荊 萃

(天津市勞動(dòng)保障技師學(xué)院，天津 300161)

一、引言

新技術(shù)革命以計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)、大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)等技術(shù)為主要載體。人工智能技術(shù)是多學(xué)科技術(shù)的綜合性學(xué)科，其中主要包括計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、電子技術(shù)等，是未來(lái)工業(yè)控制技術(shù)的發(fā)展方向，具有技術(shù)范圍廣、知識(shí)要求復(fù)雜、多學(xué)科交叉等特點(diǎn)。2016年國(guó)家發(fā)布了《“互聯(lián)網(wǎng)+”人工智能三年行動(dòng)實(shí)施方案》，根據(jù)世界潮流與中國(guó)實(shí)際國(guó)情首次提出建立面對(duì)人工智能服務(wù)的產(chǎn)業(yè)和配套服務(wù)體系職能和標(biāo)準(zhǔn)；打造世界領(lǐng)先的人工智能制造、運(yùn)營(yíng)企業(yè)和市場(chǎng)。在此基礎(chǔ)上中國(guó)制造體系急需改造、創(chuàng)新，中國(guó)制造業(yè)從單純的制造到“智”造的全方位升級(jí)、其中人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)又將是現(xiàn)有制造業(yè)大踏步轉(zhuǎn)型和升級(jí)的重要過程和環(huán)節(jié)。

自改革開放、特別是黨的十八大以來(lái)，我國(guó)的職業(yè)技術(shù)教育飛速發(fā)展，碩果累累，并已經(jīng)形成了較為完善的專業(yè)層次結(jié)構(gòu)，把時(shí)興的技術(shù)(比如：云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、智能制造、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)、人工智能等)開始融入到教育、教學(xué)中來(lái)。為適應(yīng)新技術(shù)、新知識(shí)的發(fā)展要求，教育、教學(xué)不能再局限于傳統(tǒng)方式，要在傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上再有新的發(fā)展、創(chuàng)新。

人工智能與職業(yè)教育的關(guān)系屬于職業(yè)教育的功能范疇，一方面職業(yè)教育培養(yǎng)人才應(yīng)對(duì)接人工智能發(fā)展需求，另一方面職業(yè)、教育也將通過深化教育、教學(xué)改革、創(chuàng)新新技術(shù)，促進(jìn)和適應(yīng)人工智能教育、教學(xué)的發(fā)展。當(dāng)然，職業(yè)教育必須調(diào)整教育的層次、專業(yè)類別、發(fā)展目標(biāo)、專業(yè)內(nèi)容等，才能在未來(lái)滿足人工智能發(fā)展對(duì)人才的需求。新科技革命時(shí)代以大數(shù)據(jù)、人工智能為代表，職業(yè)教育應(yīng)主動(dòng)適應(yīng)與對(duì)接這種改變，對(duì)職業(yè)教育專業(yè)理念和教學(xué)模式進(jìn)行創(chuàng)新，培養(yǎng)時(shí)代發(fā)展所需的高技能人才，充分體現(xiàn)職業(yè)教育的社會(huì)價(jià)值。

我國(guó)現(xiàn)階段的大部分地區(qū)職業(yè)、技術(shù)教育的專業(yè)課程還是以傳統(tǒng)的、單一技術(shù)(如：電工、電子、機(jī)電一體化、數(shù)控、計(jì)算機(jī)等)為教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)。從我國(guó)職業(yè)、技術(shù)教育發(fā)展自身需求來(lái)看，現(xiàn)階段我國(guó)的職業(yè)、技術(shù)教育面臨著巨大的挑戰(zhàn)和改革、創(chuàng)新。

二、以數(shù)控加工技術(shù)課程為載體對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方式進(jìn)行改革

在職業(yè)、技術(shù)院校的機(jī)械類專業(yè)中，對(duì)人工智能相關(guān)領(lǐng)域教學(xué)領(lǐng)域的大膽創(chuàng)新、改革，重點(diǎn)突出當(dāng)前企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)中對(duì)人工智能制造、應(yīng)用和維護(hù)等方面人才的需求。深入數(shù)控車床的操作、和運(yùn)維教學(xué)中，引入人工智能領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)、如：語(yǔ)言識(shí)別、圖像識(shí)別、語(yǔ)言處理、編程與加工、專家系統(tǒng)等內(nèi)容，才能更好地提高教學(xué)。

