淺談Arduino機(jī)器人在職業(yè)院校機(jī)器人課程教學(xué)中的意義

丁雪梅　夏海洵??

摘要：傳統(tǒng)制造業(yè)的改造提升、人工成本快速提高，促使加工生產(chǎn)型企業(yè)逐步通過用工業(yè)機(jī)器人來提高產(chǎn)業(yè)附加值、保證產(chǎn)品質(zhì)量，促使工業(yè)機(jī)器人及智能裝備產(chǎn)業(yè)面臨前所未有的發(fā)展時(shí)機(jī)。作為承擔(dān)緊缺型人才培訓(xùn)基地的職業(yè)院校來說，此時(shí)更要加快高新技術(shù)人才培養(yǎng)步伐。許多職業(yè)院校根據(jù)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的趨勢制定了專業(yè)人才培養(yǎng)方案，開設(shè)了相關(guān)的專業(yè)課程。本文從基礎(chǔ)入門、興趣引入等方面探討了工業(yè)機(jī)器人專業(yè)教學(xué)的方法，如何提高該專業(yè)課程學(xué)習(xí)的實(shí)效性。

關(guān)鍵詞：職業(yè)院校；工業(yè)機(jī)器人；Arduino

機(jī)器人技術(shù)高級(jí)整合了控制論、機(jī)械電子、計(jì)算機(jī)、傳感技術(shù)和仿生學(xué)。在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)甚至軍事等領(lǐng)域中均有重要用途。隨著工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用，目前很多職業(yè)院校將工業(yè)機(jī)器人專業(yè)作為技能型人才培養(yǎng)的重點(diǎn)專業(yè)，以培養(yǎng)學(xué)生們工業(yè)機(jī)器人操作應(yīng)用、維護(hù)、編程調(diào)試等能力為主要目標(biāo)。在教學(xué)過程中依托專業(yè)人才培養(yǎng)方案，利用實(shí)踐教學(xué)、現(xiàn)場教學(xué)等方式多角度激發(fā)學(xué)生的專業(yè)能力和專業(yè)素養(yǎng)。

一、職業(yè)院校開展機(jī)器人課程教學(xué)現(xiàn)狀

“中國制造2025”的推進(jìn)對中國工業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展提出新的要求。在過去的工業(yè)生產(chǎn)中勞動(dòng)力成本的逐漸提高、工作環(huán)境等因素的影響，將使工業(yè)機(jī)器人技術(shù)將在在未來大量地走進(jìn)人們的生活，自2010年以來，國內(nèi)各高職院校工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用相關(guān)專業(yè)就如雨后春筍般迅速發(fā)展起來，作為電氣自動(dòng)化和機(jī)電一體化專業(yè)的一個(gè)方向，對于職業(yè)院校來說這是一個(gè)新興專業(yè)，如何培養(yǎng)社會(huì)所需的專業(yè)技術(shù)人才是各所職業(yè)院校一直探索的問題。經(jīng)過近幾年的發(fā)展，通過不斷的市場調(diào)研，目前該專業(yè)的學(xué)生就業(yè)領(lǐng)域主要是兩大類，一是機(jī)器人制造廠商和系統(tǒng)集成商，例如ABB、庫卡KUKA、發(fā)那科FANUC、松下等知名機(jī)器人廠商；二是使用工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用企業(yè)，涉及行業(yè)主要是：汽車制造、摩托車制造、機(jī)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(yè)等較大規(guī)模生產(chǎn)企業(yè)。前者需求的是機(jī)器人和相應(yīng)工作站的開發(fā)、組裝、調(diào)試、銷售、售后支持的技術(shù)和營銷人才，后者需要的是從事自動(dòng)化生產(chǎn)線上工業(yè)機(jī)器人及其輔具系統(tǒng)、檢測裝置、機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)的安裝、運(yùn)行、操作編程、維修、維護(hù)、管理等綜合素質(zhì)較強(qiáng)的技術(shù)人才。國內(nèi)的職業(yè)院校在目前的機(jī)器人課程教學(xué)中采用項(xiàng)目教學(xué)法來提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)習(xí)主動(dòng)性。對于工業(yè)機(jī)器人維護(hù)技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人編程技術(shù)、液壓與氣動(dòng)控制、運(yùn)動(dòng)控制等專業(yè)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)主要還是以講授為主。對于工業(yè)機(jī)器人的操作及維護(hù)實(shí)踐課程的學(xué)習(xí)，會(huì)針對不同的應(yīng)用功能開展項(xiàng)目教學(xué)。

