白雁力 盤資春 廖秋麗 李 姮

([1]桂林電子科技大學(xué)電子工程與自動(dòng)化學(xué)院 廣西·桂林 5410042；[2]桂林電子科技大學(xué)教學(xué)實(shí)踐部 廣西·桂林 541004)

0 引言

“新工科”是教育部通過“復(fù)旦共識(shí)”和“天大行動(dòng)”等一系列高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)后提出的工程教育理念，隨著《“新工科”研究與實(shí)踐項(xiàng)目指南》的出臺(tái)，為提升工程教育對科技和產(chǎn)業(yè)革命適應(yīng)性，高等學(xué)校提出了建設(shè)“一流本科”的計(jì)劃，通過工程認(rèn)證等方式改進(jìn)本科培養(yǎng)方案以促進(jìn)“新工科”實(shí)施。因此，高等院校對學(xué)生的培養(yǎng)更加注重工程實(shí)踐能力的提升。

近年來，隨著科技創(chuàng)新的發(fā)展，協(xié)作機(jī)器人技術(shù)已逐漸深入到社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，由于機(jī)器人技術(shù)涉及機(jī)械、電子、控制、傳感、仿生和人工智能等多學(xué)科交叉領(lǐng)域，因此符合“新工科”的“三新”（新興、新型和新生）理念要求。所以，在高校開設(shè)機(jī)器人課程，特別是滿足“新工科”理念的機(jī)器人實(shí)訓(xùn)課程，不僅有助于新學(xué)科在本科培養(yǎng)體系中的融入和應(yīng)用，而且對于提升學(xué)生具備解決復(fù)雜工程問題的能力以及團(tuán)隊(duì)合作和項(xiàng)目管理能力具有重要的實(shí)踐意義。

在“新工科”建設(shè)背景下，本校將針對機(jī)械和電子類專業(yè)開設(shè)協(xié)作工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)課程，為踐行工程教育理念，本文首先根據(jù)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)的特點(diǎn)，設(shè)定課程目標(biāo)，然后探討機(jī)器人實(shí)訓(xùn)的教學(xué)思路，最后根據(jù)課程目標(biāo)和教學(xué)思路，探討一種能適應(yīng)“新工科”工程教育理念的協(xié)作工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)模式。

1 實(shí)訓(xùn)教學(xué)目標(biāo)

協(xié)作工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)，將學(xué)生分為不同小組，以協(xié)作工業(yè)機(jī)器人的基本原理、基本操作和應(yīng)用設(shè)計(jì)為教學(xué)內(nèi)容，采用理論解析、操作演示和項(xiàng)目教學(xué)等方法講授不同類型的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，在實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中主要實(shí)現(xiàn)以下三個(gè)目標(biāo)：

1.1 講授和實(shí)踐教學(xué)階段的體系化分層次實(shí)施

體系化分層次的實(shí)訓(xùn)教學(xué)組織形式主要包括實(shí)訓(xùn)布置、原理導(dǎo)學(xué)、協(xié)同合作、實(shí)訓(xùn)成果檢驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)應(yīng)用拓展等五個(gè)階段。通過體系化分層實(shí)訓(xùn)教學(xué)，初學(xué)者能將協(xié)作工業(yè)機(jī)器人基本理論和相關(guān)實(shí)踐串聯(lián)起來，構(gòu)建相對完整的協(xié)作工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用設(shè)計(jì)知識(shí)框架。

1.2 實(shí)訓(xùn)教學(xué)與工程應(yīng)用互動(dòng)

基于“新工科”的工程教育理念，促進(jìn)協(xié)作工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)與工程設(shè)計(jì)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)和理論與實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)系。在實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中，將工程應(yīng)用案例和基本原理方法引入到實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目中，拓展學(xué)生視野，提升學(xué)生工程實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。在實(shí)訓(xùn)結(jié)束后，學(xué)生可以根據(jù)自身情況參與協(xié)作工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用設(shè)計(jì)的相關(guān)實(shí)踐，盡可能地為學(xué)生提供協(xié)作工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的深度和廣度的延伸途徑，提高實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量。

1.3 因材施教，促進(jìn)學(xué)生良性發(fā)展

在實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中，通過因材施教將學(xué)生的知識(shí)和能力教育提升到一定高度，同時(shí)，根據(jù)每個(gè)學(xué)生的實(shí)訓(xùn)進(jìn)展進(jìn)行定向和正確引導(dǎo)，使所有學(xué)生都能夠良性發(fā)展。

2 實(shí)訓(xùn)教學(xué)思路和模式探討

協(xié)作工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)教學(xué)思路基于“1：M：N”理念，其中“1”指1個(gè)課號(hào)，“M”指分為多個(gè)小組，“N”指每個(gè)小組的學(xué)生?！?：M：N”實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式以實(shí)訓(xùn)目的為主導(dǎo)，構(gòu)建實(shí)訓(xùn)過程、目的、模式和內(nèi)容的分層對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)每階段實(shí)訓(xùn)過程的特點(diǎn)構(gòu)建對應(yīng)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式進(jìn)行分類教學(xué)，注重每個(gè)實(shí)訓(xùn)階段、每個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目教學(xué)效果的最優(yōu)化，以期提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

