馮文芹

【摘 要】人形機(jī)器人是信息技術(shù)發(fā)展的前沿領(lǐng)域，是一門具有高度綜合滲透性、前瞻未來性、創(chuàng)新實(shí)踐性的學(xué)科，蘊(yùn)涵著極其豐富的教育資源。人形機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)緊隨我國中高職類院?？萍及l(fā)展的趨勢，能夠提高中高職類院校的科技創(chuàng)新水平，能夠成為中高職類院校培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和動(dòng)手操作能力的平臺(tái)，能夠融入校園文化建設(shè)與學(xué)校的辦學(xué)理念、育人環(huán)境、辦學(xué)特色等形成和諧統(tǒng)一的整體。

【關(guān)鍵詞】中職院校發(fā)展 人形機(jī)器人 教學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)

一、人形機(jī)器人概述

人形機(jī)器人的研究起步于1960年代后期，目標(biāo)是解決人形機(jī)器人的雙足行走問題。進(jìn)入1990年代，人形機(jī)器人在控制方法和人工智能等方面的研究成果不斷出現(xiàn)，從而推動(dòng)了人形機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展，此后機(jī)器人的行走能力、智能化和功能都越來越強(qiáng)大，最著名的人形機(jī)器人就是本田公司的ASIMO。

人形機(jī)器人的出現(xiàn)是計(jì)算機(jī)科學(xué)、傳感器技術(shù)、機(jī)械科學(xué)等學(xué)科的技術(shù)進(jìn)步，也是人類日常生活需要的產(chǎn)物。目前我國人口老齡化問題日益顯現(xiàn)，在以后的幾十年時(shí)間里必將影響社會(huì)的發(fā)展。人形機(jī)器人的出現(xiàn)一定程度上能夠緩解人口老齡化帶來的勞動(dòng)力資源緊張的局面，同時(shí)人形機(jī)器人能夠代替人類在惡劣以及高危環(huán)境下工作。

二、建立人形機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)的必要性

我國的人形機(jī)器人研究起步于1986年啟動(dòng)的國家高技術(shù)計(jì)劃，經(jīng)過二十多年的研究，取得了豐碩的成果。如北京理工大學(xué)研制的機(jī)器人“匯童”有32和自由度，能根據(jù)自身平衡狀態(tài)和地面高度變化實(shí)現(xiàn)未知路面的穩(wěn)定行走。進(jìn)入21世紀(jì)，機(jī)器人已經(jīng)不再局限于工業(yè)上的應(yīng)用，而應(yīng)該在社會(huì)的各個(gè)行業(yè)合理利用。如何讓人形機(jī)器人在教育應(yīng)用上發(fā)揮其應(yīng)有的作用成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)。隨著全國乃至國際各類機(jī)器人大賽的日益升溫，各類職業(yè)院校迫切希望能在機(jī)器人大賽中獲得成績來提升學(xué)校綜合競爭力以及知名度，因此職業(yè)院校建立人形機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)成為需要，同時(shí)也能有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有很好的趣味性和挑戰(zhàn)性。

讓機(jī)器人教育走進(jìn)學(xué)校，開發(fā)機(jī)器人文化的教育功能和發(fā)掘智能機(jī)器人的教育價(jià)值，對(duì)推進(jìn)教育創(chuàng)新，促進(jìn)教育改革和教育現(xiàn)代化，對(duì)創(chuàng)造型、研究型、專家型教師隊(duì)伍的形成，對(duì)提高學(xué)生的創(chuàng)新和實(shí)踐能力，同時(shí)對(duì)我國機(jī)器人事業(yè)的發(fā)展、人才高地的建設(shè)，都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和戰(zhàn)略意義。

因此，建立人形機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)是十分必要的，它適合于機(jī)電一體化、電氣自動(dòng)化、機(jī)械制造及其自動(dòng)化、機(jī)械電子工程、機(jī)械設(shè)計(jì)與理論、數(shù)控技術(shù)、自動(dòng)控制等相關(guān)專業(yè)的一體化教學(xué)和培訓(xùn)。

三、教學(xué)平臺(tái)實(shí)施步驟

（一）加強(qiáng)學(xué)校硬件設(shè)備的建設(shè)

學(xué)校積極籌措資金、充實(shí)有關(guān)設(shè)備。準(zhǔn)備購買新機(jī)器人器材的資金，為機(jī)器人活動(dòng)添加硬件設(shè)備，以此來創(chuàng)設(shè)良好的機(jī)器人學(xué)習(xí)環(huán)境，推動(dòng)機(jī)器人教學(xué)。根據(jù)總體設(shè)計(jì)方案的要求，我們購買了兩臺(tái)機(jī)器人的配件，一臺(tái)用于項(xiàng)目組前期做實(shí)驗(yàn)，另一臺(tái)則用于高級(jí)班的機(jī)器人一體化教學(xué)。

