智能制造背景下機(jī)器人工程專業(yè)教學(xué)模式探索

李坤全，李 輝，李大慶

（河南工程學(xué)院，河南 鄭州 451191）

隨著我國制造業(yè)向智能化方向的發(fā)展，社會(huì)對機(jī)器人專業(yè)的人才需求量逐漸增加，在此背景下，機(jī)器人工程成為高校中的一門新工科專業(yè)。由于機(jī)器人工程專業(yè)在我國的起步較晚，所以教學(xué)模式還在不斷的探索中。機(jī)器人專業(yè)畢業(yè)的學(xué)生動(dòng)手能力差是目前面臨的重要問題，所以我國高校的機(jī)器人工程專業(yè)應(yīng)該改變傳統(tǒng)的教學(xué)方法，以市場需求為導(dǎo)向制定人才培養(yǎng)方案。革新教材內(nèi)容，確保學(xué)生能夠及時(shí)獲取機(jī)器人行業(yè)最新的知識(shí)。采用靈活的教學(xué)手段，善于使用先進(jìn)的教學(xué)方式來提高教學(xué)質(zhì)量。適當(dāng)增加實(shí)踐教學(xué)的比例，加強(qiáng)對學(xué)生實(shí)踐操作能力的培養(yǎng)。加強(qiáng)對專業(yè)教師在專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐技能方面的培訓(xùn)，通過組織學(xué)生技能競賽的方式培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力。將人才培養(yǎng)與企業(yè)實(shí)際需求有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)與智能制造發(fā)展相符合的機(jī)器人專業(yè)人才，為推動(dòng)我國成為制造強(qiáng)國做出貢獻(xiàn)。

1 我國高校機(jī)器人工程專業(yè)教學(xué)現(xiàn)狀

（1）教學(xué)內(nèi)容滯后，無法滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求。教學(xué)內(nèi)容滯后是機(jī)器人工程專業(yè)面臨的重要問題，我國的教材大多都是幾年一個(gè)版面，如果全部按照教材內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)，那么在一定的時(shí)期內(nèi)所教的理論知識(shí)基本都是一樣的。而機(jī)器人技術(shù)作為高興技術(shù)發(fā)展產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，技術(shù)更新?lián)Q代速度快、周期短是主要的特征，所以高校中機(jī)器人工程專業(yè)如果教學(xué)內(nèi)容無法及時(shí)更新，學(xué)生所學(xué)習(xí)的知識(shí)往往會(huì)落后于現(xiàn)有的技術(shù)水平，直接導(dǎo)致學(xué)生在畢業(yè)后無法適應(yīng)機(jī)器人行業(yè)發(fā)展的需求，導(dǎo)致高校人才培養(yǎng)與產(chǎn)業(yè)需求脫節(jié)，不利于我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。所以教學(xué)內(nèi)容更新是高校機(jī)器人工程專業(yè)教學(xué)改革的重要工作，也是提高機(jī)器人專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要基礎(chǔ)。

（2）教學(xué)模式單一，限制學(xué)生思維和能力的培養(yǎng)。機(jī)器人技術(shù)涉及多學(xué)科的交叉融合，其中的理論知識(shí)部分涉及大量的計(jì)算和推理，所以在機(jī)器人工程專業(yè)教學(xué)中往往會(huì)重理論而輕實(shí)踐，將過多的精力放在理論知識(shí)的講授中，并且基本都是采用傳統(tǒng)的課堂教學(xué)的方法。這種單一的教學(xué)模式不僅會(huì)讓學(xué)生產(chǎn)生很大的壓力，而且教學(xué)效果較差。在單一的課堂教學(xué)中，不僅會(huì)限制學(xué)生的思維，而且還影響到對學(xué)生創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力的培養(yǎng)。所以高校機(jī)器人工程專業(yè)應(yīng)該創(chuàng)新教學(xué)模式，善于利用網(wǎng)絡(luò)和多媒體等先進(jìn)的教學(xué)手段，通過翻轉(zhuǎn)課堂、項(xiàng)目教學(xué)等方式增強(qiáng)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新能力。

