机器人创新实验班《项目设计》教学模式的研究与探索

成永涛　曹杰

摘要：本文针对当前机器人产业飞速发展的趋势，机器人已经越来越多的融入到各个领域中。机器人技术作为一项涉及人工智能、机械工程、自动控制等多个领域的综合学科。高校针对机器人方面的技术人才的需求，开设机器人工程专业。结合人才培养的目标要求，培养应用型人才的需要，开办了机器人创新实驗班，通过对教学内容的研究，提出了以项目设计为导向的教学模式。遵循了以学生为中心的宗旨，开展了新的多元化的教学模式。通过一年多的实施，学生经过设计和产品的制作，取得较好的成果。

关键词：机器人  创新实验班 项目导向 教学模式

国家“十三五”规划明确了以智能装备制造为重点的产业发展方向，突出机器人相关领域的技术研发、应用和服务，未来，机器人相关产业必定需要大批高素质应用型工程技术人才。因此，掌握机器人设计、开发、使用技术，将使得毕业生就业面更广，层次更高，创业的机会更多，更具有就业竞争力。为适应粤港澳大湾区的发展，以及智能产业的发展，全面打造出一批创新应用型工程技术人才的需求，机电工程作出大胆的尝试，于2017年暑期开设“机器人创新实验班”，该班面向机电工程学院2016级所有系部专业的同学选拔，组建了30名学生的机器人创新实验班。经过多位专家教授们的研究和分析，提出了以“项目导向”的教学模式。量身定做给学生制定学习内容，使学生通过对学习机器人相关关键知识点及特定的项目，使学生完成项目的设计，然后为学生提供动手制作的平台，达到理论与实践的结合，完成实际意义上的动手能力的培养。

“机器人创新实验班”是我院探索智能制造、机器人应用等领域高级应用型人才培养的一次重要尝试。于2017-2018学年第一学期成功地开展了“循迹避障智能小车”项目设计，并以此项目举办了“机器人创新实验班智能小车设计”竞赛。该项目设计课程教学模式如下：

1. “项目导向式”开展教学。机器人创新实验班每一学期的教学开展均以一个实验项目作为向导而进行。2017-2018学年第一学期以“循迹避障智能小车”作为实验项目，该项目智能小车控制主板芯片乃基于51单片机，由学生运用相关专业知识，自主搭建小车模型，并在此基础上做多种功能拓展，通过编程与调试，实现小车模型完成循迹行走、避开障碍等功能的动作。该项目综合应用性较强，所包含的专业知识包括括机械机构基础知识、电机传动、电工电子技术基础知识、C语言编程基础等领域。要求学生在开展项目过程中，做到边做边学，学以致用。例如，为了帮助学生理解该项目中电机学相关技术，专门开设了《电机与传动》的理论课程教学。

2. 学生“自助式”课堂。项目设计的课堂上，老师只是知识的引导者，课堂的主人是每一个学生。每一节课上，都有不同的实验内容，学生们针对实验的目标进行探索性学习，可“小组讨论”、“课题PPT分享”、“知识辩论赛”、“手机搜索”、“求助老师答疑”等。改变传统课堂“填鸭式”的知识灌输，让学生学会主动学习、主动思考、主动解决问题的能力。

3. 七分实践三分理论。机器人课程作为一门工科学科，动手实践能力显得尤其重要。没有把理论知识转换为生产力的教学都是纸上谈兵。对此，《项目设计》课程注重培养学生的动手实操能力，安排了多个实验小项目，包括：小车机械机构平台搭建实验、电路板接线实验、主板测试实验、电机运行测试、小车运动函数编写实验、PWM控制电机转动实现实验，舵机归中实验，循迹功能实现，避障功能实现等多个实验，旨在引导学生在实践中真正掌握C语言编程、单片机技术以及各类传感器的应用和操作使用。

4. 4.“竞赛式”考核。通过举办“机器人创新实验班智能小车设计竞赛”的形式对《项目设计》课程进行考核，做到“以赛促教、以赛促学”。此次竞赛要求学生运用该学期“循迹避障智能小车”项目所学的知识，在规定时间内，自主设计应用背景完成小车的搭建和功能的实现，并通过手绘海报、3分钟解说展示、接受答辩等环节进行实力展示。比赛评出一、二、三等奖，并颁发相应奖金和奖品，同时，比赛分数作为机器人创新实验班项目设计1的期末考核成绩。此次竞赛有效地激发了学子们的学习热情，比赛过程中，各队参赛选手展开了激烈精彩的角逐，情绪高涨，发挥出最佳状态。赛后学生们认真总结，分析不足之处，提出了更好的改进意见。通过不断的竞赛，对学生是一个很好的历练，同时培养了团队精神和互相协作的能力，学会了如何将所学得知识应用到设计合制作中。

5. 随着教学改革的不断推进，各类学科竞赛已经成为培养创新性人才的新平台，而机器人竞赛由于其自身的综合性、科技性，也为现代教学改革注入了新的力量。通过例举国内外规模较大、影响力较广的几项机器人竞赛内容及视频。分析了机器人竞赛对于培养大学生创新能力以及其他综合能力的推动作用。最后，制定出基于机器人竞赛的实践创新教学体系，并得到了良好的教学效果。

6. “展会现场教学课堂。通过参加机器人与智能装备领域专业展会和论坛，并开展现场教学工作，真正做到让书本的理论知识与“企业应用”接轨，与“前沿科技”俱进。自2017年暑期，机器人创新实验班共组织了“深圳机器人高交会”、“2017广东省国际机器人智能设备博览会”两场展会现场教学课堂。“展会现场教学课堂”的开展，有利于提升学生对整个工控行业的理解，开阔自动化行业的视野，积累该专业领域的技术知识，培养学生接受科技新知识的能力和分析自动化技术的方法。

小结，经过机器人创新实验班的开设，通过学生的学习，教师的精心指导，创新实验班的《项目设计》内容不断的更新。经验的总结，为今后不断地探索新的理论+实践并进教学模式，探索出更多更好地新的教学方法，营造浓厚的工科营造学习氛围，引导大学生勇于实践，敢于创新，提高综合实验设计、分析解决和操作技能，提高动手能力和实践能力。打造出新一代的理工人。

参考文献

1. 张宪民 .机器人技术及其应用[M] 北京 机械工业出版社  2017.

2. 韩建海  工业机器人[M] 3版 武汉  华中科技大学出版社  2015.

3. 兰虎 焊接机器人编程及应用 [M] 北京 机械工业出版社 2013

4. 兰虎 工业机器人技术及应用 北京 机械工业出版社 2014

5. 邱雅番 项目教学法应用于基于机器人的通用技术教学的研究[D];福建师范大学;2012年

6.王玉珏 我国高校工科机器人教育发展现状及对策研究[D];兰州大学;2013年

7吴刚 利用多平台延伸高校单片机课程的实践教学[J];当代教育理论与实践;2012年08期

8肖静立足机器人竞赛 促进创新训练与实践教学改革[J];东华理工大学学报（社会科学版）;2013年02期