(一)在教學(xué)中引入人工智能AR(Augmented Reality)

AR技術(shù)是在現(xiàn)實(shí)世界中疊加增強(qiáng)虛擬信息，也即給現(xiàn)實(shí)做“增強(qiáng)”新技術(shù)創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計(jì)使資源立體呈現(xiàn)。例如數(shù)控車床編程與加工課程知識(shí)比較抽象，操作性強(qiáng)，傳統(tǒng)單一講授演示操作教學(xué)方法已完全不能適應(yīng)目前當(dāng)前關(guān)于人工智能課程環(huán)境下的學(xué)習(xí)方式。在課程教學(xué)課程設(shè)計(jì)上，應(yīng)大膽實(shí)踐、探索，引入符合課程的新技術(shù)?，F(xiàn)實(shí)中AR疊加虛擬影像的技術(shù)，在多媒體教學(xué)中將相關(guān)知識(shí)與技術(shù)的難點(diǎn)制作成容易理解的、效果好的多媒體教學(xué)手段。(如：視頻、動(dòng)畫、三維實(shí)體圖形等動(dòng)態(tài)資源。)利用AR 軟件對(duì)二維碼圖像進(jìn)行掃描識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)資源立體呈現(xiàn)，等多媒體交互功能。

(二)全息投影新技術(shù)是教師講解實(shí)時(shí)助手

全息投影技術(shù)就是在三維空間中投射三維立體影像的顯示技術(shù)。如在教師在數(shù)控車床編程與加工課程中進(jìn)行理論講解時(shí)，學(xué)生時(shí)常難以理解其編程語(yǔ)句與加工零件形狀的對(duì)應(yīng)，這時(shí)利用全息投影技術(shù)，將課程中用到的指令語(yǔ)句和圖紙實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為三維實(shí)體，大大增加了視覺沖擊感和視覺對(duì)應(yīng)。達(dá)到了教師講得輕松、學(xué)生聽得懂、學(xué)得懂、記得牢地目的。

(三)智能監(jiān)控評(píng)價(jià)新系統(tǒng)促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量創(chuàng)新高

以前傳統(tǒng)的對(duì)教學(xué)質(zhì)量的監(jiān)控與評(píng)價(jià)都是在課程或者是課題完成后通過考試來(lái)進(jìn)行的。這樣做的特點(diǎn)是可以集中反映教學(xué)中出現(xiàn)的問題，缺點(diǎn)是時(shí)間相隔較長(zhǎng)，不利于學(xué)生、老師及時(shí)解決問題。利用智能監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)就能很好的解決傳統(tǒng)評(píng)價(jià)系統(tǒng)中的缺點(diǎn)，動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，記錄學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)情況。其次，利用系統(tǒng)智能評(píng)價(jià)功能可以對(duì)每個(gè)學(xué)生知識(shí)掌握狀況智能分析，并依據(jù)分析結(jié)果對(duì)每位學(xué)生做出個(gè)性化的測(cè)評(píng)考核。然后自動(dòng)選擇不同的試題組合對(duì)不同等級(jí)學(xué)生進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，呈現(xiàn)制定化的個(gè)性教學(xué)效果。

三、以機(jī)器人技術(shù)課程為載體對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方式進(jìn)行改革

現(xiàn)代職業(yè)教育的目的就是把學(xué)生造就成具有文化知識(shí)的技能型人才，要注重培養(yǎng)實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)。隨著人工智能、智能制造這些新技術(shù)日新月異的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)更多的立足于擁有獨(dú)立的學(xué)習(xí)智能處理程序。在我們學(xué)習(xí)中對(duì)于機(jī)器人技術(shù)、電工基礎(chǔ)、電子技術(shù)、PLC控制技術(shù)、單片機(jī)原理與接口技術(shù)、自動(dòng)控制原理的課程需要深入了解及精通，這些課程波及范圍比較普遍，學(xué)生須要通曉這些課程所波及的領(lǐng)域，形成系統(tǒng)的知識(shí)脈絡(luò)。