（3）理論與實(shí)踐脫節(jié)，不利于培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力。在智能制造的背景下，機(jī)器人作為重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域，其科技含量較高，所以需要從業(yè)人員具有較強(qiáng)的創(chuàng)新能力、研發(fā)能力、動(dòng)手能力，所以在教學(xué)過程中應(yīng)該注重對學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐能力的培養(yǎng)。在理論知識(shí)抽象性和邏輯性較強(qiáng)的情況下，如果單純的依靠課堂講授難以收到理想的教學(xué)效果。有些高校受到資金和環(huán)境的限制無法購買用于實(shí)訓(xùn)的機(jī)器人，學(xué)生的實(shí)習(xí)主要是以見習(xí)和金工實(shí)習(xí)為主，一般都是在某一時(shí)間到機(jī)器人生產(chǎn)廠進(jìn)行參觀學(xué)習(xí)，主要以參觀為主，無法進(jìn)行實(shí)踐操作，直接影響到實(shí)踐效果。學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)一段時(shí)間后，就會(huì)遺忘一部分理論知識(shí)，如果無法及時(shí)進(jìn)行實(shí)踐操作會(huì)直接影響到學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐的能力培養(yǎng)，導(dǎo)致學(xué)生就業(yè)后動(dòng)手能力差，無法滿足企業(yè)的用人需求。

2 機(jī)器人工程專業(yè)教學(xué)模式改革

（1）革新教材內(nèi)容，與產(chǎn)業(yè)發(fā)展保持同步。教學(xué)內(nèi)容的質(zhì)量直接影響到教學(xué)效果，尤其是對于機(jī)器人工程專業(yè)而言，因?yàn)闄C(jī)器人產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品和技術(shù)更新?lián)Q代周期短，所以使用傳統(tǒng)的教材無法滿足學(xué)生在知識(shí)方面的提升。為了解決這一問題，高校機(jī)器人工程專業(yè)的學(xué)科帶頭人以及教學(xué)骨干可以組織編寫校本教材，將機(jī)器人產(chǎn)業(yè)最新的發(fā)展成果融合到教學(xué)情境中，能夠讓學(xué)生及時(shí)掌握最新的技術(shù)和產(chǎn)品知識(shí)。為了了解機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的最新動(dòng)態(tài)，學(xué)校可以與機(jī)器人研發(fā)制造企業(yè)進(jìn)行合作，通過與企業(yè)技術(shù)人員的溝通，既能夠獲取最新的技術(shù)發(fā)展動(dòng)向，又能夠了解企業(yè)每個(gè)崗位對專業(yè)人才的技術(shù)和素質(zhì)要求，從而有針對性地編寫教材內(nèi)容，并且明確人才培養(yǎng)方向。教師還可以組織學(xué)生關(guān)注與機(jī)器人相關(guān)的網(wǎng)站，然后對機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的熱點(diǎn)話題以及技術(shù)動(dòng)態(tài)進(jìn)行討論，既能夠增加學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備，又能夠加深學(xué)生對該產(chǎn)業(yè)的深入了解，時(shí)刻與產(chǎn)業(yè)發(fā)展保持一致，為將來就業(yè)做好充足準(zhǔn)備。

（2）豐富教學(xué)手段，提升教學(xué)質(zhì)量。豐富的教學(xué)手段不僅能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能夠提高教學(xué)質(zhì)量。因?yàn)闄C(jī)器人理論教學(xué)部分抽象性和邏輯性的內(nèi)容較多，為了便于學(xué)生理解，教師可以采用虛擬仿真技術(shù)輔助講解，可以將抽象的內(nèi)容更加直觀形象地展示在學(xué)生面前，利于學(xué)生對理論知識(shí)的理解和掌握。同時(shí)通過虛擬仿真技術(shù)還能夠讓學(xué)生對機(jī)器人的內(nèi)部構(gòu)造和各部件的運(yùn)行原理有直觀的感受，可解決教學(xué)資源不足的問題。教師還可以將項(xiàng)目教學(xué)法與虛擬仿真技術(shù)相結(jié)合，在學(xué)習(xí)完某個(gè)模塊的理論知識(shí)后，讓學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目模擬，項(xiàng)目的選擇應(yīng)該盡量與企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)保持一致，能夠讓學(xué)生提前適應(yīng)企業(yè)真實(shí)生產(chǎn)情境。將學(xué)生分成若干小組進(jìn)行項(xiàng)目學(xué)習(xí)，學(xué)生可利用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行機(jī)器人技術(shù)的研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、維修等學(xué)習(xí)內(nèi)容，在項(xiàng)目研究的過程中，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和動(dòng)手操作能力，這也是企業(yè)發(fā)展對專業(yè)技術(shù)人員的要求。除此之外，教師還可以根據(jù)理論知識(shí)的特點(diǎn)，采用翻轉(zhuǎn)課堂、任務(wù)驅(qū)動(dòng)等教學(xué)方法，主要目的是提升教學(xué)質(zhì)量。

