基于研發(fā)反哺的“工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)”課程教學(xué)實(shí)踐

□王哲祿

教學(xué)與研發(fā)是高校發(fā)展的兩翼，是人才培養(yǎng)的兩大主要支撐。教學(xué)是前提和基礎(chǔ)，研發(fā)是提升和發(fā)展，兩者缺一不可。因此，研發(fā)和教學(xué)互動，有效地開展研發(fā)反哺教學(xué)是高職教育提升人才培養(yǎng)質(zhì)量的一個重要特征，有助于促進(jìn)新技術(shù)應(yīng)用，創(chuàng)新人才培養(yǎng)，提升高職教育人才培養(yǎng)質(zhì)量[1-3]。

“工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)”是高職機(jī)電一體化技術(shù)工業(yè)機(jī)器人方向?qū)W生的核心課程，課程教學(xué)注重理論和實(shí)踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生熟悉工業(yè)機(jī)器人理論知識的同時掌握新技術(shù)的應(yīng)用能力，為今后從事工業(yè)機(jī)器人相關(guān)工作打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。教師在開展工業(yè)機(jī)器人真實(shí)項(xiàng)目研發(fā)中，會查閱相關(guān)文獻(xiàn)，參加研討會，走訪調(diào)研企業(yè)，探討新技術(shù)需求等獲得行業(yè)和學(xué)科技術(shù)的新發(fā)展和新應(yīng)用；同時在研發(fā)項(xiàng)目時獲得豐富的項(xiàng)目開發(fā)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，將這些研發(fā)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)與理論知識相結(jié)合應(yīng)用到課堂教學(xué)實(shí)踐中去，為學(xué)生構(gòu)造一個真實(shí)的研發(fā)教學(xué)環(huán)境，對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計和動手能力，構(gòu)建研發(fā)應(yīng)用的思路是非常必要的。

一、將行業(yè)的新發(fā)展引入課堂教學(xué)

在課堂中，首先引入行業(yè)發(fā)展的新動態(tài)至課堂中，讓學(xué)生了解工業(yè)機(jī)器人的教學(xué)和研發(fā)在當(dāng)今社會的現(xiàn)實(shí)意義。第一臺工業(yè)機(jī)器人問世在20世紀(jì)60年代初，美國通用汽車公司使用全球第一臺工業(yè)機(jī)器人Unimate。經(jīng)過長達(dá)半個世紀(jì)，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)得到了迅速發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)在自動化、先進(jìn)裝備制造、智能化領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。2014年，國家工信部的最新數(shù)據(jù)顯示，在中國工業(yè)機(jī)器人市場上保持著35%的高增長率，遠(yuǎn)高于德國、日本等發(fā)達(dá)國家和制造強(qiáng)國，標(biāo)志著中國已正式進(jìn)入工業(yè)機(jī)器人時代。

工業(yè)機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展崛起一批有實(shí)力的機(jī)器人公司，如德國的KUKA、瑞典的ABB，日本的FANUC，中國的新松機(jī)器人等，占領(lǐng)國際和國內(nèi)市場上的大部分份額。隨著“中國制造2025”的提出，工業(yè)機(jī)器人作為先進(jìn)高端裝備得到重點(diǎn)關(guān)注，是實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0和“機(jī)器換人”戰(zhàn)略的核心[4-5]。教師將工業(yè)機(jī)器人的新發(fā)展通過工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)課程傳授給學(xué)生，幫助學(xué)生熟悉行業(yè)發(fā)展的新動態(tài)，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，做好專業(yè)發(fā)展定位。

二、將研發(fā)活動中的新技術(shù)引入課堂教學(xué)