二、Arduino機(jī)器人課程開設(shè)的意義

德國的職業(yè)教育方法是全球公認(rèn)的最成功的國家之一，近幾年，我國的職業(yè)教育不斷的學(xué)習(xí)和吸收德國先進(jìn)的職業(yè)教育理念，結(jié)合我國國情完善職業(yè)教育課程體系和機(jī)制。其中行動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)法顛覆了我們傳統(tǒng)的理論教學(xué)方法，該教學(xué)方法是通過行動(dòng)來進(jìn)行實(shí)踐，由英國的瑞恩斯教授在20世紀(jì)40年代首先提出的。在行動(dòng)教學(xué)法的實(shí)施過程中，通過案例化的學(xué)習(xí)代替結(jié)構(gòu)化的知識(shí)，給學(xué)生們提供了極大的空間，通過各環(huán)節(jié)任務(wù)的引導(dǎo)，完成項(xiàng)目的實(shí)施，這個(gè)非常符合職業(yè)院校學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，他們普遍存在著缺少自主學(xué)習(xí)的能力和動(dòng)力、缺乏自信心和自制力等等，而實(shí)踐證明這些學(xué)生在學(xué)習(xí)中給予一些激勵(lì)機(jī)制，他們的動(dòng)手能力和好奇心就能充分的挖掘出來。

工業(yè)機(jī)器人專業(yè)的課程綜合性較強(qiáng)，對于職業(yè)院校學(xué)生來說學(xué)習(xí)起來還是存在很大困難的，那么如何將他們學(xué)習(xí)的積極性給挖掘出來，是學(xué)好這個(gè)專業(yè)的關(guān)鍵所在。

Arduino是一類便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺(tái)，基本透明掉了硬件電子部分，只剩下軟件部分（各種型號(hào)的arduino板）和軟件（arduino IDE），使得大量IT人士，普通人，甚至小學(xué)生也能玩的來。目前它幾乎是現(xiàn)代創(chuàng)客必備的工具。Arduino簡單易用，使得追求個(gè)性的人有了更多的發(fā)揮空間，也非常適合職業(yè)院校的學(xué)生們，通過簡單有趣的項(xiàng)目，提高他們學(xué)習(xí)機(jī)器人課程的前期認(rèn)識(shí)。

三、Arduino機(jī)器人在職業(yè)院校機(jī)器人課程教學(xué)中的實(shí)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(tái)，使用類似Java、C語言的Processing/Wining開發(fā)環(huán)境。通過Arduino平臺(tái)可以讓學(xué)生了解和掌握機(jī)器人的基本知識(shí)和技能，包括機(jī)器人機(jī)械部分、傳感部分和控制部分的設(shè)計(jì)與搭建以及在這個(gè)過程中需要運(yùn)用的各種知識(shí)，因此作為一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的學(xué)科，在Arduino機(jī)器人的教學(xué)中教師要注意引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系現(xiàn)有的實(shí)際生活問題，注重學(xué)生良好的操作行為和習(xí)慣的培養(yǎng)。以培養(yǎng)學(xué)生良好的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，從而激發(fā)學(xué)習(xí)新知識(shí)的自主能力。

（一）教學(xué)策略的設(shè)計(jì)要注重學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)

機(jī)器人技術(shù)涉及了運(yùn)動(dòng)學(xué)、力學(xué)、傳感器技術(shù)、程序控制等技術(shù)的綜合性課程。利用Arduino可以制作屬于自己的機(jī)器人，同時(shí)Arduino機(jī)器人的各個(gè)學(xué)習(xí)模塊相對獨(dú)立。在教學(xué)過程中通過相關(guān)項(xiàng)目學(xué)習(xí)各類傳感技術(shù)的應(yīng)用、舵機(jī)的知識(shí)、硬件驅(qū)動(dòng)、軟件編程設(shè)計(jì)等知識(shí)，選取生動(dòng)有趣的機(jī)器人制作項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生參與機(jī)器人制作設(shè)計(jì)的整個(gè)過程，從而激發(fā)學(xué)習(xí)機(jī)器人專業(yè)的興趣。

（二）教學(xué)工作中注重經(jīng)驗(yàn)的積累

在Arduino機(jī)器人教學(xué)中需要教師有充分的教學(xué)思路，在解決實(shí)際設(shè)計(jì)中遇到的問題要能夠及時(shí)解決，這個(gè)對教師的知識(shí)結(jié)構(gòu)要求還是較高的。對于教學(xué)過程中通過什么樣的方法有效挖掘?qū)W生的特長及創(chuàng)新能力、通過何種教學(xué)策略來組織每個(gè)項(xiàng)目的有效實(shí)施從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)效果等等，這些都需要教師在教學(xué)過程中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)方法。目前在職業(yè)院校機(jī)器人專業(yè)課程體系中，Arduino機(jī)器人的教學(xué)并沒有普及，因此，需要教師在教學(xué)過程中注意積累教學(xué)資源、通過網(wǎng)絡(luò)及Arduino社區(qū)等平臺(tái)多多去探索Arduino機(jī)器人教學(xué)對于工業(yè)機(jī)器人專業(yè)學(xué)習(xí)的價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝作如，張祿，等.Arduino創(chuàng)意機(jī)器人入門.人民郵電出版社，ISBN：978115411464.

[2]溫玉春.機(jī)器人課程教學(xué)現(xiàn)狀及策略探究.工業(yè)設(shè)計(jì)，2017（2）TP2424，G712.