基于机器人工作室的应用型人才培养模式

王晓磊，李晓丹，黄海龙，邵文博，潘 静



基于机器人工作室的应用型人才培养模式

王晓磊，李晓丹，黄海龙，邵文博，潘 静

(辽宁工业大学 机械工程与自动化学院，辽宁 锦州 121001)

为了能够更好地培养学生的工程实践能力和创新能力，以机器人创新工作室为平台，探索了一条培养应用型人才的有效途径。首先分析了机器人创新工作室在应用型人才培养中重要作用，然后介绍了机器人创新工作室的建设思路，最后阐述了机器人工作室的具体实施方案。经几年来的实践证明：机器人创新工作室对机电类学生应用型人才培养起到了促进作用，并取得了良好效果。

创新能力；应用型人才；创新工作室；机器人

随着科学技术及生产力的快速发展，机械自动化程度要求越来越高，这就对机电类专业应用型人才培养提出了许多新的要求，尤其是对工程应用能力和创新能力的培养提出了更高的要求，因此各高校急需寻找一条能够快速提高学生的工程实践能力和创新能力的途径[1-3]。而机器人是典型的机电一体化产品，综合了机械、传感、电子、控制等领域的知识，科技含量高，创新性强[4]。对大学生来说，以参加机器人比赛为项目驱动[5-8]，采用工作室的学习方式能够激发学生的学习兴趣，培养学生独立思考、探索、勇于创新的能力[9-12]。

经过几年的改革实践证明，以机器人创新工作室为平台，以各种机器人比赛为项目驱动，能够迅速提高学生的工程实践能力和创新能力，是机电专业应用型人才培养的一条有效途径。

一、机器人创新工作室在应用型人才培中的重要作用

（一）传统的实践教学对学生应用型人才培养的分析

首先，高校由于受到教学条件的限制，缺乏有效的实践教学体系，仍然是重理论、轻实践，对学生工程实践能力培养的投入不足，导致学生创新意识得不到充分发挥。其次，创新激励机制不够完善，大多数的教学实验仍然是一些验证性实验，即使是创新型的实验，也是很简单的设计，学生的工程实践能力和创新能力得不到全面提升。

（二）机器人创新工作室发挥的作用

机器人创新工作室是以机器人竞赛为平台开展的。通过参与机器人制作，可将机械设计制造技术、传感器技术、控制技术等应用在一个系统中。在这个过程中学生可以综合运用所学过的知识，查阅资料，确定设计方案。然后机械部分进行设计制造、加工，控制部分进行电路板设计制作及软件编程。最后进行调试、改进，完善各项性能。在这一过程中，学生的综合运用知识能力得到提升，所遇到的所有问题都必须认真解决，否则比赛不能取得完美的效果；在解决问题的同时，学生的创新能力、独立解决问题的能力得到充分的锻炼，而且培养了学生的团队协作能力。

二、机器人创新工作室在应用型人才培养方面的具体实施

（一）机器人团队的建立

由于各个年级的学生所学的知识多少不同，团队应注重不同年级学生的选拔，组成合理的梯队，选拔有能力、具有比赛经验的高年级学生作为工作室的负责人，负责人再根据比赛的时间及项目分成小组，同样选有能力、具有比赛经验的高年级学生作为队长，负责小组任务的实施，实现“以大带小”，“以强带弱”的学生管理学生的模式。选择有能力、具有比赛经验的高年级作为团队负责人及队长的目的是将他们的优秀学习经验、比赛经验传递给没参加过比赛的新成员，使全队的成员都得到锻炼。各个小组之间定期进行讨论，同时指导教师每周例会一次，对这周的学习情况、项目进度情况、遇到的问题进行汇报，调动学生学习及制作作品的主动性、积极性。

（二）任务模块化训练队员

机器人是一个复杂的机电系统，不是一个人能够独立完成的，所以要团队的合作。这样团队在建立时将队员进行模块化分类，分为机械、电气控制。机械模块；新引进的队员在没有比赛前，给定二维装配图任务，绘制成三维图形，锻炼三维软件的绘制练习，并给出生产所需的零件图，以及一些三维虚拟仿真。电气控制模块：队员分解为单片机控制编程和硬件制作。硬件制作模块的队员练习绘制电气原理图、制作电路板及硬件的连接。虽说他们被模块化，但不代表只做好自己就可以了，因为每个队员不能将整个机器人的所有知识都精通，整个机器人制作过程需要各部分模块人员相互协作，只是要求他们的侧重点不同，有的同学侧重于机械系统设计与模拟仿真，有的队员重点负责硬件电路设计、有的队员负责编写程序和软件算法；再通过交流各自的知识，全面提高整体队员的创新能力、工程实际应用能力。

