机器人及机电一体化创新教育的研究与实践

王仲民 刘朝华 祁宇明 邓三鹏

天津职业技术师范大学机械工程学院 天津 300222

当前我国技能型人才短缺，尤其是高技能人才的短缺已成为制约我国经济发展的重要因素。我校始终坚持“动手动脑，全面发展”的办学理念，主动适应职业教育和社会经济发展对人才培养的需求，依据学校人才培养目标，不断深化教学改革，优化人才培养方案，完善课程体系，更新教学内容，积极改革教学方法和手段，强化教学管理，教学质量不断提高。为了进一步提高人才培养质量，增强学生工程实践能力，我校机电技术教育专业(以下简称“机电专业”)以培养高素质职教师资和应用型高级专门人才为目标，以培养学生的创新精神和实践能力为重点，坚持传授知识、培养能力与提高素质协调发展；强化学科基础、优化实践环节，注重职业技能、创新精神和创新能力的培养。

机电专业遵循学校发展和教学改革方针，以培养大学生实践动手能力和创新精神为核心，是学校实施“一体化”课程和“做中学”教学理念的重要基地。该专业充分利用天津市“十二五”综合投资建设项目，筹集资金400万元，建立了机器人技术与应用实验室，购置了ABB工业机器人、模块化拆装机器人、直角坐标机器人等设备，开发了“工业机器人操作、装调与维修”项目，为机电专业以及学校机械类学生和教师提供了一个综合的、专业的机器人教育和研究平台，引导学生进行机械原理及设计、数控技术、机械原理及设计、数控技术、单片机、微机原理等课程的学习和实践。

1 机器人项目开发与创新教学实践

项目开发的主导思想为理论联系实际，科学主导工程；提高学生的创新能力和动手能力，提升整个专业的教学水平，使学生掌握的知识与技能能够满足机电一体化、电气工程、自动化工程等方向的就业需求，同时满足高校专业教学实验和科学研究的要求。

机电专业结合实验室建设，开发了系列机器人项目，如“机器人电气控制”“机器人设计与仿真”“工业机器人操作与编程”“机器人装调与维修”“机器人运动控制系统操作与调试”。充分利用了机器人技术所具有的创新性、综合性、开放性、实践性和探究性，使学生在获得信息技术、单片机技术、传感技术和计算机编程等知识和技能的同时，逐步增强职业技能，训练工程实践能力，进而培养团队合作精神和进取精神。

在机器人项目开发过程中，充分将科学知识的获取贯穿于机器人典型项目的实践过程。典型项目的实践过程按照“任务驱动”的模式组织，通过“实践—归纳—推理—再实践”的方法获取系统的科学知识，回归到科学知识获取的自然过程。以培养机器人的故障诊断维修技能为导向，将实践能力培养贯穿于“仿真训练—专项训练—综合训练—社会实践”过程中，同时在完成各专项训练基础上，进行机器人组装的综合训练项目，学生通过自行设计电控系统、安装机械和电气部件、综合调试，达到专业理论和实践能力培养的整体化与系统化。

2 开放式机器人创新实践平台建设

机电专业以建设“天津市普通高等学校实验中心—机电装备检测及维修实验教学示范中心”为契机，构建了“跨课程、多层次、多功能”的机器人实践平台。实验室平台建设定位于能够用于多种层次的教学、竞赛、科研实验和信息科技创新教育活动，包括三个层次：一是满足机器人教学和实验，二是满足机器人大赛的机器人竞赛方案设计与实施，三是满足机械类、电子类和自动化类教师的科研开发。在机器人实验室，可以进行不同教学单元的实验、综合系统设计，进行机器人的制作、调试、测试等工程训练，使学生充分了解机器人的设计、开发、制作的整个工艺过程。此外，实验室还可作为大学生课外创新实践基地，按计划开展形式多样、面向不同年级学生的创新实践活动，较好地完成了课外创新实践。

3 教学研究与教学资源建设

机电专业紧密围绕机器人及机电一体化方向的专业建设，深化教育教学改革，申报与承担多项国家级、天津市教育教学改革课题，如教育部和财政部资源包项目“机电技术教育专业职教师资培养标准、培养方案、核心课程和特色教材开发”；天津市普通高等学校本科教学质量与教学改革研究计划重点项目“机电领域卓越工程师培养模式的研究与实践”；天津市普通高等学校本科教学质量与教学改革研究计划一般项目“数控机床故障诊断与维修应用型人才培养模式的研究与实践”“‘机械维修及检测技术教育’品牌专业教学改革研究与实践”等，其相关教学研究成果在2009年获得了天津市教学成果二等奖。

围绕机电专业人才培养方案，开发了系列实践教材和教学参考书、电子教案、实验指导书及设计范例等，所开发的课程包括：机器人技术、机器人设计与制作、机器人编程实践、C语言程序设计、微机原理及接口技术、传感器、数控机床维修等；制作了系列机电一体化网络课件，如机器人实践初步、数控设备维修实践等。

4 结束语

机电专业经过多年的教学改革与实践，为社会培养了大批高素质、复合型机电类工程技术人才，为鞍山钢铁集团进行技能培训和鉴定考核，聘请了机电领域的企业专家，吸取了企业的一线新技术、新方法，实现了机电专业培养目标与社会需求的无缝对接。同时，机电专业以天津市滨海新区开发开放建设为契机，充分利用环渤海优势，积极开展对天津市地方职业教育的研究，为区域社会、经济发展做出了贡献。

[1] 王仲民,祁宇明,石秀敏.机电一体化创新人才培养模式的研究与实践[J].中国教育技术装备,2012(36):76-78.

[2] 王仲民,王金敏,阎兵.机械类专业“三平台，四系统”创新人才培养体系的构建[C].机械类课程报告论坛论文集(2010),北京:高等教育出版社,2010.

[3] 魏克湘,刘迎春,董丽君.工程应用型人才培养实践教学体系的研究与实践[J].中国大学教学,2011(1):74-76.

[4] 王仲民,姚合环.高校培养学生工程实践能力的途径[J].理工高教研究,2008,27(1):121-122.