機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班《項(xiàng)目設(shè)計(jì)》教學(xué)模式的研究與探索

成永濤　曹杰

摘要：本文針對(duì)當(dāng)前機(jī)器人產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的趨勢(shì)，機(jī)器人已經(jīng)越來越多的融入到各個(gè)領(lǐng)域中。機(jī)器人技術(shù)作為一項(xiàng)涉及人工智能、機(jī)械工程、自動(dòng)控制等多個(gè)領(lǐng)域的綜合學(xué)科。高校針對(duì)機(jī)器人方面的技術(shù)人才的需求，開設(shè)機(jī)器人工程專業(yè)。結(jié)合人才培養(yǎng)的目標(biāo)要求，培養(yǎng)應(yīng)用型人才的需要，開辦了機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班，通過對(duì)教學(xué)內(nèi)容的研究，提出了以項(xiàng)目設(shè)計(jì)為導(dǎo)向的教學(xué)模式。遵循了以學(xué)生為中心的宗旨，開展了新的多元化的教學(xué)模式。通過一年多的實(shí)施，學(xué)生經(jīng)過設(shè)計(jì)和產(chǎn)品的制作，取得較好的成果。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人? 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班 項(xiàng)目導(dǎo)向 教學(xué)模式

國(guó)家“十三五”規(guī)劃明確了以智能裝備制造為重點(diǎn)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，突出機(jī)器人相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用和服務(wù)，未來，機(jī)器人相關(guān)產(chǎn)業(yè)必定需要大批高素質(zhì)應(yīng)用型工程技術(shù)人才。因此，掌握機(jī)器人設(shè)計(jì)、開發(fā)、使用技術(shù)，將使得畢業(yè)生就業(yè)面更廣，層次更高，創(chuàng)業(yè)的機(jī)會(huì)更多，更具有就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。為適應(yīng)粵港澳大灣區(qū)的發(fā)展，以及智能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，全面打造出一批創(chuàng)新應(yīng)用型工程技術(shù)人才的需求，機(jī)電工程作出大膽的嘗試，于2017年暑期開設(shè)“機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班”，該班面向機(jī)電工程學(xué)院2016級(jí)所有系部專業(yè)的同學(xué)選拔，組建了30名學(xué)生的機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班。經(jīng)過多位專家教授們的研究和分析，提出了以“項(xiàng)目導(dǎo)向”的教學(xué)模式。量身定做給學(xué)生制定學(xué)習(xí)內(nèi)容，使學(xué)生通過對(duì)學(xué)習(xí)機(jī)器人相關(guān)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)及特定的項(xiàng)目，使學(xué)生完成項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，然后為學(xué)生提供動(dòng)手制作的平臺(tái)，達(dá)到理論與實(shí)踐的結(jié)合，完成實(shí)際意義上的動(dòng)手能力的培養(yǎng)。

“機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班”是我院探索智能制造、機(jī)器人應(yīng)用等領(lǐng)域高級(jí)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的一次重要嘗試。于2017-2018學(xué)年第一學(xué)期成功地開展了“循跡避障智能小車”項(xiàng)目設(shè)計(jì)，并以此項(xiàng)目舉辦了“機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班智能小車設(shè)計(jì)”競(jìng)賽。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)課程教學(xué)模式如下：

1. “項(xiàng)目導(dǎo)向式”開展教學(xué)。機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班每一學(xué)期的教學(xué)開展均以一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目作為向?qū)ФM(jìn)行。2017-2018學(xué)年第一學(xué)期以“循跡避障智能小車”作為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，該項(xiàng)目智能小車控制主板芯片乃基于51單片機(jī)，由學(xué)生運(yùn)用相關(guān)專業(yè)知識(shí)，自主搭建小車模型，并在此基礎(chǔ)上做多種功能拓展，通過編程與調(diào)試，實(shí)現(xiàn)小車模型完成循跡行走、避開障礙等功能的動(dòng)作。該項(xiàng)目綜合應(yīng)用性較強(qiáng)，所包含的專業(yè)知識(shí)包括括機(jī)械機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)、電機(jī)傳動(dòng)、電工電子技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)、C語(yǔ)言編程基礎(chǔ)等領(lǐng)域。要求學(xué)生在開展項(xiàng)目過程中，做到邊做邊學(xué)，學(xué)以致用。例如，為了幫助學(xué)生理解該項(xiàng)目中電機(jī)學(xué)相關(guān)技術(shù)，專門開設(shè)了《電機(jī)與傳動(dòng)》的理論課程教學(xué)。

2. 學(xué)生“自助式”課堂。項(xiàng)目設(shè)計(jì)的課堂上，老師只是知識(shí)的引導(dǎo)者，課堂的主人是每一個(gè)學(xué)生。每一節(jié)課上，都有不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生們針對(duì)實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)進(jìn)行探索性學(xué)習(xí)，可“小組討論”、“課題PPT分享”、“知識(shí)辯論賽”、“手機(jī)搜索”、“求助老師答疑”等。改變傳統(tǒng)課堂“填鴨式”的知識(shí)灌輸，讓學(xué)生學(xué)會(huì)主動(dòng)學(xué)習(xí)、主動(dòng)思考、主動(dòng)解決問題的能力。

