人工智能2.0背景下技工院校移動機(jī)器人技術(shù)教學(xué)模式探討

朱勝昔

摘 要：人才是制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素。隨著我國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，科技創(chuàng)新能力不斷提高，目前移動機(jī)器人已經(jīng)應(yīng)用到物流、家政服務(wù)、特殊場地勘測等行業(yè)。此外，現(xiàn)在大火的“智能無人駕駛”也是以移動機(jī)器人自主導(dǎo)航自主運(yùn)動為基礎(chǔ)發(fā)展起來的。面對國家政策的鼓勵和專業(yè)人才缺口的日益擴(kuò)大，技工院校應(yīng)如何圍繞移動機(jī)器人技術(shù)開展教學(xué)，或者說應(yīng)以怎樣行之有效的教學(xué)模式為行業(yè)輸送合格的相關(guān)人才，是急需探索并解決的問題。

關(guān)鍵詞：移動機(jī)器人? 人工智能2.0? 教學(xué)模式

2018年6月，在上海舉辦的第45屆世賽全國選拔賽的競賽項目拉開帷幕。這一規(guī)?？涨笆⒋蟮募寄苜愂挛松鐣鹘缛耸康年P(guān)注，許多學(xué)校紛紛組織學(xué)生前來觀摩學(xué)習(xí)。賽場中，“移動機(jī)器人”賽項吸引了很多人駐足觀看。不少學(xué)生對這種既能自動規(guī)劃路徑又能手動操控，可以完成抓取、搬運(yùn)、視覺識別等擬人化任務(wù)的“機(jī)器人”產(chǎn)生了濃厚的興趣。類似的情形也發(fā)生在了今年3月世賽集中階段性考核北京賽區(qū)的三進(jìn)一賽場。移動機(jī)器人三強(qiáng)爭霸各顯神通，吸引了許多老師、學(xué)生、企業(yè)人士等前來觀戰(zhàn)。近幾年，與移動機(jī)器人相關(guān)的各大賽項越來越受到國人關(guān)注，人們逐漸發(fā)現(xiàn)了一個長久以來被忽略的事實——具有自主智能思維的移動機(jī)器人正以勢不可擋的勁頭成為現(xiàn)今世界舞臺上的重要角色。在過去的幾十年乃至未來很長一段時間里，移動機(jī)器人技術(shù)在世界范圍內(nèi)飛速發(fā)展，并不斷改變?nèi)祟惖纳罴肮ぷ鳌?h3>一、大勢所趨

“中國制造2025”中就人工智能技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用提出了重點建設(shè)的綱領(lǐng)性方案，致力于通過AI和信息化技術(shù)的融入，推動我國從制造大國向制造強(qiáng)國轉(zhuǎn)變;提出將以AI技術(shù)為核心的服務(wù)型機(jī)器人推廣至服務(wù)、醫(yī)療、教育、交通等各行各業(yè)，惠及全民日常的工作、生活。人工智能技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)取得高速發(fā)展，吹響了快速進(jìn)入人工智能2.0時代。

政策上的強(qiáng)音進(jìn)一步促進(jìn)了行業(yè)的蓬勃發(fā)展，移動機(jī)器人人才需求缺口迅速增大。2017年12月，工信部發(fā)布《促進(jìn)新一代人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展三年行動計劃（2018-2020年）》，提出重點培育和發(fā)展包括智能服務(wù)機(jī)器人在內(nèi)的17個產(chǎn)品或領(lǐng)域，并在保障落實上強(qiáng)調(diào)要加快人才培養(yǎng)，支持加強(qiáng)人工智能相關(guān)學(xué)科專業(yè)建設(shè)，引導(dǎo)培養(yǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展急需的技能型人才。

二、技工院校開展移動機(jī)器人技術(shù)教學(xué)的可行性分析

1.挑戰(zhàn)

擺在眼前的第一個問題是，目前我國職業(yè)教育對移動機(jī)器人技術(shù)的教學(xué)開展并不普及，尤其是技工院校在此領(lǐng)域上專業(yè)建設(shè)幾乎是一片空白。部分抓住了先機(jī)的學(xué)校目前也僅是針對極少數(shù)學(xué)生開展專為競賽服務(wù)的“精英”式教學(xué)，并沒有將其推廣到常規(guī)教學(xué)中，更未建立起專項教學(xué)的課程體系。許多學(xué)校看好行業(yè)前景，在建設(shè)移動機(jī)器人專業(yè)上躍躍欲試，卻苦于沒有先例，沒有較為成熟可行的經(jīng)驗可以借鑒，從而無從著手。

