基于工作过程的机器人教学设计

曾妍

（四川信息职业技术学院 电子工程系，四川 广元 628017）

基于工作过程的机器人教学设计

曾妍

（四川信息职业技术学院 电子工程系，四川 广元 628017）

在新工业化的推动下，我国高职高专教育的发展空间得到了扩展，一方面为教育工作改革与发展提供了契机，另一方面也为学生的就业提供了良好的前景。那么，如何能够使学生在新工业化下尽快适应市场对人才的需求？使高职高专学生的职业生涯获得良好的开端与顺利的发展？这莫过于在高职高专的教学阶段就将工业化引进课堂。为了落实高职高专课堂工业化的转变，有效培养学生的思维能力、创造能力、合作能力，四川信息职业技术学院电子工程系在引入机器人创新课程的同时，将工业化也带入了课堂，彰显培养技能型人才的高职教育本质。

工作过程；机器人；微工业

机器人课程是教育和高科技的结合，由于机器人自身的特点和对未来社会的影响，机器人不仅仅是全面素质教育的好教材、好办法，而且是科普教育的重要园地。机器人教学也从一个侧面反映了学校信息与自动化领域基础研究和高技术发展的水平。

一、项目分析

1.理实一体项目教学的优点。改变了传统教学中的理论加实验教学模式，而当前的实验教学大多以实验箱为实验平台，开设的也多为验证性实验。导致学生过度追求实验结果，而忽略了硬件设计、软件调试等过程。整个课程结束后，许多学生也未能真正了解清楚机器人工作的全过程，采用理实一体工作过程的项目化教学，学生由简入繁，由浅入深，更能掌握机器人的技术要领。项目式教学可以开拓老师和学生的思维，学生的主动性得到极大鼓励，突出学生的个性发展，增强竞争意识和创新思路，更可以在团队合作中加强与人交流的能力和协作配合能力。把工作过程引入课程，在课堂上体现微工业，学生更能在学校里提前感知工作环境和工业要求。

2.机器人平台特色。四川信息职业技术学院电子系机器人教学采用本院自主开发的创意之星”机器人竞赛及实训平台。这是一套用于高等工程创新实践教育的模块化机器人平台，可通过数百个基本“积木”单元的组合，搭建出各种发挥想象力的机器人，并可为自己搭建出的机器人编程。因此，无论是机械、电子还是电气专业，都可以基于该平台，根据需要选择自己的侧重点，承载学生的实验、实训、课程设计、毕业设计或技能竞赛。AVR单片机、高端ARM处理器等。

二、教学项目的规划与实施步骤

教学组织中，老师的引领和规划很重要。学生很容易接受知识，在热心操作时，往往忽略操作注意事项，经常会有学生由于错误操作而损坏控制面板。所以老师必须多番强调和检查指导。在教学实施时，要体现工业5S工作标准化要求。通过5S对环境施以现场规范化管理，可以在改善实训室形象、提高质量、降低损耗及提升学生综合素养等方面达到意想不到的效果。具体教学中，共划分六项主要内容，分别是：组装机器人、搭建软件平台、测试舵机控制器、机器人控制指令、让机器人动起来、机器人二次开发竞赛。其具体的实施步骤又如下分为项目团队的建立、项目任务计划的制定、项目制作、项目检查评估、项目资料归档或应用等主要项目任务块。

1.机器人项目的团队建立。从学生中合理的选择各具特长的成员来组成项目团队，并为各个成员、团队之间营造互帮互助的学习活动气氛，引导他们形成良性竞争。选择各具特长的成员其原因在于弥补相互之间的不足，使他们能够在相互交流、帮助的团队合作环境下，一起解决问题，让学生能够体会到团队合作的重要性所在，使他们的团队合作能力能够得到提升。团队成员确定好过后，就要对他们各自的工作任务进行明确的划分，让他们每个人都能够找到其自身在团队中的角色位置，有效的为团队做出贡献，保证整个机器人项目的顺利完成。总之，在进行团队建立的时候，考虑到每个学生成员的特征属性是重点，尤其是其专业特长、性格等。然后还要在团队成员中民主的推选出负责人，使团队队长来落实具体的工作细节。

