关于机器人项目应用于中职机械基础教学的探索论文
机械基础是中职机电专业学生的一门专业基础课，为专业技术课和实训课服务，也是学生职业发展和继续教育不可或缺的基础。本课程理论性强，内容多，难以实施切实有效的创新教学，教学主要采用教师中心教学法，效果难以理想。以“素质为本、技能为准、品德为尚、拓展为强”为主旨，把机器人项目引进机械基础教学中，以探索创新教学。
1传播CDIO的先进理念
1.1什么是CDIO
麻省理工、瑞典皇家工学院等大学得到某基金的资助，探索研究创立了CDIO工程教育理念，并于2004年成立了CDIO组织。我国已有多所大学加入该组织，如清华大学工业工程系，笔者就是在清华国培期间接触了CDIO。CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)、运作(Operate)。CDIO的理念不仅继承和发展了欧美20多年来工程教育大改革的理念，更重要的是还提出了系统的能力培养、全面的实施指引(包括培养计划、教学方法、学生考核以及学习构架)以及实施检验的12条标准。CDIO培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力4个层面，要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定的目标。
1.2中职应该学习CDIO工程教育理念和教育模式
CDIO主要针对培养有专业技能、有社会意识和有企业家敏锐性的工程师，远高于中职的培养目标，不过其中很多理念与模式也适合中职：1)强调“做中学”，在实践中学习;2)要求集成化教学使学生获得专业知识，同时培养个人自身能力、团队合作能力及建造产品和系统的能力;3)要求建立和发展课程之间的关联，使专业目标得到多门课程的共同支持。另外，随着技能人才继续教育的改革(如现在高职的对口招生)，越来越多的.中职毕业生会经过继续教育或持续发展而加入到工程师队伍，因此，中职也需要有中职特色的CDIO。
2机器人项目教学过程的实施
尝试集成化综合教学，学生在项目训练中要进行产品的分析、设计以及考虑设计者的社会责任。同时加强课程间关联，机械基础联合机械制图、车工、钳工等实施本项目，在一年级第二学期末时开展，作为这几门课的大作业或者实操考试，也可作为学生的工程拓展训练。本校一年级学生，每学期有6周左右的实训(普车和钳工)，能进行简单加工和修配，而且有计算机基础，能上网搜索和自学新软件的简单操作。本项目以学生为中心，主要采用基于工程项目的项目教学法，同时采用角色扮演法、头脑风暴法等教学法。
2.1按照项目教学法的流程开展教学
1)分组。本项目以团队拓展式进行，把学生分成若干小组，每组约10人;教师定出任务和进度，不告诉学生答案，学生可以犯错后换个方案重新开始;各组力求创新设计，杜绝抄袭。
2)项目任务要求。①提供有限标准件，其他所需构件寻求实训中心加工，设计制造机器人，通过安装Android2.3操作系统的手机完成遥控，分别完成直行、上坡、下台阶、转弯、排爆及携弹至排爆点这一系列动作;②画出机器人装配图和零件图;③撰写项目开发报告、技术报告和团队建设报告共三份报告。实验室提供的标准件有手机、直流电机、舵机、电池、光轴、电控部分以及各种轴承和螺钉等。本项目专用件，学生能加工的自己加工，如车轮、支架、车身板等;不能加工的寻求实训中心教师安排加工，如齿轮、齿条等。
3)项目实施。每组根据规定的项目进度安排，有计划、有分工地去实施。在实施过程中，定时全班汇报，各组展示阶段成果，比如思维导图、机器人草图等。经过汇报，各组有分享也有对比，可以激发各组之间的文明竞争：快、好、新颖。
项目实施进度可以分下面几步。①团队建设：名称，口号，宣传画制作，团队分工。②构思：头脑风暴，得出思维导图，主要涉及结构设计、功能动作分析等方面，控制电路设计不做要求。③设计：确定方案，画图，定出材料。④制作、调试：领料，下料，零件制作，局部调试，改进，整机组装与调试。⑤调试、比赛，汇报、答辩。
4)过程控制。每组配一个教练(带队教师)，全班一个总教练掌控全局。每组教练利用Q群或交流软件，跟踪好学生的任务进展及心理变化，适时鼓舞士气。教练不参与解决任务问题，不评论方案优劣，引导学生积极参与、独立解决问题。教练引导学生自由构思，设计时要严谨，对所有方案进行对比、分析，挑出最优的设计，同时各组之间要避免完全雷同。学生考虑问题难免不周全，允许学生犯错，在制作运行中发现并改正。
