应用型本科高校机器人工程专业实践教学课程体系研究

发表时间:2020/12/3   来源:《科学与技术》2020年21期   作者:王振力
[导读] 本文结合新工科背景下的应用型机器人工程类专业技术人才需求情况
        王振力
        哈尔滨华德学院 机器人工程学院 哈尔滨市150025
        摘  要:本文结合新工科背景下的应用型机器人工程类专业技术人才需求情况,探讨了基于CDIO理念的机器人工程专业实践教学课程体系教学改革思路。教学过程以产品与系统的构思、设计、实现和运作为主线,学生参与系统从构思到实现的全过程的锻炼,为以后从事相关项目设计奠定坚实的基础。
        关键词:机器人工程专业;实践教学课程体系;教学改革

        一、项目提出的背景、目的和意义
        近年来,受国家政策鼓励、用工成本上升等因素的影响,中国的机器人产业发展迅速。一方面中国的工业机器人装机量已经位居世界第一,但另一方面,当前中国在机器人工程方向人才培养体系依旧存在不足。“中专及技校侧重培养机器人基本应用方面的人才。在研究生培养层面,智能机器人及其应用目前还只是控制相关学科的一个研究方向”,应用型本科高校的机器人工程专业人才培养还处于起步阶段,随着相关机器人工程本科专业的设置,这个不足将会得到弥补。
        三、调研工作
        按照CDIO工程教育模式中背景环境(CDIO标准第1条)的要求开展本项目社会调研,课题组成员先后与台达集团中达电子(江苏)有限公司、西门子中国有限公司、浙江吉利集团、江苏汇博机器人技术有限公司、哈尔滨奥松机器人科技股份有限公司等国内机器人相关企业开展合作,并进行实地调查,了解企业对机器人工程人才的能力和素质要求,确定了机器人工程专业学生职业群主要分为设计研发岗位、技术支持岗位和销售类岗位。并开始在机器人工程实践教学课程体系设计中尝试进行实践,根据调研情况与试运行情况形成初步人才培养方案,并组织专家论证。
         四、定位机器人工程专业人才培养目标
        按照CDIO工程教育模式中学习效果(CDIO标准第2条)的要求进行调查研究,以机器人工程专业学生岗位能力需求分析为基础制定人才培养目标:本专业培养适应社会主义现代化建设需要,德、智、体、美、劳全面发展的应用型、复合型人才。培养学生具有正确的人生观、价值观和良好的道德与修养,遵守法律法规,具有社会和环境意识;掌握必备的数学与自然科学基础知识,扎实掌握电子、自动控制、机器人技术等方面的机器人工程领域相关的基本理论、基本方法及基本技能,具有良好的科学思维能力和解决机器工程领域工程问题的能力,能在团队中有效发挥作用;综合素质良好,能通过继续教育或其他的终身学习途径拓展自己的能力,了解和紧跟学科专业发展;具有较强的工业自动化技术、工业机器人系统集成的能力;能胜任机器人系统集成等领域的系统设计与开发、系统集成、系统安装、运行、维护等岗位工作。
         五、确定机器人工程专业工程教育模式
        项目组在构建了机器人工程专业工程能力模型后,参照CDIO工程教育模式一体化课程计划、工程导论、一体化学习经验、主动学习(CDIO标准第3条、第4条、第7条、第8条)要求,与行业企业从业人员和业内专家,一起探索构建了机器人工程专业工程教育模式。
        1.一体化课程计划
        新的课程体系突破单纯以学科为核心来设置课程体系的传统本科教育课程结构,以岗位及岗位发展需要设置一体化课程体系,将传统的重理论轻实践的人才培养模式转变为以市场需求为导向,以成熟的CDIO教育大纲为标准,以“能力”为核心,以“应用”为目的一体化课程计划。


