基于卓越工程的机器人创新性教学实践研究

王 鑫，李 楠

(天津理工大学，天津 300384)

基于卓越工程的机器人创新性教学实践研究

王 鑫，李 楠

(天津理工大学，天津 300384)

基于卓越工程标准和创新创业理念，提出了机器人课程“巩固基础课程教学，普及创新实践环节，培养创新创业意识”的教学体系建设思想。指出了加强教师专业素质，强化校企联合培养和项目驱动创新培养等多种教学实践体系建设的方法，为基于卓越工程开展机器人教学工作提供了一定的建议和参考。

机器人技术；卓越工程；教学改革

0 引言

卓越工程师计划是促进我国加速迈向工程教育强国，培养具有较强创新能力、能够适应发展的高质量工程技术人才，为我国发展新型工业化道路、成为创新型国家和人才强国打下坚实的战略基础的重要举措[1]，计划指出的行业企业要深度参与人才培养过程、高校按通用标准和行业标准培养工程人才以及强化学生的工程能力和创新能力等重要理念[2]，对高校教学课程改革具有重要的指导和示范意义。

机器人技术是近年来工业生产领域快速发展技术之一，为提高自身教学科研实力及学生专业素质，国内有很多高校开设了机器人相关课程，课堂教学以基础理论讲授为主，在课外时间利用机器人教学设施安排实践环节，锻炼学生理论联系实际的能力并激发学生的学习兴趣和创造力。

因此，机器人课程理论与实践相结合的教学特点与卓越计划强调高校人才创新能力和工程能力的根本要求是不谋而合的，基于卓越工程的要求积极参与到高校机器人课程的教学体系建设中，强化机器人技术实践环节，不仅符合当今国家大战略中对工程训练中心建设发展的要求，也对提高其教学科研能力并与先进技术发展接轨具有很高的现实意义。

1 巩固机器人基础课程教学

国内高校不同专业之间在机器人课程教学重点上各有侧重，使得学生对机器人技术的理解偏重于所学专业的范畴，在全局上缺少系统性认识[3]，而工程训练中心是各高校中面向各专业实施工程教育的实践性教学平台，因此依托工程训练中心进行机器人课程的实践环节是非常适合的，通过建立层次化的机器人通识性实践环节，更好地促进学生建立整体认知并对所学知识进行融会贯通。

1.1 校企联合培养 加强教学师资

机器人实践课程的任课教师不仅需要具备专业知识，还必须具备较强的项目经验，根据现有可供借鉴的经验来看，一般可以采取校企科研和校企培训两方面的策略，校企科研主要通过横向课题项目锻炼任课教师的科研能力，在相对较长的周期内从事机器人技术科研工作，可以使教与研互相辅助和促进，还可以有助于教师形成自己的研究思路；校企培训则可以通过校企联合的方式探索与企业联合培养教师的可能，采用较短的周期内基于实际工程项目进行培养的模式，促进任课教师快速地将技术理论与现场经验相结合，把握企业所面临的技术趋势和市场趋势[4]。

1.2 采购教育机器人 改善教学硬件设施

伴随机器人产业的发展，机器人设计人员、维护人员紧缺的情况也逐渐凸显，工程界也意识到培养机器人技术人才的重要性，很多机器人厂商都开始提供依据高校教学订制设计的教学机器人，具有良好的性价比、可扩展性和人机交互性[5]。教育机器人提供的功能可以有效覆盖早期工程实践环节、基础教学环节和专业教学环节，其优秀的人机交互性使学生能在较短时间内具备基本的操作技能，为以后进一步的自主创新打好了基础，有效节省教学资源并提升教学效率。

2 普及机器人创新实践环节

在目前国内的高校中，能够让更多的学生有机会了解机器人技术，使用到真实的机器人是十分重要的，对工科相关专业本科生进行简单的通识性实践，在更高年级时依托创客空间开设机器人创新活动，使学生逐步认识机器人的工作原理，了解机器人的操作方法，尽早地建立工程意识，有利于在今后的专业学习中能够较快地接受机器人技术的相关理论知识。

2.1 改革工程训练模块 引入机器人通识课程

很多高校工程训练中心都安排有机电实训部分，并将其作为基础实训模块，而将工业上广泛应用的工业机器人技术和柔性制造技术，引入本科生的机电实训活动中，可以扩展机器人技术在工科专业学生中普及度，教学内容根据专业可以在时间和深度上进行合理调整，多投入精力开发合适的教学方法，用通俗易懂的讲解从基础原理开始讲授，由简单实例逐渐带入，使学生对典型机器人应用实例具备一定的认知和使用能力。

