應(yīng)用型本科機(jī)器人專業(yè)教育思考

劉娣　陳桂　劉坤

摘 要：針對機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展及人才需求，分析了目前國內(nèi)機(jī)器人教育的現(xiàn)狀，不同于研究生階段和高職院校的機(jī)器人教育，應(yīng)用型本科階段的機(jī)器人教育更重視提升學(xué)生的專業(yè)綜合素質(zhì)。分別從理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、師資提升三個方面對應(yīng)用型本科院校機(jī)器人專業(yè)教育方法提出了優(yōu)化措施，通過完善教學(xué)體系、改進(jìn)教學(xué)方法有效提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性，為培養(yǎng)高層次機(jī)器人專業(yè)技術(shù)人才提供參考。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型本科 機(jī)器人教學(xué) 課程建設(shè) 教學(xué)改革

中圖分類號：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）08（a）-0221-02

Abstract：According to the development and talent demand of robot industry， the current situation of domestic robot education is discussed. Different from the robot education in graduate level and high vocational school， the robot education in application-oriented institutes should pay more attention to improve students professional comprehensive quality. The optimization scheme of robot major talent training of application-oriented institutes is discussed from theory teaching， practice teaching and to enhancing the quality of teachers. Through consummating the teaching system and innovating the teaching methods can effectively enhance the students initiative and enthusiasm. The proposed scheme provides reference for training high level professional and technical talents of robot major.

Key Words：Application-oriented； Robot teaching； Course construction； Teaching revolution

機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的重要自動化裝備[1]，機(jī)器人可分為工業(yè)機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人兩大類，其在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、服務(wù)業(yè)、醫(yī)學(xué)、建筑、國防等領(lǐng)域中均有重要用途，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)志。近五年來，全球工業(yè)機(jī)器人銷量年均增速超過17%，全球制造業(yè)機(jī)器人密度（每萬名工人使用工業(yè)機(jī)器人數(shù)量）平均值也逐年增長，其中工業(yè)發(fā)達(dá)國家機(jī)器人密度普遍超過200。隨著勞動力成本的快速上升，中國的工業(yè)機(jī)器人及工業(yè)機(jī)器人自動化生產(chǎn)線相關(guān)產(chǎn)品快速發(fā)展，目前已是全球增長最快的機(jī)器人市場[2]。

目前機(jī)器人發(fā)展瓶頸已不是產(chǎn)能，而是各類機(jī)器人專業(yè)技術(shù)人才的短缺，無論是機(jī)器人技術(shù)人員的數(shù)量還是質(zhì)量，企業(yè)的需求都在逐年遞增，在未來幾年內(nèi)還將出現(xiàn)爆發(fā)式增長需求。因此，在大力發(fā)展高端制造技術(shù)和機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的同時，如何完善人才培養(yǎng)模式、優(yōu)化人才培養(yǎng)方案，有效提升技術(shù)人員隊伍素質(zhì)和技能水平是促進(jìn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展的重中之重。

1 機(jī)器人行業(yè)人才需求及教育現(xiàn)狀

1.1 機(jī)器人行業(yè)人才需求

2015年5月8日國務(wù)院發(fā)布了《中國制造2025》，其中將機(jī)器人列為十大重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域之一，若要實(shí)現(xiàn)智能制造2025，造出高性能的機(jī)器人只是許多困難中的一小部分，數(shù)據(jù)顯示，機(jī)器人硬件銷售只占整個機(jī)器人市場的1/3，如2012年全球工業(yè)機(jī)器人市場高達(dá)260億美元，而機(jī)器人硬件銷售只占87億美元，不到1/3，剩下的2/3市場即是以機(jī)器人為主體的系統(tǒng)集成。因此，機(jī)器人行業(yè)的人才需求不僅僅是簡單的操作維護(hù)，也不是僅局限在制造高性能機(jī)器人，而是要求相關(guān)技術(shù)人才能從事機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)、技術(shù)集成、系統(tǒng)安裝、運(yùn)行、維護(hù)和技術(shù)管理等方面工作，具備較高的提出問題、分析問題、解決問題的能力，而這類人才也是國內(nèi)目前最為缺少、更迫切需求的高層次技術(shù)人才[2]。