第二個不容忽視的問題是技工院?，F(xiàn)有的專業(yè)課程體系框架近十年來幾乎沒有大的變動。以機(jī)電一體化專業(yè)為例，現(xiàn)行的課程體系安排已無法滿足新時代強(qiáng)調(diào)能力素養(yǎng)提升、強(qiáng)調(diào)跨專業(yè)融合、強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新協(xié)作的學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)與要求;教學(xué)模式受師資、場地、設(shè)備硬件資源、學(xué)生素質(zhì)等諸多客觀因素影響，形式單一、僵化，仍蜷縮在長期慣性執(zhí)行下的固有框架里。對學(xué)生“一刀切”式的統(tǒng)一要求，忽視了學(xué)生的個性特征和個體專長。對于入學(xué)時幾乎不了解所報專業(yè)，之后在個人專長、興趣發(fā)展、學(xué)習(xí)基礎(chǔ)與學(xué)習(xí)能力等各方面會有較大差異的技校學(xué)生來說，學(xué)習(xí)積極性極易受到打擊，也不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力和分析與解決問題的能力。在現(xiàn)行格局下，若要建設(shè)一個新專業(yè)，開展高度融合傳統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)和最新科技成果的移動機(jī)器人技術(shù)教學(xué)，教師配備、資源調(diào)整、學(xué)生管理等都是必須解決的重要問題。綜上所述，突破現(xiàn)行老舊課程體系的桎梏，開辟符合新專業(yè)特性且體現(xiàn)學(xué)校辦學(xué)特色的新教學(xué)模式勢在必行。

2.機(jī)遇

事實上，技工院校對于移動機(jī)器人技術(shù)的教學(xué)難以普及的一大原因是人們對移動機(jī)器人技術(shù)的不了解。大部分學(xué)校、老師、學(xué)生以及家長將移動機(jī)器人當(dāng)成了高嶺之花，覺得它有“智能”必然是很高端的，必然是只屬于科研人員的領(lǐng)域，對技校生能夠通過學(xué)習(xí)從而在一定程度上掌握這一技術(shù)沒有信心。

可以肯定的是，要利用基礎(chǔ)配件設(shè)計并制作一臺適應(yīng)某一具體應(yīng)用場景的移動機(jī)器人，需集機(jī)電一體化技術(shù)之大成。從其核心技術(shù)層面解析，移動機(jī)器人是集動作控制、路徑規(guī)劃、環(huán)境感知等于一體的綜合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，要求學(xué)生運(yùn)用計算機(jī)工程、信息處理、機(jī)械設(shè)計與安裝、控制技術(shù)、傳感技術(shù)、電子技術(shù)、機(jī)器視覺、人工智能等多專業(yè)理論、實操技能經(jīng)驗，圍繞移動機(jī)器人的機(jī)械和控制系統(tǒng)進(jìn)行工作。再進(jìn)一步解構(gòu)，可以發(fā)現(xiàn)其中的機(jī)械設(shè)計、電子技術(shù)、電機(jī)控制、傳感技術(shù)的應(yīng)用，安裝、調(diào)試等都是技工院校的學(xué)生已接觸過的課程，所以從專業(yè)及基本技能方面來說，技工院校的學(xué)生是具備學(xué)習(xí)移動機(jī)器人專項課程的前期能力要求的（見下表）。

而對于關(guān)鍵技術(shù)中的難點——機(jī)器人運(yùn)動學(xué)和機(jī)器視覺，雖然其中涉及的算法對于初中起點的技校生來說太復(fù)雜了，但目前國際上多家公司針對移動機(jī)器人的編程控制開發(fā)出了功能強(qiáng)大的設(shè)計平臺。借助這些平臺中提供的工具，使用者可以將復(fù)雜的算法和控制邏輯以圖形化的語言實現(xiàn)，讓編程和使用過程變得生動有趣。這些便捷化智能化軟件的使用，將能幫助技校學(xué)生從苦于復(fù)雜的算法這一困境中解脫出來，為編程教學(xué)帶來極大的便利。

另外，隨著AI教育在中小學(xué)的普及，以及玩具機(jī)器人和遙控賽車逐漸成為兒童娛樂新寵，青少年對機(jī)器人本身就有著較強(qiáng)的好奇心和探索欲望。這是其他專業(yè)不具備的優(yōu)勢。

