機器人創新應用實踐能力培養模式的探索

摘要：為了順應時代發展，社會對新型人才的需求加大，高校對傳統課程進行一系列改革創新，探索與實踐人工智能時代的人才培養路徑。通過對機器人方向的本科實踐教學改革，新建創新實驗室、完善學科競賽體系、積極申報大學生創新創業訓練項目、成立大學生興趣小組、加強大學生企業實習力度等方式，將機器人專業方向的素質培訓融入本科實踐教學改革中，不斷提高教師及學生的專業技術能力。

關鍵詞：機器人;實踐教學;學科競賽;人才培養

中圖分類號：G642 ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）05-0141-02

1引言

隨著時代的發展科技進步越來越快，人工智能時代已經到來，“機器人”技術應用領域越來越廣，很多高校已將機器人相關專業課程納入大學生必修課，在學好機器人相關的理論基礎之上，更多的是培養提高學生們的動手實踐能力和創新應用能力，怎樣有效地培養學生成為新時代的社會高新型人才至關重要[1]。

1機器人方向本科實踐教學改革

自2011年開始，學校在計算機專業進行機器人方向的實踐教學，堅持以競賽促進教學，加強興趣班建設，有效的發揮服務機器人協同創新中心的協同促進實踐教學的優勢，先后帶動并建立健全了機器人類實踐教學體系。專業方向實踐教學體系原來由課程實驗、課程實訓、課程設計、IT項目實訓與頂崗實習、科技創新與科技競賽活動等8個部分構成，其中：傳統實踐教學學分在4年總學分中約占40%。而現將科技創新與科技競賽活動改革形成以賽促教的實踐子系統包含：各類軟硬件和專業方向的學科競賽、大學生創新實驗室、專業方向興趣小組、大學生創新創業訓練項目和創新項目企業實踐等共5個部分構成。

2機器人方向本科實踐教學成效

以賽促教的實踐子系統（原大學生科技活動和競賽活動）作為本科實踐教學體系的核心部分，極大地豐富了機器人類專業方向的學生的實踐動手能力的培養，為積極推動機器人類應用型本科教學起到了積極作用[2]。

2.1大學生創新實驗室

2010年，在學校的大力支持下，學院建立了“大學生創新實驗室”，并根據需要添置了相關設備、工具和器材，制定了合理的管理制度，用于學生課余時間做有關賽前準備工作或開展各項實踐活動，“大學生創新實驗室”的建立既提供了活動場地，又豐富了學生課外生活。實驗室特別指定了工作積極且能力較強的教師作為相關指導教師，堅持耐心動員、積極引導和組織學生開展科技創新與競賽活動，積極推動學生實踐能力的提高。2018年，學院設“機器人創新應用實驗室”為開放性實驗室，通過給學生創造研究性、設計性實驗活動的環境，調動和激發學生學習的主動性和創造性，提高學生獨立思考的能力和自主學習的積極性。對于低年級學生，主要訓練其基本技能和實踐能力;對于高年級學生，重在培養其科研意識和科研能力[3]。