2.细化、制定任务计划。选队中的负责人要负责组织团队成员，集思广益的对具体任务计划进行细化与制定，使具体的工作步骤能够明确下来，并得到所有成员的认同。机器人的系统复杂度非常高，包含各种硬件与软件程序，这也正是其代表先进科学技术水平能力的关键所在。本文的教学实践过程当中，由各个小组去自行的收集与设计机器人功能目标，比如清洁功能机器人、医疗服务机器人等。这些机器人的设计与实现目的是为人类减轻劳作负担，比如清洁功能机器人主要帮助人们打扫环境卫生，提高人们的生活环境质量；医疗服务机器人主要是帮助人们在医院就医的过程当中，可以减少不必要的肢体运动，一方面方便医院患者，另一方面简化医院医护工作人员的工作量。有了机器人的功能目标后，团队中的各个人员就需要根据自身的专业特长所在，接受各自的任务任命。比如一部分学生主要负责机器人的体型结构设计，进行设计图绘制；负责机器人电路的学生主要工作是红外避障电路、电源稳压电路、键盘输入电路、电机驱动电路、单片机电路制作；负责计算机程序设计的学生，主要工作是对机器人的各种功能程序进行设计与调试，使机器人具有可以思考的灵魂；最后就是机器人控制人机交互界面设计的学生，他们主要是提高机器人控制的操作性，使机器人的操控能够直观、简便等。总之，要根据学生的特征、特长来划分工作任务，这样才能保障项目的顺利进行与最终完成。

3.项目制作。一切的团队组建与任务规划、分配完成后，就需要进行实际的项目制作、任务实施。首先每个团队成员对于自身的工作任务要认识透彻，了解自身工作的重要性，知道自己是否能够有效的完成好任务对于整个项目的影响是决定性的，因为任何一部分工作没有完成好，都会导致机器人项目失败。成功完成了机器人的制作，实现了机器人的功能之后，所有的团队成员还必须集中起来根据完成情况编写相应的报告或是论文，且这个环节是教学工作的重点，应为根据报告或是论文能够对学生的实际知识能力情况进行清楚的了解。在本文的教学过程当中，要求学生编写报告与论文各一份，其主要内容为实施项目的过程细节、难点的攻克以及机器人的具体功能实现情况等，这在学生完成了机器人项目制作后，进一步巩固了他们的知识能力。

4.项目的考核与评估。对项目的考核与评估是摸清学生实际素质能力的关键途径，首先要由团队的负责人来进行机器人项目的完成情况总结汇报，然后由各个成员对其自身的工作完成情况、完成质量进行自我评估。然后再根据项目实施过程中，各个队员的实际表现情况，老师给出统一的评估，使每个学生能够客观的认识自身优势与不足。为此，在项目的实施过程当中，老师还应当多去项目实施现场做观察与指导，认真收集每个成员的表现情况。对于发现的问题，老师应当及时的给出指正与引导，使学生在项目进行过程当中可以得到有效的能力发展。

5.项目资料归档或应用。为使学生养成良好的习惯，项目结束后，教师监督学生将项目工作资料整理归档，材料包括项目申报书、进度表、机器人机械结构图、程序设计流程、机器人控制程序、项目结项书、项目报告讲义等。

三、教学实施效果

实践证明，硬件设备上，该教学平台可靠性高，灵活性强，解决了目前机器人系统不能灵活拼拆组合，实现既可“独立”又可“复用”的技术问题。软件教学上，理实一体教学模式，学生能更好接受知识，创造发挥机器人的形态和行动能力，团队协作得到充分展现，该课程得到了学生的普遍认可和支持。

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[3]刘治安，张军伟.开展理实一体化教学需要注意的若干问题[J].中国电力教育，2009，（21）：62.

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1674-9324（2014）01-0186-02