項目化新工科人才培養模式,讓學生真正操作機器人!
文:劉強2018年第五期
為解決機器人行業實用型技術人才的短缺問題,推動深圳市機器人協會“以賽帶訓、以訓促賽、賽訓聘聯動”的人才培養計劃,目前協會正推薦項目化新工科人才培養模式——余任沖教學法,以探索一條培養適應新智能制造時代要求的“新工科”人才道路。
“真正的教育,就是要讓書本的知識鮮活起來,讓學生從動手實踐中獲得實在的技能!”深圳市機器人青年專家委員會委員余任沖如是說,他從事機器人教育事業多年,一直在探索基于項目的“新工科”人才的培養方式。面對記者的采訪,他介紹說:“要形成以學生發展為中心的育人體系,著力培養學生的創新精神和創新能力。深圳作為中國智能制造的橋頭堡,應該能探索出一條培養適應智能制造時代要求的‘新工科’人才道路。”
▲余任沖教學法創始人——余任沖
不同于傳統工科,“新工科”更強調學科的實用性、交叉性與綜合性,尤其注重信息通訊、電子控制、軟件設計等新技術與傳統工業技術的緊密結合。相對于傳統的工科人才,未來新興產業和新經濟需要的是實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型“新工科”人才,他們不僅在某一學科專業上學業精深,而且還應具有“學科交叉融合”的特征;他們不僅能運用所掌握的知識去解決現有的問題,還有能力學習新知識、新技術去解決未來發展出現的問題,對未來技術和產業起到引領作用;他們不僅在技術上優秀,還懂得經濟、社會和管理,兼具良好的人文素養。
傳統工科的培養理念是學科導向的,遵循專業設置按學科劃分的原則,教育模式傾向于解決確定的、線性的、靜止封閉問題的科學模式,知識結構強調學科知識體系的系統性和完備性,教學設計更加注重學科需要。新工科呼喚成果導向的培養理念。基于項目的學習(ProjectBasedLearning,PBL)培養理念要求學生以小組形式來共同解決更大項目中復雜問題。基于項目的學習要求學生有批判性的思維并善于分析,強化了思維能力,同時需要學生團隊協作、與同伴溝通、解決問題,自主學習。
余任沖教學法是如何培養人才的?
“我們希望培養會動手又有創造力的人”余任沖老師說,他的辦法是讓學生動手實踐做機器人!在他看來邊做邊學是一種“積極想象、動手實驗、解決問題”的做法,這過程中,專家和老師扮演催化劑的角色,幫助學員制定策略,避免他們在深奧的理論學習中感到沮喪和失去方向。
“人類的大腦,一般能記住自己閱讀內容的10%,聽到內容的20%,看到內容的30%,但是卻能記住我們自己所做過事情的90%。”余任沖介紹說:“基于項目的學習已經存在很多年,一直被用于醫學、工程、教育、經濟和商業領域。”
▲余任沖接受央視訪談
基于項目的學習經常由很多學生需要解決的問題構成,為學生提供了融入真實場景的體驗。”“余任沖教學法”采用項目化學習方法,以工程設計為基石,在這個基礎上,學生也經常需要解決編程、邏輯控制、通訊、CAD設計、電氣控制、數學等各個領域的知識來解決智能制造領域中的現實問題。“新工科”人才的培養方式是圍繞三維打印六軸機械臂完成四個循序漸進的項目。
▲余任沖教學法實踐方法
▲余任沖教學法實踐方法
“三維打印六軸機械臂”第一個項目是“六軸機械臂設計”,基本涵蓋了所有機械加工基礎知識,包括Solidworks三維建模和工程制圖;第二個項目是“制作六軸機械臂”,通過增材制造的方法將機械臂制造出來;第三個項目是“六軸機械臂的機械和電氣裝調”,學生自己動手組裝機械臂和控制系統,并完成調試;最后則是“機器人工作站應用開發”項目,學生要將自己制作的機械臂應用模擬的生產環境中去,解決實際問題。
▲余任沖教學法實踐方法
無論是項目的選題、課程設計、課堂實踐都是圍繞面向智能制造“新工科”人才培養的需求來展開,把理論和實踐作為一個整體來考慮和實施。只有這樣的學習才能讓學生在學習前會想象、會思考,理解自己要做的事情,才能在教學中促進學生手腦并用,才有利于學生構建自己的知識體系,提升動手技能。智能制造人才需求廣泛,但面向的行業特別多,所需要的知識也不同。
深圳技師學院李澤明老師說:“余任沖教學法打通了課程壁壘,讓學生動手實踐做出一套復雜的機電設備—機器人,這對學生來說很了不起,也成果可見,這就是‘理實一體化’。”就“六軸機械臂制造項目”,有打印零部件33個,機器人控制柜一個,涉及到三維打印、金屬加工、焊接、裝配等4類加工方式,需要設計、制作、加工、檢測、裝配、調試等6大步驟完成。整個項目中,學生學習到機器人的運動學和動力學原理,三維建模和工程制圖、增材制造、金工、機械和電氣裝調、程序設計等智能制造領域的基礎知識,為未來進入智能制造領域工作打下了很好的基礎,也解決了知識分散、工藝復雜、難于組織教學等問題。
