王虎军
中国劳动关系学院 北京 100048
摘要： 机器人工程课程实践教学为机器人应用型技能人才的培养提供重要的支撑作用。机器人实践平台为应用型本科院校机器人工程课程实践教学提供了必要保证。机器人实践平台可为学生提供学习平台、综合训练平台、创新设计平台，提高学生的综合设计、实践与创新能力。
关键词: 机器人工程；实践教学；应用型；人才培养
1、机器人专业人才的需求
随着科学技术的发展,机器人的智能水平越来越高，由此也推动了机器人产业的快速发展。目前，机器人已经广泛应用于汽车及汽车零部件制造业、机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、物流和制造业等诸多领域，同时也越来越多地应用于航天、军事、公共服务及特种环境下。机器人技术已成为衡量一个国家智能制造水平和科技水平的重要标志。随着人力成本的提高，企业对自动化升级的需求越来越迫切，“机器换人”的计划正在大面积推广，2015年中国已经成为世界年采购机器人数量最多的国家，更是成为全球最大的机器人市场。随着工业机器人的大量应用，对机器人应用及维护操作的技术人员需求越来越大，同时促进高技能工业机器人人才的培养。机器人产业的发展，需要高端研发型人才，也需要大批操作应用型人才。机器人工程课程实践教学将为机器人应用型技能人才的培养提供重要的支撑作用。
2、应用型人才的培养要求
相对学术研究型人才，应用型人才注重适应用人单位实际需求，服务基层和生产一线，强调实践动手能力的培养。应用型人才培养是以解决实际问题为目标导向，强调知识的实用性，培养学生具有较宽广的专业视野、创新精神和综合运用知识解决实际问题的能力。
应用型人才要具有较强综合实践能力，能够适应时代发展和科技进步需求。现在的大学课堂主要以理论教学为主，实践知识较为欠缺，要想真正掌握专业技术并能熟练应用必须通过充分的实践环节学习。因此，学校需为学生提供较多的实践学习机会，培养和提升学生的技术应用能力及解决问题能力。按照学校的理论课程安排，将基础课、专业基础课和专业课分别设置相应的实验实践环节，做到理论与实践紧密结合。在此基础上，设置综合实验实践课程，提高学生综合应用所学知识解决实际问题能力，以适应实际工作需要。如何设置相关课程，使学生具备这种综合能力，是机器人实践平台构建中一个亟需解决的问题。
应用型人才还要具备团队意识和团队协作能力。现代生产生活中，社会分工更细，相互依存关系更强，只有通过充分沟通、团结合作才能获得更多有用信息，取得更大进步。因此，良好的团队意识和团队协作能力是每个人必须具备的基本素质。大学生在进入社会前应该加强这方面的锻炼。学校在人才培养过程中，应尽量为学生创造更多的具有团队协作过程的教学实践环境。在整个学习过程中，师生之间、学生互相之间通过交流与合作，培养学生的团队意识，提高学生团队协作能力。
3、实践课程体系建设
作为一个多学科交叉的新兴专业，当前机器人工程专业人才培养可供借鉴的经验较少，需借鉴已有相近专业的成熟课程体系来设置自身专业课程体系。机器人所涉及的学科包括机械工程、电子信息、通信工程、控制科学与工程、计算机科学与技术、生物学等。机器人实践课程体系将涉及以上相关内容。然而，上述相关专业的人才培养中更偏重理论知识体系的建立，对实践教学环节要求较高的机器人工程专业来说，较难实现学生在应用与实践创新能力方面的培养，很难满足当前社会企业对机器人研发、操作及维修保养等方面应用型人才的需求。同时，受限于学校发展政策、硬件条件、师资力量等因素，机器人实践教学资源不足，投入与实践教学差距较大，学生动手能力和综合分析解决工程问题能力的培养收到限制。
