劉保軍+周艷明+彭芳+王凡+倪利勇

摘 要 以機(jī)器人這一典型機(jī)電一體化系統(tǒng)為載體，運(yùn)用CDIO工程教育理念，通過(guò)加強(qiáng)教學(xué)改革和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、開(kāi)展CDIO項(xiàng)目式課外科技訓(xùn)練活動(dòng)、學(xué)生參加教師指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)科研項(xiàng)目、校企合作共建應(yīng)用研究平臺(tái)等多種形式，多途徑開(kāi)展協(xié)同培養(yǎng)實(shí)踐，大學(xué)生的科技創(chuàng)新能力得到很大提高，取得顯著成效。

關(guān)鍵詞 機(jī)器人；CDIO；科技創(chuàng)新能力；校企合作

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2016）22-0049-03

On Collaborative Training of Undergraduate Technology Inno-

vation Ability with Carrier of Robot//LIU Baojun， ZHOU Yanming，

PENG Fang， WANG Fan， NI Liyong

Abstract Taken robot， a typical mechatronical system as the carrier， collaborative training of undergraduate technology innovation ability

is implemented with the idea of CDIO engineering education via mul-

tiple styles and multiple channels such as enhancing teaching reform and creative experiment project， project-based extracurricular tech-nology training activities， participation in teachers science research project and university-enterprise cooperation cultivation， and it is obviously proved that the ability is greatly upgraded.

Key words robot； CDIO； technology innovation ability； university-enterprise cooperation

1 引言

創(chuàng)新是民族進(jìn)步的靈魂。大學(xué)生科技創(chuàng)新能力訓(xùn)練是目前我國(guó)高校培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新精神的重要研究課題。本課題以機(jī)器人這一典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)為載體，采用CDIO工程教育理念，通過(guò)多環(huán)節(jié)、多渠道，成功實(shí)施大學(xué)生科技創(chuàng)新能力的協(xié)同培養(yǎng)實(shí)踐。

2 機(jī)器人是大學(xué)生科技創(chuàng)新訓(xùn)練的重要載體

機(jī)器人是集機(jī)械結(jié)構(gòu)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件、自動(dòng)控制和通信技術(shù)等多學(xué)科知識(shí)和新技術(shù)于一體的典型機(jī)電一體化系統(tǒng)，形式多樣、應(yīng)用廣泛。而對(duì)于以應(yīng)用型技術(shù)人才培養(yǎng)為核心任務(wù)的應(yīng)用型大學(xué)，其大學(xué)生普遍具有思維活躍、喜愛(ài)應(yīng)用實(shí)踐和動(dòng)手制作的特點(diǎn)。同時(shí)由于機(jī)器人自身構(gòu)造和功能的無(wú)限可能性，大學(xué)生對(duì)機(jī)器人充滿好奇和喜愛(ài)，也都十分渴望擁有自己設(shè)計(jì)和親手制作的各類機(jī)器人作品。機(jī)器人目前已成為機(jī)械、自動(dòng)化、電子、通信、計(jì)算機(jī)等各學(xué)科和專業(yè)大學(xué)生開(kāi)展科技創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練的重要載體[1]。

本課題運(yùn)用由MIT倡導(dǎo)的CDIO工程教育理念，將機(jī)器人的理論知識(shí)、設(shè)計(jì)制作和創(chuàng)新構(gòu)想等眾多環(huán)節(jié)，通過(guò)注重實(shí)效“以學(xué)生為主體”的理論和實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革、“教師—科協(xié)—學(xué)生”合作的大學(xué)生課外科技訓(xùn)練實(shí)踐、學(xué)生參與教師科研項(xiàng)目、校企合作共建研究服務(wù)平臺(tái)為工業(yè)企業(yè)提供應(yīng)用支持等多渠道來(lái)實(shí)施協(xié)同育人，更好地引導(dǎo)大學(xué)生開(kāi)展廣泛而持續(xù)性的機(jī)器人構(gòu)思、設(shè)計(jì)和制作活動(dòng)，提高廣大學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)習(xí)動(dòng)力和信心，助推相關(guān)各專業(yè)的建設(shè)與發(fā)展，其目的在于培養(yǎng)出一大批理論扎實(shí)、應(yīng)用實(shí)踐能力強(qiáng)、擁有創(chuàng)新精神和能力的應(yīng)用型人才，增強(qiáng)辦學(xué)特色。

