人工智能背景下技工院校移动机器人技术教学模式探讨
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摘 要：人才是制约产业发展的关键因素。随着我国制造业的转型升级，科技创新能力不断提高，目前移动机器人已经应用到物流、家政服务、特殊场地勘测等行业。此外，现在大火的＂智能无人驾驶＂也是以移动机器人自主导航自主运动为基础发展起来的。面对国家政策的鼓励和专业人才缺口的日益扩大，技工院校应如何围绕移动机器人技术开展教学，或者说应以怎样行之有效的教学模式为行业输送合格的相关人才，是急需探索并解决的问题。
关键词：移动机器人 人工智能2.0 教学模式
2018年6月，在上海举办的第45届世赛全国选拔赛的竞赛项目拉开帷幕。这一规模空前盛大的技能赛事吸引了社会各界人士的关注，许多学校纷纷组织学生前来观摩学习。赛场中，＂移动机器人＂赛项吸引了很多人驻足观看。不少学生对这种既能自动规划路径又能手动操控，可以完成抓取、搬运、视觉识别等拟人化任务的＂机器人＂产生了浓厚的兴趣。类似的情形也发生在了今年3月世赛集中阶段性考核北京赛区的三进一赛场。移动机器人三强争霸各显神通，吸引了许多老师、学生、企业人士等前来观战。近几年，与移动机器人相关的各大赛项越来越受到国人关注，人们逐渐发现了一个长久以来被忽略的事实——具有自主智能思维的移动机器人正以势不可挡的劲头成为现今世界舞台上的重要角色。在过去的几十年乃至未来很长一段时间里，移动机器人技术在世界范围内飞速发展，并不断改变人类的生活及工作。一、大势所趋
＂中国制造2025＂中就人工智能技术和机器人技术的发展、应用提出了重点建设的纲领性方案，致力于通过AI和信息化技术的融入，推动我国从制造大国向制造强国转变;提出将以AI技术为核心的服务型机器人推广至服务、医疗、教育、交通等各行各业，惠及全民日常的工作、生活。人工智能技术和机器人技术取得高速发展，吹响了快速进入人工智能2.0时代。
政策上的强音进一步促进了行业的蓬勃发展，移动机器人人才需求缺口迅速增大。2017年12月，工信部发布《促进新一代人工智能产业发展三年行动计划（2018-2020年）》，提出重点培育和发展包括智能服务机器人在内的17个产品或领域，并在保障落实上强调要加快人才培养，支持加强人工智能相关学科专业建设，引导培养产业发展急需的技能型人才。二、技工院校开展移动机器人技术教学的可行性分析1.挑战
摆在眼前的第一个问题是，目前我国职业教育对移动机器人技术的教学开展并不普及，尤其是技工院校在此领域上专业建设几乎是一片空白。部分抓住了先机的学校目前也仅是针对极少数学生开展专为竞赛服务的＂精英＂式教学，并没有将其推广到常规教学中，更未建立起专项教学的课程体系。许多学校看好行业前景，在建设移动机器人专业上跃跃欲试，却苦于没有先例，没有较为成熟可行的经验可以借鉴，从而无从着手。
第二个不容忽视的问题是技工院校现有的专业课程体系框架近十年来几乎没有大的变动。以机电一体化专业为例，现行的课程体系安排已无法满足新时代强调能力素养提升、强调跨专业融合、强调创新协作的学生培养目标与要求;教学模式受师资、场地、设备硬件资源、学生素质等诸多客观因素影响，形式单一、僵化，仍蜷缩在长期惯性执行下的固有框架里。对学生＂一刀切＂式的统一要求，忽视了学生的个性特征和个体专长。对于入学时几乎不了解所报专业，之后在个人专长、兴趣发展、学习基础与学习能力等各方面会有较大差异的技校学生来说，学习积极性极易受到打击，也不利于培养学生的创造力和分析与解决问题的能力。在现行格局下，若要建设一个新专业，开展高度融合传统技术基础和最新科技成果的移动机器人技术教学，教师配备、资源调整、学生管理等都是必须解决的重要问题。综上所述，突破现行老旧课程体系的桎梏，开辟符合新专业特性且体现学校办学特色的新教学模式势在必行。2.机遇
事实上，技工院校对于移动机器人技术的教学难以普及的一大原因是人们对移动机器人技术的不了解。大部分学校、老师、学生以及家长将移动机器人当成了高岭之花，觉得它有＂智能＂必然是很高端的，必然是只属于科研人员的領域，对技校生能够通过学习从而在一定程度上掌握这一技术没有信心。
可以肯定的是，要利用基础配件设计并制作一台适应某一具体应用场景的移动机器人，需集机电一体化技术之大成。从其核心技术层面解析，移动机器人是集动作控制、路径规划、环境感知等于一体的综合网络系统，要求学生运用计算机工程、信息处理、机械设计与安装、控制技术、传感技术、电子技术、机器视觉、人工智能等多专业理论、实操技能经验，围绕移动机器人的机械和控制系统进行工作。再进一步解构，可以发现其中的机械设计、电子技术、电机控制、传感技术的应用，安装、调试等都是技工院校的学生已接触过的课程，所以从专业及基本技能方面来说，技工院校的学生是具备学习移动机器人专项课程的前期能力要求的（见下表）。
而对于关键技术中的难点——机器人运动学和机器视觉，虽然其中涉及的算法对于初中起点的技校生来说太复杂了，但目前国际上多家公司针对移动机器人的编程控制开发出了功能强大的设计平台。借助这些平台中提供的工具，使用者可以将复杂的算法和控制逻辑以图形化的语言实现，让编程和使用过程变得生动有趣。这些便捷化智能化软件的使用，将能帮助技校学生从苦于复杂的算法这一困境中解脱出来，为编程教学带来极大的便利。
