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新形勢下技工院校工業機器人教學實踐與探索

珠海市技師學院 鄭瀚炤
 
  隨著社會的進步和科技的發展,社會人力成本不斷提高,勞動者在技能方面的欠缺導致先進技術的應用出現瓶頸。進入21世紀以后,智能機器人必將全面應用于生產。做好機器人技術教育,培養大批優秀的高技能機器人應用型人才,是當今新形勢下技工院校面臨的挑戰。

  一、機器人教學方法

  機器人的學習過程融合了計算機、機械、電子、通訊、控制、聲、光、電、磁等多個學科領域的知識。因此機器人教育和傳統的學科教育區別很大。單純的機械、電氣、計算機等學科的學習只能作為學習機器人的基礎。機器人的教學應該是一個系統的架構,學生在掌握各學科的同時要對計算機整體系統有更為深入的了解,這需要在教學過程中采用多種方法積極引導,使學生在思考的過程中將各學科的知識有機地串聯起來。

  1. 多基礎學科交叉學習,聯合啟發

  在傳統的基礎學科教學中,如電機控制實訓中教師只針對電氣線路進行講解,鉗工實訓則只進行金工方面的技能教學。這種模式的教學在過去取得了一定的成果,但是在面向機器人的教學時,由于不能將各學科進行有效地串聯,因此難以形成機器人學習的基礎。

  新形勢下,應該交叉教學,比如在講解電機控制小車往返控制的章節中,應該對小車的機械運動特點進行分析,如小車機械傳動出現問題,導致小車無法順利行進等種種情況。電氣控制線路和機械知識的相互結合,使學生能夠充分理解各學科的交叉融合,為學習機器人打下基礎。

  2. 機器人專業方向課程設置

  傳感方面課程:圖像處理、計算機視覺、卡爾曼濾波、信息融合。

  認知:機器學習、人工智能。

  驅動:自動控制原理、線性控制理論( 線性空間理論)、非線性控制理論、計算機控制/ 數字控制、 機器人導論、機器人控制、非各向同性機器人控制、路徑規劃、數模電子線路、信號與系統、各種電子線路設計知識、機械設計、工程制圖。

  這些不需要全部都懂,但至少要專攻一個方向,其他方向略懂,比如專攻控制和路徑規劃。

  3. 行為導向教學

  行為導向教學以學生為主體,通過問題驅動學生的積極主動思考。在教學過程中,通過積極的發問,以學生的討論為主,教師在整個教學過程中起引導的作用。這種教學方法可以充分發揮學生的主體作用,積極調動學生學習的主觀能動性,培養學生分析問題、解決問題的能力。在解決問題的同時,學生充分將所學到的各學科知識主動進行“融會貫通”,解決問題的能力也得到了提高。學生取得了成就感和激勵,使學習的過程變得更有挑戰。教師還可進一步建立獎勵機制。各種方法共同作用下,使機器人學習變得更加生動有趣。

  4. 鼓勵創新

  “創新”是科技進步的源泉。學生在學習的過程中,受思維定式的影響較輕,往往會出現一些大膽的充滿新意的想法。在遇到這些情況時,教師絕不應該漠視甚至打擊,應該積極針對學生這些想法進行分析假設,甚至在有條件的情況下付諸實踐。21世紀技工院校培養的是熟練的高技能人才,更是充滿創新精神的高技能人才。只有大膽鼓勵創新,才有可能出現大量的優秀的國家需求的創新型技能人才。

  二、實訓教學建設

  1. 實訓室建設

  機器人教學實訓室應具有信息化、多媒體化的課堂,配備有滿足多個班級同時實訓的電腦、桌椅、機器人設備等必備條件。機器人教學的設備應該是集成化的、模塊式的,在便于學生學習的過程中進行拆解。分組式的實訓臺面有利于學生在學習的過程中鍛煉團隊協作的能力。合理的桌面布局能夠幫助學生養成“6S”的良好工作習慣。

  ABB 工業機器人綜合實訓裝置組成是由工業機器人工作站、碼垛工作站、裝配工作站、弧焊軌跡練習工作站、模擬噴涂工作站、多功能翻轉工作站等組成。

  虛擬仿真教學使學生直觀地觀察仿真軟件觀察機器人的動作過程,同時通過編程離線調試并模擬現場畫面。在這個過程中,學生的軟件編程水平得到了提高,彌補了設備短缺造成的缺憾。

  三、師資隊伍建設

  有一支熱愛機器人教育事業并具有較高科學素養的師資隊伍是開展機器人教學的重要前提條件。由于技工院校存在的“知識老化”、教師老齡化嚴重等各種問題,在師資隊伍建設方面,需要從以下幾方面著手。

  1. 引進現場經驗豐富的工程師人才新形勢下,鐵飯碗逐步被打破,校企之間的人才流動愈加頻繁。教學經驗豐富的教師在技能上可能稍有不足,現場經驗豐富的工程師在教學能力上還需稍加磨練和指導。通過人才引進的方式,吸引優秀的工程師人才長期或定期進入教育行業,能夠提高校內教師的技能水平,同時使教學過程更加貼近現場。

  2. 豐富多樣的教師培訓和激勵手段

  通過多媒體網絡課堂、校企聯合師資培養等多種手段,為教師專業能力的提高創造學習條件,邀請各領域專家、教師到校開展講座,交流促進,共同發展。同時,從事機器人教育的教師也應充分意識到機器人技術發展日新月異,必須牢固樹立不斷學習的教育理念。

  通過對取得成果的教師進行物質上和精神上的獎勵,引導學校形成教師之間相互競爭、相互促進的良好氛圍,激勵教師積極改進教學方法,主動進行科研及教學探索。在這種你追我趕的學習氛圍下,才能形成良好的發展的機器人教學團隊。

  3. 積極參賽,以賽代練

  國家非常重視機器人教育的發展,因此每年都會組織大量的機器人比賽。在機器人教學的過程中,采用教師帶隊,學生為主體的方式,以賽代練。通過校內比賽競爭,選撥優秀的學生參加各種比賽。比賽使學生在得到鍛煉的同時,也使教師將比賽中的經驗再次代入到日常的教學過程中,提高機器人教學的水平。

  四、小結

  系統化的教學對專業教師的知識面提出了更高的要求。將各學科的知識在教學過程中有機的串聯到一起,是對新形勢下工業機器人專業教師提出的挑戰。同時,“行為引導法”的優勢在工業機器人教學中體現得更加淋漓盡致。只有讓學生成為課堂的主體,才能使學生分析解決問題的能力得到逐步提升,才能培養出具有創新精神的21 世紀的高技能人才。

  現代化的實訓室、模塊化的實訓設備、配合靈活的仿真軟件,都是為了更加準確地模擬出現場的實際工況。學生如身臨其境,才能得到熏陶和感染。在實訓中,尤其要注重對學生“6S”工作習慣的培養。

  以中青年教師為主、激勵機制健全的教師隊伍是工業機器人教學的基石。現場經驗豐富的工程師,通過交流和講座,能夠成為工業機器人教學的重要補充。通過“以賽代練”“校本教材”等各種措施,最終形成適應新時代發展的、具有學校特色的工業機器人教學。
 
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