工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。工業(yè)機(jī)器人集成項(xiàng)目研發(fā)活動是以工業(yè)機(jī)器人技術(shù)為核心進(jìn)行的，同時還有集成應(yīng)用新技術(shù)，如三維建模技術(shù)、機(jī)器虛擬仿真技術(shù)、機(jī)器視覺技術(shù)、現(xiàn)代電氣控制技術(shù)、總線控制技術(shù)。在教學(xué)過程中，三維建模技術(shù)和虛擬仿真技術(shù)，不僅可以有效引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人本體的認(rèn)識與理解，而且?guī)椭鷮W(xué)生理解如何進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人工作站方案的整體設(shè)計、夾具設(shè)計和虛擬仿真軌跡分析。

機(jī)器視覺技術(shù)是和工業(yè)機(jī)器人技術(shù)緊密相連的傳感技術(shù)，該技術(shù)被廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代生產(chǎn)制造等行業(yè)，可用來產(chǎn)品檢測、機(jī)器人引導(dǎo)、信息處理等。課程教學(xué)過程中，將研發(fā)活動中利用的機(jī)器視覺引入到教學(xué)內(nèi)容中，講解視覺傳感如何獲取項(xiàng)目對象的二維圖像，并通過視覺算法進(jìn)行處理、分析和解釋，得到符號描述，最終機(jī)器人能夠辨識物體信息，并引導(dǎo)機(jī)器人動作。最后，整個控制系統(tǒng)由電氣控制和總線技術(shù)集成控制。通過新技術(shù)引入到課堂教學(xué)中，這樣教師在講授理論的同時，輔助新技術(shù)的應(yīng)用，給予學(xué)生直觀的認(rèn)識，加強(qiáng)理論知識的理解和新技術(shù)應(yīng)用。

三、以真實(shí)工業(yè)機(jī)器人項(xiàng)目研發(fā)導(dǎo)引課程教學(xué)

工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)課程是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，在課程教學(xué)中引入真實(shí)工業(yè)機(jī)器人項(xiàng)目是非常有必要的。在深度分析機(jī)電一體化技術(shù)機(jī)器人方向?qū)W生學(xué)習(xí)特點(diǎn)情況，在研發(fā)實(shí)踐教學(xué)設(shè)計的環(huán)境下，結(jié)合項(xiàng)目教學(xué)設(shè)計方法引入拋光工業(yè)機(jī)器人研發(fā)的真實(shí)項(xiàng)目和工作任務(wù)，實(shí)現(xiàn)“訓(xùn)、研、創(chuàng)”一體化教學(xué)設(shè)計。

拋光工業(yè)機(jī)器人典型項(xiàng)目以拋光技術(shù)為切入點(diǎn)，進(jìn)行拋光工業(yè)機(jī)器人工作站的開發(fā)與研發(fā)，完成工作站的整體設(shè)計，電氣控制設(shè)計，整機(jī)的組裝與調(diào)試。根據(jù)研發(fā)過程將學(xué)生分組，研發(fā)項(xiàng)目學(xué)習(xí)實(shí)施模式由“研發(fā)真實(shí)項(xiàng)目導(dǎo)入”“研發(fā)真實(shí)項(xiàng)目計劃制定”“研發(fā)真實(shí)項(xiàng)目計劃實(shí)施”“研發(fā)真實(shí)項(xiàng)目創(chuàng)新設(shè)計”和“研發(fā)真實(shí)項(xiàng)目成果展示與評價”五個環(huán)節(jié)組成，其中拋光工業(yè)機(jī)器人真實(shí)研發(fā)項(xiàng)目教學(xué)貫穿了該模式的所有環(huán)節(jié)。該模式的實(shí)施方案如下：

1.“研發(fā)真實(shí)項(xiàng)目導(dǎo)入”環(huán)節(jié)。第一、以拋光工業(yè)機(jī)器人工作站研發(fā)項(xiàng)目為基礎(chǔ)，布置拋光工作站的任務(wù)、展示最終要達(dá)到的研發(fā)成果，使學(xué)生能直觀地認(rèn)識研發(fā)項(xiàng)目，然后再分解任務(wù)；第二、利用拋光工作站研發(fā)項(xiàng)目創(chuàng)建的環(huán)境下，學(xué)生討論自己在項(xiàng)目中承擔(dān)的具體任務(wù)，任務(wù)中涉及的工業(yè)機(jī)器人新技術(shù)應(yīng)用，最終預(yù)期自己達(dá)到的新技術(shù)應(yīng)用水平；第三、根據(jù)學(xué)生的知識水平和學(xué)情，先摸底調(diào)查問卷，按照團(tuán)隊(duì)進(jìn)行分組，成員中適當(dāng)配置對機(jī)械設(shè)計、電氣控制等動手能力強(qiáng)的成員，最后確定任務(wù)時間和完成目標(biāo)等。

