智能制造背景下机器人工程专业教学模式探索

李坤全，李 辉，李大庆

（河南工程学院，河南 郑州 451191）

随着我国制造业向智能化方向的发展，社会对机器人专业的人才需求量逐渐增加，在此背景下，机器人工程成为高校中的一门新工科专业。由于机器人工程专业在我国的起步较晚，所以教学模式还在不断的探索中。机器人专业毕业的学生动手能力差是目前面临的重要问题，所以我国高校的机器人工程专业应该改变传统的教学方法，以市场需求为导向制定人才培养方案。革新教材内容，确保学生能够及时获取机器人行业最新的知识。采用灵活的教学手段，善于使用先进的教学方式来提高教学质量。适当增加实践教学的比例，加强对学生实践操作能力的培养。加强对专业教师在专业知识和实践技能方面的培训，通过组织学生技能竞赛的方式培养学生的创新能力和动手能力。将人才培养与企业实际需求有机结合，培养与智能制造发展相符合的机器人专业人才，为推动我国成为制造强国做出贡献。

1 我国高校机器人工程专业教学现状

（1）教学内容滞后，无法满足产业发展需求。教学内容滞后是机器人工程专业面临的重要问题，我国的教材大多都是几年一个版面，如果全部按照教材内容进行教学，那么在一定的时期内所教的理论知识基本都是一样的。而机器人技术作为高兴技术发展产业的重要组成部分，技术更新换代速度快、周期短是主要的特征，所以高校中机器人工程专业如果教学内容无法及时更新，学生所学习的知识往往会落后于现有的技术水平，直接导致学生在毕业后无法适应机器人行业发展的需求，导致高校人才培养与产业需求脱节，不利于我国机器人产业的发展。所以教学内容更新是高校机器人工程专业教学改革的重要工作，也是提高机器人专业人才培养质量的重要基础。

（2）教学模式单一，限制学生思维和能力的培养。机器人技术涉及多学科的交叉融合，其中的理论知识部分涉及大量的计算和推理，所以在机器人工程专业教学中往往会重理论而轻实践，将过多的精力放在理论知识的讲授中，并且基本都是采用传统的课堂教学的方法。这种单一的教学模式不仅会让学生产生很大的压力，而且教学效果较差。在单一的课堂教学中，不仅会限制学生的思维，而且还影响到对学生创新能力和动手能力的培养。所以高校机器人工程专业应该创新教学模式，善于利用网络和多媒体等先进的教学手段，通过翻转课堂、项目教学等方式增强学生的思维能力和创新能力。

（3）理论与实践脱节，不利于培养学生动手能力。在智能制造的背景下，机器人作为重点发展领域，其科技含量较高，所以需要从业人员具有较强的创新能力、研发能力、动手能力，所以在教学过程中应该注重对学生理论联系实践能力的培养。在理论知识抽象性和逻辑性较强的情况下，如果单纯的依靠课堂讲授难以收到理想的教学效果。有些高校受到资金和环境的限制无法购买用于实训的机器人，学生的实习主要是以见习和金工实习为主，一般都是在某一时间到机器人生产厂进行参观学习，主要以参观为主，无法进行实践操作，直接影响到实践效果。学生在学习理论知识一段时间后，就会遗忘一部分理论知识，如果无法及时进行实践操作会直接影响到学生理论联系实践的能力培养，导致学生就业后动手能力差，无法满足企业的用人需求。

2 机器人工程专业教学模式改革

（1）革新教材内容，与产业发展保持同步。教学内容的质量直接影响到教学效果，尤其是对于机器人工程专业而言，因为机器人产业的产品和技术更新换代周期短，所以使用传统的教材无法满足学生在知识方面的提升。为了解决这一问题，高校机器人工程专业的学科带头人以及教学骨干可以组织编写校本教材，将机器人产业最新的发展成果融合到教学情境中，能够让学生及时掌握最新的技术和产品知识。为了了解机器人产业的最新动态，学校可以与机器人研发制造企业进行合作，通过与企业技术人员的沟通，既能够获取最新的技术发展动向，又能够了解企业每个岗位对专业人才的技术和素质要求，从而有针对性地编写教材内容，并且明确人才培养方向。教师还可以组织学生关注与机器人相关的网站，然后对机器人产业发展中的热点话题以及技术动态进行讨论，既能够增加学生的知识储备，又能够加深学生对该产业的深入了解，时刻与产业发展保持一致，为将来就业做好充足准备。

