智能制造背景下高職“機器視覺檢測技術”教學改革實踐*

陳 思 ，易 銘 ，劉修泉

（佛山職業技術學院智能制造學院，廣東 佛山 528137）

我國制造業正處于由勞動密集型向科技創新型轉變的關鍵階段，需要大量新技術創新應用型人才[1-2]。機器視覺檢測技術具有智能化程度高、無損探測等特點，在農業上被廣泛應用于果蔬采摘、分揀、打包等方面，在工業上被廣泛應用于精密定位、尺寸測量、缺陷檢測等方面，也被廣泛應用于安防、消防和軍事領域中，是一門重要的新技術，具有良好的創新應用前景[3-5]。人工智能產業領域中，機器視覺檢測技術相關人才缺口很大，供需失衡。在智能制造的背景下，主動適應國家經濟產業調整布局，積極響應國家人才規劃發展的指導方針：“服務發展、人才優先、以用為本、創新機制、高端引領、整體開發”，促進畢業生高質量就業創業，進行高職課程教學改革是高職教育的重要責任[6-7]。

1 高職“機器視覺檢測技術”課程教學存在的問題

1.1 缺乏適合高職學生的“機器視覺檢測技術”教學資源

由于機器視覺檢測技術是一門新興技術，在我國起步較晚，高校尤其是高職院校相關課程的教學資源不夠完善。“機器視覺檢測技術”是一門涉及圖像處理、模式識別、人工智能等諸多領域的交叉學科，理論知識復雜[8-9]。目前，慕課、云課堂等平臺提供了一些相關的課程資源，課程內容大多是針對本科院校學生來設計的，課程資源大多是偏向于講解圖像預處理、圖像形態處理等相關原理和介紹復雜運算公式，雖然也有一些是高職院校制作的共享課程資源，但是大多內容設置還是模仿本科院校，缺乏實際的工程應用案例。隨著人工智能的迅猛發展，市場上出現了很多智能化機器視覺軟件開發平臺，例如VisionMaster、VisionPro、VisionBank。這些視覺軟件平臺封裝了多種圖像處理算子，提供了強大的視覺分析工具庫，便于用戶進行可視化開發，被廣泛應用于視覺定位、尺寸測量、缺陷檢測和分類識別，雖然具有較高的工程應用價值，但是缺乏相關的共享教學資源。

1.2 傳統的課程教學模式與創新創業教育融合度不夠

“機器視覺檢測技術”作為一門實踐性和創新性較強的課程，對于學生畢業后的求職就業具有重要的影響，也是檢驗職業教育效果的一門重要課程。機器視覺檢測技術作為一門新技術，不論是在制造領域還是生活應用領域，都有著廣闊的創新應用空間，課程教學模式應與創新教育深入融合。然而，一方面，傳統的高職“機器視覺檢測技術”課程教學模式過于注重視覺識別原理的講解，分配過多課時在講解和驗證圖像處理原理方面，過于依賴電腦仿真來完成實驗，缺乏完整的實訓實踐活動，不利于培養學生實踐能力；另一方面，傳統的“機器視覺檢測技術”課程教學與創新創業教育融合度不夠高，忽視對學生創新創業能力的培養。

1.3 考核評價方法存在弊端

“機器視覺檢測技術”是一門實踐性和創新性較強的課程，考核評價方法應當注重實踐能力和創新創業能力的考核[10-11]。傳統的高職“機器視覺檢測技術”課程考核評價方法能夠結合課堂表現、期中考核、期末考核來進行課程考核，但期中考核和期末考核內容主要是機器視覺檢測技術原理的理論知識和基礎應用知識，忽視了對學生創新創業能力的考核評價，不利于引領學生主動查閱機器視覺檢測技術相關的應用資料和文獻及應用機器視覺檢測技術進行創新設計，不利于鞭笞學生主動參與到相關的專利開發、課題研究等活動中去，不利于培養學生動手實踐能力和創新創業能力。

