一定程度上起到了提升学生创新能力的效果。

3.2 问卷调查

采用主动学习教学模式的目的是使学生获得良好的学习体验，激发学生的学习积极性。因此，在对学生作品进行创意评定的同时，还进行了问卷调查。对问卷问题的设置，主要以CDIO 标准中对学生的能力要求为依据[13-14]，并采用了新加坡理工学院的学习反馈信息搜集方法。问卷问题的设计维度如图1 所示，部分问卷问题如表7 所示。

问卷将学生对问题的认可度划分为强烈同意、同意、一般、不同意、强烈不同意等5 个等级，分别对应5、4、3、2、1 的分值。随机抽取2017 级智能专业的20 名学生，问卷调查结果如表8 所示。

从表8 可见，除能力整合方面的两个问题认可度稍低外，学生对自己技能提升、教师教学活动设计、自信心提升等方面的认可度均超过50%，且持否定态度的人较少。由此可见，以创新方法为引导，以课程集群融合为项目基础，以主动学习方法为教学方案的培养模式，对于学生创新能力培养和良好的学习体验是行之有效的。

图1 问卷问题的设计维度

表7 5 个维度下的部分问卷问题设计

表8 问卷调查结果

4 结语

以“创新设计与实践”课程为基础，构建基于创新方法应用的智能制造课程集群体系，并采用多学科融合项目形式实现相关课程的知识整合。在创新方法的引导下，学生的作品创意水平得到提升，创新能力得到良好训练。从问卷调查情况看，在教学中采取主动学习模式，提升了学生的学习积极性，激发了学生的学习兴趣。今后在现有基础上，将在进一步提升学生知识整合能力等方面进行进一步分析和探索，实现教学质量的持续提升。