基于“1：M：N”理念，協(xié)作工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)的教學(xué)模式通過實(shí)訓(xùn)任務(wù)布置、原理導(dǎo)學(xué)、協(xié)同合作、實(shí)訓(xùn)成果檢驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)應(yīng)用拓展不同階段的教學(xué)模式實(shí)現(xiàn)，具體流程如圖1所示。

圖1：協(xié)作工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式流程

2.1 實(shí)訓(xùn)任務(wù)布置和原理導(dǎo)學(xué)階段

在實(shí)訓(xùn)任務(wù)布置和原理導(dǎo)學(xué)階段，采用傳遞—接受教學(xué)模式，借助口授、板書和多媒體演示等多種方式，為學(xué)生說明實(shí)訓(xùn)目標(biāo)、階段和考核方式，以及與已學(xué)理論之間的聯(lián)系；而學(xué)生則在以教師主導(dǎo)講解的輕松氛圍中進(jìn)行實(shí)訓(xùn)課程的接受學(xué)習(xí)。此種實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式可以讓學(xué)生充分了解實(shí)訓(xùn)的特點(diǎn)和意義，并有效地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

2.2 協(xié)同合作階段

在協(xié)同合作階段，學(xué)生將根據(jù)教師布置的任務(wù)和講解的內(nèi)容，以小組為單位進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，在該階段的實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式主要包括直接法、發(fā)現(xiàn)法、示范—模仿法、項(xiàng)目法和合作學(xué)習(xí)法。直接法教學(xué)模式采用簡單明了的方式直接把實(shí)訓(xùn)過程中涉及到的知識(shí)點(diǎn)傳遞給學(xué)生，并且組織學(xué)生應(yīng)用相關(guān)理論知識(shí)進(jìn)行實(shí)踐項(xiàng)目，這樣有助于學(xué)生通過反復(fù)實(shí)踐掌握協(xié)作工業(yè)機(jī)器人的基本指令和應(yīng)用技巧，為學(xué)生的后續(xù)復(fù)雜的實(shí)訓(xùn)打好技術(shù)基礎(chǔ)；發(fā)現(xiàn)法教學(xué)模式是在教師啟發(fā)下，學(xué)生作為主體自覺主動(dòng)地實(shí)踐協(xié)作工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用編程方法，有助于培養(yǎng)學(xué)生解決問題的工程實(shí)踐能力。示范—模仿教學(xué)模式是指有目的地把協(xié)作工業(yè)機(jī)器人的相關(guān)操作指令和應(yīng)用進(jìn)行示范，使學(xué)生通過模仿有效地掌握實(shí)訓(xùn)相關(guān)原理和內(nèi)容，這樣有助于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和參與度。項(xiàng)目教學(xué)法以工程項(xiàng)目為實(shí)訓(xùn)教學(xué)主線，學(xué)生獨(dú)立完成信息采集、程序設(shè)計(jì)、方案優(yōu)化、項(xiàng)目實(shí)施和實(shí)訓(xùn)最終評(píng)價(jià)，這樣通過實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的完成，可充分培養(yǎng)學(xué)生項(xiàng)目管理能力和工程實(shí)踐能力。合作學(xué)習(xí)法是指學(xué)生以小團(tuán)隊(duì)的形式共同完成實(shí)訓(xùn)任務(wù)，通過小組分工負(fù)責(zé)制，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和解決復(fù)雜工程技術(shù)問題的興趣。

2.3 實(shí)訓(xùn)成果檢驗(yàn)

實(shí)訓(xùn)成果檢驗(yàn)階段主要采用討論法，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下以小組討論的方式完成實(shí)訓(xùn)成果的檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)工作，這樣可以發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和積極性，同時(shí)，也有利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思維能力、口頭表達(dá)能力和自我總結(jié)反思能力。

2.4 實(shí)訓(xùn)應(yīng)用拓展

為提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力，學(xué)生根據(jù)自身學(xué)習(xí)情況，參與實(shí)訓(xùn)應(yīng)用拓展學(xué)習(xí)，在該階段將采用協(xié)同育人和個(gè)性化教學(xué)模式，主要由企業(yè)為指導(dǎo)教師及學(xué)生提供相關(guān)的技術(shù)指導(dǎo)與培訓(xùn)，完成協(xié)作工業(yè)機(jī)器人實(shí)際應(yīng)用的設(shè)計(jì)，并以此培育“大創(chuàng)”項(xiàng)目和學(xué)科競賽。

3 結(jié)論

基于“新工科”的工程教育理念，“1：M：N”的協(xié)作工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)模式不僅有助于學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，而且有利于學(xué)生深刻地掌握理論知識(shí)和培養(yǎng)創(chuàng)新工程能力，此外還能提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和解決復(fù)雜工程問題的能力。同時(shí)，該教學(xué)模式通過因材施教和實(shí)施難易不同的分工實(shí)訓(xùn)教學(xué)，可以最大程度地促進(jìn)每個(gè)學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力的提升。