        一体化课程计划将人才培养分过程为“1.5+1.5+1”的能力递进式“三阶段”,其中第一阶段为一年半的通识教育阶段,第二阶段为一年半专业教育阶段,第三阶段为一年专业综合提升阶段。能力培养方式由单一到综合,由相对独立到有机融合,由基本技能、专向能力、综合能力到顶岗能力强化训练,实践教学课程体系四年不断线。理论教学体系和实践教学体系两条主线,相互渗透,有机结合。机器人相关知识、技术、训练、实践渗透融合,形成独具特色的机器人工程专业一体化课程计划。
        2.专业认识实习
        机器人工程导论和专业认识实习对应CDIO标准中的工程导论课程,它提供产品、过程和系统建造中工程实践所需的框架,并且引出必要的个人和人际交往能力。
        机器人工程导论和专业认识实习是机器人工程专业最早的专业基础课,为学生提供一个工程实践的框架。这个框架大致勾勒出一个工程师的任务和职责以及如何应用学科知识来完成这些任务。
        专业认识实习从实践教学角度设置的教学内容包括工业机器人、服务机器人、机器人微控制器、机器人自动化生产线等设备的参观、演示、简单操作和研讨,的目的是通过相关工程学科的应用来激发学生的兴趣,明确学习动机。
         六、设计以工程活动为背景的实践教学体系
        机器人工程属于交叉学科,实践教学环节对机器人工程专业学生职业能力的培养起着决定性的作用。为此,课题组在充分调研的基础上,以CDIO工程教育模式设计实现经验(CDIO标准第5条)为基础,构建了机器人工程专业实践教学课程体系,包括理论课程实验教学设计和集中性实训教学设计两部分。
1.理论课程实验教学设计
        课程实验是学生综合运用理论知识、技能的强化性实践教学环节。课程实验可以配合课堂理论教学,加深对基础理论知识的理解,培养运用理论知识分析和解决实际问题的初步能力。为此,课题组在设计时将学科基础平台中应用性强的课程,如《C语言程序设计与应用》、《电工技术》、《电子技术》、《电机与电气控制技术》、《机器人微控制器技术》、《控制理论与仿真》等实验课程教学设计时强化CDIO理念,强化应用能力;将专业核心平台中《机器人传感器技术》、《工业机器人设计与应用》、《可编程控制器原理与应用》、《机器视觉基础》、《工业控制网络》、《机器人运动控制技术》、《工业机器人系统集成》等多门专业课程,采用理论实验融合、教学做一体化的模式;在课程教学中注重教学方法改革,提倡模拟、训练等做中学,增加实验学时,减少理论学时。课程考核注重过程和实践动手能力。
        2.集中性实训教学设计
        集中性实训教学是机器人工程专业应用型人才培养的核心环节,授课形式主要为集中授课,进行强化训练。通常安排在每学期理论课程结束,教学周一般在14—18周之间。集中性实训教学以学生为主体,提高动手能力为指归原则,建构课内外实践教学环节,拓宽实践教学渠道。课题组为有效提高应用型机器人工程人才培养,在集中性实训课程上进行改革。集中性实训课程一改过去管得死、排得满、教得细的做法,根据不同的实训内容,采用不同的实训方法。并尽可能把实训课搞得开放、活跃,在讲解或指导过程中,注意激发学生积极思维和发挥创造力,创造条件让学生自己独立完成实训设计,锻炼学生分析和解决实际问题的能力。开设了《专业认识实习》、《电子技能综合实训》、《电气综合实训》、《机器人微控制器技术课程设计》、《工业机器人控制器编程实训》、《金工实习》、《PLC技术课程设计》、《人机界面技能培训》、《工业机器人系统集成实训》、《机器人系统综合课程设计》等专业实训课程,并组建了一只由校内专任教师和企业相关工作人员组成的专兼职实训教师队伍,创造仿真环境模拟实践教学。
        
黑龙江省教育科学“十三五”规划2019年度重点课题《新工科背景下的应用型本科院校机器人工程专业人才培养模式研究》,课题编号:GJB1319042
作者简介:王振力,(1982-)、男,汉,辽宁省西丰县,硕士研究生,副教授,研究方向:应用型本科高校机器人工程专业教育教学。
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