王 鑫，李 楠

(天津理工大學，天津 300384)

基于卓越工程的機器人創(chuàng)新性教學實踐研究

王 鑫，李 楠

(天津理工大學，天津 300384)

基于卓越工程標準和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理念，提出了機器人課程“鞏固基礎課程教學，普及創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識”的教學體系建設思想。指出了加強教師專業(yè)素質(zhì)，強化校企聯(lián)合培養(yǎng)和項目驅(qū)動創(chuàng)新培養(yǎng)等多種教學實踐體系建設的方法，為基于卓越工程開展機器人教學工作提供了一定的建議和參考。

機器人技術；卓越工程；教學改革

0 引言

卓越工程師計劃是促進我國加速邁向工程教育強國，培養(yǎng)具有較強創(chuàng)新能力、能夠適應發(fā)展的高質(zhì)量工程技術人才，為我國發(fā)展新型工業(yè)化道路、成為創(chuàng)新型國家和人才強國打下堅實的戰(zhàn)略基礎的重要舉措[1]，計劃指出的行業(yè)企業(yè)要深度參與人才培養(yǎng)過程、高校按通用標準和行業(yè)標準培養(yǎng)工程人才以及強化學生的工程能力和創(chuàng)新能力等重要理念[2]，對高校教學課程改革具有重要的指導和示范意義。

機器人技術是近年來工業(yè)生產(chǎn)領域快速發(fā)展技術之一，為提高自身教學科研實力及學生專業(yè)素質(zhì)，國內(nèi)有很多高校開設了機器人相關課程，課堂教學以基礎理論講授為主，在課外時間利用機器人教學設施安排實踐環(huán)節(jié)，鍛煉學生理論聯(lián)系實際的能力并激發(fā)學生的學習興趣和創(chuàng)造力。

因此，機器人課程理論與實踐相結合的教學特點與卓越計劃強調(diào)高校人才創(chuàng)新能力和工程能力的根本要求是不謀而合的，基于卓越工程的要求積極參與到高校機器人課程的教學體系建設中，強化機器人技術實踐環(huán)節(jié)，不僅符合當今國家大戰(zhàn)略中對工程訓練中心建設發(fā)展的要求，也對提高其教學科研能力并與先進技術發(fā)展接軌具有很高的現(xiàn)實意義。

1 鞏固機器人基礎課程教學

國內(nèi)高校不同專業(yè)之間在機器人課程教學重點上各有側重，使得學生對機器人技術的理解偏重于所學專業(yè)的范疇，在全局上缺少系統(tǒng)性認識[3]，而工程訓練中心是各高校中面向各專業(yè)實施工程教育的實踐性教學平臺，因此依托工程訓練中心進行機器人課程的實踐環(huán)節(jié)是非常適合的，通過建立層次化的機器人通識性實踐環(huán)節(jié)，更好地促進學生建立整體認知并對所學知識進行融會貫通。

1.1 校企聯(lián)合培養(yǎng) 加強教學師資

機器人實踐課程的任課教師不僅需要具備專業(yè)知識，還必須具備較強的項目經(jīng)驗，根據(jù)現(xiàn)有可供借鑒的經(jīng)驗來看，一般可以采取校企科研和校企培訓兩方面的策略，校企科研主要通過橫向課題項目鍛煉任課教師的科研能力，在相對較長的周期內(nèi)從事機器人技術科研工作，可以使教與研互相輔助和促進，還可以有助于教師形成自己的研究思路；校企培訓則可以通過校企聯(lián)合的方式探索與企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)教師的可能，采用較短的周期內(nèi)基于實際工程項目進行培養(yǎng)的模式，促進任課教師快速地將技術理論與現(xiàn)場經(jīng)驗相結合，把握企業(yè)所面臨的技術趨勢和市場趨勢[4]。

1.2 采購教育機器人 改善教學硬件設施

伴隨機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，機器人設計人員、維護人員緊缺的情況也逐漸凸顯，工程界也意識到培養(yǎng)機器人技術人才的重要性，很多機器人廠商都開始提供依據(jù)高校教學訂制設計的教學機器人，具有良好的性價比、可擴展性和人機交互性[5]。教育機器人提供的功能可以有效覆蓋早期工程實踐環(huán)節(jié)、基礎教學環(huán)節(jié)和專業(yè)教學環(huán)節(jié)，其優(yōu)秀的人機交互性使學生能在較短時間內(nèi)具備基本的操作技能，為以后進一步的自主創(chuàng)新打好了基礎，有效節(jié)省教學資源并提升教學效率。

2 普及機器人創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)

在目前國內(nèi)的高校中，能夠讓更多的學生有機會了解機器人技術，使用到真實的機器人是十分重要的，對工科相關專業(yè)本科生進行簡單的通識性實踐，在更高年級時依托創(chuàng)客空間開設機器人創(chuàng)新活動，使學生逐步認識機器人的工作原理，了解機器人的操作方法，盡早地建立工程意識，有利于在今后的專業(yè)學習中能夠較快地接受機器人技術的相關理論知識。

