基于工作過程的機器人教學設計

曾妍

摘要：在新工業化的推動下，我國高職高專教育的發展空間得到了擴展，一方面為教育工作改革與發展提供了契機，另一方面也為學生的就業提供了良好的前景。那么，如何能夠使學生在新工業化下盡快適應市場對人才的需求？使高職高專學生的職業生涯獲得良好的開端與順利的發展？這莫過于在高職高專的教學階段就將工業化引進課堂。為了落實高職高專課堂工業化的轉變，有效培養學生的思維能力、創造能力、合作能力，四川信息職業技術學院電子工程系在引入機器人創新課程的同時，將工業化也帶入了課堂，彰顯培養技能型人才的高職教育本質。

關鍵詞：工作過程；機器人；微工業

中圖分類號：G712？搖 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）01-0186-02

機器人課程是教育和高科技的結合，由于機器人自身的特點和對未來社會的影響，機器人不僅僅是全面素質教育的好教材、好辦法，而且是科普教育的重要園地。機器人教學也從一個側面反映了學校信息與自動化領域基礎研究和高技術發展的水平。

一、項目分析

1.理實一體項目教學的優點。改變了傳統教學中的理論加實驗教學模式，而當前的實驗教學大多以實驗箱為實驗平臺，開設的也多為驗證性實驗。導致學生過度追求實驗結果，而忽略了硬件設計、軟件調試等過程。整個課程結束后，許多學生也未能真正了解清楚機器人工作的全過程，采用理實一體工作過程的項目化教學，學生由簡入繁，由淺入深，更能掌握機器人的技術要領。項目式教學可以開拓老師和學生的思維，學生的主動性得到極大鼓勵，突出學生的個性發展，增強競爭意識和創新思路，更可以在團隊合作中加強與人交流的能力和協作配合能力。把工作過程引入課程，在課堂上體現微工業，學生更能在學校里提前感知工作環境和工業要求。

2.機器人平臺特色。四川信息職業技術學院電子系機器人教學采用本院自主開發的創意之星”機器人競賽及實訓平臺。這是一套用于高等工程創新實踐教育的模塊化機器人平臺，可通過數百個基本“積木”單元的組合，搭建出各種發揮想象力的機器人，并可為自己搭建出的機器人編程。因此，無論是機械、電子還是電氣專業，都可以基于該平臺，根據需要選擇自己的側重點，承載學生的實驗、實訓、課程設計、畢業設計或技能競賽。AVR單片機、高端ARM處理器等。

二、教學項目的規劃與實施步驟

教學組織中，老師的引領和規劃很重要。學生很容易接受知識，在熱心操作時，往往忽略操作注意事項，經常會有學生由于錯誤操作而損壞控制面板。所以老師必須多番強調和檢查指導。在教學實施時，要體現工業5S工作標準化要求。通過5S對環境施以現場規范化管理，可以在改善實訓室形象、提高質量、降低損耗及提升學生綜合素養等方面達到意想不到的效果。具體教學中，共劃分六項主要內容，分別是：組裝機器人、搭建軟件平臺、測試舵機控制器、機器人控制指令、讓機器人動起來、機器人二次開發競賽。其具體的實施步驟又如下分為項目團隊的建立、項目任務計劃的制定、項目制作、項目檢查評估、項目資料歸檔或應用等主要項目任務塊。

1.機器人項目的團隊建立。從學生中合理的選擇各具特長的成員來組成項目團隊，并為各個成員、團隊之間營造互幫互助的學習活動氣氛，引導他們形成良性競爭。選擇各具特長的成員其原因在于彌補相互之間的不足，使他們能夠在相互交流、幫助的團隊合作環境下，一起解決問題，讓學生能夠體會到團隊合作的重要性所在，使他們的團隊合作能力能夠得到提升。團隊成員確定好過后，就要對他們各自的工作任務進行明確的劃分，讓他們每個人都能夠找到其自身在團隊中的角色位置，有效的為團隊做出貢獻，保證整個機器人項目的順利完成?？傊?，在進行團隊建立的時候，考慮到每個學生成員的特征屬性是重點，尤其是其專業特長、性格等。然后還要在團隊成員中民主的推選出負責人，使團隊隊長來落實具體的工作細節。

