創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)背景下機器人技術(shù)課程的教學改革研究

劉海濤

（廣東海洋大學機械與動力工程學院，廣東 湛江524088）

0 引言

在素質(zhì)教育不斷進步和發(fā)展的背景下，為了進一步激發(fā)高校大學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的熱情，深化高等學校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革理念，實現(xiàn)高校向應用型學校的轉(zhuǎn)變，國務院辦公廳頒布了關(guān)于深化高等學校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實施意見，國務院對加強創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育提出明確要求[1]。高等學校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的不斷加強，取得了積極進展，對提高高等學校教育質(zhì)量、促進學生全面發(fā)展、推動畢業(yè)生創(chuàng)業(yè)就業(yè)等方面發(fā)揮了重要作用?！稒C器人技術(shù)》作為一門機器人人才培養(yǎng)的主要課程之一，也是專業(yè)實踐性、實用性和趣味性很強的綜合課程，容易激發(fā)學生的學習興趣，是目前機械電子類工科學生進行創(chuàng)新思維訓練、創(chuàng)新技能訓練和工程實踐訓練最理想的基礎(chǔ)載體。因此，實施創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)背景下機器人技術(shù)教學平臺建設(shè)具有重要的理論和實踐意義，我們課程組一直在探索如何有效地將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育理念融入教學過程此課題。

1 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)背景下課程教學改革的必要性

1.1 高等教育教學改革的內(nèi)在要求

高等教育是培養(yǎng)國家需要的高級專業(yè)人才，教育部也明確要求高等學校要提高教學質(zhì)量，并給出了具體的要求，把人才培養(yǎng)的質(zhì)量作為檢驗本科教育的根本標準，基于此，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)是實施課程教學改革提升教學質(zhì)量的重要抓手。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育體系是提升高校人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要途徑，如何讓創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入到大學四年的每門課程，如何利用所學知識解決工程中的實際問題，是當下高校急需解決的重要問題。

1.2 機器人行業(yè)發(fā)展的需求

目前，工業(yè)機器人的用途十分廣泛，主要應用于汽車、電子、信息產(chǎn)品等產(chǎn)業(yè)，可以勝任許多工作，并且安全可靠。根據(jù)調(diào)查顯示，工業(yè)機器人在汽車產(chǎn)業(yè)中使用率最高，不僅可以幫助企業(yè)節(jié)省大量的人力和物力，提高生產(chǎn)效率，加快產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)，而且也不會因為環(huán)境的變化而降低生產(chǎn)率。據(jù)有關(guān)資料顯示預計到2020 年，中國機器人行業(yè)的人才需求有750萬，缺口達到300 萬[2]。機器人及其相關(guān)人才缺口巨大，當下國家進行產(chǎn)業(yè)升級和結(jié)構(gòu)調(diào)整，急需一大批創(chuàng)新能力強的機器人技術(shù)方面的人才。因此，無論從滿足人才需求方面還是加強創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面，加強機器人產(chǎn)業(yè)人才隊伍的培養(yǎng)與建設(shè)刻不容緩。行業(yè)智能化的發(fā)展要求高校培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和能力的復合型人才。

2 《機器人技術(shù)》課程教學現(xiàn)狀分析

《機器人技術(shù)》是一門理論性和實踐性很強的交叉性學科，主要介紹機器人的本體結(jié)構(gòu)、機器人運動學、機器人動力學、機器人軌跡以及機器人控制系統(tǒng)等主要內(nèi)容。通過該課程的學習，學生了解機器人的本體結(jié)構(gòu)，掌握機器人的運動學和動力學問題，并能根據(jù)相關(guān)知識給出工程實際問題的解決方案，有利于培養(yǎng)學生的動手能力、分析問題和解決問題的能力。

2.1 課程教學和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融合有待加深

創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育和課程教育相結(jié)合是高校課程體系建設(shè)的關(guān)鍵和核心[3]。從課程的教學內(nèi)容和考核方式方面體現(xiàn)不出創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的理念；從教學過程和考核方式方面體現(xiàn)不出學生的創(chuàng)新思維能力。課題組成員對創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的本質(zhì)理解還是夠深刻，教育教學理念有待轉(zhuǎn)變[4]。

2.2 課程內(nèi)容有待優(yōu)化

機器人技術(shù)已由最初的工業(yè)機器人擴展到現(xiàn)在的娛樂、教育、服務、醫(yī)療、家庭、網(wǎng)絡(luò)等各個領(lǐng)域，出現(xiàn)了移動機器人、服務機器人、特種機器人、救援機器人、仿生機器人、雙足機器人等，并且向精細化、智能化方向發(fā)展。機器人課程內(nèi)容陳舊，教學內(nèi)容已無法滿足當下對人才的需求。

2.3 課程設(shè)置有待合理化

我校本科生的機器人技術(shù)課程是作為機械類專業(yè)任選課開設(shè)的，無法充分發(fā)揮該課程創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。許多高校都是作為全校公選課、機械類專業(yè)課開設(shè)的，應針對不同學科有相應的教學內(nèi)容設(shè)置。