（二）提高教師專業(yè)素質(zhì)，提升學(xué)校軟實(shí)力

我們著力通過培訓(xùn)、教研、講座三個(gè)環(huán)節(jié)來提高參與師生素質(zhì)。

首先是培訓(xùn)，教師對(duì)機(jī)器人技術(shù)的認(rèn)識(shí)決定著機(jī)器人教學(xué)的成敗。因?yàn)榻處熓欠桨傅闹苯訁⑴c者，只有當(dāng)教師充分認(rèn)識(shí)到機(jī)器人技術(shù)的價(jià)值，對(duì)課題研究充滿信心并熱情投入時(shí)，課題研究才能收到良好的效果。為此，我們加強(qiáng)了參與教師的理論學(xué)習(xí)。首先要抓的是教育觀念的更新，我們準(zhǔn)備通過學(xué)習(xí)先進(jìn)的教學(xué)資料，組織教師認(rèn)真學(xué)習(xí)相關(guān)教育理論和文件。幫助教師從理論上提高對(duì)課題實(shí)驗(yàn)的必要性、重要性的認(rèn)識(shí)，促進(jìn)教師進(jìn)一步樹立正確的教育觀念，為實(shí)驗(yàn)的順利開展奠定堅(jiān)實(shí)的思想基礎(chǔ)。

其次是教研。為適應(yīng)課題研究的需要，我們要進(jìn)一步開展參與教師專題討論，組織教師開展課外機(jī)器人活動(dòng)的現(xiàn)場觀摩，并進(jìn)行案例分析，積累實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，提高教師把機(jī)器人技術(shù)融入教學(xué)實(shí)踐的能力；組織校內(nèi)外機(jī)器人競賽活動(dòng)，使參與教師在相互交流中提高，在實(shí)踐探索中成長。

三是講座。學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)邀請(qǐng)專家來校講座，進(jìn)一步提高課題組成員的理論基礎(chǔ)，并請(qǐng)專家進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo)，對(duì)涌現(xiàn)出的好做法、好經(jīng)驗(yàn)，及時(shí)總結(jié)、推廣；對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題，面對(duì)面地進(jìn)行指導(dǎo)幫助。有效地調(diào)動(dòng)了教師的積極性，確保平臺(tái)實(shí)施的順利進(jìn)行。

（三）組建機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室及學(xué)生興趣小組

由機(jī)電科組牽頭組建機(jī)器人項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)室，從機(jī)電一體化、電氣自動(dòng)化、電工與電子等專業(yè)學(xué)生中挑選學(xué)習(xí)成績比較優(yōu)秀同時(shí)又對(duì)機(jī)器人制作感興趣的學(xué)生組成學(xué)生機(jī)器人興趣小組。由指導(dǎo)教師編寫有關(guān)人形機(jī)器人的制作指導(dǎo)教材，從傳感器的性能到人形機(jī)器人的組裝再到程序的編寫，通過對(duì)興趣小組學(xué)生進(jìn)行授課，使他們逐步進(jìn)入機(jī)器人科學(xué)世界。

（四）應(yīng)用到一體化教學(xué)

通過興趣小組的引導(dǎo)，逐漸將機(jī)器人教學(xué)向?qū)W科課程發(fā)展。隨著中職院校教學(xué)改革和課程改革的實(shí)施，機(jī)器人教學(xué)走進(jìn)課堂是一種必然的發(fā)展方向。面向機(jī)電一體化以及電氣自動(dòng)化專業(yè)高級(jí)班學(xué)生開設(shè)《機(jī)器人制作》課程，講解人形機(jī)器人的控制板、傳感器、輸出設(shè)備等硬件知識(shí)以及人形機(jī)器人控制程序的開展等軟件知識(shí)。

通過項(xiàng)目教學(xué)法，讓學(xué)生在學(xué)完本課程內(nèi)容后能獨(dú)立組裝并調(diào)試人形機(jī)器人，讓學(xué)生知道如何將學(xué)習(xí)的內(nèi)容應(yīng)用到生產(chǎn)和生活實(shí)際當(dāng)中，提高學(xué)生和學(xué)校的競爭能力。

四、平臺(tái)建立后所獲成效

（一）人形機(jī)器人各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)標(biāo)，作為機(jī)器人一體化的教具，并加以推廣

通過對(duì)機(jī)、電、材料、計(jì)算機(jī)、傳感器、控制技術(shù)等學(xué)科相關(guān)知識(shí)的講解，讓學(xué)生將所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中，完成對(duì)人形機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制作，由此成為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和動(dòng)手操作能力的平臺(tái)，讓更多的學(xué)生參與其中。學(xué)生的設(shè)計(jì)成果能參加國際、國內(nèi)各種機(jī)器人比賽，學(xué)校將一直保留學(xué)生的作品供師生參觀學(xué)習(xí)，共同提高。同時(shí)可推廣為中等專業(yè)和大學(xué)相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)教學(xué)和創(chuàng)新課程學(xué)習(xí)的教具，既教會(huì)了學(xué)生各種專業(yè)知識(shí)，又讓學(xué)生通過動(dòng)手、動(dòng)腦實(shí)踐，提高了綜合素質(zhì)。

