国家“双一流”建设方案中提到要培养富有创新精神和实践能力的各类创新型、应用型、复合型优秀人才，加强创新实践教育，因而大力推进个性化培养是推动“双一流”建设的必要举措^[1-3]。工程训练是高等院校教育中培养学生自主学习能力、创新能力、实践能力和团队协作能力的综合实践教学环节，在人才培养中具有十分重要的地位^[4-5]。目前，国内部分院校针对工程训练课程提出了分层次教学的课程体系构想，综合创新类的实践教学不断丰富，北京航空航天大学(以下简称“北航”)的综合创新训练课程已有成熟的教学团队与丰富的授课经验，是北航工程训练中心教学体系里的顶层课程。

综合创新训练是一个动态的、适应先进技术发展方向的、多模块的综合实训课程，课程以项目为载体，采用个性化、差异化的授课方式^[6]，融合了机电控学科领域，由2~5名学生组成课题小组，通过教师的指导，在规定时间内完成课题的技术要求。与此同时，课题的选择需要与社会以及工业上新的需求相结合^[7]。2018年4月3日，教育部印发了关于《高等学校人工智能创新行动计划》的通知，“人工智能+”的概念将与人才培养紧密挂钩^[8-9]。结合新的技术发展方向与教学要求，综合创新训练课增设了“人工智能创新+工程实践”训练的项目教学模式，将前沿的人工智能应用与传统的实践教学相融合，以培养学生的创新实践应用为目的，全面提升课程的趣味性、综合性、应用性和创新性。

“人工智能+工程实践”作为综合创新训练课程里的新增内容，以学生自主选题为本，采用原有个性化授课方式，将人工智能的思想全面融入在项目的选题、指导和展示环节，着重加强课程的综合性、应用性和创新性特点，提升创新项目教学的层次，充分发挥学生的能动性与积极性，达到培养学生综合工程素养的目的。

课程构架分为三大阶段，如图 1所示，第一阶段为项目立项阶段，是课程的基础。在查阅了大量文献以及充分的市场调研分析基础上，学生在老师的建议与指导下提出一个创新方案，该方案同时融合人工智能领域(包括人机交互、机器学习、图像识别、虚拟现实、无人驾驶等技术)和工程实践领域(包括产品的加工、生产、装配等训练内容)，并具备一定的应用价值。课程教学团队针对学生提交的方案进行可行性评议，通过的方案将进入到项目的第二阶段，没有通过的方案，其小组成员将会去进行其他的综合创新训练项目。

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图 1 人工智能与工程实践融合的综合创新训练课程构架

第二阶段为综合实践阶段，是课程的主体，为重点实践环节，项目组组长会对项目组成员进行合理的分工，分别接受人工智能培训与工程实践培训。其中，人工智能领域由多学科融合的理论教师团队来指导，依次为学生进行人工智能理论、具体实现手段与方法设备调试三方面指导。工程实践领域则由经验丰富的实践教学团队来指导，依次为学生进行结构设计、生产训练以及产品装配三方面的指导。两个领域的项目组成员需要进行充分的沟通与探讨，并在最后实现人工智能与工程实践的融合。

第三个阶段为成果检验阶段，是对课程的总结，主要针对项目方案中提出的目标与功能进行项目的检验，通过答辩的形式由教学团队为每个项目打评成绩，并对该项目的人工智能融合部分作出评价，将应用前景良好或者还存在改进空间的项目列入到下学期的综合创新课程的项目立案中，以提高课程的延续性。

2017-2018年度第二学期的综合创新训练课程中，通过审核立项的“人工智能+工程实践”类项目共有两项，分别是“基于VR(虚拟现实技术)的钻床操作平台设计”和“基于图像识别的智能浇花机器人”，这两个项目在学期课程要求时间内都实现了预定的功能，两个项目的具体完成情况如下：

项目涉及的人工智能领域为虚拟现实技术，工程实践领域为钻床操作系统，借助的硬件平台为HTC vive，软件平台为UE(Unreal Engine)。项目组成员共5人，其中三人负责虚拟现实操作和场景的搭建，另外两人负责学习钻床的结构与操作，进行钻床虚拟样机的建模。项目完成过程大致可分为以下几步：用Solidworks三维建模软件完成钻床的虚拟样机模型建立，将模型导入到UE的虚拟现实编译环境中，钻床的操作规程以语音旁白的形式植入虚拟环境，结合规程编译钻床的操作动作，然后进行VR调试，以实现钻床平台虚拟现实场景的操作。

