淺談Arduino機器人在職業院校機器人課程教學中的意義

丁雪梅　夏海洵??

摘要：傳統制造業的改造提升、人工成本快速提高，促使加工生產型企業逐步通過用工業機器人來提高產業附加值、保證產品質量，促使工業機器人及智能裝備產業面臨前所未有的發展時機。作為承擔緊缺型人才培訓基地的職業院校來說，此時更要加快高新技術人才培養步伐。許多職業院校根據地方經濟發展的趨勢制定了專業人才培養方案，開設了相關的專業課程。本文從基礎入門、興趣引入等方面探討了工業機器人專業教學的方法，如何提高該專業課程學習的實效性。

關鍵詞：職業院校；工業機器人；Arduino

機器人技術高級整合了控制論、機械電子、計算機、傳感技術和仿生學。在工業、醫學、農業、建筑業甚至軍事等領域中均有重要用途。隨著工業機器人的廣泛應用，目前很多職業院校將工業機器人專業作為技能型人才培養的重點專業，以培養學生們工業機器人操作應用、維護、編程調試等能力為主要目標。在教學過程中依托專業人才培養方案，利用實踐教學、現場教學等方式多角度激發學生的專業能力和專業素養。

一、職業院校開展機器人課程教學現狀

“中國制造2025”的推進對中國工業的創新發展提出新的要求。在過去的工業生產中勞動力成本的逐漸提高、工作環境等因素的影響，將使工業機器人技術將在在未來大量地走進人們的生活，自2010年以來，國內各高職院校工業機器人應用相關專業就如雨后春筍般迅速發展起來，作為電氣自動化和機電一體化專業的一個方向，對于職業院校來說這是一個新興專業，如何培養社會所需的專業技術人才是各所職業院校一直探索的問題。經過近幾年的發展，通過不斷的市場調研，目前該專業的學生就業領域主要是兩大類，一是機器人制造廠商和系統集成商，例如ABB、庫卡KUKA、發那科FANUC、松下等知名機器人廠商；二是使用工業機器人應用企業，涉及行業主要是：汽車制造、摩托車制造、機械制造、電子器件、集成電路、塑料加工、石化、輕紡和煙草、食品行業等較大規模生產企業。前者需求的是機器人和相應工作站的開發、組裝、調試、銷售、售后支持的技術和營銷人才，后者需要的是從事自動化生產線上工業機器人及其輔具系統、檢測裝置、機電設備系統的安裝、運行、操作編程、維修、維護、管理等綜合素質較強的技術人才。國內的職業院校在目前的機器人課程教學中采用項目教學法來提升學生的學習興趣，激發學習主動性。對于工業機器人維護技術、工業機器人編程技術、液壓與氣動控制、運動控制等專業基礎課程的學習主要還是以講授為主。對于工業機器人的操作及維護實踐課程的學習，會針對不同的應用功能開展項目教學。

二、Arduino機器人課程開設的意義

德國的職業教育方法是全球公認的最成功的國家之一，近幾年，我國的職業教育不斷的學習和吸收德國先進的職業教育理念，結合我國國情完善職業教育課程體系和機制。其中行動導向教學法顛覆了我們傳統的理論教學方法，該教學方法是通過行動來進行實踐，由英國的瑞恩斯教授在20世紀40年代首先提出的。在行動教學法的實施過程中，通過案例化的學習代替結構化的知識，給學生們提供了極大的空間，通過各環節任務的引導，完成項目的實施，這個非常符合職業院校學生的學習特點，他們普遍存在著缺少自主學習的能力和動力、缺乏自信心和自制力等等，而實踐證明這些學生在學習中給予一些激勵機制，他們的動手能力和好奇心就能充分的挖掘出來。

工業機器人專業的課程綜合性較強，對于職業院校學生來說學習起來還是存在很大困難的，那么如何將他們學習的積極性給挖掘出來，是學好這個專業的關鍵所在。

Arduino是一類便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺，基本透明掉了硬件電子部分，只剩下軟件部分（各種型號的arduino板）和軟件（arduino IDE），使得大量IT人士，普通人，甚至小學生也能玩的來。目前它幾乎是現代創客必備的工具。Arduino簡單易用，使得追求個性的人有了更多的發揮空間，也非常適合職業院校的學生們，通過簡單有趣的項目，提高他們學習機器人課程的前期認識。

三、Arduino機器人在職業院校機器人課程教學中的實施

Arduino是一塊基于開放源代碼的USB接口Simple I/O接口板，采用基于開放源代碼的軟硬件平臺，使用類似Java、C語言的Processing/Wining開發環境。通過Arduino平臺可以讓學生了解和掌握機器人的基本知識和技能，包括機器人機械部分、傳感部分和控制部分的設計與搭建以及在這個過程中需要運用的各種知識，因此作為一門實踐性非常強的學科，在Arduino機器人的教學中教師要注意引導學生聯系現有的實際生活問題，注重學生良好的操作行為和習慣的培養。以培養學生良好的信息素養、創新精神和實踐能力，從而激發學習新知識的自主能力。

（一）教學策略的設計要注重學生學習興趣的激發

機器人技術涉及了運動學、力學、傳感器技術、程序控制等技術的綜合性課程。利用Arduino可以制作屬于自己的機器人，同時Arduino機器人的各個學習模塊相對獨立。在教學過程中通過相關項目學習各類傳感技術的應用、舵機的知識、硬件驅動、軟件編程設計等知識，選取生動有趣的機器人制作項目，引導學生參與機器人制作設計的整個過程，從而激發學習機器人專業的興趣。

（二）教學工作中注重經驗的積累

在Arduino機器人教學中需要教師有充分的教學思路，在解決實際設計中遇到的問題要能夠及時解決，這個對教師的知識結構要求還是較高的。對于教學過程中通過什么樣的方法有效挖掘學生的特長及創新能力、通過何種教學策略來組織每個項目的有效實施從而激發學生學習興趣和教學效果等等，這些都需要教師在教學過程中不斷積累經驗，總結教學設計方法。目前在職業院校機器人專業課程體系中，Arduino機器人的教學并沒有普及，因此，需要教師在教學過程中注意積累教學資源、通過網絡及Arduino社區等平臺多多去探索Arduino機器人教學對于工業機器人專業學習的價值。

參考文獻：

[1]謝作如，張祿，等.Arduino創意機器人入門.人民郵電出版社，ISBN：978115411464.

[2]溫玉春.機器人課程教學現狀及策略探究.工業設計，2017（2）TP2424，G712.