产教孪生理念下校企协同模块化课程体系构建
——以智能机器人研发为例

杨中兴

辽宁建筑职业学院，辽宁 辽阳 111000

近年来，在物联网和人工智能技术浪潮的带领下，信息技术的多技术融合趋势已经非常明显，高职电子信息类专业各学科间不再是孤立的发展路径，而是呈现交叉融合、全栈式的发展态势。产业技术领域的融合趋势，对专业人才的知识结构和技术能力也有了新的要求。但是当前各高职院校的电子信息类专业仍然是各自独立发展，相互融合度不够：学软件专业的只会编程，不懂硬件；学电子专业的不懂软件工程，程序设计能力较弱。这其实已不适应技术发展的趋势。智能机器人（车） 项目是一个既可以涵盖硬件设计，又可以涵盖软件编程的理论和实践型并重的研究项目。智能机器人（车） 项目具有综合学科优势，教学研究氛围好，可以脱离单一学科的局限性[1]。通过从企业引进真实的机器人（车） 开发项目，将其作为教学纽带，重点覆盖人工智能技术、物联网、嵌入式技术等专业方向知识和技术，贯穿起专业大部分主干课和核心课内容，有利于打造基于智能机器人（车） 的模块化课程体系，探索一条全新的产教融合人才培养模式。

人工智能技术应用专业是我院（辽宁建筑职业学院） 于2021 年新设立的专业。在专业建设伊始，就把产教融合、校企深度合作理念通达到整个专业建设和人才培养过程中。在校企协同育人实践中贯彻精细化的人才培养策略，探索实施“引企业项目入校—校企协同开发—教学产品转化—模块化课程建设”的校企“双元”培养模式，加强专业与产业的融通发展，实施专业技术服务“走出去”，企业研发生产项目“引进来”战略。产教融合的最终目的是为了人才培养，校企协同的最终“成果”是与企业真实项目案例深度融合的“模块化”课程体系。该“模块化”课程体系能够随产业的新技术快速更新迭代，能够随企业的人才需求动态匹配，解决新型人才培养和专业实时协同产业的问题。

一、专业教学现状

人工智能技术应用专业应属于新兴学科，专业涉及面广，技术更迭快速，对学生的逻辑思维能力和程序设计能力要求较高，专业课程学习难度较大。其专业课程的教学需紧跟技术进步，仅依靠校内有限的专业教师难以完成，必须依靠与高质量行业企业的合作。在专业建设的顶层设计中，就要考虑将企业作为产教深度融合的主体之一，走产教结合人才培养模式道路，使企业对产教融合、校企合作诸方面建设能够发挥更大的推动作用。

高职院校的培养规格是应用型人才，培养应用型人才的首要任务是提升实践能力[2]。我院通过引企业项目入校，校企协同项目研发，从技术研发这个上游领域与企业深度合作，探索并形成“校企双驱动”的产教融合新机制。将项目进行教学转化，可以开阔学生视野，提高学习兴趣，锻炼动手能力，提升实践能力，培养学生的软硬件综合设计开发技能，从而提高学生的综合素质和职业发展竞争力。企业真实项目也可以为教师提供更多的技术应用机会，也对教师的技术水平提出了更高的要求，保证教师的专业技术、课堂的教学内容始终与先进技术一同俱进。通过“产品开发”和“教学实施”的“双元”纽带，可以与企业实现深度合作，更可以进一步开展技术服务，孵化创新项目，助力产教融合的创新人才培养。

二、“产教孪生”合作模式

产教融合是高职教育与产业融合发展的教育趋势[3]。产教融合指的是高校根据所设专业，积极与相关企业进行深度合作，将产业与教学密切结合，相互支持，相互促进，发挥校企各自优势[4]。2019 年10 月，我院信息工程学院“智能硬件创新设计与开发”双创孵化项目入驻我院创新创业孵化基地，项目团队坚持以育人为根本宗旨，以“产教孪生”为指导思想，在开展创新创业教育教学实践活动的同时，积极探索并开展校企双方的技术类合作，组建了由教师、学生、企业专家组成的技术团队，先后从多家企业承接了若干项目。这些项目均由校方技术团队进行设计和开发，完成产品原型设计。

产教融合的最终目标要服务于教学。在技术合作的基础上进一步建立校企“深融合”人才培养模式，校企共同规划产业人才培养、共同打造新课程、开发新的实践教学项目，建立更符合企业人才培养需求的、创新的课程体系。课程体系的构建应逐步实现模块化和综合化[5]，优化课程目标，重组课程内容。项目团队并没有仅停留在产品设计研发阶段，而是以整个产品设计过程为纽带，提炼和凝练教学点，对每个项目进行教学成果转化，突出重点培养学生的技术技能；建立“模块化”课程体系，实现课程模块的灵活组合，快速匹配新技术岗位需求。通过内培外引、矩阵协同，实施校企“双元”教学，“双元”开发、“双元”服务、“多元”协同[6]，形成“人才培养+新技术推广+平台应用+技术服务”的多元合作模式；校企双方协同、互促，实现人才需求与人才培养、职业标准与课程体系、技术平台推广与社会服务等产教映射，打造校企共生共长的命运共同体。

三、以智能车及其“模块化”课程开发为例

项目组与沈阳某科技有限公司合作开发面向教学应用的麦克纳姆轮全向移动智能机器人（车）（见图1）。该智能车采用电子积木设计思想，将电控部分进行模块化设计，分为电源模块、主控模块、电机驱动模块、蓝牙通信模块、手柄遥控模块、摄像头图像采集模块等。模块功能高内聚，模块接口松耦合。并同步开发了手机端APP 蓝牙遥控程序，支持PS/2 手柄遥控，对软件、硬件、物联、智能等专业技术方向都有覆盖。