(一)通過綜合性實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)和課程設(shè)計(jì)的辦法進(jìn)行改革

通過綜合性實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)的辦法，開展機(jī)器人課程，借用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)踐操作較高精度的量化，機(jī)械臂的操作實(shí)踐在教學(xué)實(shí)習(xí)操作占有大量資源，這樣不僅提升學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和對(duì)專業(yè)課程的認(rèn)知能力，也能對(duì)于人工智能及針對(duì)不同實(shí)訓(xùn)內(nèi)容進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，讓它成為職業(yè)院校必修的課程。為學(xué)生提供一個(gè)可以施展自己創(chuàng)造力、發(fā)揮想象力和運(yùn)用專業(yè)知識(shí)的空間。另一方面，帶領(lǐng)學(xué)生圍繞機(jī)器人搭建課程設(shè)計(jì)的模塊，如各類競(jìng)賽機(jī)械人模塊、步進(jìn)電機(jī)控制模塊、編程測(cè)試系統(tǒng)模塊、傳感器測(cè)試系統(tǒng)模塊、伺服電機(jī)模塊等，培養(yǎng)學(xué)生的手腦結(jié)合和創(chuàng)新創(chuàng)造意識(shí)。

(二)實(shí)踐教學(xué)改革

在實(shí)踐教學(xué)方面，采用的教學(xué)是模擬仿真軟件和實(shí)體工作站集成的方式。現(xiàn)有的機(jī)械人設(shè)備、控制柜、PLC、工控機(jī)、傳感器等放置在既定的位置，學(xué)生可根據(jù)前序的設(shè)計(jì)，自行選用相應(yīng)的模塊進(jìn)行集成。學(xué)生先根據(jù)教師所提供的產(chǎn)品及需求進(jìn)行相應(yīng)的機(jī)器人工作站設(shè)計(jì)，將機(jī)械設(shè)備、機(jī)器人的數(shù)模導(dǎo)入到仿真軟件中；然后，自己進(jìn)行布局設(shè)計(jì)，規(guī)劃路徑，形成代碼，并將離線代碼導(dǎo)出。在這個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)生需要生成生產(chǎn)過程視頻，用于考核和后續(xù)工作。

(三)課程教學(xué)創(chuàng)新教學(xué)方法與模式

在課程的建設(shè)中，我們不斷探求新的教學(xué)方法，嘗試了云班課互動(dòng)、課件的演示、翻轉(zhuǎn)課堂、網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)、課外慕課等一系列的新型教學(xué)模式。

1.改革傳統(tǒng)教學(xué)形式，采用多種教育教學(xué)和信息技術(shù)手段。采用翻轉(zhuǎn)課堂、慕課和微課的教學(xué)模式，多媒體、Flash動(dòng)畫演示等來(lái)激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，引領(lǐng)學(xué)科前沿。建設(shè)網(wǎng)絡(luò)課程，把電子課件、視頻、微課上傳到學(xué)校網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，學(xué)生自主下載進(jìn)行學(xué)習(xí)。配合教學(xué)輔導(dǎo)書，使課程教學(xué)質(zhì)量得到顯著提高。

2.采用新型課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)操作實(shí)踐環(huán)節(jié)。培養(yǎng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性和思維創(chuàng)新性，培養(yǎng)了學(xué)生編程、設(shè)計(jì)開發(fā)能力和探索實(shí)驗(yàn)研究能力，拓寬校企合作訂單式人才培養(yǎng)模式，聘請(qǐng)有技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)工程師來(lái)課堂講學(xué)等方式，提高了課程的教學(xué)質(zhì)量。

