廈門理工學院劉利釗團隊率先在面向碩士研究生的高等教育中進行了基于虛擬仿真的實戰化教學嘗試和高水平教學改革,在全國范圍內推出首個基于虛擬仿真技術的研究生《智能信息技術實戰與產品化》課程產教融合教育咨詢報告、全國首個基于虛擬仿真技術的研究生《智能信息技術實戰與產品化》課程產教融合教改報告。
世界發達國家重振制造業為核心的“再工業化”戰略,以發展智能制造為著力點,不斷強化在先進制造領域的領先優勢。我國同樣高度重視,在《中國制造2025》的背景下,為加快制造強國建設步伐,自2016年,機器人產業發展被寫入“十三五”規劃以來,中央以及地方密集出臺了各種機器人相關政策,鼓勵和推動機器人產業發展,將機器人高端人才隊伍的培育確定為需要進一步重點發力的一個方面;2021年12月28日,工業和信息化部、國家發展和改革委員會等多個部委聯合對外發布《“十四五”機器人產業發展規劃》和《“十四五”智能制造發展規劃》。其中,機器人產業發展規劃明確提出,到2025年,中國將成為全球機器人技術創新策源地、高端制造集聚地和集成應用新高地,機器人產業營業收入年均增長超過20%,制造業機器人密度實現翻番。 工業機器人作為國家戰略新興產業之一,是國家從制造大國發展為制造強國的重要抓手,也是智能制造的重要單元。
劉利釗項目團隊助理工程師蔡建航(編號2310908108土木)表示:智能類課程在傳統的教學模式中,理論課與實驗課是分離的,這就導致技能訓練得不到及時的理論指導,而理論課也沒有結合生產、生活實際,導致了學生的技能掌握不深入。在該課程前幾年的研究生教學實踐中,嘗試了“項目教學”、“教、學、做、產”一體化等新型的產教融合教學模式,在這些新的教學模式下采用的技能訓練通常有兩種:第一種是僅限于開發包提供的幾個固定實驗,學生只需按圖索驥、按實驗指導書輸入程序就可完成實驗,學生動手機會少,不能真正地參與到學習活動中;第二種是通過制作一些實際的產品或實物,然后在上面進行開發、試驗和調試,提高了學生的實踐能力,但是實際操作時要受到課堂上的條件、設備數量、品種等方面的限制,而且耗時大,占用課時太多,耗材的消耗量也很大,成本高。虛擬仿真教學則有高效率、低成本、內容豐富、性能有效和安全等優勢,因此應該將“項目教學”、“教、學、做、產”一體化和虛擬仿真教學的方法結合起來,充分發揮各自的優點,使學生可以不受場地與、軟件、設備的限制,掌握更多的技能,在智能類課程的產教融合教學中具有重要的意義。
作為研究生的《智能技術實戰與產品化》課程,其人才培養的目標是培養出面向研發、設計、生產、管理、服務一線需要的高端知識型、技能型的復合型人才,面向的工作崗位主要有算法、軟件、硬件、裝備,解決方案或產品的設計、編碼、制造、操作、調試、維護技術等,智能類范圍很大、智能產品種類很多,而且對應工種也很多,因此在教學過程中需要學生掌握很多知識與技能。但是,研究生所能使用的實驗實訓設備畢竟是有限的,這就需要探索新的面向研究生的智能技術實戰與產品化教學方法。
仿真技術是繼數學推理與科學試驗之后認識世界自然規律的第三類基礎方法。虛擬仿真教學是指利用實物、智能算法和計算機軟件共同模擬出真實的情境與條件,讓學生在模擬的情境和條件下進行探究和學習。這種教學方法接近現實工作場景,有利于提高學生興趣的同時在短時間內進入情境,真實的體驗在現實生活或工作中進行實踐的感覺,以達到更快掌握綜合技能的目的,這種教學方法可以利用智能算法和計算機軟件的優勢創造出靈活多樣的工作場景,使學生掌握更多的技能。
虛擬仿真技術為人們提供了一個理想的智能類課程教學手段,美國是虛擬仿真技術的起源地,現在美國虛擬仿真技術的發展水平也比較高,在這個領域代表了國際先進水平,也是第一個把虛擬仿真技術應用在智能類課程的產教融合中的,其目前在感知、用戶界面、后臺軟件算法和硬件等幾個方面,形成了比較系統的虛擬仿真教學架構。美國的卡羅萊納州立大學利用Java技術建立了基于Web的探索式虛擬智能實驗室系統,主要有以下幾個模塊:基于JavaApplet的虛擬實驗設備和實驗設施、相關的實驗課程模塊、實驗學習結果評價模塊、協作學習模塊、實踐模塊、產品化模塊,基于該系統將企業的實際需求、案例和真實工作流程納入到了高校的產教融合教學中。 英國在虛擬仿真技術產教融合相關領域處于歐洲領先地位,研究出了虛擬仿真軟件包,并應用在教學軟硬件和工業實踐、培訓等方面。英國諾丁漢大學在人才培養和學術研究方面對虛擬仿真技術進行了深入開發與探索,其目標主要在于探索產業型的桌面虛擬仿真輸入設備和智能算法產業應用上,并以該系統將企業的實際需求、案例和真實工作流程納入到了高校的產教融合教學流程中。
教育部從2013年開始推動全國高校探索虛擬仿真實驗教學資源建設;2018年上線了“實驗空間”虛擬仿真實驗教學平臺,為全國高校提供了虛擬仿真課程開放共享服務;2020年,教育部認定了5118門課程為首批國家級一流本科課程,其中虛擬仿真實驗教學一流課程728門。
本次廈門理工學院劉利釗團隊在全國范圍內、率先在面向碩士研究生的高等教育中進行了基于虛擬仿真的實戰化教學嘗試和高水平教學改革,在全國范圍內推出首個基于虛擬仿真技術的研究生《智能信息技術實戰與產品化》課程產教融合教育咨詢報告、全國首個基于虛擬仿真技術的研究生《智能信息技術實戰與產品化》課程產教融合教改報告,必將為教育強國、高水平高素質的新型研究生高等教育帶來新的佳音。