基于研發反哺的“工業機器人應用技術”課程教學實踐

□王哲祿

教學與研發是高校發展的兩翼，是人才培養的兩大主要支撐。教學是前提和基礎，研發是提升和發展，兩者缺一不可。因此，研發和教學互動，有效地開展研發反哺教學是高職教育提升人才培養質量的一個重要特征，有助于促進新技術應用，創新人才培養，提升高職教育人才培養質量[1-3]。

“工業機器人應用技術”是高職機電一體化技術工業機器人方向學生的核心課程，課程教學注重理論和實踐相結合，培養學生熟悉工業機器人理論知識的同時掌握新技術的應用能力，為今后從事工業機器人相關工作打下堅實的基礎。教師在開展工業機器人真實項目研發中，會查閱相關文獻，參加研討會，走訪調研企業，探討新技術需求等獲得行業和學科技術的新發展和新應用；同時在研發項目時獲得豐富的項目開發實踐經驗，將這些研發項目經驗與理論知識相結合應用到課堂教學實踐中去，為學生構造一個真實的研發教學環境，對培養學生創新設計和動手能力，構建研發應用的思路是非常必要的。

一、將行業的新發展引入課堂教學

在課堂中，首先引入行業發展的新動態至課堂中，讓學生了解工業機器人的教學和研發在當今社會的現實意義。第一臺工業機器人問世在20世紀60年代初，美國通用汽車公司使用全球第一臺工業機器人Unimate。經過長達半個世紀，工業機器人技術得到了迅速發展，工業機器人系統在自動化、先進裝備制造、智能化領域得到廣泛應用。2014年，國家工信部的最新數據顯示，在中國工業機器人市場上保持著35%的高增長率，遠高于德國、日本等發達國家和制造強國，標志著中國已正式進入工業機器人時代。

工業機器人行業的發展崛起一批有實力的機器人公司，如德國的KUKA、瑞典的ABB，日本的FANUC，中國的新松機器人等，占領國際和國內市場上的大部分份額。隨著“中國制造2025”的提出，工業機器人作為先進高端裝備得到重點關注，是實現工業4.0和“機器換人”戰略的核心[4-5]。教師將工業機器人的新發展通過工業機器人應用技術課程傳授給學生，幫助學生熟悉行業發展的新動態，激發學習熱情，做好專業發展定位。

二、將研發活動中的新技術引入課堂教學

工業機器人是集機械、電子、控制、傳感器、人工智能等多學科先進技術于一體的現代制造業重要的自動化裝備。工業機器人集成項目研發活動是以工業機器人技術為核心進行的，同時還有集成應用新技術，如三維建模技術、機器虛擬仿真技術、機器視覺技術、現代電氣控制技術、總線控制技術。在教學過程中，三維建模技術和虛擬仿真技術，不僅可以有效引導學生進行工業機器人本體的認識與理解，而且幫助學生理解如何進行工業機器人工作站方案的整體設計、夾具設計和虛擬仿真軌跡分析。

機器視覺技術是和工業機器人技術緊密相連的傳感技術，該技術被廣泛應用在現代生產制造等行業，可用來產品檢測、機器人引導、信息處理等。課程教學過程中，將研發活動中利用的機器視覺引入到教學內容中，講解視覺傳感如何獲取項目對象的二維圖像，并通過視覺算法進行處理、分析和解釋，得到符號描述，最終機器人能夠辨識物體信息，并引導機器人動作。最后，整個控制系統由電氣控制和總線技術集成控制。通過新技術引入到課堂教學中，這樣教師在講授理論的同時，輔助新技術的應用，給予學生直觀的認識，加強理論知識的理解和新技術應用。

三、以真實工業機器人項目研發導引課程教學

工業機器人應用技術課程是一門應用性很強的課程，在課程教學中引入真實工業機器人項目是非常有必要的。在深度分析機電一體化技術機器人方向學生學習特點情況，在研發實踐教學設計的環境下，結合項目教學設計方法引入拋光工業機器人研發的真實項目和工作任務，實現“訓、研、創”一體化教學設計。