2 教學改革策略

2.1 完善教學資源

課程資源共享平臺上，已經有很多關于機器視覺檢測技術基本理論知識的課程知識，但是缺乏企業實際應用案例資源，也缺乏能與PLC、機器人等外圍設備進行聯調的實踐項目資源。豐富的聯調實踐項目資源，有助于培養學生的動手實踐能力，豐富的企業實際應用案例，能讓學生深入了解機器視覺檢測技術在實際制造領域的應用情況，激發學生的創新創作思維。職業教育需要深度關注企業的實際生產，以佛山職業技術學院為例，該院工業機器人專業教研室聯合周邊先進制造業，校企共建“機器視覺檢測技術”課程企業案例資源，具體如表1 所示。高職技能競賽平臺和技能考證平臺也是高度模擬企業實際生產設備來設計的，其中機器人系統集成賽項平臺、工業機器人應用技術賽項平臺及工業機器人應用編程職業技能中級考證平臺都含有機器視覺檢測單元，工業機器人應用編程職業技能中級考證平臺如圖1 所示。在這些平臺上不但可以完成視覺裝調任務、視覺檢測任務、視覺系統維護任務，還可以完成視覺檢測與PLC、機器人等自動化設備的聯調任務，通過具體的實踐任務來培養學生的動手實踐能力和創新應用能力。應用這些平臺開發的課程資源如表2所示。

圖1 工業機器人應用編程職業技能中級考證平臺

表1 企業案例資源

表2 基于競賽設備及考證平臺開發的實踐項目

2.2 拓展培養空間

“機器視覺檢測技術”是一門理論知識復雜、實踐性較強的課程，學生需要參與大量的實踐實訓活動來鞏固知識和提高應用能力，而課堂上的實訓實踐活動非常有限，教學改革需要拓展培養空間，延伸到課外活動中。機器視覺檢測技術又是一門新興技術，適用領域廣，可創新應用性強，具有良好的研究前景，也是近年來的研究熱點。以佛山職業技術學院為例，該院工業機器人教研室組建師生科研團隊，以骨干教師為負責人，在尊重學生意愿的基礎上，組織學生參與了“基于人工神經網絡及機器視覺的倉庫智能消防機器人關鍵技術的研究”“大幅面瓷磚缺陷檢測”“基于機器視覺的曲面標簽檢測”等科研課題，組織學生開發了“基于視覺檢測的計費機器人”“基于視覺檢測的滅火機器人”等專利；并以機器視覺檢測技術相關的項目為依托，以“挑戰杯”“互聯網+”“大學生創新創業訓練計劃項目”“廣東大學生科技創新培育專項資金項目”等創新實踐競賽為契機，引領學生積極開展創新創業活動[12-13]。組建科研項目團隊，開展科研活動，不僅能提升學生的創新意識，激發創新思維，培養學生的實踐能力和創新應用能力，同時也有助于提高師資團隊的科研能力和教學水平[14-16]。此外，第二課堂拓展活動也是一個很好的拓展學生培養空間的形式，可以結合“機器視覺檢測技術”的特點，開展校級的技能競賽、創新設計競賽等活動。

2.3 改革考核評價方法

創新實踐能力考核能夠激勵和鞭策學生主動開展科技創新活動。“機器視覺檢測技術”是一門實踐性和創新性較強的課程，應當注重實踐能力和創新創業能力的考核，需要采用多元化的考核評價方法，結合過程考核、課程設計與答辯考核及創新實踐能力考核，綜合評價學生成績。過程考核由學習態度和單元實踐考核組成，學習態度考核是根據作業完成情況、課堂回答問題、課堂紀律、學生出勤等情況，由教師綜合評定學生的素質得分；單元實踐考核根據學生分析問題、解決問題及小組協作的能力進行考核，由教師評定。課程設計與答辯考核成績由小組評定成績和教師評定成績組成，通過抽簽成立答辯小組，根據課程設計的可行性、實用性、創新性進行成績評定。創新實踐能力考核，對學生參與課題情況，撰寫專利、論文、設計方案情況以及參與技能競賽情況進行成績評定。具體考核評價方法如表3 所示。

表3 考核評價方法

3 結束語

綜上所述，高校人才培育要響應國家發展戰略，以人才市場需求為導向，創新人才培育模式。高職“機器視覺檢測技術”教學改革不但要注重培養學生的基本專業技能，還應注重培養學生的創新創業能力。基于競賽和考證平臺，開發機器視覺檢測技術相關的聯調實踐項目，有助于培養學生的動手實踐能力。校企合作，以企業的實際生產案例為載體開發教學資源，可以讓學生深入了解機器視覺檢測技術在實際制造領域的應用，激發學生的創新創作思維。將創新實踐能力考核納入考核評價方法中，提高了學生參加課外相關科研活動的主動性，有助于激發學生的創新思維和培養學生的創新創業能力。