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头条 | 余任冲教学法--项目化新工科人才培养模式,让学生真正操作机器人!
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发表时间:2018-10-18 16:47

     为解决机器人行业实用型技术人才的短缺问题,推动深圳市机器人协会“以赛带训、以训促赛、赛训聘联动”的人才培养计划,协会推荐“项目化新工科人才培养模式--余任冲教学法,以探索一条培养适应新智能制造时代要求的 “新工科”人才道路。


“真正的教育,就是要让书本的知识鲜活起来,让学生从动手实践中获得实在的技能!”。深圳市机器人青年专家委员会委员余任冲如是说,他从事机器人教育事业多年,一直在探索基于项目的“新工科”人才的培养方式。面对记者的采访,他介绍说:“要形成以学生发展为中心的育人体系,着力培养学生的创新精神和创新能力。深圳作为中国智能制造的桥头堡,应该能探索出一条培养适应智能制造时代要求的“新工科”人才道路。”

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▲余任冲教学法创始人-余任冲

不同于传统工科,“新工科”更强调学科的实用性、交叉性与综合性,尤其注重信息通讯、电子控制、软件设计等新技术与传统工业技术的紧密结合。相对于传统的工科人才,未来新兴产业和新经济需要的是实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型“新工科”人才,他们不仅在某一学科专业上学业精深,而且还应具有“学科交叉融合”的特征;他们不仅能运用所掌握的知识去解决现有的问题,还有能力学习新知识、新技术去解决未来发展出现的问题,对未来技术和产业起到引领作用;他们不仅在技术上优秀,还懂得经济、社会和管理,兼具良好的人文素养。


传统工科的培养理念是学科导向的,遵循专业设置按学科划分的原则,教育模式倾向于解决确定的、线性的、静止封闭问题的科学模式,知识结构强调学科知识体系的系统性和完备性,教学设计更加注重学科需要。新工科呼唤成果导向的培养理念。基于项目的学习(Project Based Learning, PBL)培养理念要求学生以小组形式来共同解决更大项目中复杂问题。基于项目的学习要求学生有批判性的思维并善于分析,强化了思维能力,同时需要学生团队协作、与同伴沟通、解决问题,自主学习。


余任冲教学法是如何培养人才的?


“我们希望培养会动手又有创造力的人”余任冲老师说,他的办法是让学生动手实践做机器人!在他看来边做边学是一种“积极想象、动手实验、解决问题”的做法,这过程中,专家和老师扮演催化剂的角色,帮助学员制定策略,避免他们在深奥的理论学习中感到沮丧和失去方向。


“人类的大脑,一般能记住自己阅读内容的10%,听到内容的20%,看到内容的30%,但是却能记住我们自己所做过事情的90%。”余任冲介绍说:“基于项目的学习已经存在很多年,一直被用于医学、工程、教育、经济和商业领域。”


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余任冲接受央视访谈


基于项目的学习经常由很多学生需要解决的问题构成,为学生提供了融入真实场景的体验。”“余任冲教学法”采用项目化学习方法,以工程设计为基石,在这个基础上,学生也经常需要解决编程、逻辑控制、通讯、CAD设计、电气控制、数学等各个领域的知识来解决智能制造领域中的现实问题。“新工科”人才的培养方式是围绕三维打印六轴机械臂完成四个循序渐进的项目。


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余任冲教学法实践方法


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余任冲教学法实践方法

“三维打印六轴机械臂”第一个项目是“六轴机械臂设计”,基本涵盖了所有机械加工基础知识,包括Solidworks三维建模和工程制图;第二个项目是“制作六轴机械臂”,通过增材制造的方法将机械臂制造出来;第三个项目是“六轴机械臂的机械和电气装调”,学生自己动手组装机械臂和控制系统,并完成调试;最后则是“机器人工作站应用开发”项目,学生要将自己制作的机械臂应用模拟的生产环境中去,解决实际问题。


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▲余任冲教学法实践方法

无论是项目的选题、课程设计、课堂实践都是围绕面向智能制造“新工科”人才培养的需求来展开,把理论和实践作为一个整体来考虑和实施。只有这样的学习才能让学生在学习前会想象、会思考,理解自己要做的事情,才能在教学中促进学生手脑并用,才有利于学生构建自己的知识体系,提升动手技能。智能制造人才需求广泛,但面向的行业特别多,所需要的知识也不同。


