浅谈Arduino机器人在职业院校机器人课程教学中的意义

摘要：传统制造业的改造提升、人工成本快速提高，促使加工生产型企业逐步通过用工业机器人来提高产业附加值、保证产品质量，促使工业机器人及智能装备产业面临前所未有的发展时机。作为承担紧缺型人才培训基地的职业院校来说，此时更要加快高新技术人才培养步伐。许多职业院校根据地方经济发展的趋势制定了专业人才培养方案，开设了相关的专业课程。本文从基础入门、兴趣引入等方面探讨了工业机器人专业教学的方法，如何提高该专业课程学习的实效性。

关键词：职业院校；工业机器人；Arduino

机器人技术高级整合了控制论、机械电子、计算机、传感技术和仿生学。在工业、医学、农业、建筑业甚至军事等领域中均有重要用途。随着工业机器人的广泛应用，目前很多职业院校将工业机器人专业作为技能型人才培养的重点专业，以培养学生们工业机器人操作应用、维护、编程调试等能力为主要目标。在教学过程中依托专业人才培养方案，利用实践教学、现场教学等方式多角度激发学生的专业能力和专业素养。

一、职业院校开展机器人课程教学现状

“中国制造2025”的推进对中国工业的创新发展提出新的要求。在过去的工业生产中劳动力成本的逐渐提高、工作环境等因素的影响，将使工业机器人技术将在在未来大量地走进人们的生活，自2010年以来，国内各高职院校工业机器人应用相关专业就如雨后春笋般迅速发展起来，作为电气自动化和机电一体化专业的一个方向，对于职业院校来说这是一个新兴专业，如何培养社会所需的专业技术人才是各所职业院校一直探索的问题。经过近几年的发展，通过不断的市场调研，目前该专业的学生就业领域主要是两大类，一是机器人制造厂商和系统集成商，例如ABB、库卡KUKA、发那科FANUC、松下等知名机器人厂商；二是使用工业机器人应用企业，涉及行业主要是：汽车制造、摩托车制造、机械制造、电子器件、集成电路、塑料加工、石化、轻纺和烟草、食品行业等较大规模生产企业。前者需求的是机器人和相应工作站的开发、组装、调试、销售、售后支持的技术和营销人才，后者需要的是从事自动化生产线上工业机器人及其辅具系统、检测装置、机电设备系统的安装、运行、操作编程、维修、维护、管理等综合素质较强的技术人才。国内的职业院校在目前的机器人课程教学中采用项目教学法来提升学生的学习兴趣，激发学习主动性。对于工业机器人维护技术、工业机器人编程技术、液压与气动控制、运动控制等专业基础课程的学习主要还是以讲授为主。对于工业机器人的操作及维护实践课程的学习，会针对不同的应用功能开展项目教学。

二、Arduino机器人课程开设的意义

德国的职业教育方法是全球公认的最成功的国家之一，近几年，我國的职业教育不断的学习和吸收德国先进的职业教育理念，结合我国国情完善职业教育课程体系和机制。其中行动导向教学法颠覆了我们传统的理论教学方法，该教学方法是通过行动来进行实践，由英国的瑞恩斯教授在20世纪40年代首先提出的。在行动教学法的实施过程中，通过案例化的学习代替结构化的知识，给学生们提供了极大的空间，通过各环节任务的引导，完成项目的实施，这个非常符合职业院校学生的学习特点，他们普遍存在着缺少自主学习的能力和动力、缺乏自信心和自制力等等，而实践证明这些学生在学习中给予一些激励机制，他们的动手能力和好奇心就能充分的挖掘出来。

工业机器人专业的课程综合性较强，对于职业院校学生来说学习起来还是存在很大困难的，那么如何将他们学习的积极性给挖掘出来，是学好这个专业的关键所在。

Arduino是一类便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台，基本透明掉了硬件电子部分，只剩下软件部分（各种型号的arduino板）和软件（arduino IDE），使得大量IT人士，普通人，甚至小学生也能玩的来。目前它几乎是现代创客必备的工具。Arduino简单易用，使得追求个性的人有了更多的发挥空间，也非常适合职业院校的学生们，通过简单有趣的项目，提高他们学习机器人课程的前期认识。

三、Arduino机器人在职业院校机器人课程教学中的实施

Arduino是一块基于开放源代码的USB接口Simple I/O接口板，采用基于开放源代码的软硬件平台，使用类似Java、C语言的Processing/Wining开发环境。通过Arduino平台可以让学生了解和掌握机器人的基本知识和技能，包括机器人机械部分、传感部分和控制部分的设计与搭建以及在这个过程中需要运用的各种知识，因此作为一门实践性非常强的学科，在Arduino机器人的教学中教师要注意引导学生联系现有的实际生活问题，注重学生良好的操作行为和习惯的培养。以培养学生良好的信息素养、创新精神和实践能力，从而激发学习新知识的自主能力。

（一）教学策略的设计要注重学生学习兴趣的激发

机器人技术涉及了运动学、力学、传感器技术、程序控制等技术的综合性课程。利用Arduino可以制作属于自己的机器人，同时Arduino机器人的各个学习模块相对独立。在教学过程中通过相关项目学习各类传感技术的应用、舵机的知识、硬件驱动、软件编程设计等知识，选取生动有趣的机器人制作项目，引导学生参与机器人制作设计的整个过程，从而激发学习机器人专业的兴趣。

（二）教学工作中注重经验的积累

在Arduino机器人教学中需要教师有充分的教学思路，在解决实际设计中遇到的问题要能够及时解决，这个对教师的知识结构要求还是较高的。对于教学过程中通过什么样的方法有效挖掘学生的特长及创新能力、通过何种教学策略来组织每个项目的有效实施从而激发学生学习兴趣和教学效果等等，这些都需要教师在教学过程中不断积累经验，总结教学设计方法。目前在职业院校机器人专业课程体系中，Arduino机器人的教学并没有普及，因此，需要教师在教学过程中注意积累教学资源、通过网络及Arduino社区等平台多多去探索Arduino机器人教学对于工业机器人专业学习的价值。

参考文献：

[1]谢作如，张禄，等.Arduino创意机器人入门.人民邮电出版社，ISBN：978115411464.

[2]温玉春.机器人课程教学现状及策略探究.工业设计，2017（2）TP2424，G712.