3.機(jī)器人工作站按照生產(chǎn)模式，每組需提交設(shè)計(jì)方案、材料明細(xì)、裝配圖、機(jī)械零件圖、電氣布局紙、安裝說明、仿真視頻和離線程序等，教學(xué)任務(wù)按照大綱要求規(guī)定保質(zhì)高效地完成，使學(xué)生對(duì)知識(shí)系統(tǒng)得到拓展，全方位鍛煉能力，真正體會(huì)到學(xué)以致用。

四、以電梯工程技術(shù)課程為載體對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方式進(jìn)行改革

電梯課程是傳統(tǒng)的機(jī)電一體化課程。在教育教學(xué)中應(yīng)用智能化的高端科技技術(shù),提高教育的有效性，鍛煉學(xué)生的實(shí)操能力和對(duì)電梯控制技術(shù)的綜合應(yīng)用能力。

(一)從現(xiàn)代教育技術(shù)學(xué)生的角度出發(fā)，融入人工智能新舉措創(chuàng)新教學(xué)實(shí)施電梯課程的教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)

將人工智能技術(shù)與電梯技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域相融合,可以使電梯更加智能例如可以實(shí)施監(jiān)控電梯的使用情況和運(yùn)營(yíng)狀態(tài),智能語(yǔ)音回復(fù)功能和維修保養(yǎng)信息。針對(duì)電梯控制方面，通過人工智能技術(shù)的應(yīng)用對(duì)其進(jìn)行了處理,使整個(gè)電梯物聯(lián)網(wǎng)操作安全性得到大幅提升。人機(jī)交互電梯安裝與維修課程，維修時(shí)機(jī)器進(jìn)行報(bào)錯(cuò)，進(jìn)電梯的刷卡服務(wù)功能，人工智能技術(shù)提供了優(yōu)化的解決方案，解決了課程教學(xué)實(shí)施中的問題，引入人機(jī)交互電梯安裝與維修充當(dāng)實(shí)訓(xùn)教師角色，及時(shí)解決教學(xué)課程中的問題和難題。嘗試為電梯安裝與維修課程設(shè)計(jì)人工智能系統(tǒng)模塊，營(yíng)造良好的人機(jī)交互環(huán)境，加強(qiáng)電梯相關(guān)技術(shù)與信息技術(shù)的整合。探索人工智能在電梯教學(xué)中應(yīng)用的價(jià)值領(lǐng)域，教師根據(jù)知識(shí)結(jié)構(gòu)體系將理論知識(shí)存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)知識(shí)庫(kù)中，教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試，從而清晰了解學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)和技能的掌握情況。系統(tǒng)根據(jù)相關(guān)課題實(shí)訓(xùn)任務(wù)為學(xué)生提供個(gè)性化的課程，開發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，創(chuàng)造型，對(duì)學(xué)生的整個(gè)學(xué)習(xí)過程評(píng)估分析，獲得個(gè)性化、特色化指引和幫助。

(二)加強(qiáng)相關(guān)學(xué)科實(shí)訓(xùn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)

電梯的電氣控制部分涉及知識(shí)是電氣控制與PLC課程，實(shí)訓(xùn)課程開設(shè)過程中，對(duì)學(xué)生的教學(xué)僅限于對(duì)電梯控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，對(duì)于電梯的轎廂運(yùn)行和開關(guān)門控制實(shí)驗(yàn)，只能進(jìn)行演示，缺少讓學(xué)生切實(shí)編寫程序動(dòng)手操作的環(huán)節(jié)。電梯設(shè)備施工技術(shù)與人工智能化及相關(guān)專業(yè)，學(xué)生專業(yè)技能得以發(fā)揮施展，采用能展現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部元器件的電梯教學(xué)設(shè)備，讓學(xué)生對(duì)電梯內(nèi)部構(gòu)造有直觀認(rèn)識(shí)，類似縮小版電梯模型?；趯?shí)踐教學(xué)的靈活性和實(shí)際性，提出了電梯控制系統(tǒng)模擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開發(fā)研究課題，將原有可編程控制器換為工業(yè)自動(dòng)化控制主流的西門子 S7-200，以電梯系統(tǒng)作為被控對(duì)象，深入學(xué)習(xí)可編程控制器技術(shù)，使學(xué)生切實(shí)學(xué)到電梯控制技術(shù)相關(guān)技能，開闊思維、創(chuàng)新能力。該實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)具有貼近實(shí)際、性能可靠、便于教師、學(xué)生操作學(xué)習(xí)特點(diǎn)。針對(duì)學(xué)生的特點(diǎn)，開發(fā)研制適合學(xué)生動(dòng)手操作的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和拓展實(shí)驗(yàn)。