2.“研發(fā)真實(shí)項(xiàng)目計劃制定”環(huán)節(jié)。在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作，查閱資料等方式，對拋光工業(yè)機(jī)器人的目標(biāo)和創(chuàng)新成果進(jìn)行分析，確定任務(wù)所需的新技術(shù)應(yīng)用，如三維技術(shù)和機(jī)器視覺技術(shù)，充分應(yīng)用已掌握的新技術(shù)進(jìn)行決策，確定研發(fā)任務(wù)的實(shí)施步驟，為任務(wù)的實(shí)施做好充分的準(zhǔn)備。

3.“研發(fā)真實(shí)項(xiàng)目計劃實(shí)施”環(huán)節(jié)。學(xué)生在拋光工業(yè)機(jī)器人研發(fā)里按照計劃完成研發(fā)任務(wù)。以拋光工業(yè)機(jī)器人項(xiàng)目研發(fā)為目標(biāo)，教師為指導(dǎo)，師生交流，推進(jìn)任務(wù)進(jìn)程，構(gòu)建工業(yè)機(jī)器人技術(shù)知識體系，形成真實(shí)環(huán)境下的核心崗位能力。

4.“研發(fā)真實(shí)項(xiàng)目創(chuàng)新設(shè)計”環(huán)節(jié)。根據(jù)研發(fā)項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計，并教導(dǎo)學(xué)生如何進(jìn)行知識產(chǎn)權(quán)申報，進(jìn)行基于工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育。

5.“研發(fā)真實(shí)項(xiàng)目成果展示與評價”環(huán)節(jié)。學(xué)生對拋光機(jī)器人工作站的項(xiàng)目和創(chuàng)新設(shè)計成果進(jìn)行展示，各小組相互評價與總結(jié)。參照制定的《工業(yè)機(jī)器人拋光項(xiàng)目任務(wù)完成情況評價表》進(jìn)行評價。同時，邀請專業(yè)老師一起參與，指導(dǎo)學(xué)生的新技術(shù)成果答辯，進(jìn)行新技術(shù)應(yīng)用交流。

拋光工業(yè)機(jī)器人研發(fā)項(xiàng)目教程以研發(fā)能力、職業(yè)素養(yǎng)為本位，教學(xué)中心側(cè)重由“教師為中心”向“教師引導(dǎo)、學(xué)生為主體”轉(zhuǎn)變。在工業(yè)機(jī)器人課堂教學(xué)中以真實(shí)研發(fā)項(xiàng)目為案例，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動參與性，學(xué)習(xí)行動的互動合作性。

研發(fā)反哺教學(xué)的實(shí)踐以工業(yè)機(jī)器人技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目為切入點(diǎn)，引入工業(yè)機(jī)器人行業(yè)新發(fā)展、研發(fā)新技術(shù)和拋光工業(yè)機(jī)器人真實(shí)研發(fā)項(xiàng)目模式，反哺工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)課程實(shí)踐與課程教學(xué)改革。在課程教學(xué)過程中以研發(fā)帶動教學(xué)，教學(xué)促進(jìn)研發(fā)，教師講授知識的同時使學(xué)生熟悉研發(fā)過程，探討研發(fā)方案，幫助學(xué)生理解自己所學(xué)知識，并進(jìn)行真實(shí)項(xiàng)目研發(fā)實(shí)踐，提高實(shí)踐動手能力，實(shí)踐證明研發(fā)反哺課程的教學(xué)效果良好。

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