2.2 大學生學科競賽

2010年，為參加智能汽車賽做準備，安排了指導教師帶領學生到相關企業與學校學習，打下了一定基礎。2011年首次組隊參賽，獲得優秀獎。2012年，組織了2個隊參加第七屆“飛思卡爾”杯全國大學生智能汽車大賽安徽賽區預賽暨安徽省第五屆“煒煌”杯大學生智能汽車賽，獲得兩個二等獎的好成績。2012年在全省機器人競賽中，組織四個隊參賽，取得一、二、三等獎各一個。2013年，在第八屆“飛思卡爾”杯全國大學生智能汽車大賽安徽賽區預賽暨安徽省“爾雅”杯大學生智能汽車賽上，我系組織2個隊分別參加了電磁組和攝像頭組的比賽，獲得了兩個二等獎，其中電磁組的風馳電掣隊以12.877s的成績排到名次表中的第四位。同年，我們在組織70人培訓的基礎上，經考核選拔了8人參加工信部人才交流中心和教育部信息咨詢中心組織的“藍橋杯”軟件大賽，獲得安徽賽區一等獎2名、二等獎1名、三等獎2名的好成績。其中獲得一等獎的2名學生到北京參加決賽，雖只獲得優秀獎，但給學生們很大鼓舞，也為機器人類學生今后參加該項競賽積累了寶貴經驗。2018年，我院學生賽出好成績，獲得安徽省級“藍橋杯”硬件組一等獎，并且獲得全國賽決賽國家二等獎的好成績。2013年至2018年，機器人方向的學生先后參加了“藍橋杯”大賽、“程序設計大賽”“單片機比賽”“機器人大賽”、智能車比賽、“中國教育機器人大賽”。參賽的學生逐年參加，規模可以說是已經達到了普及的程度。

現已建立健全機器人類專業實踐教學競賽體系[4]，針對軟件的有“藍橋杯”大賽、“程序設計大賽”，針對硬件的有“單片機比賽”，針對機器人方向的有“安徽省機器人大賽”“中國教育機器人大賽”和“互聯網+”大學生創新創業大賽等，充分體現了“以賽促教、賽教融合”的教學改革理念[5]。

2.3 大學生創新訓練項目

2015年我們組織學生成功申報并獲批了省級大學生創新訓練項目“微控制設備科技創新中心”現已經成功結項;2016年在省級項目的基礎上，申報并獲批了國家級大學生創新訓練項目“微控制設備科技創新中心”。2017年在此基礎上，我們又申報有14個省級大學生創新創業訓練項目和1個國家級大學生創新創業訓練項目。截至2019年，共有44項省級和14項國家級大學生創新創業訓練項目已完成結項，有14項國家級大學生創新創業訓練項目已批準立項。

2.4 大學生興趣小組

積極打造機器人興趣小組，建設機器人創新實驗室。已初步建成機器人的開發環境和學習平臺，開設興趣課題有：輪式機器人如：1）自主避障輪式機器人;2）語音控制輪式機器人;3）循跡取物輪式機器人;4）圖像識別輪式機器人;5）兩輪自平衡輪式機器人;雙足機器人如：6）語音控制雙足機器人;7）圖像識別雙足機器人;8）兩個法國NAO機器人學習、開發平臺;9）智能小車的研究。同時這些平臺向全校師生開放，供我們的學生和老師進修、學習機器人。目前借助平臺受益的學生人數達到500多人。

2.5 大學生創新項目企業實習

自2013年以來，我們和合肥凌翔機器人有限公司、安徽三聯機器人有限公司保持緊密合作，我們的學生先后參與到企業的創新項目的實習與實踐中。2015年我們和安徽三聯機器人有限公司共建“冠名班”，有10多名同學參加該班學習并參與企業實習實訓。近年來，我們連續選派有數十名同學進入合肥凌翔機器人有限公司進行創新項目的實驗和訓練中去，有部分學生已經在該公司就業并成為公司的技術骨干。2017年和科大智能共建“科大智能”“冠名班”，有39名同學參加該班學習并參與企業實習實訓，該班是針對機器人方向的專業培訓和實踐的班級，學生在企業實習階段均受到企業的好評。

3機器人方向素質培訓

2017年、2018年，機器人工程學院作為“2017、2018年暑期高校教師‘機器人應用能力及高新技術操作能力’”雙師素質培訓點，本次培訓針對省內各大中專院校機械工程、自動化、電氣、數控、人工智能等相關專業教師，采用理論與技能實訓、企業參觀與學術講座相結合的教學形式，重點提高參訓學員機器人創新應用實踐能力及高新技術操作的能力。成功地為來自省內十幾所高職院校四十多名教師成功完成了相關培訓工作[6]。

