“移動機器人技術應用”理實一體化課程建設研究

鄧相紅，李婕妤，騰 云

（湖南機電職業技術學院，湖南 長沙 410151）

1 課程建設背景

BNRT-MOB-44型移動機器人是作為第44屆世界技能大賽移動機器人項目的設備。為更好地推進專業創新和課程改革，促進裝備制造類專業技術技能人才培養，高職院校可開設“移動機器人技術應用”理實一體化課程。通過課程的學習，注重學生專業實踐能力和綜合職業素質的培養，不斷提升學生專業綜合技能水平，促進學校教育教學改革，提升學校綜合辦學能力。積極探索以大賽為載體的實踐育人模式，以賽促教，切實提升教育教學成效[1]。

職業院校技能大賽體現了行業企業的人才培養需求，是引領和促進學校教育教學改革的有力杠桿。高職院校通過開設此課程可挖掘大賽的教育教學功能和發展性效能，切實推進大賽成果的具體應用，實現以賽促教，不斷促進教育教學質量的提升。以技能競賽為抓手，將技能大賽融入專業教學常態，深化產教融合，不斷優化人才培養模式[2]。

世界技能大賽是最高層級的世界性職業技能賽事，被譽為“世界技能奧林匹克”，其競技水平代表了各領域職業技能發展的世界水平，是世界技能組織成員展示和交流職業技能的重要平臺。本課程使用的移動機器人設備已應用于第44屆世界技能大賽移動機器人項目設備、2018一帶一路暨金磚國家技能發展與技術創新大賽移動機器人項目設備和2018年度全國機械行業職業院校移動機器人技能大賽。

關于移動機器人的課程，目前國內外有一些如《移動機器人運動規劃》《移動機器人技術及其應用》的開發教材，但都是一些理論方面的研究，介紹了移動機器人的關鍵技術和控制理論方法、算法及其應用，某些社會專業類的培訓有針對具體的某款機器人進行技能培訓。但高校特別是職業院校沒有專門的針對技能比賽的可實際操作的理實一體化課程，在培養學生實際動手能力和綜合實踐素養方面課程的不足。

2 課程性質和建設思路

“移動機器人技術應用”是智能制造技術專業，如工業機器人技術、智能控制技術以及應用電子技術等的專業核心或者專業拓展課。通過課程的學習，使學生掌握移動機器人的基本構成及基本設計思想，熟練應用圖形化語言進行編程和設計，本課程以學生未來工作需求組織教學內容，為從事智能電子控制器、嵌入式應用開發等工作提供理論基礎和實踐技能。通過本課程的學習，使學生具備機器人等嵌入式軟硬件系統相關的理論基礎和安裝、調試等實踐動手基礎，使學生初步認識機器人產業發展現狀，學會分析、解決專業問題的能力，為走上工作崗位奠定基礎[3]。

在本課程的學習中，以兩三個學生的小組為單位，利用移動機器人機構平臺，結合LabVIEW軟件編程技術，從培養嵌入式軟硬件開發技術員等崗位要求方面出發，使學生對智能機器人的設計、開發、應用有簡單的認知和了解，提高學生從事智能電子控制器應用技術方向的職業素養。以技能大賽精神為引領，以卓越技能導航課堂常態教學[4]。

3 課程目標

課程總體目標：使學生掌握移動機器人的基本構成及基本設計思想，熟練應用圖形化語言進行編程和設計，以學生未來工作需求組織教學內容，為從事智能電子控制器、嵌入式應用開發等工作提供理論基礎和實踐技能。通過本課程的學習，使學生具備機器人等嵌入式軟硬件系統相關的理論基礎和安裝、調試等實踐動手基礎，使學生初步認識機器人產業發展現狀，培養他們分析、解決專業問題的能力，為走上工作崗位奠定基礎[5]。