目前初步的VR钻床操作平台已经搭建，可以实现的功能有工件的抓取、夹具对工件的夹紧、钻床启动钻头的旋转与进给、钻头对工件打孔和钻床关闭钻头停止运动等。该平台建立以来，已有多名北航工训教师与学生体验了该系统，如图 2所示，对该系统给予了充分的肯定，并提出了宝贵的意见。该平台将主要应用于机械工程技术训练钻床的教学中，会对实践教学起到重要的辅助作用^[10-12]。其人机交互界面如图 3所示。

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图 2 工训中心教师体验VR钻床平台操作

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图 3 VR钻床操作平台人机交互界面

项目涉及的人工智能领域则为图像识别技术，工程实践领域则为智能浇水机构的设计与研制，其借助平台为Festo工业机器人robotino，项目组成员共5人，两个人负责robotino图像识别系统的开发，另外三人负责浇水机构的设计与研制，并实现与robotino机器人的结合。

图像识别系统是在robotino机器人自身的编译环境下完成的，主要是通过摄像头识别二维码判断盆栽的种类，从而分配不同的浇水量，通过识别色块的大小和位置判断盆栽与机器人之间的距离和方向，机器人会以此自动寻找并接近目标。

浇水机构原理为电机驱动曲柄滑块机构往复运动挤压喷壶喷水按钮以实现喷水功能。三个项目组成员共同完成了机构的设计、加工与装配，并实现了浇花机构机械部分(如图 4所示)、电路部分和robotino机器人的对接。通过装配与调试，最终的智能浇花机器人可以自动寻找带有标签的植物盆栽(如图 5所示)，移动到合适范围内根据盆栽的类别进行浇水(如图 6所示)。该项目可以应用在花室里，用机器人代替人工对不同盆栽进行定时定量的浇水。

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图 4 浇花机构的设计生产预装配

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图 5 智能浇花机器人自动寻找并接近盆栽

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图 6 智能浇花机器人完成浇水作业

作为一门动态的课程，综合创新训练课是不断完善和与时俱进的，将“人工智能+”的概念引入到综合创新训练课程中是一个突破性的进展，有助于提升课程本身的品质，促进教学团队建设与授课教师发展，激发学生的学习热情，培养学生的创新能力。

综合创新训练课程曾指导学生参加全国大学生机械创新大赛、全国大学生工程训练综合能力竞赛、北航“冯如杯”等比赛，获得过多项奖项与专利。“人工智能+工程实践”的教学模式进一步提高了教学品质，课程鼓励将科研项目引入到实践教学中。此次课程引入的大学生创新创业训练计划项目，不仅丰富了教学内容，而且通过课程给学生予以充分的项目指导，使得更为顺利地完成了项目。同时项目可以借助产品得到再一次创新开发，广义的创新不仅是理念与产品本身的创新，还包括成熟产品的创新应用。这种创新应用项目若能得到更好的展示，将十分有助于提升项目的整个层次。

工程训练中心下设电子部、控制部、教学部以及学生创新中心，有多名理论课与工程实践课教师和专业加工技师，这些教师都参与综合创新训练的课程团队教学，他们的学科背景涉及机械工程、电子工程和控制工程等。近年来，随着课程教学人员体系的逐步完善，更多的高学历人才参与到授课中，给课程带来了更多的前沿方向与理念，增进了不同学科教师之间的交流，在不断丰富教学内容的同时，还实现了更多的学科交叉，提升了课程的创新水平。“人工智能+工程实践”的综合创新训练课程建设，不仅表现为学科的交叉，更体现了教学团队中新生力量与传统技艺的碰撞，这对于开拓教师眼界、提升教师的水平具有重要的意义。

机器学习、深度推理、无人驾驶、图像识别、虚拟现实、人机交互等人工智能技术业已成为了社会的热点，在综合创新训练的课程里加入人工智能技术可以更好地激发学生学习热情，学生会投入更大的精力在项目上。选择了“人工智能+工程实践”课程项目的学生会在指导老师的指引下开拓更为广泛的领域，查阅更多的资料，这也有助于学生对自身创新能力的培养。项目进行中的明确分工，还促进了学生之间的沟通和团队协助能力。同时，选择合适的项目有助于项目的顺利完成，能够提升学生的满足感与成就感。

将“人工智能+工程实践”引入综合创新训练课程中，给了学生在项目立案中以更多的选择性，这一过程中也使得他们收获到更多的乐趣和动力。通过学生的课程总结可以发现，这种创新性的尝试获得了一致好评。新方向的引入对于学生的创新能力培养起到十分明显的效果。本学期的两个“人工智能+工程实践”类项目已经初步达到了设计要求，但是还存在很大的改进空间，在今后的课程当中，可以形成几项可持续的研究课题。与此同时，综合创新训练课程会与时俱进，继续开展更多创新性、综合性以及应用性的课程内容，这不仅对学生的创新实践能力培养会有更为全面的提升，同时对于课程的发展也将起到更深远的意义。