拋光工業機器人典型項目以拋光技術為切入點，進行拋光工業機器人工作站的開發與研發，完成工作站的整體設計，電氣控制設計，整機的組裝與調試。根據研發過程將學生分組，研發項目學習實施模式由“研發真實項目導入”“研發真實項目計劃制定”“研發真實項目計劃實施”“研發真實項目創新設計”和“研發真實項目成果展示與評價”五個環節組成，其中拋光工業機器人真實研發項目教學貫穿了該模式的所有環節。該模式的實施方案如下：

1.“研發真實項目導入”環節。第一、以拋光工業機器人工作站研發項目為基礎，布置拋光工作站的任務、展示最終要達到的研發成果，使學生能直觀地認識研發項目，然后再分解任務；第二、利用拋光工作站研發項目創建的環境下，學生討論自己在項目中承擔的具體任務，任務中涉及的工業機器人新技術應用，最終預期自己達到的新技術應用水平；第三、根據學生的知識水平和學情，先摸底調查問卷，按照團隊進行分組，成員中適當配置對機械設計、電氣控制等動手能力強的成員，最后確定任務時間和完成目標等。

2.“研發真實項目計劃制定”環節。在導師的指導下，學生團隊合作，查閱資料等方式，對拋光工業機器人的目標和創新成果進行分析，確定任務所需的新技術應用，如三維技術和機器視覺技術，充分應用已掌握的新技術進行決策，確定研發任務的實施步驟，為任務的實施做好充分的準備。

3.“研發真實項目計劃實施”環節。學生在拋光工業機器人研發里按照計劃完成研發任務。以拋光工業機器人項目研發為目標，教師為指導，師生交流，推進任務進程，構建工業機器人技術知識體系，形成真實環境下的核心崗位能力。

4.“研發真實項目創新設計”環節。根據研發項目，引導學生進行工業機器人創新設計，并教導學生如何進行知識產權申報，進行基于工業機器人技術的創新創業教育。

5.“研發真實項目成果展示與評價”環節。學生對拋光機器人工作站的項目和創新設計成果進行展示，各小組相互評價與總結。參照制定的《工業機器人拋光項目任務完成情況評價表》進行評價。同時，邀請專業老師一起參與，指導學生的新技術成果答辯，進行新技術應用交流。

拋光工業機器人研發項目教程以研發能力、職業素養為本位，教學中心側重由“教師為中心”向“教師引導、學生為主體”轉變。在工業機器人課堂教學中以真實研發項目為案例，提高了學生學習的主動參與性，學習行動的互動合作性。

研發反哺教學的實踐以工業機器人技術研發項目為切入點，引入工業機器人行業新發展、研發新技術和拋光工業機器人真實研發項目模式，反哺工業機器人應用技術課程實踐與課程教學改革。在課程教學過程中以研發帶動教學，教學促進研發，教師講授知識的同時使學生熟悉研發過程，探討研發方案，幫助學生理解自己所學知識，并進行真實項目研發實踐，提高實踐動手能力，實踐證明研發反哺課程的教學效果良好。

[1]張中強，唐翔，蔣艷.基于科研反哺教學理念的高校科教融合機制研究[J].教育探索，2014，（1）:79-80.

[2]王亞曉，王洪喜，田慧慧.科研反哺教學在機械電子專業的實踐和探討[J].教育教學論壇，2017，（36）:136-137.

[3]李俊杰.地方院校基于高水平學科平臺的科研反哺教學的理論與實踐探索[J].浙江工業大學學報（社會科學版），2011，10（1）:53-57.

[4]王田苗，陶永.我國工業機器人技術現狀與產業發展技化發展戰略[J].機械工程學報，2014，9（50）:1-13.

[5]王海霞，李志宏，吳清鋒.工業機器人在制造業中的應用和發展[J].機電工程技術，2015，10（44）:112-114.