3.1素質培訓主要內容

培訓內容主要分為機器人創新應用實踐能力培訓和高新技術操作能力培訓兩塊。機器人創新應用實踐能力培訓內容包括了工業機器人及移動機器人相關課程，如，Effort和fanuc機器人編程操作實訓、機器人焊接模擬練習、機器人搬運與碼垛操作、RoboDK機器人離線仿真編程與實訓[7]、移動機器人創新應用能力訓練等[8]。高新技術操作能力培訓內容包含了常用的文字處理技術、圖文混排及表格處理技術等，同時針對工作中存在的疑難問題進行分析講解和專題討論，有效的提升學員解決復雜問題的能力。培訓總時長14天，在實際授課中，講師將根據學員的接受情況，適當加快或延長培訓時間，培訓期間將會穿插相關學者的講座、學術交流、企業參觀等內容。

3.2素質培訓特色與創新

1）授課形式靈活多樣，深得學員好評

2017年、2018年暑期培訓工作中，學院根據參訓學員的個體情況，并結合學院擁有的優勢資源，在課程安排上，采用“多媒體講授+實驗室實操+專家講座+企業參觀”等形式進行組織。在該期培訓結束后的學員意見反饋表上，參訓學員對于我們的授課組織形式一致給予很高評價。

2）雙證課程無縫銜接，學員收獲頗豐

學校擁有具有國家各類職業資格證培訓和鑒定資質的“安徽三聯職業培訓中心”，所以在培訓課程模塊上，把《全國計算機信息高新技術考試合格證書》四級證書（中級）考證內容內嵌到本次培訓中。培訓結束經考核，參訓學員同時也獲得了由國家人力資源和社會保障部職業技能鑒定中心核發中級證書。

3）創新實踐環節融入科技競賽元素

為了更好地把培訓內容與實際應用結合起來，真正在培訓過程中提高參訓學員的創新實踐能力[9]。本次培訓實踐環節將把機器人大賽的部分賽項內容作為培訓內容，并計劃邀請安徽省機器人大賽組委會成員、合肥工業大學教授進行專門授課。

4 結束語

在人工智能飛速發展的時代，本科高校的辦學效果將迎來新的要求和挑戰，在傳統的教育方式上進行一系列的改革探索，把切實提高學生的綜合能力作為首要任務，多輸出高素質、高水平的學生，不斷推進教學實踐相互促進共同發展。

參考文獻：

[1] 趙治巨，于麗霞，楊立芹，等.新工科建設背景下地方院校的轉型探索[J].教育理論研究，2017（22）： 84-85.

[2] 姚利花，張占東.綜合性高校在實踐教學中培養新工科創新型人才的研究[J].教育現代化，2018（12）：1-2.

[3] 李衛國，張文增，梁建宏.創意之星：模塊化機器人設計與競賽[M].北京：北京航空航天大學出版社，2016.

[4] 顧漢杰.基于學科競賽的創新創業人才培養模式研究[J]. 教育技術，2017（2）：54-56.

[5] 肖春.面向卓越工程師培養的學科競賽體系探索[J]. 浙江工業大學學報，2011（10）：205-210.

[6] 張靜.民辦高校師資培訓內循環體系建設[J].人力資源，2019（16）：54.

[7] 李慧.基于RoboDK的工業機器人搬運工作站仿真設計[J].自動化應用，2020（6）：76-79.

[8] 李衛國，張文增，梁建宏.創意之星：模塊化機器人設計與競賽[M].北京航空航天大學出版社，2016.

[9] 施曉莉.地方本科院校教師專業發展的特點與趨勢[J].集美大學學報（教育科學版），2015，16（6）：6-9.

【通聯編輯：王力】

收稿日期：2021-04-29

基金項目：安徽省級重大教學研究項目（2020jyxm0562）;省級教學研究項目（2019jyxm0514、2020jyxm0571）;校級重點研究項目（21zlgc002、20zlgc048）

作者簡介：鄭楊（1990—），女，安徽合肥人，講師，碩士，研究方向為智能控制、信號處理。