▲深圳技師學院李澤明老師對余任沖教學法的介紹
通過項目化學習,學生經過討論需求,設計圖紙,選擇加工工藝,最后完成工作,學習到智能制造各領域的知識,同時獲得了技能。學生從組建團隊分工協作,到看懂圖紙明確流程,到統籌時間分步實施,再到各個細節的“精打細算”、“精雕細琢”,需要學生有計劃地、有效地把控項目實施的全過程,在這個過程中需要學會如何自主學習,如何傾聽、如何溝通、如何協作等等。在項目任務實施過程中,會不斷出現各種問題,而解決問題的辦法就是學生自主地、有計劃地學習必要的理論知識以及技能。用余任沖的話說就是“做項目是最好的訓練!”
▲余任沖教學法實踐方法
如何打造智能制造學習生態?
中國是全球第一大工業機器人應用市場,約占全球市場份額的1/3。近年來,全球工業機器人行業保持快速發展,據數據,2016年全球工業機器人銷量29.4萬臺,同比增長16%,2013年以來年平均增速16.8%。其中,我國是增長最快也是最大的需求市場。2016年我國機器人銷量8.7萬臺,同比增長26.9%,快于全球增速15.9%,占全球銷量的30%。2017年我國工業機器人年銷量11.1萬臺,同比增長27.59%,增速連續三年擴大。而工業機器人技術人才緊缺,機器人研發人才,工業機器人維護,安裝調試人才及系統集成項目人才是中國工業機器人應用市場非常缺乏的三類人才企業實現機器換人急需此類人才推動自動化項目升級改造。
培養智能制造人才,需要改變教育思路,從源頭上解決問題。學生是學習的主體,要從根本上解決學生的學習驅動力問題。“余任沖教學法”的目的是讓學生能自己把握學習方向,在項目化學習過程中完成知識體系的自我構建,營造良好的學習生態。
▲余任沖教學法實踐方法
要讓學生明白學什么東西,為什么要學?怎么學?
首先,要構建一個良好的學習環境。“學生學習有個循序漸進的過程”,余老師介紹道:“智能制造人才需要跨學科的知識,例如機械、電氣、計算機、機器視覺和編程等知識,學生一開始學習這么多知識是不可能的,只能讓他們對智能制造有個概念,對機器人產生興趣”。動手做機器人是一個很好的學習項目,可以讓學生沉浸在“制造萬物”的體驗中,不知不覺的學到知識,成為一個跨學科的人才!一般人都有擁有一個機器人的想法,更酷的是你還可以自己動手去搭建它!“想象是最好的老師”,余老師說:“為了得到一個機器人,你得學習機械原理、工程制圖和3D建模,而這些知識是為了智能制造工程師不可或缺的!”。
動手做是關鍵
通過動手實踐來提高學生的動手、思維和創新能力。在動手實踐過程中中能夠發現問題,分析問題和解決問題,融和項目需求、技術原理、方法及相關的理論知識對實踐結果進行分析、判斷、綜合與歸納,最后能對整個實踐過程進行總結。這樣才能培養出富有創新精神、勇于投身實踐的新工科人才。通過3D打印制造機器人零部件,再動手進行電氣、機械裝調,最后完成機器人的編程和調試,達到設計目的。學生以團隊的形式,在教師的組織引導下,學中做、做中學,還原知識的鮮活性。
基于項目學習的小組討論、成果分享、項目競賽、游戲活動以及實驗實訓,最后完成機器人工作站的設計、安裝和調試工作,學生終于推開了智能制造的大門,并對未來充滿了信心。有了量身定制的教學項目和課程體系,有了教與學的良性互動,項目化教學形成了良好的學習生態。通過動手實踐,學生獲得了知識、技能和信心,也就更加渴望知識了。“就像脫韁的野馬,學生接下來將學習程序設計、機器人編程和機器視覺等專業知識,他們對未來充滿了斗志”。
中傳動網版權與免責聲明:
凡本網注明[來源:中國傳動網]的所有文字、圖片、音視和視頻文件,版權均為中國傳動網(www.hysjfh.com)獨家所有。如需轉載請與0755-82949061聯系。任何媒體、網站或個人轉載使用時須注明來源“中國傳動網”,違反者本網將追究其法律責任。
本網轉載并注明其他來源的稿件,均來自互聯網或業內投稿人士,版權屬于原版權人。轉載請保留稿件來源及作者,禁止擅自篡改,違者自負版權法律責任。
如涉及作品內容、版權等問題,請在作品發表之日起一周內與本網聯系,否則視為放棄相關權利。

關注伺服與運動控制公眾號獲取更多資訊

關注直驅與傳動公眾號獲取更多資訊

關注中國傳動網公眾號獲取更多資訊
- 運動控制
- 伺服系統
- 機器視覺
- 機械傳動
- 編碼器
- 直驅系統
- 工業電源
- 電力電子
- 工業互聯
- 高壓變頻器
- 中低壓變頻器
- 傳感器
- 人機界面
- PLC
- 電氣聯接
- 工業機器人
- 低壓電器
- 機柜