工業(yè)機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)探索

□ 武漢 余秋月

創(chuàng)新二字分別蘊(yùn)含著各自的內(nèi)涵：新意味著始，也就是說(shuō)造就的這個(gè)事物是前所未有的、全新的；另一個(gè)創(chuàng)意味著變，即是對(duì)某種事物進(jìn)行的變革與再創(chuàng)造，這說(shuō)明所創(chuàng)造的新事物（創(chuàng)新）是有所依托的，不是憑空而起的。創(chuàng)新能力是指一種遵循事物發(fā)展規(guī)律前提下，進(jìn)行事物變革的能力。所以說(shuō)創(chuàng)新不是隨意構(gòu)想的，不是天馬行空的，而是一種有理可依的，有跡可循的造就新事物。

2015年我國(guó)提出“中國(guó)制造2025”，其以“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、質(zhì)量為先、綠色發(fā)展、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、以人為本”為基本方針。2018年，習(xí)近平在濟(jì)南考察浪潮集團(tuán)高端容錯(cuò)計(jì)算機(jī)生產(chǎn)基地時(shí)指出“發(fā)展是第一要?jiǎng)?wù)，人才是第一資源，創(chuàng)新是第一動(dòng)力”。可見(jiàn)，創(chuàng)新是當(dāng)代社會(huì)發(fā)展的重要推動(dòng)力。因此，在高校教育教學(xué)探索過(guò)程中，學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)，已經(jīng)成為當(dāng)前教學(xué)的核心目標(biāo)。

工業(yè)機(jī)器人實(shí)踐教學(xué)是工業(yè)機(jī)器人理論技術(shù)的重要環(huán)節(jié)，是工業(yè)機(jī)器人專(zhuān)業(yè)的必要基礎(chǔ)課程。該課程的教學(xué)質(zhì)量從側(cè)面反映了該專(zhuān)業(yè)的教學(xué)水平。為了響應(yīng)市場(chǎng)對(duì)工業(yè)機(jī)器人復(fù)合型人才的需求，我院開(kāi)展工業(yè)機(jī)器人專(zhuān)業(yè)，并開(kāi)設(shè)了工業(yè)機(jī)器人實(shí)踐教學(xué)課程。本文結(jié)合目前我國(guó)機(jī)器人實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)狀，以及學(xué)?，F(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，對(duì)該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行創(chuàng)新型探索。

一、教學(xué)現(xiàn)狀分析

1.機(jī)器人實(shí)踐教學(xué)的重要性。“中國(guó)智能制造2025”的提出，使得機(jī)器人的應(yīng)用越來(lái)越受到關(guān)注。隨著科技的快速發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人逐漸在多種行業(yè)從事生產(chǎn)應(yīng)用，開(kāi)始了制造業(yè)的轉(zhuǎn)型與升級(jí)，從而出現(xiàn)了機(jī)器人替代人的熱潮。由于工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)不僅降低成本，還具有顯著提高生產(chǎn)效率、提高良品率、保證產(chǎn)品品質(zhì)、增強(qiáng)生產(chǎn)柔性等優(yōu)勢(shì)，導(dǎo)致越來(lái)越多傳統(tǒng)崗位逐漸被機(jī)器人代替。但與此同時(shí)，一些新型崗位（如全國(guó)機(jī)器人電氣工程師、全國(guó)機(jī)械工程師、全國(guó)PLC工程師、全國(guó)售前工程師、機(jī)器人系統(tǒng)集成工程師、全國(guó)機(jī)器人應(yīng)用工程師、全國(guó)機(jī)器人硬件工程師等）由此而生，使得工業(yè)機(jī)器人復(fù)合性人才供不應(yīng)求。因此，高校應(yīng)該高度重視工業(yè)機(jī)器人人才的培養(yǎng)，加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和自主創(chuàng)新能力。目前，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人實(shí)踐教學(xué)還處于初級(jí)階段，人才的培養(yǎng)方案還在探索。