（3）增加實(shí)踐教學(xué)比例，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力。理論與實(shí)踐緊密結(jié)合是機(jī)器人工程專業(yè)教學(xué)的核心理念，所以應(yīng)該適當(dāng)增加實(shí)踐教學(xué)比例，從而提升學(xué)生的實(shí)踐操作能力，這也是機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展對技術(shù)人員的重要要求。要想對機(jī)器人的內(nèi)部構(gòu)造、運(yùn)行原理以及控制方式進(jìn)行深入的了解，最好的途徑就是親手對機(jī)器人進(jìn)行拆解和重組，只有親身經(jīng)歷了才能夠有深刻的理解和記憶。為了滿足機(jī)器人實(shí)踐教學(xué)的需求，學(xué)校在有條件的情況下，可以購買一定數(shù)量的機(jī)器人用于實(shí)踐教學(xué)，在資金受限的情況下可以購買機(jī)器人套件。在學(xué)習(xí)到一定階段后可以讓學(xué)生將機(jī)器人拆解，然后測量和記錄每個(gè)零部件的尺寸和形狀，最后將所有零部件重新組裝。在組裝完成后，讓學(xué)生利用三維建模軟件將所有零部件畫出來，然后進(jìn)行裝配和動(dòng)畫仿真。通過這一系列的操作，學(xué)生對機(jī)器人的整體以及各個(gè)零部件都會(huì)有深刻的認(rèn)識(shí)，然后讓學(xué)生在此基礎(chǔ)上進(jìn)行自主設(shè)計(jì)創(chuàng)新。這些都可以以團(tuán)隊(duì)的形式完成，每個(gè)人可以承擔(dān)自己擅長的角色，比如拆解、記錄、畫圖、編程、創(chuàng)新等等，利用團(tuán)隊(duì)的力量培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐操作能力。

（4）以賽促學(xué)，強(qiáng)化學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。以賽促學(xué)可以激發(fā)學(xué)生的競爭意識(shí)，也是有效培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力的重要途徑。學(xué)校可以組織學(xué)生多參加機(jī)器人大賽，在完成參賽作品的過程中，可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和競爭意識(shí)，并且培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力。對于學(xué)生參加過的比賽項(xiàng)目可以按照相應(yīng)的等級(jí)進(jìn)行學(xué)分認(rèn)定，以此來鼓勵(lì)學(xué)生參與的積極性，并且讓學(xué)生產(chǎn)生成就感。如果學(xué)生設(shè)計(jì)的機(jī)器人作品獲得了一定的名次，并且具有成果轉(zhuǎn)化的價(jià)值，學(xué)校應(yīng)該幫助學(xué)生申請專利，然后聯(lián)系科研部門或者企業(yè)將學(xué)生設(shè)計(jì)的作品進(jìn)行生產(chǎn)，學(xué)生不僅能夠獲得相應(yīng)的物質(zhì)報(bào)酬，還有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)業(yè)能力。以賽促學(xué)可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，也會(huì)強(qiáng)化學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐的能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新、創(chuàng)意、創(chuàng)業(yè)能力，這對于機(jī)器人工程專業(yè)教學(xué)而言具有重要意義。

3 結(jié) 語

現(xiàn)階段，我國機(jī)器人領(lǐng)域的人才培養(yǎng)主要以碩士和博士為主，雖然人才培養(yǎng) 層次較高，但是數(shù)量較少，所以本科院校逐漸開設(shè)機(jī)器人工程專業(yè)。由于本科院校的機(jī)器人工程專業(yè)起步時(shí)間較晚，所以教育體系還有待完善。在中國制造2025戰(zhàn)略的全面發(fā)展階段，我國高校機(jī)器人工程專業(yè)應(yīng)該從企業(yè)實(shí)際需求出發(fā)，不斷調(diào)整和完善教學(xué)模式，加強(qiáng)對機(jī)器人研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、操作、維護(hù)等高層次復(fù)合型專業(yè)人才的培養(yǎng)力度。通過一系列的改革，提高機(jī)器人專業(yè)人才綜合素質(zhì)和能力，培養(yǎng)一批切實(shí)符合企業(yè)需求的專業(yè)人才，為我國制造業(yè)的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。