如机械手的传动方案，有螺旋传动、曲柄滑块机构、齿轮齿条传动等，选用哪一种?教练引导学生从加工、控制、移动速度等方面来选择。①螺旋传动，考虑到重量问题，螺杆直径受限制，比如选Tr12×3的梯形传动螺纹，一个加工成问题，还有速度——螺距小速度慢。②曲柄滑块机构，加工容易且有快回特性，快回用不到，曲柄转一圈，滑块上下一个往返，机械手移动控制难。③齿轮齿条机构，这是比较合理的传动，容易控制，加工用线切割较容易。学生不一定能考虑到这些问题，如有的小组机械手选用螺旋传动，加工好连上电机一试太慢，不得不放弃;其他组都采用齿轮齿条传动，为另辟蹊径，选用舵机带动机械手转动。
5)评估。以小组参赛形式评比，机器人结构工艺和排爆实操竞赛成绩、三个报告成绩、图纸平均成绩、汇报答辩成绩等成绩按比例来计算，以决出名次。教练要提醒学生自评：名次不是最重要的，重要的是掌握知识、提高各种能力。
2.2分析构思采用头脑风暴法，百花齐放，自由飞翔
本项目的构思任务，头脑风暴是最佳的选择。首先，教练宣布纪律：畅所欲言，禁止评价。学生摆好心态，轻松上阵，通过横向思维、突破思维，得出机械结构设计和功能动作方面尽可能多的构思。如机器人机械手抓举炸弹的过程，其运动有多种形式，如转动、移动、转动加移动等。现以前两种运动形式为例，展示头脑风暴的效果。
1)机械手转动。首先，动力驱动，可以采用舵机直接驱动或电机驱动。舵机驱动，选用180°、90°还是其他角度的舵机，有待设计环节根据机械手装配高度、运动极限位置进行估算得出。电机驱动，一般要配减速系统，可采用齿轮传动、带传动、链传动等。然后选择机械手转动的中心轴：X轴、Y轴、Z轴。
2)机械手移动。从电机的转动到机械手的移动，可采用的机构或传动有螺旋传动、曲柄滑块机构、齿轮齿条传动等。
2.3采用角色扮演法，起到良好的德育效果
为增加趣味性，也为了培养学生的爱国主义精神、社会责任感及团队意识，小组在实施项目过程中扮演一定的角色，角色设置由学生自己完成，与队名、队徽、宣传画、分工及相对应的团队管理建设一致。如扮演成现代科技武装的和平卫士小分队：世界尚未和平，恐怖组织潜伏，伺机而动，人民的生命受到威胁，炸弹必须马上清除，上坡陡峭，下坡凶险，隧道黑暗，城市森林马路十八弯，养兵千日用兵一时，出发吧，驾驭我们开发制作的机器人，我们是和平卫士!
3把机器人项目引进机械基础教学的意义
3.1学生掌握专业知识和专业技能
本项目增加了学生学习的趣味性，提升付出努力后的成就感。同时理论联系实践，使学生牢固掌握机械基础的三大块内容：机械机构、机械传动、轴系零件。本校用的《机械基础》教材有6个实训模块，本校没安排，内容设置得欠合理，其中减速器装拆模块已经囊括了其他模块关于螺纹、键、齿轮、轴承的实训。学生参加书中安排的实训，只是对连接固定、装配有所认识，而各种机构和各种传动的运动没有得到实践，其他方面的素质也没有提高。另外，本项目关联其他科目一起实施教学，学生对机械制图、钳工、车工等知识技能也有了进一步提高，同时认识到各课程间的关联性。
3.2提高和锻炼学生的关键就业技能
CDIO工程毕业生要求达到4个层面能力：工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力。后面几层可以算就业能力，中职学生除了专业知识和专业技能之外，也应具有就业技能(就业能力)。就业技能目前没有一个标准的定义，不难得出各行各业对就业技能的要求都少不了CDIO的三个核心技能：沟通技能、团队合作技能、解决问题技能。本项目分组进行，全组成员必须团结合作才能完成，期间学生相互之间必须有效沟通才能合作，而且教师只起引导作用，各项工作学生必须自主完成，查资料、构思、设计、加工、装配，各种软件使用，能够培养学生沟通、团队合作、解决问题的综合就业能力。
3.3以防雷排爆为主题，培养学生的爱国主义精神和社会责任感
中职学生成长在和平年代，九年义务教育，职校免费，他们得到太容易，缺乏感恩，缺乏爱国主义精神和社会责任感。本着“素质为本，品德为尚”，本项目教学适时融入德育，培养学生的爱国主义精神和社会责任感。
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