3 基于CDIO理念開(kāi)展大學(xué)生科技創(chuàng)新能力協(xié)同培養(yǎng)的實(shí)踐途徑

CDIO（Conceive-Design-Implement-Operation，即構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)—運(yùn)行）國(guó)際工程教育理念由麻省理工學(xué)院（MIT）和瑞典皇家理工學(xué)院等共同發(fā)起和倡導(dǎo)，并認(rèn)為：應(yīng)為學(xué)生提供基于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)全周期的重視工程基礎(chǔ)的工程教育環(huán)境。學(xué)生應(yīng)該在學(xué)校、工業(yè)和社會(huì)環(huán)境下，按照一個(gè)產(chǎn)品或系統(tǒng)從基本構(gòu)想、設(shè)計(jì)、研制實(shí)現(xiàn)直到實(shí)際運(yùn)行的完整開(kāi)發(fā)過(guò)程這種情境，學(xué)會(huì)解決問(wèn)題，并完成特定的工程或項(xiàng)目[2]。

以機(jī)器人這一典型機(jī)電一體化系統(tǒng)為載體，將CDIO工程教育理念進(jìn)一步拓寬，運(yùn)用到大學(xué)生科技創(chuàng)新能力的協(xié)同育人實(shí)踐，構(gòu)成多環(huán)節(jié)、多渠道的訓(xùn)練和培養(yǎng)途徑。

日常教學(xué)注重教學(xué)改革，開(kāi)展CDIO項(xiàng)目式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn) 在平常的理論和實(shí)踐課堂教學(xué)中，教師堅(jiān)持“以學(xué)生為主體”的原則，重視啟發(fā)式教學(xué)、交互式教學(xué)、案例教學(xué)法、合作學(xué)習(xí)、項(xiàng)目教學(xué)法等教學(xué)方法的運(yùn)用。例如：通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)、工業(yè)機(jī)器人、機(jī)電一體化系統(tǒng)、液壓與氣動(dòng)技術(shù)、材料成型等課程的課程設(shè)計(jì)或?qū)嶒?yàn)，強(qiáng)化大學(xué)生良好的機(jī)械設(shè)計(jì)和制作能力；通過(guò)電子技術(shù)、傳感器、單片機(jī)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等一系列課程的教學(xué)改革實(shí)踐，奠定大學(xué)生良好的電路設(shè)計(jì)和軟件編程能力。提高課程實(shí)踐教學(xué)比重，而且更重視實(shí)踐的內(nèi)容，通過(guò)機(jī)電一體化綜合實(shí)踐、自動(dòng)化制造系統(tǒng)實(shí)踐、自動(dòng)化專業(yè)綜合實(shí)踐等，以自動(dòng)巡線機(jī)器人、分揀機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人、表情機(jī)器人、籃球機(jī)器人等綜合性課題設(shè)計(jì)，由學(xué)生組成項(xiàng)目開(kāi)發(fā)小組，學(xué)生因此塑造了基本、穩(wěn)固而系統(tǒng)性的機(jī)器人設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)思想。