2.當(dāng)前教學(xué)內(nèi)容的不足。當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人的實(shí)踐教學(xué)還處于初級(jí)教學(xué)，教學(xué)內(nèi)容較為基礎(chǔ)。主要是以串聯(lián)型六軸機(jī)器人系統(tǒng)為主要教學(xué)工具，從串聯(lián)六軸機(jī)器人系統(tǒng)的基本組成，認(rèn)識(shí)工業(yè)機(jī)器人的組成部分以及常用機(jī)器人系統(tǒng)的基本構(gòu)成；從六軸機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)、示教器的使用，了解機(jī)器人的關(guān)鍵參數(shù)和基本手動(dòng)操作；從工業(yè)機(jī)器人基本指令的練習(xí)，完成基礎(chǔ)指令驗(yàn)證。這樣傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容對(duì)于工業(yè)機(jī)器人的學(xué)習(xí)來(lái)說(shuō)，其設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，且單一，不具有系統(tǒng)性。學(xué)生通過(guò)做這樣的一些參數(shù)驗(yàn)證、指令驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，往往會(huì)因其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容過(guò)于簡(jiǎn)單機(jī)械而喪失學(xué)習(xí)動(dòng)力。學(xué)生無(wú)法在這樣的實(shí)踐教學(xué)中體會(huì)到所學(xué)理論知識(shí)的實(shí)用性，會(huì)對(duì)這樣的學(xué)習(xí)提出質(zhì)疑，從而導(dǎo)致學(xué)生出現(xiàn)厭學(xué)的狀態(tài)。

3.當(dāng)前教學(xué)方法的不足。目前，工業(yè)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法還比較傳統(tǒng)，主要是以教師操作作為課堂主體，學(xué)生復(fù)制練習(xí)為課堂手段，即實(shí)驗(yàn)教師針對(duì)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容的安排，首先對(duì)相關(guān)理論知識(shí)進(jìn)行回顧，然后分析該節(jié)課的課程內(nèi)容并向?qū)W生演示本節(jié)課課程內(nèi)容的具體操作，最后，學(xué)生按照老師的演示自行進(jìn)行課程內(nèi)容的練習(xí)與復(fù)制。這樣的教學(xué)方法雖然降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的難度，讓學(xué)生更容易完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，但是也大大降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，屬于一種灌輸性學(xué)習(xí)。在這樣的復(fù)制教學(xué)方法下，學(xué)生開(kāi)始養(yǎng)成對(duì)教師的依賴(lài)性，以及學(xué)習(xí)上的懶惰性，慢慢失去主動(dòng)進(jìn)行理論知識(shí)的復(fù)習(xí)習(xí)慣。很多學(xué)生開(kāi)始覺(jué)得在上課時(shí)只需用手機(jī)拍下教師的演示過(guò)程就可以輕松完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，降低了學(xué)生的思考能力，導(dǎo)致學(xué)生經(jīng)常出現(xiàn)知識(shí)僅于當(dāng)節(jié)課堂上掌握，下課后就遺忘的問(wèn)題。而且這種傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法還導(dǎo)致學(xué)生只是機(jī)械的復(fù)制了該課堂內(nèi)容，無(wú)法將知識(shí)靈活變通。