三、探索新的教學(xué)模式

根據(jù)以上分析并結(jié)合筆者所在學(xué)院的實際情況，作為教學(xué)管理人員，筆者將從移動機(jī)器人專業(yè)建設(shè)初期的幾個層次構(gòu)建的教學(xué)模式（見上圖）進(jìn)行分析探索。

1.讓專業(yè)社團(tuán)成為吸引學(xué)生興趣的前哨站和激發(fā)學(xué)習(xí)動力的實踐場

專業(yè)社團(tuán)是整個培養(yǎng)體系中貫穿始終的重要環(huán)節(jié)，是帶領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)移動機(jī)器人并逐步成為高層次創(chuàng)新人才的實踐場所。學(xué)院設(shè)立移動機(jī)器人專業(yè)社團(tuán)，配置社團(tuán)導(dǎo)師和專業(yè)課教師，由學(xué)校提供訓(xùn)練場地和主要社團(tuán)經(jīng)費(fèi)，鼓勵表現(xiàn)優(yōu)異的高年級學(xué)生作為教學(xué)助手負(fù)責(zé)對入社新生進(jìn)行基礎(chǔ)教學(xué)指導(dǎo)工作，并將學(xué)生在社團(tuán)里的表現(xiàn)及創(chuàng)新成果作為獎學(xué)金評審的重要加分項納入考核體系。

機(jī)電專業(yè)學(xué)生從入校后第二學(xué)期開始可自主選擇感興趣的社團(tuán)加入，從第三視角手動控制和搭建開始，以簡單、有趣、上手性強(qiáng)的小項目對入社新生進(jìn)行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，通過達(dá)成一個個階段性成果目標(biāo)，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)信心，調(diào)動他們的積極性，實現(xiàn)將學(xué)生的“一時好奇”變?yōu)椤伴L期興趣”。在提高專業(yè)認(rèn)知的同時，也為后續(xù)的專業(yè)方向選擇提供了雙向依據(jù)。

對于高年級學(xué)生，鼓勵他們跨方向參與社團(tuán)訓(xùn)練，在社團(tuán)中基于相同興趣和項目目標(biāo)實現(xiàn)跨專業(yè)融合、協(xié)作。學(xué)生通過專業(yè)社團(tuán)，應(yīng)用積累的專業(yè)知識和技能，在社團(tuán)指導(dǎo)老師的帶領(lǐng)下，探索、發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新項目和實例問題，組建項目組開展研究、設(shè)計、制作。社團(tuán)模式使得師生間的互動不再受制于課堂，除社團(tuán)指導(dǎo)老師外，由不同專業(yè)領(lǐng)域的教師組成技術(shù)顧問團(tuán)隊，為學(xué)生提供全面的技術(shù)力量支持。通過解決不同的應(yīng)用場景下的實際問題，不斷思考、討論、試驗來攻克技術(shù)難點，能有效鍛煉學(xué)生思維和邏輯能力，增強(qiáng)他們的組織、溝通與協(xié)調(diào)能力，激發(fā)學(xué)生自我學(xué)習(xí)的創(chuàng)新意識。

2.摒棄單一寬徑式分專業(yè)教學(xué)，采用因材施教和雙向優(yōu)選的分方向制

移動機(jī)器人作為機(jī)電一體化專業(yè)的分支學(xué)科，如果僅在機(jī)電專業(yè)現(xiàn)有課程中加入移動機(jī)器人的內(nèi)容，最終的學(xué)習(xí)效果將既達(dá)不到移動機(jī)器人專業(yè)領(lǐng)域知識技能所應(yīng)有的深度，學(xué)生有限的精力和課程安排也不足以將熱門領(lǐng)域逐一涉獵。大部分學(xué)生受限于單一的寬徑式專業(yè)劃分模式，直至畢業(yè)都不了解自己所學(xué)專業(yè)的特點和崗位能力要求。而若是直接在新入學(xué)時就設(shè)立移動機(jī)器人專業(yè)進(jìn)行招生，相當(dāng)一部分家長、學(xué)生將會因為對移動機(jī)器人專業(yè)缺乏基礎(chǔ)認(rèn)知或者不考慮學(xué)生自身情況而盲目跟風(fēng)，使得所選專業(yè)無法較好地與學(xué)生個人能力和意向相匹配，導(dǎo)致后續(xù)學(xué)習(xí)興趣和動力難以提升。