知識目標如下：①了解LabVIEW的編程環境、使用方法；②掌握LabVIEW的基本數據類型，了解LabVIEW的幫助系統和范例系統等；③了解LabVIEW程序結構的類型和特點，掌握LabVIEW常用程序結構的工作原理、應用場合和使用方法；④掌握移動機器人的制作原理，掌握驅動電路；⑤掌握機器人速度控制方法，電動機與舵機的控制方法，紅外與超聲波測距傳感器原理；⑥掌握移動機器人遙控控制原理，了解圖像采集與視覺算法應用；⑦掌握移動機器人的運動原理，掌握移動機器人的制作，完成軟硬件調試；⑧掌握移動機器人的基本運動指令及編程方法；⑨掌握機器人的手動操作方法；⑩掌握機器人的遙控操作方法。

能力目標如下：①掌握VI（虛擬儀器）的建立、編輯和調試的基本方法，能夠獨立完成一個簡單VI的設計；②了解LabVIEW程序結構的類型和特點，能夠根據程序設計的要求熟練使用不同類型的結構進行編程；③能查閱相關技術文檔，根據移動機器人機械運動原理，完成移動機器人的安裝、制作與調試；④能熟悉移動機器人裝配安全操作常識；⑤能配置好myRIO控制器以及利用軟件編程進行移動機器人運動控制并調試成功；⑥了解技術革新的內容及途徑，嘗試獨立的創新設計；⑦學會在學習、生活和工作過程中發現問題、提出問題，并具有初步解決問題的能力。

素質目標如下：①養成實事求是、尊重自然規律的科學態度；②通過學習小組探究學習培養良好的團隊合作精神，有將自己的見解公開與他人交流的愿望，認識到交流與合作的重要性，有主動與他人合作的精神，敢于提出與別人不同的見解，勇于放棄或修正自己的錯誤觀點；③養成勇于克服困難的精神，在解決問題的過程中，有克服困難的信心和決心，具有較強的忍耐力，能體驗戰勝困難，解決程序設計問題；④養成及時完成階段性工作任務的習慣，言必信，行必果，具有信用意識，敬業意識、效率意識；⑤養成積極思考問題、主動學習的習慣，主動運用各種資源學習虛擬儀器的各種應用；⑥培養較強的自主學習能力；⑦愛崗敬業，具有高度的責任心；⑧關心國內外科技發展現狀與趨勢，有愛國的使命感與責任感，有將科學服務于人類的意識。

4 課程內容與教學方法

將移動機器人賽項的規程、評分標準以及參賽視頻等轉化為專業課程資源，實現大賽與教學有效銜接，強化專業技能訓練[6]。充分利用現有實訓設備及條件開展項目教學、案例教學、小組討論等教學活動，通過課件、視頻、講解、測試題與動手實踐訓練相結合的形式帶領學習者學習移動機器人制作與開發技術，編寫程序控制機器人完成各種智能任務，讓學習者親身參與到機器人開發與調試中，開發屬于自己的機器人[7]。設計的項目如表1所示。課程內容詳細的設計如表2所示。

表1 課程內容模塊

表2 課程內容詳細的設計

表2（續）

此課程為理實一體化課程，該課程在多媒體教室和實訓室組織教學，實訓教學分組實施，教學中可靈活運用講授教學法、小組討論法、小組分工與合作。

5 結束語

充分利用競賽設備開發“移動機器人技術應用”課程，促進了機器人應用技術的普及和發展，解決了機器人課程資源缺乏的問題，也為其他課程的資源開發提供了新的思路。從機器人的組裝開始，根據移動機器人課程實踐項目的知識需求將課程內容劃分成多個單獨的項目，符合項目化教學內容的課程資源開發原則，通過課堂教學、現場教學和教學網絡資源來同步進行，將每一個知識點融入到每一個任務中，每一個任務通過任務書的形式發放，通過“理論知識與實踐相結合”來實現的教學練一體模式[8]。

另外，在教學中引入項目旨在使學生在參與機器人項目的整個過程中，切身接觸機器人最新技術與實際操作，加深對移動機器人理論知識的理解與應用，有效提升解決實際問題的能力。