另外，随着AI教育在中小学的普及，以及玩具机器人和遥控赛车逐渐成为儿童娱乐新宠，青少年对机器人本身就有着较强的好奇心和探索欲望。这是其他专业不具备的优势。三、探索新的教学模式
根据以上分析并结合笔者所在学院的实际情况，作为教学管理人员，笔者将从移动机器人专业建设初期的几个层次构建的教学模式（见上图）进行分析探索。1.让专业社团成为吸引学生兴趣的前哨站和激发学习动力的实践场
专业社团是整个培养体系中贯穿始终的重要环节，是带领学生走进移动机器人并逐步成为高层次创新人才的实践场所。学院设立移动机器人专业社团，配置社团导师和专业课教师，由学校提供训练场地和主要社团经费，鼓励表现优异的高年级学生作为教学助手负责对入社新生进行基础教学指导工作，并将学生在社团里的表现及创新成果作为奖学金评审的重要加分项纳入考核体系。
机电专业学生从入校后第二学期开始可自主选择感兴趣的社团加入，从第三视角手动控制和搭建开始，以简单、有趣、上手性强的小项目对入社新生进行学习和训练，通过达成一个个阶段性成果目标，增强学生的学习信心，调动他们的积极性，实现将学生的＂一时好奇＂变为＂长期兴趣＂。在提高专业认知的同时，也为后续的专业方向选择提供了双向依据。
对于高年级学生，鼓励他们跨方向参与社团训练，在社团中基于相同兴趣和项目目标实现跨专业融合、协作。学生通过专业社团，应用积累的专业知识和技能，在社团指导老师的带领下，探索、发现创新项目和实例问题，组建项目组开展研究、设计、制作。社团模式使得师生间的互动不再受制于课堂，除社团指导老师外，由不同专业领域的教师组成技术顾问团队，为学生提供全面的技术力量支持。通过解决不同的应用场景下的实际问题，不断思考、讨论、试验来攻克技术难点，能有效锻炼学生思维和逻辑能力，增强他们的组织、沟通与协调能力，激发学生自我学习的创新意识。2.摒弃单一宽径式分专业教学，采用因材施教和双向优选的分方向制
移动机器人作为机电一体化专业的分支学科，如果仅在机电专业现有课程中加入移动机器人的内容，最终的学习效果将既达不到移动机器人专业领域知识技能所应有的深度，学生有限的精力和课程安排也不足以将热门领域逐一涉猎。大部分学生受限于单一的宽径式专业划分模式，直至毕业都不了解自己所学专业的特点和岗位能力要求。而若是直接在新入学时就设立移动机器人专业进行招生，相当一部分家长、学生将会因为对移动机器人专业缺乏基础认知或者不考虑学生自身情况而盲目跟风，使得所选专业无法较好地与学生个人能力和意向相匹配，导致后续学习兴趣和动力难以提升。
笔者认为，可参考部分大学专业在统一基础教学后再进行专业方向选择的模式，在所有机电类专业学生一年级结束后进行专业方向分流，设立移动机器人、建筑电气施工及智能家居控制、智能制造（工业控制）、工业机器人、综合机械与自动化五个专业方向，结合一年来专业基础课程的学习情况和学生在各个专业社团中所形成的初步专业方向认知，在教师的指导和建议下由学生自主选择专业方向。这种模式能最大限度地将学生个人能力、兴趣取向与所学专业相匹配，加深后续专业学习的深度，与毕业后从事的工作领域相适应。
在此模式下，对一年级的课程结构进行以＂能力驱动＂为前提的调整至关重要。现行一年级的基础专业课程安排上忽视了对学生技能应用能力的培养，一味的灌输式理论教学并不符合技工院校学生的发展定位，而且让大部分初中基础知识薄弱的新生对专业课望而生畏，失去学习信心和动力。所以，可结合专业特点和学生认知过程，用＂动手做＂带动学生＂动脑想＂，将抽象的理论学习落地到具体的真实应用场景，通过学生实物实践训练，激发他们去主动思考并接受相关的理论知识点，并对知识点在应用层面上有更直观、深刻的认识。3.深入推进＂产教融合＂，积极参与专业技能竞赛，专业优化与转型升级
＂产教融合＂应体现过程性融合。由专业教师团队通过调研企业是如何生产的，去探寻其背后的教育内涵，然后在学校环境里进行抽象改造。学校与企业的对接，不是照搬企业的生产过程再让学生机械复制，而是要模仿企业的问题解决过程;不是按照生产过程设置学习任务，而是要按照企业的生产情境设置学习问题。通过与企业合作获取的大量企业工程项目案例，学生在实践体验中逐渐掌握如何发现问题、分析问题、解决问题的方法，形成新模式。
对于新的专业方向来说，技能竞赛是进行专业建设、优化及宣传的重要助推剂。它既能作为检验学生专业能力水平的竞技场，又能通过竞赛内容、规则进一步优化专业建设，更能由取得的成绩为学校和专业打出知名度。竞赛的内容来源于合作企业的工程实际，通过深入推进＂产教融合＂，既能增进学生与企业的相互了解，为学生就业选择与企业技术人才选拔搭建桥梁，也能提高竞赛的实战效果。四、小结
综上所述，在人工智能2.0时代，面对如此巨大的人才缺口，技工院校加入到移动机器人人才培养梯队中既是势在必行也是切实可行的。移动机器人技术教学的开展应结合学校传统学科基础，创新改革教学模式，注重因材施教，用灵活的教学形式让艰深的学习变得生动有趣，逐步实现学生从＂掌握技能＂到＂提升能力＂的飞跃，最终为企业输送拥有自主创新思维能力的高技能人才。
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