1.2 國內(nèi)機(jī)器人教育現(xiàn)狀

機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展促使各國都將機(jī)器人專業(yè)人才的培養(yǎng)放在重要位置，我國的機(jī)器人技術(shù)發(fā)展較晚，相比發(fā)達(dá)國家，機(jī)器人教育體系也不夠完善，相關(guān)高校也對機(jī)器人教育教學(xué)提出了改革措施[3-4]，我國目前的機(jī)器人教育主要可分為三個層面：一是綜合型重點(diǎn)高校培養(yǎng)的研究型人才，如清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、東南大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、南京理工大學(xué)等綜合性大學(xué)，相關(guān)機(jī)器人課程主要是在研究生教育階段開設(shè)，這類人才畢業(yè)后主要從事機(jī)器人行業(yè)相關(guān)的研發(fā)工作；二是高職或中職院校培養(yǎng)的工業(yè)機(jī)器人簡單操作和維護(hù)人才，主要開設(shè)相關(guān)的機(jī)器人操作及實(shí)訓(xùn)課程，較少涉及理論層面的基礎(chǔ)知識，學(xué)生難以真正理解其工作原理，這就使得學(xué)生在從事機(jī)器人行業(yè)相關(guān)工作時解決問題的能力較差，學(xué)習(xí)的可持續(xù)性較差，難以成為高質(zhì)量的專業(yè)技術(shù)人才；三是應(yīng)用型本科院校培養(yǎng)的高層次機(jī)器人專業(yè)技術(shù)應(yīng)用型人才，與綜合型大學(xué)與中高職院校不同，應(yīng)用型本科院校培養(yǎng)機(jī)器人人才更重視提升學(xué)生的專業(yè)綜合素質(zhì)，不僅要具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，還要具備系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)、技術(shù)集成、生產(chǎn)線安裝調(diào)試等解決實(shí)際工程問題的能力，具備可持續(xù)的學(xué)習(xí)能力，這也是目前國內(nèi)外企業(yè)對機(jī)器人人才的迫切要求。endprint

2 應(yīng)用型本科機(jī)器人課程建設(shè)思考

2.1 理論課程教學(xué)思考

機(jī)器人是涉及多門學(xué)科知識的綜合性學(xué)科，除了自動化專業(yè)傳統(tǒng)課程外，還包括機(jī)器人控制、機(jī)器人傳感器與檢測技術(shù)、機(jī)器人機(jī)械基礎(chǔ)、機(jī)器人視覺等核心專業(yè)課程，這些課程涵蓋了從機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)到運(yùn)動控制的各方面。從學(xué)生畢業(yè)后的可持續(xù)性學(xué)習(xí)能力方面來考慮，本科階段的理論教學(xué)內(nèi)容要有一定的廣度和深度，但同時也要考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)積極性，如工業(yè)機(jī)器人控制這門課程中，運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)涉及到大量的公式，這里不能一味強(qiáng)調(diào)復(fù)雜的公式推導(dǎo)，不要求學(xué)生記住公式本身，而是要講解清楚公式的含義，要求學(xué)生能理解并會應(yīng)用。一些課程要時常關(guān)注行業(yè)動態(tài)，如機(jī)器人傳感器課程、機(jī)器人視覺課程等，不僅要能向?qū)W生傳遞基礎(chǔ)理論知識，還能引導(dǎo)學(xué)生時刻關(guān)注前沿知識，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

除了教學(xué)內(nèi)容，在教學(xué)方法上也要做相應(yīng)的改進(jìn)，學(xué)生對工業(yè)機(jī)器人的認(rèn)識如果僅停留在書本上的認(rèn)知，則會出現(xiàn)事倍功半的情況，如機(jī)器人各個關(guān)節(jié)的控制方法、傳感器的工作原理等，書本上的理論知識難以讓學(xué)生有直觀的認(rèn)識，因此，在理論教學(xué)過程中可適當(dāng)增加現(xiàn)場教學(xué)環(huán)節(jié)，理論聯(lián)系實(shí)際更容易讓學(xué)生接受新知識，現(xiàn)場教學(xué)過程中的師生互動也有利于教師掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，在這一過程中，教師由授課轉(zhuǎn)變?yōu)榱艘龑?dǎo)，學(xué)生由被動接受轉(zhuǎn)變成了主動汲取，更好的調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性。

