基于“仿、赛、做”与机器人创新的教学实践探讨*

陆 叶

(茂名职业技术学院 机电信息系， 广东 茂名 525000)

0 引 言

随着机器人产业的蓬勃发展，中国制造向“中国智造”转变，社会及企业对机电类技能人才的知识与技能结构提出了更新、更高的要求，同时机电类专业学生扩招，各种问题随之产生。一方面机器人设备造价比较高，仅依靠学校经费购买相关设备远不能满足教学的需求，加上很多教师以前没学过机器人，实践教学能力不足，造成学生的动手实践能力较弱，综合应用能力不足，毕业后还需要较长时间的培训才能适应企业的需求。另一方面由于许多高职学生基础较差，缺乏学习积极性，而工业机器人融合了机械、电子、计算机、控制等先进技术，高职学生学习难度大，教学质量不高。为提高教学效果，激发学生学习兴趣、培养学生综合能力，通过组装、搭建、运行教学机器人来进行的机器人教育是一种很好地提高学生综合能力的方法手段。目前，机器人竞赛盛行，但是由于参赛费用昂贵、师资力量不足、机器人竞赛推广程度不够等原因，很多学校无法参与，总体效果甚微。如何进行教学环节的创新，推进教学改革，是高职机电类专业教学面临的重要课题[1-2]。

1 基于“仿、赛、做”的教学模式

1.1 “仿”+“做”的教学改革

为满足机器人课程的教学，我校引进了一套ABB机器人生产线，校企合作共同开发了一套由四台富士康机器人和若干设备组成的手机组装生产线，建立了工业机器人实训室。但是在教学中，发现仍存在学生人数多、设备少、设备昂贵易损耗、实际操作中存在安全隐患等问题，为此，引入仿真软件教学，探讨仿真在专业教学中的研究和应用，进行了仿真教学与理论教学、实践教学相结合的“仿”+“做”的教学改革。

1.2 “赛”+“做”的教学改革

结合“赛教结合，以赛促改，以赛促教，以赛促学”的教学理念，组织学生参加技能大赛，通过竞赛树立大赛意识，研究大赛规则，对专业所涉及的各赛项进行深入分析，分析大赛中的职业技能标准要求、行业(企业)新技术，提炼竞赛知识点，探讨大赛的内容融入日常课程教学；开发校内竞赛方案、设计方案及评分标准等，进行竞赛与理论课程、实训教学相融合的“赛”+“做”的教学改革。如以竞赛+项目为主线，学生为中心，教师把总的教学内容细分为各个子任务，以竞赛活动为载体，鼓励学生以积极、主动的学习态度，以竞赛形式完成任务的同时掌握知识、技能与方法。同时通过举行企业赞助的专业比赛以及省赛前的校内选拔赛，有效地搭建技能大赛与常规教学结合的平台。

1.3 构建高职机电类专业“仿、赛、做”一体的教学模式

整合课程内容，开发以仿真、竞赛和课程相结合的一体化课程。如，一是《工业机器人技术应用》课程开展虚实结合的课程教学，利用机器人虚拟仿真软件如 ABB机器人的RobotStudio、富士康机器人的Foxbot软件，通过理论、实验、实训交叉同步进行的方式，将理论讲授原理、编程、验证仿真系统、实际操作进行有机结合，进行直观教学和现场教学，使学生具备机器人的操作编程能力；二是《自动生产线安装与调试》、《电气控制与PLC应用》等课程整合，融合“自动生产线安装与调试” 和“机械装调与控制技术”技能大赛内容，使学生具备设备安装编程、调试维修能力；三是《工业机器人应用技术》等内容整合，教学中融入“工业机器人应用技术”的大赛知识点，使学生掌握先进技术应用的能力。图1是构建的高职机电类专业“仿、赛、做”一体的教学模式图，该模式促进了教学理念的更新和教学方法的改进，教学效果明显提升。

图1 高职机电类专业“仿、赛、做”一体的教学模式

2 探索以机器人为载体的协同创新能力培养模式

2.1 创新创业为背景的培养模式

随着智能制造的发展，传统教育已不能很好地培养适应社会需求的创新型人才，必须要大力推进大学生创新创业教育[3-4]。为此，我校开设了产品创新设计及加工课程，开发课程的教学内容、教学方法、教学手段。学生由四至六名学生一组，组成项目团队，分工协作，从产品机械设计制作、控制线路设计、编程到完成后作品展示、推广等。通过这一系列活动，激发学习热情，树立学生创新观念，引导他们主动参与学习、培养积累知识的意识，逐步达到独立解决问题的目标。

