创新创业背景下机器人技术课程的教学改革研究

2020-01-19刘海涛

装备制造技术 2020年6期

刘海涛

（广东海洋大学机械与动力工程学院，广东湛江524088）

0 引言

在素质教育不断进步和发展的背景下，为了进一步激发高校大学生的创新创业的热情，深化高等学校创新创业教育改革理念，实现高校向应用型学校的转变，国务院办公厅颁布了关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见，国务院对加强创新创业教育提出明确要求[1]。高等学校创新创业教育的不断加强，取得了积极进展，对提高高等学校教育质量、促进学生全面发展、推动毕业生创业就业等方面发挥了重要作用。《机器人技术》作为一门机器人人才培养的主要课程之一，也是专业实践性、实用性和趣味性很强的综合课程，容易激发学生的学习兴趣，是目前机械电子类工科学生进行创新思维训练、创新技能训练和工程实践训练最理想的基础载体。因此，实施创新创业背景下机器人技术教学平台建设具有重要的理论和实践意义，我们课程组一直在探索如何有效地将创新创业教育理念融入教学过程此课题。

1 创新创业背景下课程教学改革的必要性

1.1 高等教育教学改革的内在要求

高等教育是培养国家需要的高级专业人才，教育部也明确要求高等学校要提高教学质量，并给出了具体的要求，把人才培养的质量作为检验本科教育的根本标准，基于此，创新创业能力的培养是实施课程教学改革提升教学质量的重要抓手。创新创业教育体系是提升高校人才培养质量的重要途径，如何让创新创业教育融入到大学四年的每门课程，如何利用所学知识解决工程中的实际问题，是当下高校急需解决的重要问题。

1.2 机器人行业发展的需求

目前，工业机器人的用途十分广泛，主要应用于汽车、电子、信息产品等产业，可以胜任许多工作，并且安全可靠。根据调查显示，工业机器人在汽车产业中使用率最高，不仅可以帮助企业节省大量的人力和物力，提高生产效率，加快产业的生产，而且也不会因为环境的变化而降低生产率。据有关资料显示预计到2020 年，中国机器人行业的人才需求有750万，缺口达到300 万[2]。机器人及其相关人才缺口巨大，当下国家进行产业升级和结构调整，急需一大批创新能力强的机器人技术方面的人才。因此，无论从满足人才需求方面还是加强创新能力培养方面，加强机器人产业人才队伍的培养与建设刻不容缓。行业智能化的发展要求高校培养具有创新意识和能力的复合型人才。

2 《机器人技术》课程教学现状分析

《机器人技术》是一门理论性和实践性很强的交叉性学科，主要介绍机器人的本体结构、机器人运动学、机器人动力学、机器人轨迹以及机器人控制系统等主要内容。通过该课程的学习，学生了解机器人的本体结构，掌握机器人的运动学和动力学问题，并能根据相关知识给出工程实际问题的解决方案，有利于培养学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力。

2.1 课程教学和创新创业教育融合有待加深

创新创业教育和课程教育相结合是高校课程体系建设的关键和核心[3]。从课程的教学内容和考核方式方面体现不出创新创业教育的理念；从教学过程和考核方式方面体现不出学生的创新思维能力。课题组成员对创新创业教育的本质理解还是够深刻，教育教学理念有待转变[4]。

2.2 课程内容有待优化

机器人技术已由最初的工业机器人扩展到现在的娱乐、教育、服务、医疗、家庭、网络等各个领域，出现了移动机器人、服务机器人、特种机器人、救援机器人、仿生机器人、双足机器人等，并且向精细化、智能化方向发展。机器人课程内容陈旧，教学内容已无法满足当下对人才的需求。

2.3 课程设置有待合理化

我校本科生的机器人技术课程是作为机械类专业任选课开设的，无法充分发挥该课程创新能力和综合素质的培养。许多高校都是作为全校公选课、机械类专业课开设的，应针对不同学科有相应的教学内容设置。