2.細化、制定任務計劃。選隊中的負責人要負責組織團隊成員，集思廣益的對具體任務計劃進行細化與制定，使具體的工作步驟能夠明確下來，并得到所有成員的認同。機器人的系統復雜度非常高，包含各種硬件與軟件程序，這也正是其代表先進科學技術水平能力的關鍵所在。本文的教學實踐過程當中，由各個小組去自行的收集與設計機器人功能目標，比如清潔功能機器人、醫療服務機器人等。這些機器人的設計與實現目的是為人類減輕勞作負擔，比如清潔功能機器人主要幫助人們打掃環境衛生，提高人們的生活環境質量；醫療服務機器人主要是幫助人們在醫院就醫的過程當中，可以減少不必要的肢體運動，一方面方便醫院患者，另一方面簡化醫院醫護工作人員的工作量。有了機器人的功能目標后，團隊中的各個人員就需要根據自身的專業特長所在，接受各自的任務任命。比如一部分學生主要負責機器人的體型結構設計，進行設計圖繪制；負責機器人電路的學生主要工作是紅外避障電路、電源穩壓電路、鍵盤輸入電路、電機驅動電路、單片機電路制作；負責計算機程序設計的學生，主要工作是對機器人的各種功能程序進行設計與調試，使機器人具有可以思考的靈魂；最后就是機器人控制人機交互界面設計的學生，他們主要是提高機器人控制的操作性，使機器人的操控能夠直觀、簡便等?？傊鶕W生的特征、特長來劃分工作任務，這樣才能保障項目的順利進行與最終完成。

3.項目制作。一切的團隊組建與任務規劃、分配完成后，就需要進行實際的項目制作、任務實施。首先每個團隊成員對于自身的工作任務要認識透徹，了解自身工作的重要性，知道自己是否能夠有效的完成好任務對于整個項目的影響是決定性的，因為任何一部分工作沒有完成好，都會導致機器人項目失敗。成功完成了機器人的制作，實現了機器人的功能之后，所有的團隊成員還必須集中起來根據完成情況編寫相應的報告或是論文，且這個環節是教學工作的重點，應為根據報告或是論文能夠對學生的實際知識能力情況進行清楚的了解。在本文的教學過程當中，要求學生編寫報告與論文各一份，其主要內容為實施項目的過程細節、難點的攻克以及機器人的具體功能實現情況等，這在學生完成了機器人項目制作后，進一步鞏固了他們的知識能力。

4.項目的考核與評估。對項目的考核與評估是摸清學生實際素質能力的關鍵途徑，首先要由團隊的負責人來進行機器人項目的完成情況總結匯報，然后由各個成員對其自身的工作完成情況、完成質量進行自我評估。然后再根據項目實施過程中，各個隊員的實際表現情況，老師給出統一的評估，使每個學生能夠客觀的認識自身優勢與不足。為此，在項目的實施過程當中，老師還應當多去項目實施現場做觀察與指導，認真收集每個成員的表現情況。對于發現的問題，老師應當及時的給出指正與引導，使學生在項目進行過程當中可以得到有效的能力發展。

5.項目資料歸檔或應用。為使學生養成良好的習慣，項目結束后，教師監督學生將項目工作資料整理歸檔，材料包括項目申報書、進度表、機器人機械結構圖、程序設計流程、機器人控制程序、項目結項書、項目報告講義等。

三、教學實施效果

實踐證明，硬件設備上，該教學平臺可靠性高，靈活性強，解決了目前機器人系統不能靈活拼拆組合，實現既可“獨立”又可“復用”的技術問題。軟件教學上，理實一體教學模式，學生能更好接受知識，創造發揮機器人的形態和行動能力，團隊協作得到充分展現，該課程得到了學生的普遍認可和支持。

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