2.2 机器人协会社团培养模式

以智能机器人为载体的创新教育可以增加学生应用体验，加强理论知识的理解和应用创新[6]。我校创立了面向全校学生的机器人协会社团，新生加入机器人协会，确定研究小组；二年级学生经过选拔训练，参加各类竞赛、科技创新项目等；三年级学生参加创新创业项目，进行毕业设计等。指导教师定期举行项目讨论会，学生以老带新，循环滚动学习，进行机器人科技创新项目研究，建设跨专业的学生创新团队。其中，机械类专业的学生侧重于机器人机械结构；而电气类专业的学生是电路方面；计算机类专业的学生则研究机器人控制编程。如轮式机器人的开发项目，学生利用三维建模、3D打印、Arduino单片机进行机器人的设计制造及软件系统开发，采用模块化的程序设计思路，实现机器人的运动控制。

学生经过选拔、竞赛、项目训练，参加省级或国家级竞赛、项目，搭建了大学生创新创业实践平台。图2是构建的大学生创新实践平台。

图2 大学生创新实践平台

通过平台建设，提高了学生实践能力和工程素质，降低机器人等设备的开发成本，教师整理完善研究成果，形成系统的教学方案。近年来，我校学生参加挑战杯比赛、大学生科技创新项目、互联网+创新创业项目等大学生竞赛项目，均取得了很好的成绩。

2.3 工作室培养模式

建立教师工作室，遵循产学研教结合的人才培养思路，积极跟踪机器人的前沿技术与发展动态，承担教科研项目，带动教师团队和学生创新团队建设[6]。工作室以任务为驱动，企业的工作任务、竞赛项目或教师承担的项目为载体，学生协作完成工作任务，形成了“技能-专业-科研”一体化。工作室在科研成果转化方面，成功申报省工程技术研究中心，1个市工程技术研究中心，已授权专利数十项，已发表学术论文数十篇，立项建设省部级科研项目一项、市级、校级科研项目近十项，教学成果转化方面，省级教学改革项目三项，省级精品在线开放课程建设一门，省级大学生创新创业项目两项等等。

通过基础课与专业课、理论教学与实践教学等主要环节加强学生创新能力培养，以大学生创新平台、教师工作室为依托，构建了专业社团平台-专业实训平台-创新创业平台层层延伸的机电类大学生协同创新能力培养体系，如图3。

图3 协同创新能力培养体系

3 校企联合培养，构建“能力递进、工作过程系统化”的课程体系

校企合作贯穿人才培养全过程，将企业的需求和意见作为人才培养中重要的考量标准，人才培养与企业实际需求实现“无缝对接”[7]。以职业能力为主线，构建了能力递进、工作过程系统化的课程体系。经过充分调研、研讨，分析企业岗位要求，梳理整合岗位典型工作任务，将岗位要求与机电行业标准及国家职业技能鉴定标准相结合，确定课程学习领域，校企合作共同开发了学习情景，形成了由技术基础模块、专业能力模块、综合专业能力模块和拓展能力模块的课程设置思路，构建的系统化课程体系具有课程设置目标清晰、课程定位有企业特色、以工作过程为主线

的机电类专业的课程体系构架如图4所示。

图4 机电类专业的课程体系构架

近年来，我校与多个大型企业建立了长期校企合作人才培养的关系，共同建立了人才培养基地，设立订单班，订单班在校内进行一体化教学，共管共教，注重过程考核，取得很好的教学效果。订单班的就业质量高，岗位对口，待遇满意，学生稳定，家长安心，企业放心。同时，企业指导老师把企业要求、文化带进校园，培养学校良好的学习风气，对专业教学起了较大的示范促进作用。

4 结 语

分析了高职机电类专业课程教学中存在的问题，提出了基于“仿、赛、做” 与机器人创新的教学模式。实践表明，仿真、竞赛、实践相结合，通过理论、实验、实训交叉同步的方式开展教学，引导学生进行创新创业活动，校企合作共同培养人才，可以调动学生学习的积极性和创造性，提高学生的创新创业能力。这对机电类专业的教学改革和发展有着重要的意义和促进作用。

[1] 吕景泉, 张兴会,汤晓华,等.开发技能赛项及其教学资源推进高职机电类专业综合实训教学的改革与实践[J].中国职业技术教育.2014(30):5-9.

[2] 徐 婷,焦玉民,刘 斌,等.混合式教学模式在机械专业课程的应用研究[J].机械研究与应用,2017,30(3):207-210.

[3] 陈 巍.基于机器人竞赛的大学生创新能力的培养模式[J].实验室研究与探索,2012(31)7:297-300.

[4] 刘淑云,马 燕,范文翔.创客理念下师范院校的机器人教学模式探究[J].现代教育技术,2016(7):120-126.

[5] Shouling He, Jonathan Zubarriain and Nicholas Kumia. Integrating robotics education in Pre-college engineering program[C]. 5th IEEE Integrated STEM Conference,2015:183-188.

[6] 黄敦华,赵 丹,朱莉莉,等.基于大学生科学研究与创业行动计划的机器人创新团队建设研究与实践[J].机电产品开发与创新,2011(24)4:181-184.

[7] 徐作华.校企合作构建项目化专业课程体系——以机电一体化专业为例[J].职教论坛,2015(30):80-82.