2.1 改革工程訓練模塊 引入機器人通識課程

很多高校工程訓練中心都安排有機電實訓部分，并將其作為基礎實訓模塊，而將工業(yè)上廣泛應用的工業(yè)機器人技術和柔性制造技術，引入本科生的機電實訓活動中，可以擴展機器人技術在工科專業(yè)學生中普及度，教學內(nèi)容根據(jù)專業(yè)可以在時間和深度上進行合理調(diào)整，多投入精力開發(fā)合適的教學方法，用通俗易懂的講解從基礎原理開始講授，由簡單實例逐漸帶入，使學生對典型機器人應用實例具備一定的認知和使用能力。

2.2 面向創(chuàng)新實踐 開設創(chuàng)新競賽課程

很多參加機器人競賽的本科生，由于缺乏經(jīng)驗使狀態(tài)不佳而降低參賽積極性。為提高學生參賽的熱情，可以由具備競賽經(jīng)驗的指導教師開設基于大學生機器人競賽項目的選修課程，基于歷屆競賽實例為基礎進行教學，實踐課時的比例至少占到全部課程課時的百分之五十以上，學生根據(jù)課堂講解選擇器件進行驗證性試驗，任課教師以小組學生為單位進行針對性指導，結合引入小組評比和演示答辯，則能明顯提升學生動手能力和課程興趣[6]。

3 項目推動培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識

卓越工程師計劃要求學生具備較強的工程能力和創(chuàng)新能力，而能力提升僅由課程學習完成是遠遠不夠的，還需要由其他課外教學措施來補充，促使學生開放思維、激發(fā)創(chuàng)意，最終帶動學生實現(xiàn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的目標。

3.1 創(chuàng)新興趣社團體制 構建專業(yè)性社團

與傳統(tǒng)興趣社團不同，機器人專業(yè)性社團通過綜合各專業(yè)學生的交流與啟迪，能夠更好地鍛煉學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力[7]。依托工程訓練中心的資源，社團成員可以根據(jù)需要使用各類加工設備進行創(chuàng)新實踐活動，并協(xié)助中心舉辦各類機器人競賽，如工程訓練綜合能力競賽、機械創(chuàng)新設計大賽等。社團成員還可以通過社團內(nèi)部的管理型機構和技術型機構實行自我管理和自主運行，鍛煉運營管理能力，為今后能更快地適應企業(yè)環(huán)境打好基礎。

3.2 支持創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目 建立規(guī)范化政策

大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃是提高本科教學質(zhì)量與教學改革的重點建設項目之一，利用大創(chuàng)計劃引導學生進行項目申報，研究近年來與機器人技術發(fā)展密切相關的項目，不僅可以幫助學生在較長的項目時期內(nèi)學習到較全面的機器人技術體系，還能在項目管理、材料加工、設備調(diào)試以及項目答辯等一系列的過程中鍛煉學生的工程能力，使學生具備基于實際工程需求的簡單項目的實踐經(jīng)驗。

4 總結

在機器人課程教學體系建設上，不僅需要提升任課教師的專業(yè)能力，還需要提高實踐課時的比重來促進理論實踐的轉化；加強學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，不僅需要開設創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程激發(fā)創(chuàng)意思維，還要通過參加創(chuàng)新競賽增加臨場經(jīng)驗；在學生創(chuàng)新和實踐能力培養(yǎng)體系建設中，專業(yè)性社團的作用十分重要，能夠提供在校生十分寶貴的運營和管理經(jīng)驗。

[1]王愛俠, 張燕, 劉鈺. 基于“卓越計劃”下的工程教育教師隊伍建設研究[J]. 實驗技術與管理, 2012, 29(5): 31-34.

[2]劉海濤. 基于卓越工程師培養(yǎng)的《機器人技術》課程改革研究[J]. 廣東化工, 2013, 40(19): 171-172.

[3]賀利樂, 鄭建校. 以機器人教學和實驗平臺為載體培養(yǎng)大學生實踐創(chuàng)新能力[J]. 裝備制造技術, 2014, (9): 286-288.

[4]李群. 基于校企合作的“雙師型”教師培養(yǎng)策略研究[D]. 山東:山東師范大學, 2013.

[5]李彥林, 郭建新, 胡蓉. 工程訓練課程體系中機器人模塊教學改革[J]. 實驗科學與技術, 2010, 8(5): 132-134.

[6]畢津滔, 張婉鸝. 高校機器人教學改革新思路之探索[J]. 信息通信, 2013, (3): 266-267.

[7]張立俊, 林良盛, 鞠林. 高校專業(yè)型社團對提升大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的探討[J]. 科技資訊, 2016, (10): 108-109.

(編輯 趙欣宇)

Research of Innovative Teaching Practice for Robot Course Based on Excellent Engineering

WANG Xin, LI Nan

(Tianjin University of Technology, Tianjin 300384, China)

Based on the Excellent Engineering standard, as well as the innovation and entrepreneurship concept, a teaching system construction idea of robot course, which is concluded as “consolidating the teaching of basic courses, popularizing innovative practice link, and developing innovation and entrepreneurship awareness” has been raised. It has provided several methods such as enhancing the teachers’ professional diathesis, intensifying the training cooperation between colleges and enterprises, as well as improving the innovative education based on projects etc., which have provided suggestions and reference for the robot teaching based on excellent engineering.

robot technology; excellent engineering; teaching reform

2016-11-29

天津理工大學教學改革項目(YB12-14)。

王鑫(1986—)。助理實驗師。主要研究方向：自動化控制及嵌入式開發(fā)。

G642.0

B

1672-0601(2017)02-0020-03