（二）學(xué)生素質(zhì)顯著提高，與時(shí)俱進(jìn)，滿足社會(huì)對(duì)現(xiàn)代高級(jí)技工的培養(yǎng)要求

1.學(xué)生的邏輯思維能力顯著提高

程序是機(jī)器人的思想，需要有嚴(yán)密的邏輯結(jié)構(gòu)，使機(jī)器人按照程序進(jìn)行活動(dòng)。因此編寫程序是機(jī)器人教學(xué)的一個(gè)重要內(nèi)容。學(xué)生在了解機(jī)器人的結(jié)構(gòu)、工作原理和各部件功能的基礎(chǔ)上，根據(jù)任務(wù)來編寫程序，為培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力提供了很好的途徑。

2.學(xué)生分析問題，解決問題的能力增強(qiáng)

制作人形機(jī)器人是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，設(shè)計(jì)機(jī)器人的搭建、編程、運(yùn)行和調(diào)試的反復(fù)過程。學(xué)生要學(xué)會(huì)分析問題，分析是哪一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題。學(xué)生在分析原因的同時(shí)，也要考慮解決問題的辦法，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修改、調(diào)試和優(yōu)化，分析出錯(cuò)原因，提出解決問題的辦法。

3.學(xué)生創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力明顯提高

通過課題實(shí)驗(yàn)，充分發(fā)揮一體化教學(xué)的優(yōu)勢，整合課程資源，通過多維互動(dòng)的課堂教學(xué)，促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力的提高。

在教學(xué)中加大機(jī)器人方面的知識(shí)和實(shí)際操作培訓(xùn)，培養(yǎng)出更多數(shù)量和更高質(zhì)量的“藍(lán)領(lǐng)”“灰領(lǐng)”人才，學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)踐能力增強(qiáng)了，對(duì)機(jī)器人的機(jī)械控制和電氣控制等知識(shí)的了解也能夠滿足對(duì)各種家用和工業(yè)機(jī)器人的簡單開發(fā)和使用的需要。

4.學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力提高

機(jī)器人教學(xué)多以小組形式開展，機(jī)器人的學(xué)習(xí)其實(shí)就是團(tuán)隊(duì)合作學(xué)習(xí)的過程。機(jī)器人的成功制作要求團(tuán)隊(duì)成員團(tuán)結(jié)協(xié)作，利用集體的力量來完成個(gè)人難以完成的問題，在實(shí)踐中培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作能力。

（三）教師綜合素質(zhì)明顯增強(qiáng)

要求教師對(duì)機(jī)器人重要性的認(rèn)識(shí)進(jìn)一步加深，進(jìn)一步學(xué)習(xí)機(jī)器人方面的技術(shù)。同時(shí)，自身素質(zhì)的提高與積極利用課程資源為機(jī)器人教學(xué)服務(wù)已成為教師的內(nèi)在需求，學(xué)習(xí)中提高自己業(yè)務(wù)水平已成為絕大部分教師自覺的要求。

（四）獲獎(jiǎng)

在第九屆技能節(jié)國際智能機(jī)器人競賽暨廣東省技工院校機(jī)器人制作表演賽中，我校機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)培養(yǎng)出來的學(xué)生經(jīng)過與國內(nèi)外7所知名技工院校激烈角逐后，勇奪國際智能機(jī)器人競賽和機(jī)器人擂臺(tái)比賽兩個(gè)項(xiàng)目的三等獎(jiǎng)和優(yōu)秀組織獎(jiǎng)。

五、結(jié)語

機(jī)器人技術(shù)是一門橫跨多個(gè)學(xué)科的綜合性技術(shù)，通過對(duì)人形機(jī)器人的設(shè)計(jì)和實(shí)踐教學(xué)，使學(xué)生對(duì)機(jī)電控制系統(tǒng)和機(jī)器人系統(tǒng)有了完整的理解。學(xué)生對(duì)人形機(jī)器人的了解和實(shí)際操作，加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備和操控能力，提高了學(xué)生和學(xué)校的競爭能力。學(xué)生由此知道了學(xué)習(xí)內(nèi)容是如何應(yīng)用到生產(chǎn)和生活實(shí)際當(dāng)中，激發(fā)了學(xué)習(xí)的興趣和熱情，改善學(xué)習(xí)風(fēng)氣和學(xué)習(xí)態(tài)度。使用機(jī)器人作為學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的平臺(tái)，本身也是對(duì)教學(xué)實(shí)踐的創(chuàng)新，為社會(huì)培養(yǎng)創(chuàng)新性人才，為創(chuàng)建和諧社會(huì)、創(chuàng)新社會(huì)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]郭溫，姜維. 關(guān)于機(jī)器人在高職高專教學(xué)中的應(yīng)用. 國土資源高等職業(yè)教育研究.

[2]虞漢中，馮雪梅. 人形機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀. 機(jī)械工程師，2010（7）.

[3]陳翔，陳勁光，田玎琳. 人形機(jī)器人在教育中的應(yīng)用研究. 科技經(jīng)濟(jì)市場，2012（5）.

[4]王建鵬，劉云潺. 高職院校智能機(jī)器人教學(xué)的探索. 科教文匯，2009（11）.