2.2 創(chuàng)新實(shí)踐平臺組成和優(yōu)化

機(jī)器人實(shí)踐環(huán)節(jié)是應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)的另一重要方面[5]，實(shí)踐環(huán)節(jié)著重培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐創(chuàng)新能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，實(shí)踐平臺的設(shè)置應(yīng)能滿足寬范圍、多層次的應(yīng)用需求。目前我院著重打造的機(jī)器人專業(yè)平臺包括三個方面，分別是機(jī)器人基礎(chǔ)實(shí)踐教學(xué)平臺、機(jī)器人綜合實(shí)踐與創(chuàng)新平臺、機(jī)器人科研平臺。

機(jī)器人基礎(chǔ)實(shí)踐教學(xué)平臺以慧魚創(chuàng)意模型系統(tǒng)為基礎(chǔ)，為學(xué)生提供積木式的機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計和電路設(shè)計平臺，是機(jī)械、電子和計算機(jī)控制相結(jié)合的基礎(chǔ)性認(rèn)知平臺，著重引導(dǎo)學(xué)生了解機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)、機(jī)電一體化、計算機(jī)程序控制等知識，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和綜合設(shè)計能力。機(jī)器人綜合實(shí)踐與創(chuàng)新平臺為學(xué)生提供機(jī)器人綜合設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計及控制算法設(shè)計的平臺，讓學(xué)生在教師的指導(dǎo)下完成相關(guān)的設(shè)計、編程、操作等任務(wù)，通過真實(shí)的機(jī)器人系統(tǒng)集成產(chǎn)品、設(shè)備讓學(xué)生總體了解工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用和系統(tǒng)集成的含義，提升綜合能力。機(jī)器人科研平臺包括教師科研平臺和教師指導(dǎo)下的學(xué)生創(chuàng)新科研平臺，該平臺一方面為教師開展校企合作和科研課題研究提供了良好條件；另一方面，為學(xué)生參加各種機(jī)器人大賽提供了支持和保障，即讓部分優(yōu)秀的學(xué)生能在專業(yè)知識、工程實(shí)踐、創(chuàng)新能力等方面有所突破，進(jìn)一步提高解決實(shí)際問題的能力。

2.3 教師師資提升措施

機(jī)器人涉及較多的專業(yè)領(lǐng)域，對任課教師相關(guān)專業(yè)知識的積累有較高的要求，同時機(jī)器人技術(shù)發(fā)展迅速，產(chǎn)品更新周期也越來越短，機(jī)器人相關(guān)知識也在不斷地完善，機(jī)器人本體、應(yīng)用、系統(tǒng)集成等各方面都處于不斷的變化提升之中，因此，教師應(yīng)時刻關(guān)注行業(yè)變化，了解新技術(shù)新產(chǎn)品的應(yīng)用，保持自身能力的不斷提升更新，及時在課堂補(bǔ)充新知識新內(nèi)容。另一方面，由于機(jī)器人系統(tǒng)的復(fù)雜性和綜合性，相關(guān)實(shí)踐環(huán)節(jié)的開設(shè)對教師提出了更高的要求，教師需具備較高的機(jī)器人實(shí)踐操作能力、故障診斷能力等，必要條件下，教師可參加一些相應(yīng)的技能培訓(xùn)或深入機(jī)器人企業(yè)，提升實(shí)踐能力和專業(yè)素質(zhì)。

3 結(jié)語

本文對機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展、人才需求及教育現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，機(jī)器人相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展急需高層次專業(yè)技術(shù)型人才，這一層次的技術(shù)人才正是應(yīng)用型本科院校的培養(yǎng)目標(biāo)。培養(yǎng)高質(zhì)量的機(jī)器人專業(yè)技術(shù)人才是相關(guān)高校所面臨的共同問題，我院將進(jìn)一步深化機(jī)器人專業(yè)的教學(xué)探索工作，進(jìn)一步完善工業(yè)機(jī)器人課程的理論教學(xué)內(nèi)容和實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)平臺，注重培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和專業(yè)能力，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)和可持續(xù)學(xué)習(xí)的能力。

參考文獻(xiàn)

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