深圳技师学院李泽明老师说:“余任冲教学法打通了课程壁垒,让学生动手实践做出一套复杂的机电设备—机器人,这对学生来说很了不起,也成果可见,这就是‘理实一体化’。”就“六轴机械臂制造项目”,有打印零部件33个,机器人控制柜一个,涉及到三维打印、金属加工、焊接、装配等4类加工方式,需要设计、制作、加工、检测、装配、调试等6大步骤完成。整个项目中,学生学习到机器人的运动学和动力学原理,三维建模和工程制图、增材制造、金工、机械和电气装调、程序设计等智能制造领域的基础知识,为未来进入智能制造领域工作打下了很好的基础,也解决了知识分散、工艺复杂、难于组织教学等问题。


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▲深圳技师学院李泽明老师对余任冲教学法的介绍

通过项目化学习,学生通过讨论需求,设计图纸,选择加工工艺,最后完成工作,学习到智能制造各领域的知识,同时获得了技能。学生从组建团队分工协作,到看懂图纸明确流程,到统筹时间分步实施,再到各个细节的“精打细算”、“精雕细琢”,需要学生有计划地、有效地把控项目实施的全过程,在这个过程中需要学会如何自主学习,如何倾听、如何沟通、如何协作等等。在项目任务实施过程中,会不断出现各种问题,而解决问题的办法就是学生自主地、有计划地学习必要的理论知识以及技能。用余任冲的话说就是“做项目是最好的训练!”


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▲余任冲教学法实践方法


如何打造智能制造学习生态?


中国是全球第一大工业机器人应用市场,约占全球市场份额的1/3。近年来,全球工业机器人行业保持快速发展,据数据,2016 年全球工业机器人销量 29.4万台,同比增长 16%,2013 年以来年平均增速 16.8%。其中,我国是增长最快也是最大的需求市场。2016年我国机器人销量 8.7万台,同比增长 26.9%,快于全球增速 15.9%,占全球销量的 30%。2017年我国工业机器人年销量 11.1万台,同比增长27.59%,增速连续三年扩大。而工业机器人技术人才紧缺,机器人研发人才,工业机器人维护,安装调试人才及系统集成项目人才是中国工业机器人应用市场非常缺乏的三类人才企业实现机器换人急需此类人才推动自动化项目升级改造。


培养智能制造人才,需要改变教育思路,从源头上解决问题。学生是学习的主体,要从根本上解决学生的学习驱动力问题。“余任冲教学法”的目的是让学生能自己把握学习方向,在项目化学习过程中完成知识体系的自我构建,营造良好的学习生态。


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▲余任冲教学法实践方法

要让学生明白学什么东西,为什么要学?怎么学?


首先,要构建一个良好的学习环境。“学生学习有个循序渐进的过程”,余老师介绍道:“智能制造人才需要跨学科的知识,例如机械、电气、计算机、机器视觉和编程等知识,学生一开始学习这么多知识是不可能的,只能让他们对智能制造有个概念,对机器人产生兴趣”。动手做机器人是一个很好的学习项目,可以让学生沉浸在“制造万物”的体验中,不知不觉的学到知识,成为一个跨学科的人才!一般人都有拥有一个机器人的想法,更酷的是你还可以自己动手去搭建它!“想象是最好的老师”,余老师说:“为了得到一个机器人,你得学习机械原理、工程制图和3D建模,而这些知识是为了智能制造工程师不可或缺的!”。

动手做

通过动手实践来提高学生的动手、思维和创新能力。在动手实践过程中中能够发现问题,分析问题和解决问题,融和项目需求、技术原理、方法及相关的理论知识对实践结果进行分析、判断、综合与归纳,最后能对整个实践过程进行总结。这样才能培养出富有创新精神、勇于投身实践的新工科人才。通过3D打印制造机器人零部件,再动手进行电气、机械装调,最后完成机器人的编程和调试,达到设计目的。学生以团队的形式,在教师的组织引导下,学中做、做中学,还原知识的鲜活性。基于项目学习的小组讨论、成果分享、项目竞赛、游戏活动以及实验实训,最后完成机器人工作站的设计、安装和调试工作,学生终于推开了智能制造的大门,并对未来充满了信心。有了量身定制的教学项目和课程体系,有了教与学的良性互动,项目化教学形成了良好的学习生态。通过动手实践,学生获得了知识、技能和信心,也就更加渴望知识了。“就像脱缰的野马,学生接下来将学习程序设计、机器人编程和机器视觉等专业知识,充满了斗志”。

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