在开展实践教学时，首先要根据学生所学理论知识的情况通过实践扩展其深度和广度，将实践教学与工程项目相结合以拉近专业教育与实际工程的距离，使学生在理论学习的同时接触先进的专业相关工程技术，使学生感受到机器人工程技术在工程方面的应用，以此激发学生的学习兴趣，提高学生对专业知识的理解能力，提升学生的学习效果；其次，要根据教学情况不断创新教学方法，促进教学改革，推进教改成果在机器人工程专业实践教学中的应用，以此来促进学生学习的主动性，提高学生的学习兴趣；此外，在对学生专业实践技能培养的同时，要注重学生创新能力和创新意识的培养，提升学生的综合素养。要注重学生的实践动手能力培养，要提高专业实践课程在总课程中的比重，以市场需求为导向，推进实践教学发展。
4、机器人实践平台搭建
机器人实践平台既能为机器人结构设计、传感器技术、单片机原理、机器视觉等专业课程提供学习平台，还可以作为学生的创新设计平台。学生通过在该实践平台上的学习和实践，提高了的学习兴趣， 加深了学生对所学理论课程的理解，培养了创新精神，提高了综合设计能力、实践与创新能力。
机器人实践平台的硬件可包括可二次开发的成形的人形机器人、智能轮式/履带式小车、爬行机器人，智能车套装，激光、红外、超声波、压力、振动、倾角等各种传感器及适合机器人实验的具有多种传感器接口、控制电机接口及通信接口的开放式控制板。这些硬件设备形成了机器人综合实验平台。在该平台上可以进行机器人的结构设计、运动控制、循迹、避障、感知及无线通信等实验。
机器人实践教学为培养学生创新与实践能力创造了一个崭新的平台，以机器人为媒介为学生提供了学习和实践、综合训练、创新实践等开放性的实践平台和问题解决方案，从而鼓励学生主动探索、动手实践。首先，机器人实践平台是学生学习和实践的平台。机器人作为学习平台，应用于学生所学的理论课程中，可以培养学生学习兴趣，使教学充满趣味性；将课程中的抽象内容具体化，使学生更易理解理论知识；突出课程之间相关性，帮助学生理解各门课程之间的联系，使学生学会综合应用所学知识；强调动手实践能力培养，为学生提供良好的实践条件，是理论与实践相融合。其次，机器人实践平台是学生综合训练的平台。机器人工程专业学生的毕业设计是一次完整工程训练，可在该平台上开展。毕业设计是 学生综合素质提升的过程，也是工程意识培养和强化的过程。毕业设计中，学生要完成机器人车体等各部分机械结构设计、感知系统的设计和安装调试、控制算法的设计及软件程序的编制及调试等全过程。利用该平台进行毕业实习，可激发学生的兴趣与爱好，有利于提高学生自主学习的动力、创新能力及团队协作能力。另外，机器人实践平台还为大学生创新实验设计及参加科技竞赛提供了创新实践的平台。在此过程中，学生可充分发挥其个人主观能动性，同时其创新意识、实践动手能力及工程意识都将得到很大提高
5、虚拟技术的应用
除应用机器人实践平台的硬件资源外，机器人工程的实践教学还可充分利用虚拟技术。虚拟机器人实践教学是一种全新的虚实融合机器人教育模式。采用虚拟仿真技术，学生通过客户端访问服务器，学习机器人搭建、编程及三维仿真，模拟真实场景，解决实际问题。学生不仅可以在电脑上仿真虚拟完成任务，还能同时迁移到真实环境下完成相同的任务，可以和常规的机器人教学相融合。应用虚拟技术后，将虚拟模拟和实物实验相融合的混合式教学形式应用于实践教学，借助虚实结合，实现教学内外相互协作的实践教学的开展，丰富了实验教学资源，拓宽了实践空间，为学生创造独立学习和实践的良好环境。另外，充分借助虚拟技术应用灵活的特点，可将虚拟实验远程化、移动化、碎片化，学生可在课余时间进行实验，实现随时学习，实现范围更广的资源共享，提高资源使用效率和学生的实践能力。
参考文献
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基金项目: 中国劳动关系学院2020年校级教育教学改革项目(编号: JG2028)