（2）丰富教学手段，提升教学质量。丰富的教学手段不仅能够激发学生的学习兴趣，还能够提高教学质量。因为机器人理论教学部分抽象性和逻辑性的内容较多，为了便于学生理解，教师可以采用虚拟仿真技术辅助讲解，可以将抽象的内容更加直观形象地展示在学生面前，利于学生对理论知识的理解和掌握。同时通过虚拟仿真技术还能够让学生对机器人的内部构造和各部件的运行原理有直观的感受，可解决教学资源不足的问题。教师还可以将项目教学法与虚拟仿真技术相结合，在学习完某个模块的理论知识后，让学生进行项目模拟，项目的选择应该尽量与企业实际生产保持一致，能够让学生提前适应企业真实生产情境。将学生分成若干小组进行项目学习，学生可利用虚拟仿真技术进行机器人技术的研发、设计、制造、维修等学习内容，在项目研究的过程中，有利于培养学生的创新能力和动手操作能力，这也是企业发展对专业技术人员的要求。除此之外，教师还可以根据理论知识的特点，采用翻转课堂、任务驱动等教学方法，主要目的是提升教学质量。

（3）增加实践教学比例，培养学生动手能力。理论与实践紧密结合是机器人工程专业教学的核心理念，所以应该适当增加实践教学比例，从而提升学生的实践操作能力，这也是机器人产业发展对技术人员的重要要求。要想对机器人的内部构造、运行原理以及控制方式进行深入的了解，最好的途径就是亲手对机器人进行拆解和重组，只有亲身经历了才能够有深刻的理解和记忆。为了满足机器人实践教学的需求，学校在有条件的情况下，可以购买一定数量的机器人用于实践教学，在资金受限的情况下可以购买机器人套件。在学习到一定阶段后可以让学生将机器人拆解，然后测量和记录每个零部件的尺寸和形状，最后将所有零部件重新组装。在组装完成后，让学生利用三维建模软件将所有零部件画出来，然后进行装配和动画仿真。通过这一系列的操作，学生对机器人的整体以及各个零部件都会有深刻的认识，然后让学生在此基础上进行自主设计创新。这些都可以以团队的形式完成，每个人可以承担自己擅长的角色，比如拆解、记录、画图、编程、创新等等，利用团队的力量培养学生的创新能力和实践操作能力。

（4）以赛促学，强化学生创新创业能力。以赛促学可以激发学生的竞争意识，也是有效培养学生创新能力和动手能力的重要途径。学校可以组织学生多参加机器人大赛，在完成参赛作品的过程中，可以激发学生的创造性思维和竞争意识，并且培养学生的团队合作能力。对于学生参加过的比赛项目可以按照相应的等级进行学分认定，以此来鼓励学生参与的积极性，并且让学生产生成就感。如果学生设计的机器人作品获得了一定的名次，并且具有成果转化的价值，学校应该帮助学生申请专利，然后联系科研部门或者企业将学生设计的作品进行生产，学生不仅能够获得相应的物质报酬，还有利于培养学生的创业能力。以赛促学可激发学生的学习热情，也会强化学生理论联系实践的能力，有利于培养学生的创新、创意、创业能力，这对于机器人工程专业教学而言具有重要意义。

3 结 语

现阶段，我国机器人领域的人才培养主要以硕士和博士为主，虽然人才培养 层次较高，但是数量较少，所以本科院校逐渐开设机器人工程专业。由于本科院校的机器人工程专业起步时间较晚，所以教育体系还有待完善。在中国制造2025战略的全面发展阶段，我国高校机器人工程专业应该从企业实际需求出发，不断调整和完善教学模式，加强对机器人研发、设计、制造、操作、维护等高层次复合型专业人才的培养力度。通过一系列的改革，提高机器人专业人才综合素质和能力，培养一批切实符合企业需求的专业人才，为我国制造业的发展做出更大的贡献。