實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)是促進(jìn)大學(xué)生理解和消化吸收理論知識(shí)、提高動(dòng)手實(shí)踐和應(yīng)用能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。就機(jī)電類專業(yè)而言，除擁有一系列的基礎(chǔ)和專業(yè)實(shí)驗(yàn)室外，還設(shè)置了機(jī)電綜合創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)室、柔性制造自動(dòng)化控制生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)室、慧魚(yú)機(jī)電一體化創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)室、機(jī)器人綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)室等綜合創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)空間，同時(shí)添置如工程機(jī)器人、水中機(jī)器人、空中機(jī)器人等各類新型機(jī)器人設(shè)備。豐富的機(jī)器人相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)管理機(jī)制，為大學(xué)生開(kāi)展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)提供了條件。

結(jié)合CDIO項(xiàng)目式訓(xùn)練理念，實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)的課內(nèi)環(huán)節(jié)鼓勵(lì)學(xué)生自己構(gòu)思實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課題、設(shè)計(jì)課題內(nèi)容、引導(dǎo)開(kāi)展綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，課外環(huán)節(jié)則大力鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)發(fā)掘社會(huì)生活中的實(shí)際需求、構(gòu)思和設(shè)計(jì)綜合創(chuàng)新性應(yīng)用實(shí)踐項(xiàng)目并加以實(shí)現(xiàn)，從而很好地激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)新思維，這已成為訓(xùn)練大學(xué)生科技創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)[3]。

基于CDIO理念、以機(jī)器人為載體的大學(xué)生課外科技訓(xùn)練 機(jī)器人課外科技競(jìng)賽項(xiàng)目通過(guò)吸引機(jī)械、自動(dòng)化、電信、計(jì)算機(jī)學(xué)院等相關(guān)學(xué)科各專業(yè)學(xué)生開(kāi)展協(xié)作性的設(shè)計(jì)和制作，并不斷改進(jìn)和完善，形成功能較為完善的機(jī)器人科技作品。通過(guò)參加各類機(jī)器人學(xué)科競(jìng)賽，在激烈的比賽過(guò)程中發(fā)現(xiàn)不足并及時(shí)調(diào)整，爭(zhēng)取最好的表現(xiàn)。在機(jī)器人設(shè)計(jì)、制作和競(jìng)賽過(guò)程中，學(xué)生既能充分利用已學(xué)理論知識(shí)并轉(zhuǎn)化應(yīng)用到實(shí)際的機(jī)器人作品設(shè)計(jì)和制作中，又會(huì)遇到各種未學(xué)過(guò)的知識(shí)和技術(shù)需要學(xué)習(xí)和鉆研，而遇到各種困難時(shí)則需要發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、查找問(wèn)題的根本原因并努力設(shè)法解決。由于機(jī)器人的技術(shù)綜合性，整個(gè)過(guò)程通常由多人組成的不同功能設(shè)計(jì)小組合作完成，需要學(xué)生間和小組間的互相合作和良好的溝通交流。

因而，機(jī)器人作品從構(gòu)思、設(shè)計(jì)和制作、調(diào)試完成到實(shí)際參賽時(shí)的作品運(yùn)行或?qū)剐员荣惖耐暾^(guò)程，完全契合目前CDIO“產(chǎn)品開(kāi)發(fā)全生命周期”的工程教育理念。既可以鍛煉大學(xué)生將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為具體應(yīng)用設(shè)計(jì)和實(shí)踐制作的能力，提高發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，也可以很好地鍛煉其團(tuán)隊(duì)合作和溝通交流能力，并能通過(guò)參加整個(gè)過(guò)程拓寬視野，結(jié)交不同學(xué)科和愛(ài)好的朋友，更全面地認(rèn)識(shí)和理解機(jī)器人[4]。