2.4 課程教學方法有待改進

傳統(tǒng)的教學主要采用講授式和啟發(fā)式教學方法，知識只是簡單的從教師到學生的單向傳遞，無法激發(fā)學生學習的主動性和積極性，學生呆板式的接受知識，缺乏活力，忽視了學生創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)。機器人技術(shù)課程教學的主要目標之一就是培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神，其教學設(shè)計、教學模式、教學方法和教學評價也必須具備創(chuàng)新性和時效性。

2.5 課程考核方式有待完善

課程考核有平時成績（包括實驗）和期末成績，平時成績占30%，期末成績占70%，但采用考試為主。這種考核方式太單一，不能衡量學生成績的真實性。有些同學出勤率雖然很高，但是學習不在狀態(tài)；每次作業(yè)和實驗報告也按時上交，但是也不能有效的判斷作業(yè)和報告的真實性。當然，通過考試結(jié)果也很難考查學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

3 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)背景下課程教學改革的實踐措施

在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的背景下，教師要建立更加完善和系統(tǒng)化的教學體系，順應教育改革的要求，將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育有效的滲透到機器人技術(shù)課程教學內(nèi)容，提高學生的學習興趣和動手能力，能夠解決工程中的實際問題。從以下幾個方面對課程教學改革進行了分析。

3.1 改革教育教學理念

創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育是一種全新的教學理念[3]。因此，高等學校為了更好的培養(yǎng)高素質(zhì)、高水平人才，教師應在教學過程中將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育納入教學體系，借鑒其他高校開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育經(jīng)驗，結(jié)合我校機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)人才培養(yǎng)方案，依托大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，深入開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育教學改革，推進教學理念的轉(zhuǎn)變，來提高教學質(zhì)量，實現(xiàn)教學目標。

3.2 優(yōu)化課程教學內(nèi)容

針對應用型高校人才培養(yǎng)目標，在內(nèi)容上要作適當?shù)恼{(diào)整，機器人本體結(jié)構(gòu)部分，主講典型工業(yè)機器人的機身、臂部、腕部和手部等結(jié)構(gòu)特點；機器人運動學部分，主講齊次變換、正向運動學和逆向運動學內(nèi)容；機器人動力學部分，主講機器人的雅可比。在內(nèi)容上引入新技術(shù)，剔除陳舊知識，通過校企合作開發(fā)各種機器人（弧焊、搬運、碼垛、）工作站的設(shè)計教學方案。

3.3 課程設(shè)置的合理化

針對機械工程、機械電子工程學生由于其課時較短，同時該課程在廣東海洋大學機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)是專業(yè)選修課，沒有開設(shè)后續(xù)相關(guān)課程，因此降低了對機器人運動學、傳感部分、控制部分的學習要求，在機器人編程技術(shù)部分強調(diào)實際操作應用。針對機械電子專業(yè)的學生缺少機械方面的系統(tǒng)知識，在機器人本體結(jié)構(gòu)部分學習過程中，一方面要簡化本體結(jié)構(gòu)原理講解，降低學習目標，另一方面加入大量動畫、視頻，幫助學生理解機器人的機身、臂部、腕部和手部的結(jié)構(gòu)形式，同時進行機器人本體結(jié)構(gòu)的拆裝實驗，加深對實物的認識[5]。

3.4 改革課程教學方法

在機器人技術(shù)課程教學過程中，教師要整合設(shè)計課程體系，除了傳統(tǒng)的講授式和啟發(fā)式教學方法外，機器人技術(shù)課程推薦案例法教學，學期初老師給出幾個案例，根據(jù)學生的興趣愛好，分成不同的小組來完成，課程結(jié)束后，各組設(shè)計好案例交給老師，如六自由度協(xié)作機器人設(shè)計，每個小組的2～3 名同學設(shè)計機器人本體機械結(jié)構(gòu)，2～3 名同學設(shè)計機器人控制系統(tǒng)，3 名同學完成機器人運動學及動力學仿真部分。目前我們學校已經(jīng)出臺了鼓勵學生參加高水平學科競賽的相關(guān)文件，老師應積極鼓勵和指導學生參加諸如“‘互聯(lián)網(wǎng)+’大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”“中國高校智能機器人創(chuàng)意大賽”“世界機器人格斗大賽”等全國大型比賽[6]。這樣，不僅有利于學生掌握機器人課程的專業(yè)知識，而且也有利于大學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)。

3.5 完善課程考核方式

結(jié)合教學方法的改變，相應的調(diào)整課程考核方式，將平時成績調(diào)至60%，期末考試調(diào)為40%。期末考試的試題結(jié)構(gòu)應強化學生解決工程實際問題，加大主觀題的分值，從而提高學生分析和解決實際問題的能力。比如有學生參加“中國高校智能機器人創(chuàng)意大賽”、“世界機器人格斗大賽”并獲得國家級獎項的，成績給予優(yōu)秀，獲得省級的，成績給予良好等，畢竟學生為參賽花費了大量的時間，并且將所學的相關(guān)知識融入到實踐中。

4 結(jié)束語

轉(zhuǎn)變課程教學理念，有效培養(yǎng)學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，是當今高等學校教育的重要任務。我們課題組在教學實踐中不斷的總結(jié)教學經(jīng)驗，探索先進的教學理念，并把先進的教學理念有效的融入到大學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育中，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和綜合實踐能力，為社會培養(yǎng)高素質(zhì)和高質(zhì)量的多元化、應用型人才。