（三）教师指导竞赛的方法

学生在创新设计过程中，教师如何指导学生竞赛是一个关键。干涉的太多，就会约束学生的想象力、创造力，而且还会成为老师的成果；干涉的过少，有时又会使学生迷失方向，无法达到设计要求。具体的指导原则：

（1）总体把握设计方案。在接收到设计要求时，采用头脑风暴的方法，让学生想出尽可能多的方案来实现其功能，教师给出每种方案的优缺点及不足，确定最终方案，使每个人的能力均有所提高。

（2）注重细节指导。方案确定后，防止安装调试过程中出现各种不该出现的问题，注重一些细节指导，例如机械零件公差的给定，轴承安装的结构问题以及硬件电路制作的抗干扰等，使学生的实际工程能力得到全面提高，这也是建立工作室组织比赛所要培养的目标。

（3）教会学生获取知识的途径。俗话说：授之以鱼不如授之以渔。在设计调试的过程中，肯定会出现各种各样的难题，这就要求学生能主动查找资料，通过各种途径解决难题，如：学会使用电子图书馆和互联网查找相关资料，利用物联网如何选择、购买主要部件，学会自己查阅设计手册，学会利用软件模拟分析和结构强度分析等。

三、成果

目前，工作室的成员制作出了大量机器人比赛作品，并成功参加每年的国家级、省级、校级比赛，部分作品如图1~图3所示。具体成果如表1所示。

表1 竞赛成果奖

图1 全国大学生机器人竞赛机器人

通过竞赛，显著地提高了学生的工程实践能力和创新能力，得到了用人单位的好评。毕业后的短短几年，有的学生成为机械设计部门的项目负责人，有的成为公司电气控制方面的主力。值得提出的是，在机器人创新工作室成立之前，机械学院的毕业生很少有从事电气控制方面工作的情况。从这点也可以看出，机器人创新工作室的建立及运行模式，拓宽了学生就业面，增加了学生就业机会，对机电专业应用型人才培养起到了促进作用。

图2 辽宁省大学生机器人竞赛自主机器人

图3 辽宁省大学生机器人竞赛遥控机器人

多年的实践证明，开创机器人创新工作室的学习方式，借助机器人竞赛的平台，为机电专业应用型人才培养探索了一条有效途径，提高了学生的工程实践能力、创新能力，同时也促进了教学质量不断提高，教学内容不断丰富。

[1] 宁滨．全面推进协同创新提高人才培养质量[J]．北京教育：高教版，2012（1）：5-7．

[2] 徐晓红，张红．探索实践教学体系，促进创新人才培养[J]．实验室研究与探索，2011(10) : 235-237．

[3] 姚期智，拔尖创新人才培养的新理念与新探索[J]．中国高教研究，2011(12):1-2．

[4] 战强，闫彩霞，蔡尧．机器人教学改革的探索与实践[J]．现代教育技术，2010，20(1)：144－146

[5] 薛文涛，曾庆军．基于CDIO的行业特色高校控制专业教学改革探索[J]．中国电力教育，2013(1) : 50-53

[6] 汪木兰, 周明虎, 李建启. 以项目教学为载体制定先进制造技术卓越工程师培养方案[J].中国现代教育,2010,(12):15-19.

[7] 徐晓红，郑志强，卢惠民。构建机器人技术创新实践基地的探索与实践[J]．实验室研究与探索，2015，34(3):185-189

[8] 薛文涛，王玉龙，曾庆军，等．基于水下机器人的大学生协同创新能力培养[J]．实验室研究与探索，2015，34(9): 211-215

[9] 周琪锋．开放实验室创新模式的探索[J]．实验技术与管理，2008，25(12):176-178．

[10] 罗维东．高水平行业特色型高校在协同创新体系中的定位思考[J]．北京教育：高教版，2012（1）：8-10．

[11] 施瑞，李丽洁．实验室开放在高等教育教学中的作用[J]．实验技术与管理，2009，26(12) : 144-145

[12] 王海建．基于协同创新思想的大学生协同创新能力培养[J]．中国石油大学学报：社会科学版，2012，28(3): 105-108

(责任编校：付春玲)

2016-12-26

2016年辽宁省普通高等教育本科教学改革项目（20160295）；辽宁工业大学2016年教学改革项目（2016001）

王晓磊(1979-)，男（满族)，辽宁锦州人，副教授。

10.15916/j.issn1674-327x.2017.06.028

TH164

A

1674-327X (2017)06-0097-03