日常教學(xué)不僅注重培養(yǎng)大學(xué)生良好的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)，而且在教學(xué)中滲透各種以機(jī)器人為典型載體的各類機(jī)電一體化自動(dòng)化設(shè)備的設(shè)計(jì)思想。與此同時(shí)，以大學(xué)生參加機(jī)器人科技競(jìng)賽的作品作為課堂講解的典型設(shè)計(jì)案例，較好地豐富了課堂的教學(xué)內(nèi)容，促使更多的學(xué)生在搞好平時(shí)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，更渴望參加到課外的機(jī)器人設(shè)計(jì)和制作實(shí)踐活動(dòng)中來(lái)。目前在機(jī)器人學(xué)科競(jìng)賽項(xiàng)目指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)的指導(dǎo)下，自動(dòng)化科技協(xié)會(huì)每年招新人數(shù)屢創(chuàng)新高，吸引力不斷增強(qiáng)，成員不僅來(lái)自機(jī)電、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、電子技術(shù)、通信等工科專業(yè)，甚至經(jīng)管、人文、管理等文管類專業(yè)的學(xué)生也積極參加。

實(shí)踐證明，通過(guò)機(jī)器人的課內(nèi)外科技實(shí)踐活動(dòng)，已經(jīng)培養(yǎng)了一大批理論基礎(chǔ)好、實(shí)踐應(yīng)用能力強(qiáng)、工程素養(yǎng)良好、富有創(chuàng)新能力的應(yīng)用型大學(xué)生，并逐漸達(dá)到“基礎(chǔ)廣泛、大量培訓(xùn)、選優(yōu)參賽、以賽促學(xué)、以賽促教、以研帶賽、教學(xué)研賽共贏”的良性循環(huán)。

帶領(lǐng)學(xué)生參加教師團(tuán)隊(duì)科研項(xiàng)目訓(xùn)練，提升科技創(chuàng)新能力 機(jī)器人指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)目前由學(xué)校多個(gè)不同專業(yè)的教師團(tuán)隊(duì)專項(xiàng)負(fù)責(zé)，以機(jī)器人相關(guān)各類科技競(jìng)賽項(xiàng)目作品的指導(dǎo)訓(xùn)練為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生參加教師科研項(xiàng)目訓(xùn)練，如管線巡檢機(jī)器人研制、消防救援機(jī)器人研制、智能輪椅服務(wù)機(jī)器人研制、注塑機(jī)械手控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、六軸工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)等，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的科技文獻(xiàn)查閱能力、方案構(gòu)思與知識(shí)綜合運(yùn)用能力、問(wèn)題解決能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和合作能力的指導(dǎo)和培養(yǎng)，并突出創(chuàng)新能力、實(shí)踐應(yīng)用能力的培養(yǎng)和學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展，很好地提高了學(xué)生的專業(yè)技能和鉆研深度，拓寬了學(xué)生的科研視野，增強(qiáng)了學(xué)生的科研態(tài)度和職業(yè)道德精神。這正符合CDIO培養(yǎng)能力大綱中關(guān)于個(gè)人專業(yè)能力和職業(yè)素養(yǎng)、團(tuán)隊(duì)合作與交流能力的要求。

實(shí)踐證明，由來(lái)自多個(gè)學(xué)科、不同專業(yè)方向的教師作為機(jī)器人團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)教師，可以顯著提高大學(xué)生的科技訓(xùn)練指導(dǎo)水平。多學(xué)科不同專業(yè)的指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)也可以吸引更多不同專業(yè)的學(xué)生參加到機(jī)器人的科技實(shí)踐活動(dòng)和教師的科研項(xiàng)目中，有利于師生之間、學(xué)生之間的互相交流和技術(shù)提高，不斷提高機(jī)器人的整體設(shè)計(jì)水平，更有利于通過(guò)不同視角的思想交叉碰撞而激發(fā)和形成新的創(chuàng)新思維。

由于機(jī)器人技術(shù)的交叉性和迅速發(fā)展，跨學(xué)科不同專業(yè)的機(jī)器人教師團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展科研項(xiàng)目訓(xùn)練，已成為培養(yǎng)優(yōu)秀大學(xué)生科技創(chuàng)新能力的重要途徑。