3. 七分實(shí)踐三分理論。機(jī)器人課程作為一門工科學(xué)科，動(dòng)手實(shí)踐能力顯得尤其重要。沒有把理論知識(shí)轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)力的教學(xué)都是紙上談兵。對(duì)此，《項(xiàng)目設(shè)計(jì)》課程注重培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)操能力，安排了多個(gè)實(shí)驗(yàn)小項(xiàng)目，包括：小車機(jī)械機(jī)構(gòu)平臺(tái)搭建實(shí)驗(yàn)、電路板接線實(shí)驗(yàn)、主板測(cè)試實(shí)驗(yàn)、電機(jī)運(yùn)行測(cè)試、小車運(yùn)動(dòng)函數(shù)編寫實(shí)驗(yàn)、PWM控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)，舵機(jī)歸中實(shí)驗(yàn)，循跡功能實(shí)現(xiàn)，避障功能實(shí)現(xiàn)等多個(gè)實(shí)驗(yàn)，旨在引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐中真正掌握C語(yǔ)言編程、單片機(jī)技術(shù)以及各類傳感器的應(yīng)用和操作使用。

4. 4.“競(jìng)賽式”考核。通過舉辦“機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班智能小車設(shè)計(jì)競(jìng)賽”的形式對(duì)《項(xiàng)目設(shè)計(jì)》課程進(jìn)行考核，做到“以賽促教、以賽促學(xué)”。此次競(jìng)賽要求學(xué)生運(yùn)用該學(xué)期“循跡避障智能小車”項(xiàng)目所學(xué)的知識(shí)，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，自主設(shè)計(jì)應(yīng)用背景完成小車的搭建和功能的實(shí)現(xiàn)，并通過手繪海報(bào)、3分鐘解說展示、接受答辯等環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)力展示。比賽評(píng)出一、二、三等獎(jiǎng)，并頒發(fā)相應(yīng)獎(jiǎng)金和獎(jiǎng)品，同時(shí)，比賽分?jǐn)?shù)作為機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班項(xiàng)目設(shè)計(jì)1的期末考核成績(jī)。此次競(jìng)賽有效地激發(fā)了學(xué)子們的學(xué)習(xí)熱情，比賽過程中，各隊(duì)參賽選手展開了激烈精彩的角逐，情緒高漲，發(fā)揮出最佳狀態(tài)。賽后學(xué)生們認(rèn)真總結(jié)，分析不足之處，提出了更好的改進(jìn)意見。通過不斷的競(jìng)賽，對(duì)學(xué)生是一個(gè)很好的歷練，同時(shí)培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)精神和互相協(xié)作的能力，學(xué)會(huì)了如何將所學(xué)得知識(shí)應(yīng)用到設(shè)計(jì)合制作中。

5. 隨著教學(xué)改革的不斷推進(jìn)，各類學(xué)科競(jìng)賽已經(jīng)成為培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的新平臺(tái)，而機(jī)器人競(jìng)賽由于其自身的綜合性、科技性，也為現(xiàn)代教學(xué)改革注入了新的力量。通過例舉國(guó)內(nèi)外規(guī)模較大、影響力較廣的幾項(xiàng)機(jī)器人競(jìng)賽內(nèi)容及視頻。分析了機(jī)器人競(jìng)賽對(duì)于培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力以及其他綜合能力的推動(dòng)作用。最后，制定出基于機(jī)器人競(jìng)賽的實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)體系，并得到了良好的教學(xué)效果。

6. “展會(huì)現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)課堂。通過參加機(jī)器人與智能裝備領(lǐng)域?qū)I(yè)展會(huì)和論壇，并開展現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)工作，真正做到讓書本的理論知識(shí)與“企業(yè)應(yīng)用”接軌，與“前沿科技”俱進(jìn)。自2017年暑期，機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班共組織了“深圳機(jī)器人高交會(huì)”、“2017廣東省國(guó)際機(jī)器人智能設(shè)備博覽會(huì)”兩場(chǎng)展會(huì)現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)課堂?！罢箷?huì)現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)課堂”的開展，有利于提升學(xué)生對(duì)整個(gè)工控行業(yè)的理解，開闊自動(dòng)化行業(yè)的視野，積累該專業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生接受科技新知識(shí)的能力和分析自動(dòng)化技術(shù)的方法。

小結(jié)，經(jīng)過機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班的開設(shè)，通過學(xué)生的學(xué)習(xí)，教師的精心指導(dǎo)，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班的《項(xiàng)目設(shè)計(jì)》內(nèi)容不斷的更新。經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，為今后不斷地探索新的理論+實(shí)踐并進(jìn)教學(xué)模式，探索出更多更好地新的教學(xué)方法，營(yíng)造濃厚的工科營(yíng)造學(xué)習(xí)氛圍，引導(dǎo)大學(xué)生勇于實(shí)踐，敢于創(chuàng)新，提高綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、分析解決和操作技能，提高動(dòng)手能力和實(shí)踐能力。打造出新一代的理工人。

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