4.當(dāng)前實(shí)驗(yàn)考核的不重視。當(dāng)前實(shí)驗(yàn)考核在課程教學(xué)中往往不受到重視，重理論輕實(shí)踐的思想在教育體系中還是存在，特別表現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)考核部分。①考核機(jī)制上：部分課程考核機(jī)制會(huì)按照理論課程成績(jī)、實(shí)驗(yàn)課程成績(jī)以及學(xué)生平時(shí)表現(xiàn)成績(jī)作為考核標(biāo)準(zhǔn)，這樣的考核標(biāo)準(zhǔn)中實(shí)驗(yàn)課程成績(jī)占比率通常不超過(guò)30%。有的課程考核中直接將實(shí)驗(yàn)考核劃入平時(shí)表現(xiàn)成績(jī)中，有的甚至直接取消。這樣的考核機(jī)制的設(shè)置，讓學(xué)生覺(jué)得實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)的好壞并不會(huì)對(duì)他的課程成績(jī)有影響，從而導(dǎo)致學(xué)生忽視實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性。②考核形式上：目前實(shí)驗(yàn)課程的考核形式以實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)寫(xiě)為主，教師通過(guò)學(xué)生書(shū)寫(xiě)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告給學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)，由于實(shí)驗(yàn)報(bào)告通常是讓學(xué)生自己在課堂外完成，所以其并不能真實(shí)反映出學(xué)生的實(shí)驗(yàn)水平。這也是導(dǎo)致學(xué)生不重視實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)的原因之一。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容上的探索

1.基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)?；A(chǔ)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)是在傳統(tǒng)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)學(xué)生理論知識(shí)進(jìn)行引導(dǎo)式復(fù)習(xí)，更多地讓學(xué)生熟練掌握工業(yè)機(jī)器人基本常用知識(shí)點(diǎn)?；A(chǔ)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容具體如下：①走進(jìn)工業(yè)機(jī)器人：讓學(xué)生對(duì)工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)有一定的認(rèn)識(shí)，并結(jié)合理論知識(shí)，掌握機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)和基本性能。②工業(yè)機(jī)器人手動(dòng)操作：結(jié)合理論課知識(shí)和現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備，掌握工業(yè)機(jī)器人基坐標(biāo)、關(guān)節(jié)坐標(biāo)、工具坐標(biāo)、用戶(hù)坐標(biāo)的定義和使用，熟悉工業(yè)機(jī)器人設(shè)備的基本操作，熟練手動(dòng)控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。③工業(yè)機(jī)器人基本運(yùn)動(dòng)指令：熟練掌握工業(yè)機(jī)器人編程操作過(guò)程，深入理解基本運(yùn)動(dòng)指令的含義、變量設(shè)置、用法、區(qū)別。④工業(yè)機(jī)器人IO指令：熟練掌握工業(yè)機(jī)器人IO口設(shè)置，深入理解IO指令的含義與用法。

2.綜合型實(shí)驗(yàn)教學(xué)。綜合型實(shí)驗(yàn)教學(xué)是在基礎(chǔ)性教學(xué)基礎(chǔ)上進(jìn)一步深入，通過(guò)典型的工業(yè)應(yīng)用案例工藝分析，讓學(xué)生自主運(yùn)用基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的知識(shí)點(diǎn)完成程序設(shè)計(jì)；然后，教師通過(guò)學(xué)生完成任務(wù)的結(jié)果，對(duì)典型工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用設(shè)計(jì)進(jìn)行針對(duì)性的補(bǔ)充。下面為綜合型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的典型應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容：①結(jié)合實(shí)際焊接要求的工業(yè)機(jī)器人繪圖設(shè)計(jì)：以繪圖練習(xí)模擬實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的工業(yè)機(jī)器人焊接技術(shù)，理解焊接工藝要求，設(shè)計(jì)焊接方案，熟練掌握幾種典型圖形的焊接。②結(jié)合實(shí)際碼垛要求的工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)設(shè)計(jì)：了解實(shí)際搬運(yùn)的工件尺寸以及搬運(yùn)環(huán)境，利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有工件模擬典型環(huán)境下的工業(yè)機(jī)器人碼垛。③創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)。創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)是指學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)室所提供的所有設(shè)備，以及前面所學(xué)的知識(shí)，自主設(shè)計(jì)一種工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景，并說(shuō)明理由。通過(guò)這樣創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，給學(xué)生提供更多的自主學(xué)習(xí)空間。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法上的探索

