基于探索者创新平台的机械创新设计教学改革

2）课堂教学。①观看搜狐网站有关我国首创双臂排爆机器人 KV150的报道，向学生展示 KV150 排爆机器人的功能及结构并展开讨论：按照排爆机器人的基本机构，有哪些不同类型的排爆机器人？同时，教师通过 Pro/E 软件自制部分排爆机器人机构，供学生观摩学习。②学生通过学习教师提供的 Pro/E 典型排爆机器人机构案例，丰富自己创新空间，同时基于虚拟现实平台进行排爆机器人机构创新设计。如图 2 所示，学生根据自己的构思，基于机构组合创新理论知识，通过不同的底盘、不同自由度的机械臂设计来进行创新设计。为了验证虚拟现实（VR）创新设计的可行性，接下来基于“探索者”平台进行硬件实物拼接并调试。③学生根据 VR 创新设计模型，基于“探索者”平台进行硬件实物拼接，教师现场答疑拼接过程中所遇到的问题，如图 3 所示。同时，教师辅导学生利用 Arduino 图形化编程软件，对排爆机器人进行动作编程及调试，如图 4 所示。通过不断地调试手臂运动角度、时间、位置等参数，达到预定的目标，如图 5 所示。④每组学生代表演示其作品的排爆动作，同时展示机构设计思路，教师根据学生演示汇报情况对作品进行打分，如图 6 所示。第一组学生汇报的是 3 自由度万向车排爆机器人，采用轮式行走机构，采用三个舵机控制实现机械臂的运动；同时，机械手爪采用齿轮连杆机构串联到机械臂中，实现排爆动作。第二组学生汇报的是 2 自由度万向车排爆机器人，同样采用轮式行走机构，机械手爪机构较灵活，但需要课后进一步完善功能。第三组汇报的是 1 自由度履带排爆机器人，采用履带式行走机构，支承面积大，爬坡能力强；但是 1 自由度机械手爪只能抓取固定高度物体，后期需要进一步改进其抓取物体范围。3）考核评价。课堂评价主要通过学习态度（课堂出勤、课前任务完成情况、课堂回答问题）、理论水平（课堂提问、随堂测试、课堂讨论）、创新能力（排爆机器人虚拟现实组合机构设计、“探索者”平台硬件拼接）三大指标，结合小组自评互评、课前网络测试、课中随堂测试、课中讨论等，建立本次教学的多维度考核评价体系（如图 7 所示），全面系统反映学生对知识掌握情况。4）课后拓展。通过本次课学习内容，鼓励学生利用第二课堂，要求各小组完善排爆机器人机构并上传课程平台，要求学生分组基于本次课理论知识以及实践经验设计多足机器人（4 足、6 足、8 足），同时作为本课程的创新能力成绩列入学生的综合成绩中。同时，基于第二课堂的开展，拓宽了学生视野，选拔了一批创新拔尖人才，在各类创新大赛（全国机械创新设计大赛省级、“互联网 +”大学生创新创业大赛、全国高职发明杯创新创业大赛等）中屡屡获奖。5）教学反思。首先，采用多种信息化手段，既激发了学生的学习兴趣，又提高了学生自主探究的能力，提高了教学质量；其次，通过课前、课中、课后系统设计，采用构思—设计—实现—运作的 CDIO 教学模式，培养了学生的创新意识及思维能力；再次，采用教学全过程化考核，创

建多维考核评价体系，全面反映学生的学习情况，使考核评价更科学；最后，结合第二课堂，通过社团活动及各类创新大赛来提高学生的学习能力，体现了创新型人才培养模式。教学实践表明，基于“探索者”创新平台的机械创新设计教学改革对机械工程类专业教学的开展尤其适用，特别是对于小课时、广知识面的课程。

参考文献

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