筆者認(rèn)為，可參考部分大學(xué)專業(yè)在統(tǒng)一基礎(chǔ)教學(xué)后再進(jìn)行專業(yè)方向選擇的模式，在所有機(jī)電類專業(yè)學(xué)生一年級結(jié)束后進(jìn)行專業(yè)方向分流，設(shè)立移動機(jī)器人、建筑電氣施工及智能家居控制、智能制造（工業(yè)控制）、工業(yè)機(jī)器人、綜合機(jī)械與自動化五個專業(yè)方向，結(jié)合一年來專業(yè)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)情況和學(xué)生在各個專業(yè)社團(tuán)中所形成的初步專業(yè)方向認(rèn)知，在教師的指導(dǎo)和建議下由學(xué)生自主選擇專業(yè)方向。這種模式能最大限度地將學(xué)生個人能力、興趣取向與所學(xué)專業(yè)相匹配，加深后續(xù)專業(yè)學(xué)習(xí)的深度，與畢業(yè)后從事的工作領(lǐng)域相適應(yīng)。

在此模式下，對一年級的課程結(jié)構(gòu)進(jìn)行以“能力驅(qū)動”為前提的調(diào)整至關(guān)重要?，F(xiàn)行一年級的基礎(chǔ)專業(yè)課程安排上忽視了對學(xué)生技能應(yīng)用能力的培養(yǎng)，一味的灌輸式理論教學(xué)并不符合技工院校學(xué)生的發(fā)展定位，而且讓大部分初中基礎(chǔ)知識薄弱的新生對專業(yè)課望而生畏，失去學(xué)習(xí)信心和動力。所以，可結(jié)合專業(yè)特點和學(xué)生認(rèn)知過程，用“動手做”帶動學(xué)生“動腦想”，將抽象的理論學(xué)習(xí)落地到具體的真實應(yīng)用場景，通過學(xué)生實物實踐訓(xùn)練，激發(fā)他們?nèi)ブ鲃铀伎疾⒔邮芟嚓P(guān)的理論知識點，并對知識點在應(yīng)用層面上有更直觀、深刻的認(rèn)識。

3.深入推進(jìn)“產(chǎn)教融合”，積極參與專業(yè)技能競賽，專業(yè)優(yōu)化與轉(zhuǎn)型升級

“產(chǎn)教融合”應(yīng)體現(xiàn)過程性融合。由專業(yè)教師團(tuán)隊通過調(diào)研企業(yè)是如何生產(chǎn)的，去探尋其背后的教育內(nèi)涵，然后在學(xué)校環(huán)境里進(jìn)行抽象改造。學(xué)校與企業(yè)的對接，不是照搬企業(yè)的生產(chǎn)過程再讓學(xué)生機(jī)械復(fù)制，而是要模仿企業(yè)的問題解決過程;不是按照生產(chǎn)過程設(shè)置學(xué)習(xí)任務(wù)，而是要按照企業(yè)的生產(chǎn)情境設(shè)置學(xué)習(xí)問題。通過與企業(yè)合作獲取的大量企業(yè)工程項目案例，學(xué)生在實踐體驗中逐漸掌握如何發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的方法，形成新模式。

對于新的專業(yè)方向來說，技能競賽是進(jìn)行專業(yè)建設(shè)、優(yōu)化及宣傳的重要助推劑。它既能作為檢驗學(xué)生專業(yè)能力水平的競技場，又能通過競賽內(nèi)容、規(guī)則進(jìn)一步優(yōu)化專業(yè)建設(shè)，更能由取得的成績?yōu)閷W(xué)校和專業(yè)打出知名度。競賽的內(nèi)容來源于合作企業(yè)的工程實際，通過深入推進(jìn)“產(chǎn)教融合”，既能增進(jìn)學(xué)生與企業(yè)的相互了解，為學(xué)生就業(yè)選擇與企業(yè)技術(shù)人才選拔搭建橋梁，也能提高競賽的實戰(zhàn)效果。

四、小結(jié)

綜上所述，在人工智能2.0時代，面對如此巨大的人才缺口，技工院校加入到移動機(jī)器人人才培養(yǎng)梯隊中既是勢在必行也是切實可行的。移動機(jī)器人技術(shù)教學(xué)的開展應(yīng)結(jié)合學(xué)校傳統(tǒng)學(xué)科基礎(chǔ)，創(chuàng)新改革教學(xué)模式，注重因材施教，用靈活的教學(xué)形式讓艱深的學(xué)習(xí)變得生動有趣，逐步實現(xiàn)學(xué)生從“掌握技能”到“提升能力”的飛躍，最終為企業(yè)輸送擁有自主創(chuàng)新思維能力的高技能人才。

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（作者單位：婁底技師學(xué)院）