2.4 课程教学方法有待改进

传统的教学主要采用讲授式和启发式教学方法，知识只是简单的从教师到学生的单向传递，无法激发学生学习的主动性和积极性，学生呆板式的接受知识，缺乏活力，忽视了学生创造性思维的培养。机器人技术课程教学的主要目标之一就是培养学生的创新精神，其教学设计、教学模式、教学方法和教学评价也必须具备创新性和时效性。

2.5 课程考核方式有待完善

课程考核有平时成绩（包括实验）和期末成绩，平时成绩占30%，期末成绩占70%，但采用考试为主。这种考核方式太单一，不能衡量学生成绩的真实性。有些同学出勤率虽然很高，但是学习不在状态；每次作业和实验报告也按时上交，但是也不能有效的判断作业和报告的真实性。当然，通过考试结果也很难考查学生的创新创业能力。

3 创新创业背景下课程教学改革的实践措施

在创新创业教育的背景下，教师要建立更加完善和系统化的教学体系，顺应教育改革的要求，将创新创业教育有效的渗透到机器人技术课程教学内容，提高学生的学习兴趣和动手能力，能够解决工程中的实际问题。从以下几个方面对课程教学改革进行了分析。

3.1 改革教育教学理念

创新创业教育是一种全新的教学理念[3]。因此，高等学校为了更好的培养高素质、高水平人才，教师应在教学过程中将创新创业教育纳入教学体系，借鉴其他高校开展创新创业教育经验，结合我校机械设计制造及其自动化专业人才培养方案，依托大学生创新创业项目，深入开展创新创业教育教学改革，推进教学理念的转变，来提高教学质量，实现教学目标。

3.2 优化课程教学内容

针对应用型高校人才培养目标，在内容上要作适当的调整，机器人本体结构部分，主讲典型工业机器人的机身、臂部、腕部和手部等结构特点；机器人运动学部分，主讲齐次变换、正向运动学和逆向运动学内容；机器人动力学部分，主讲机器人的雅可比。在内容上引入新技术，剔除陈旧知识，通过校企合作开发各种机器人（弧焊、搬运、码垛、）工作站的设计教学方案。

3.3 课程设置的合理化

针对机械工程、机械电子工程学生由于其课时较短，同时该课程在广东海洋大学机械设计制造及其自动化专业是专业选修课，没有开设后续相关课程，因此降低了对机器人运动学、传感部分、控制部分的学习要求，在机器人编程技术部分强调实际操作应用。针对机械电子专业的学生缺少机械方面的系统知识，在机器人本体结构部分学习过程中，一方面要简化本体结构原理讲解，降低学习目标，另一方面加入大量动画、视频，帮助学生理解机器人的机身、臂部、腕部和手部的结构形式，同时进行机器人本体结构的拆装实验，加深对实物的认识[5]。

3.4 改革课程教学方法

在机器人技术课程教学过程中，教师要整合设计课程体系，除了传统的讲授式和启发式教学方法外，机器人技术课程推荐案例法教学，学期初老师给出几个案例，根据学生的兴趣爱好，分成不同的小组来完成，课程结束后，各组设计好案例交给老师，如六自由度协作机器人设计，每个小组的2～3 名同学设计机器人本体机械结构，2～3 名同学设计机器人控制系统，3 名同学完成机器人运动学及动力学仿真部分。目前我们学校已经出台了鼓励学生参加高水平学科竞赛的相关文件，老师应积极鼓励和指导学生参加诸如“‘互联网+’大学生创新创业大赛”“中国高校智能机器人创意大赛”“世界机器人格斗大赛”等全国大型比赛[6]。这样，不仅有利于学生掌握机器人课程的专业知识，而且也有利于大学生的创新创业能力的培养。

3.5 完善课程考核方式

结合教学方法的改变，相应的调整课程考核方式，将平时成绩调至60%，期末考试调为40%。期末考试的试题结构应强化学生解决工程实际问题，加大主观题的分值，从而提高学生分析和解决实际问题的能力。比如有学生参加“中国高校智能机器人创意大赛”、“世界机器人格斗大赛”并获得国家级奖项的，成绩给予优秀，获得省级的，成绩给予良好等，毕竟学生为参赛花费了大量的时间，并且将所学的相关知识融入到实践中。