2.2 面向创新实践 开设创新竞赛课程

很多参加机器人竞赛的本科生，由于缺乏经验使状态不佳而降低参赛积极性。为提高学生参赛的热情，可以由具备竞赛经验的指导教师开设基于大学生机器人竞赛项目的选修课程，基于历届竞赛实例为基础进行教学，实践课时的比例至少占到全部课程课时的百分之五十以上，学生根据课堂讲解选择器件进行验证性试验，任课教师以小组学生为单位进行针对性指导，结合引入小组评比和演示答辩，则能明显提升学生动手能力和课程兴趣[6]。

3 项目推动培养创新创业意识

卓越工程师计划要求学生具备较强的工程能力和创新能力，而能力提升仅由课程学习完成是远远不够的，还需要由其他课外教学措施来补充，促使学生开放思维、激发创意，最终带动学生实现创新创业的目标。

3.1 创新兴趣社团体制 构建专业性社团

与传统兴趣社团不同，机器人专业性社团通过综合各专业学生的交流与启迪，能够更好地锻炼学生的创新创业能力[7]。依托工程训练中心的资源，社团成员可以根据需要使用各类加工设备进行创新实践活动，并协助中心举办各类机器人竞赛，如工程训练综合能力竞赛、机械创新设计大赛等。社团成员还可以通过社团内部的管理型机构和技术型机构实行自我管理和自主运行，锻炼运营管理能力，为今后能更快地适应企业环境打好基础。

3.2 支持创新创业项目 建立规范化政策

大学生创新创业计划是提高本科教学质量与教学改革的重点建设项目之一，利用大创计划引导学生进行项目申报，研究近年来与机器人技术发展密切相关的项目，不仅可以帮助学生在较长的项目时期内学习到较全面的机器人技术体系，还能在项目管理、材料加工、设备调试以及项目答辩等一系列的过程中锻炼学生的工程能力，使学生具备基于实际工程需求的简单项目的实践经验。

4 总结

在机器人课程教学体系建设上，不仅需要提升任课教师的专业能力，还需要提高实践课时的比重来促进理论实践的转化；加强学生创新创业能力，不仅需要开设创新创业课程激发创意思维，还要通过参加创新竞赛增加临场经验；在学生创新和实践能力培养体系建设中，专业性社团的作用十分重要，能够提供在校生十分宝贵的运营和管理经验。

[1]王爱侠, 张燕, 刘钰. 基于“卓越计划”下的工程教育教师队伍建设研究[J]. 实验技术与管理, 2012, 29(5): 31-34.

[2]刘海涛. 基于卓越工程师培养的《机器人技术》课程改革研究[J]. 广东化工, 2013, 40(19): 171-172.

[3]贺利乐, 郑建校. 以机器人教学和实验平台为载体培养大学生实践创新能力[J]. 装备制造技术, 2014, (9): 286-288.

[4]李群. 基于校企合作的“双师型”教师培养策略研究[D]. 山东:山东师范大学, 2013.

[5]李彦林, 郭建新, 胡蓉. 工程训练课程体系中机器人模块教学改革[J]. 实验科学与技术, 2010, 8(5): 132-134.

[6]毕津滔, 张婉鹂. 高校机器人教学改革新思路之探索[J]. 信息通信, 2013, (3): 266-267.

[7]张立俊, 林良盛, 鞠林. 高校专业型社团对提升大学生创新创业能力的探讨[J]. 科技资讯, 2016, (10): 108-109.

(编辑 赵欣宇)

Research of Innovative Teaching Practice for Robot Course Based on Excellent Engineering

WANG Xin, LI Nan

(Tianjin University of Technology, Tianjin 300384, China)

Based on the Excellent Engineering standard, as well as the innovation and entrepreneurship concept, a teaching system construction idea of robot course, which is concluded as “consolidating the teaching of basic courses, popularizing innovative practice link, and developing innovation and entrepreneurship awareness” has been raised. It has provided several methods such as enhancing the teachers’ professional diathesis, intensifying the training cooperation between colleges and enterprises, as well as improving the innovative education based on projects etc., which have provided suggestions and reference for the robot teaching based on excellent engineering.

robot technology; excellent engineering; teaching reform

2016-11-29

天津理工大学教学改革项目(YB12-14)。

王鑫(1986—)。助理实验师。主要研究方向：自动化控制及嵌入式开发。

G642.0

B

1672-0601(2017)02-0020-03