图1 校企协同研发的智能车教学产品原型

该智能机器人（车） 教学产品的所有模块（见图2） 均为我院师生项目团队根据企业方提出的设计要求和技术指标自行设计开发。在产品设计阶段，就充分考虑其课程覆盖的深度与广度，考虑其在教学实施中的可行性和便利性。我们采用麦克纳姆轮能够实现全向移动控制，使该智能车更具可玩性；增加语音识别和语音遥控等功能，使该智能车更具有智能性。该智能车现已完成产品化阶段，在人工智能技术应用、智能产品开发与应用和应用电子技术专业的教学中得到应用。

图2 智能车模块化及功能设计

以该智能车为教学载体，现可覆盖多门专业课程内容，如智能产品设计与实践、单片机技术、无线通信与物联网、摄像头驱动、图像采集与处理、模拟与数字电路、PCB 设计、C 语言程序设计、手机APP 开发、电路板焊接与调试等，且可扩展或者替换为STM32 主控板、Arduino 控制板、树莓派PICO 等，非常适合作为一门综合类的实践课程进行开展。以智能产品设计与实践课程为例，该课程为64 学时，其中理论授课20 学时、实践40 学时（含阶段性总结3 次）、项目验收2 学时、总结汇报2 学时。通过引入智能车项目，该课程可以完成的实践项目“模块化技术能力区间”有多彩呼吸灯（单片机）、智能车底盘及电源（模、数电，PCB）、智能车主控程序（C51）、智能车的遥控（蓝牙、PS/2）、摄像头及图传、语音识别、智能车整体功能整合、变身平衡车（PID 算法）、智能车壳体设计（Fusion360、3D 打印） 等项目。基于该智能车教学产品，现已开发出24 个子项目，涵盖110 多个教学子模块。以电机驱动子模块为例，该部分教学内容就包括了H-桥驱动电路原理、RZ7899 电机驱动方案、L298N 电机驱动方案、UL2003 电机驱动方案等多种在企业中常见的设计方案。再以双路电源模块为例，该部分教学内容包括了LDO 稳压电路、DC-DC 稳压电路、常见电源电路方案、双路电源模块的设计、电源模块的焊接与测试等内容，基本覆盖一款通用智能电子产品电源部分的电路设计知识。各模块详细介绍其知识要点、技术实施、优缺点、技术指标、应用方法和测试方法。这种模块化的课程设计可以随新技术的变化快速增删、更新教学内容，能够动态匹配人才需求，解决专业能力实时协同产业需求的问题。

四、智能车“模块化”课程教学实施

围绕智能车项目，校企双方共建了相关的课程体系和课程标准，共同推动课程改革，进行教学实施，推动本专业理论教学和实践教学升级转型。在智能产品设计与实践课程中，已经应用了该校企共建课程的建设成果，并使用该智能机器人（车） 教学产品，带领学生从零开始，设计、开发、制作一辆智能机器人（车）。课堂实施过程中，学生3 人一组，组成项目开发小组。引入企业产品设计标准，让学生以项目组为单位，进行智能车产品的设计与开发。这样的课堂形式极大地调动了学生的学习兴趣，不仅实现了“做中学”，而且实现了“玩中学”，学生的学习状态明显提升。学生不仅学习到了专业知识和技能，而且开始思考产品的设计，体验了“产品经理”的岗位职责。学生反馈课程教学效果良好，彰显了校企协同育人的实施成效。调查问卷结果（见表1） 也显示智能机器人（车） 模块化课程和教学方式很受学生的欢迎。

表1 学生对智能机器人（车） 模块化课程的态度 单位/%

在项目研发和模块化课程体系建设的同时，校企双方共同开发《智能机器人设计与制作》新型活页式教材，并建设面向智能技术应用的培训体系，既可以可服务于校内师生的教学活动，也可以面向企业提供培训服务，推动技术创新。在校企协同产品开发和课程建设过程中，有学生团队参与其中，协助进行设备的调试和测试，参与教学元素的设计，这些活动为学生提供了参与企业工程实践的机会，锻炼了岗位实际操作能力，增加了学生的项目经验，也进一步提升校企协同育人成效。

通过产教融合校企合作的教学模式，学生能主动地参与到当前的课程学习中，在提高学生学习效率的同时，也能使学生感受到多样化的教学效果[7]，在一定程度上丰富学生的学习内涵，让学生学会合作、学会创新，培养学生探索质疑、解决问题的能力、动手操作、主动实践的能力[8]；充分激发学生自主探究、自主学习的潜能，让学生在活跃的学习氛围下进行有效、高效的学习。

总之，产教融合、校企合作是高职院校实现自身可持续发展，积极应对产业升级、经济技术与社会发展的必由之路[9]。深层次的产教融合、校企合作，应基于创新驱动发展战略，坚持走一条创新驱动与产教深度融合的发展之路。这里的创新，不仅是技术领域的创新，也包括制度创新、理念创新。“产教孪生”是合作理念，“协同研发”是合作形式。从技术研发这个上游领域实现与企业的深度合作，保证了教师的专业技术、课堂的教学内容始终与先进技术俱进，探索并形成了“校企双驱动”的产教融合新机制。实践教学是高职院校培养复合型技术技能人才的关键[10]。通过引进企业项目入校，通过师生参与、主导项目研发，以及通过项目的教学产品化，并最终落实到“模块化”的课程体系建设，让公司对接课堂，让工厂对接实训基地，让企业项目转化为教学实施的任务，为学生提供“真刀实枪”的技能训练和实践锻炼环境。