校企合作共建機(jī)器人研究和服務(wù)平臺(tái)，協(xié)同培養(yǎng)應(yīng)用型人才 重視校企合作，建設(shè)深入合作的大學(xué)生實(shí)踐基地，在通常的參觀實(shí)習(xí)活動(dòng)時(shí)，安排學(xué)生開(kāi)展頂崗實(shí)習(xí)鍛煉，甚至為企業(yè)的生產(chǎn)制造過(guò)程、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)提出合理化建議和可行的設(shè)計(jì)方案，為學(xué)生實(shí)踐能力的提高做好實(shí)踐環(huán)境保障，成為大學(xué)生科技創(chuàng)新能力訓(xùn)練的又一重要渠道。由于大學(xué)生在機(jī)器人普及教育階段時(shí)已經(jīng)打下良好基礎(chǔ)，在機(jī)器人科技競(jìng)賽方面取得優(yōu)異成績(jī)，在科研訓(xùn)練上展現(xiàn)出良好的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，從事自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)和機(jī)器人應(yīng)用推廣的某知名企業(yè)主動(dòng)與學(xué)校開(kāi)展合作建設(shè)中山市工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用推廣服務(wù)中心；并共同建設(shè)校級(jí)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用和機(jī)電研究平臺(tái)，進(jìn)一步推動(dòng)學(xué)校的機(jī)器人技術(shù)教育和應(yīng)用服務(wù)。這為大學(xué)生開(kāi)展CDIO體系中社會(huì)環(huán)境下的科研訓(xùn)練提供了新途徑。

借助機(jī)器人技術(shù)研究平臺(tái)和應(yīng)用服務(wù)中心的設(shè)備和資源，更多大學(xué)生參與工業(yè)機(jī)器人項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，直接為機(jī)器人在工業(yè)企業(yè)的應(yīng)用提供技術(shù)支持服務(wù)，有力助推了校企合作共同培養(yǎng)高素質(zhì)的應(yīng)用型技術(shù)人才。而該合作項(xiàng)目目前已成為創(chuàng)新強(qiáng)校質(zhì)量工程項(xiàng)目，正有力地推動(dòng)機(jī)器人相關(guān)學(xué)科和專業(yè)的建設(shè)和發(fā)展，增強(qiáng)大學(xué)生科技創(chuàng)新能力的訓(xùn)練，提高應(yīng)用型人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

多年來(lái)，以機(jī)器人這一涉及多學(xué)科不同專業(yè)知識(shí)和技能的典型產(chǎn)品為載體，運(yùn)用國(guó)際先進(jìn)的CDIO工程教育理念，通過(guò)日常教學(xué)改革與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)、大學(xué)生課外科技競(jìng)賽訓(xùn)練、參加教師科研項(xiàng)目訓(xùn)練、校企合作平臺(tái)共同培養(yǎng)鍛煉等多環(huán)節(jié)、多途徑，開(kāi)展大學(xué)生科技創(chuàng)新能力的協(xié)同培養(yǎng)實(shí)踐，取得良好的成效。

在科技訓(xùn)練實(shí)踐過(guò)程中，逐步探索形成一套行之有效的“基礎(chǔ)工程、專項(xiàng)強(qiáng)化、綜合訓(xùn)練、自主創(chuàng)新”四階段、階梯式的大學(xué)生科技創(chuàng)新能力訓(xùn)練體系，對(duì)大學(xué)生的科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)起到良好的保障和推動(dòng)作用。大學(xué)生在校期間以機(jī)器人為主要設(shè)計(jì)和研究載體，獲得眾多全國(guó)性學(xué)生科技競(jìng)賽一等獎(jiǎng)，開(kāi)展國(guó)家和省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，畢業(yè)后進(jìn)入國(guó)際知名企業(yè)和大型高新技術(shù)企業(yè)從事相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)崗位，在機(jī)器人行業(yè)成功創(chuàng)業(yè)并獲得省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)資金扶持等，正是本課題成果的有力佐證。參考文獻(xiàn)

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