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高校机器人教育教学现状分析及对策

2020-07-03 天聚动态 文章来源:

机器人是“制造业皇冠顶端的明珠”,有望成为“第三次工业革命”的一个切入点和增长点,其研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。习主席在中国科学院和工程院院士大会上强调:要把我国机器人水平提高上去,尽可能多地占领市场。然而要实现这一目标的关键是要建立机器人教育教学的体系,培养机器人产业相关的人才。事实证明,日本发展机器人起步比号称“现代机器人故乡”的美国晚了十年,但是在机器人产业化发展道路上,已经走在了欧美国家的前面。这跟日本高度重视机器人教育和机器人文化的普及是分不开的。
机器人教育教学应该是一个长期的系统教育,从小学到大学分阶段实施。中小学阶段由于缺乏机器人相关的专业知识基础,所以这个阶段主要是培养学生的兴趣和创新思维,给学生一个感官认识。进入大学后,系统的专业知识学习能让学生从原理结构上对机器人加深理解,从中获得创新,是机器人教育教学的重点阶段。然而我国机器人教育和产业起步较晚,大部分中小学基本不涉及机器人教学,高校对机器人教育也处于起步和探索阶段,如何快速建立适合我国机器人相关人才的培养教育模式成为我们亟需解决的问题。
1 高校机器人教育教学现状
相比于发达国家,我国机器人产业和应用普及程度还存在很大的差距,我国高校机器人教育更是严重落后于发达地区和国家。主要存在以下几方面的不足:
1.1 没有形成学科专业和课程体系
目前我国只有少数高校在研究生阶段设立了机器人研究方向,所建立的机器人研究所和实验室也只是为研究生和相关老师科研服务,广大的本科生和专科生不能享受到相应的培养。虽然有些重点高校已经开始在本科阶段开设一些机器人相关的结构设计和软件编程课程,但没有形成统一规范的课程体系。另外,由于机器人教育发展时间较短,缺乏标准的教材和成熟教学方案。
1.2 师资缺乏
机器人涉及到机械、电子、信息、控制和软件编程等多个学科,对师资的综合知识要求非常高,我国分学科的人才培养体制导致多学科融合的机器人教学师资非常缺乏,即使专门从事机器人研究的老师也只是对某一专项擅长,很难形成宏观的整体把握,从而阻碍了创新研究。
1.3 配套教育设备不规范
目前,教学机器人的价格比较昂贵,单机及各种主机模块、传感器及其他配件价格都不菲,且品种凌乱,大部分院校只能购买少数的设备用于科研或机器人竞赛,课堂教学的普及几乎不可能。再加上市场的不规范和商业的炒作模糊了机器人的概念,尤其是对教学机器人而言,其结构相对简单,可开发性也有局限,甚至作为智能玩具的优势显著,对高校学生的能力培养起不到应有的作用。
2 高校机器人教育教学对策
由于缺乏中小学阶段对机器人的兴趣培养和通识教育,再加上高校机器人教育的不利现状,如何改革培养模式建立机器人教育教学体系,成为我们急需探讨的课题。笔者根据所供职
单位苏州科技学院机械工程学院近几年在机器人教育教学方面的探索,给出以下建议对策:
2.1 师生走出去
机器人教育教学的起步阶段必须以机器人竞赛作为引导,各种机器人竞赛首先能激发学生对机器人的兴趣;其次通过竞赛获奖能为学校争得荣誉从而能得到学校层面的资金和政策支持;最后通过竞赛能发现自己的不足,交流学习他人的长处,掌握机器人发展的最近动态。目前我国已经形成了国家级、地区级、省部级、市级和校级等不同层次的机器人竞赛,参赛项目种类繁多,参赛选手的专业也不尽相同。学校应选派与机器人设计制造相关专业的师生参与到各种机器人竞赛现场进行观摩交流,让学生和老师对机器人及发展现状有宏观的了解。
2.2 师资和机器人原型机引进来
机器人种类繁多,技术含量和资金投入也相差较大,通过对外交流,师生对机器人有了一定的了解之后, 应该根据学校自身条件确立符合本校实际发展的机器人项目。师资和机器人原型机是机器人教育教学不可或缺的两大条件,培养现有的师资和从零开始摸索设计机器人无疑是一个长期的工程,所以起步阶段应该适当引进专业的机器人师资,购买适量的成熟机器人配套产品。专业的机器人师资能够对学校机器人教育教学的规划和实施起到专业的指导作用,避免走弯路。成熟的机器人配套产品能引导学生在很短的时间内对机器人的结构设计和软件编程有全面的了解,通过对机器人套件的组装调试能很快实现一些特定的功能,增强学生的成就感和自信心。另外,购买机器人配套产品还能获得厂商的技术支持,有利于初期的学习和实践。
2.3 创新、普及、总结
通过前期的教学实践积累,部分师生已经对机器人的设计开发有了一定的基础,购置的机器人套件固有的结构和程序模式限制了学生的再创造空间,此时应该着手自行创新设计开发机器人,让学生参与到机器人的功能定制――机械结构设计――电路板设计――零件加工――元器件焊接――程序设计――组装调试等过程中来。由于学生完全自主开发设计和加工,经费投入会大幅下降,此时应该扩大学生学习的普及面,可以采用开放实验室、社团和兴趣班等形式组织学生从事机器人学习。老师也应该对教学过程进行总结,形成系统的教学方案,同时编写适合于教学的教材。
3 结束语
机器人涉及到人们生活的各方面,它能取代人从事各项工作,从而把人从繁重的体力劳动中解放出来,是未来发展的趋势。机器人教育教学是实现机器人产业发展的驱动力,高校作为高端人才的培养基地,应当积极改革人才培养模式,为社会培养出机器人研发、制造和应用的人才。
 

                                                                          ————李海立


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