1.建立輪班制小組長(zhǎng)模式。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，允許學(xué)生四人自由組合成項(xiàng)目小組。教師僅提供基礎(chǔ)的實(shí)踐教學(xué)講解和部分項(xiàng)目設(shè)計(jì)思路，學(xué)生各組成員根據(jù)項(xiàng)目自行分配任務(wù)，并輪流承擔(dān)不同項(xiàng)目的負(fù)責(zé)小組長(zhǎng)，并登記在冊(cè)。該教學(xué)方法至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是教師更多地放手，讓學(xué)生自主討論、自主學(xué)習(xí)、相互督促學(xué)習(xí)，掌握工業(yè)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)操作的關(guān)鍵技術(shù)；二是讓每個(gè)學(xué)生都有擔(dān)任負(fù)責(zé)人的機(jī)會(huì)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)能力和協(xié)作能力，并且有助于學(xué)生自主學(xué)習(xí)的激勵(lì)，培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任感。

2.設(shè)立答疑環(huán)節(jié)。畢竟學(xué)生所掌握的知識(shí)程度是有限的，在自主學(xué)習(xí)過(guò)程中，必定會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，因此教師必須主動(dòng)參與到各小組的學(xué)習(xí)中去，給予學(xué)生適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)和答疑解惑。在每次項(xiàng)目課時(shí)結(jié)束前的30分鐘，各組組長(zhǎng)將其負(fù)責(zé)的項(xiàng)目向全班同學(xué)進(jìn)行簡(jiǎn)單講解，列出實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的各種問(wèn)題，其他組員進(jìn)行內(nèi)容補(bǔ)充。教師在此過(guò)程中需對(duì)講解內(nèi)容進(jìn)行指導(dǎo)，并對(duì)問(wèn)題進(jìn)行解答，并及時(shí)記錄學(xué)生學(xué)習(xí)情況，用于后期考核部分內(nèi)容。

四、實(shí)驗(yàn)考核方式上的探索

教師要從根本上重視實(shí)踐教學(xué)，擴(kuò)大實(shí)踐教學(xué)考核在改課程上的考核百分比，從而引起學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的關(guān)注；然后，要從考核方式上進(jìn)行改革，變傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)寫(xiě)評(píng)分為隨堂實(shí)驗(yàn)測(cè)試環(huán)節(jié)。變單一報(bào)告評(píng)分機(jī)制為多種方式評(píng)分機(jī)制，即以平時(shí)課堂表現(xiàn)和隨堂測(cè)試兩個(gè)環(huán)節(jié)作為評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，課堂表現(xiàn)包含基礎(chǔ)操作、領(lǐng)導(dǎo)能力、協(xié)作能力以及團(tuán)隊(duì)貢獻(xiàn)率。通過(guò)這樣的考核機(jī)制設(shè)置，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的緊迫感，激勵(lì)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，主動(dòng)幫助他人學(xué)習(xí)，并能夠更加準(zhǔn)確地反映出學(xué)生的綜合學(xué)習(xí)水平。

本文對(duì)工業(yè)機(jī)器人實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行了探討和實(shí)踐，主要針對(duì)現(xiàn)有教學(xué)現(xiàn)狀、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及考核方式上的不足進(jìn)行了分析與探索，提出了具有綜合性、創(chuàng)新性與系統(tǒng)性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案。并經(jīng)過(guò)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了驗(yàn)證，表明了該教學(xué)思路的可行性，增強(qiáng)了學(xué)生自主創(chuàng)新的能力，激發(fā)了他們團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、團(tuán)隊(duì)互助的能力，鍛煉了他們發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，提高了他們運(yùn)用知識(shí)，創(chuàng)新應(yīng)用的能力，讓他們?cè)诮窈蟮膶?shí)踐過(guò)程中能高效靈活地運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，成為具有專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)的工業(yè)機(jī)器人人才。［武漢外語(yǔ)外事職業(yè)學(xué)院院級(jí)教學(xué)研究項(xiàng)目：工業(yè)機(jī)器人課程實(shí)踐教學(xué)體系改革與研究（2018WYYBJY032）］