(三)VR(Virtual Reality虛擬現(xiàn)實(shí))技術(shù)在實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)備中的應(yīng)用

VR技術(shù)具有最重要的三個(gè)特征，交互性，沉浸感和構(gòu)想性。只在提供多維感覺通道和類似現(xiàn)實(shí)的全面信息，讓參與者通過VR技術(shù)設(shè)備，在虛擬環(huán)境中獲得視覺，聽覺，觸覺及嗅覺等多種感知，全方位調(diào)動(dòng)人類感知，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。深刻的提高學(xué)習(xí)效率，保證學(xué)習(xí)效果。這類的職業(yè)教育課程，可以使得學(xué)生全方位，發(fā)散性的了解，認(rèn)識(shí)VR技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)，并拓展到更廣闊的現(xiàn)實(shí)需求；甚至可以作為人機(jī)交互最重要的方式之一，完全可以和當(dāng)下熱點(diǎn)的人工智能應(yīng)用融為一體。在整個(gè)教學(xué)過程中，按照學(xué)習(xí)效率理論的研究成果，VR技術(shù)提供了包括“示范演示”，“小組討論”，“實(shí)作演練”，“轉(zhuǎn)教他人即刻應(yīng)用”等多種高效的學(xué)習(xí)場(chǎng)景；為高效教學(xué)的深入改革提供了有益的嘗試。

1.系統(tǒng)課程內(nèi)容制定。按照電梯國(guó)標(biāo)設(shè)定了不同類型電梯種類、型號(hào)和性能參數(shù)的教學(xué)模型。課程可作為理論知識(shí)的輔助系統(tǒng)，頭顯裝置、操控手柄、三角支架、定位裝置?！熬殹笔侵覆僮饕?guī)范，學(xué)生通過對(duì)虛擬儀器和工具的使用，充分體驗(yàn)現(xiàn)實(shí)中電梯設(shè)備各個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的組成和原理，系統(tǒng)還會(huì)統(tǒng)計(jì)學(xué)員的操作步驟規(guī)范性和使用時(shí)間，自動(dòng)完成測(cè)驗(yàn)評(píng)分。

2.采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬電梯拆裝。把電梯的內(nèi)部構(gòu)造、運(yùn)行方式、性能特征等通過實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的形式模擬出來(lái)。各零部件都參照實(shí)物的尺寸和外觀進(jìn)行構(gòu)建，以及手部力觸覺感應(yīng)，達(dá)到了真實(shí)的模擬效果，通過身臨其境的觀察、拆裝電梯過程，將抽象的概念與問題直觀、形象反映給學(xué)生，激發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考能力。為使學(xué)生更好地理解電梯結(jié)構(gòu)與工作原理，學(xué)生在電梯空間內(nèi)體驗(yàn)各個(gè)部件的結(jié)構(gòu)與組裝方式,在教學(xué)中運(yùn)用重要且復(fù)雜電梯部件的組件進(jìn)行拆分建模，將相對(duì)復(fù)雜，龐大的整體部件分解成各個(gè)較小組件并采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬電梯拆卸、安裝過程。

3.課程軟件實(shí)訓(xùn)平臺(tái)開發(fā)。此種實(shí)訓(xùn)平臺(tái)軟件選用 Unity3D編程軟件，該軟件具有易于掌握，便于編程的特點(diǎn)，軟件平臺(tái)需集成電梯成套虛擬模型、讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中實(shí)現(xiàn)較完整的課程交互教學(xué)過程。

四、結(jié)語(yǔ)

人工智能系統(tǒng)是多學(xué)科交叉高度復(fù)雜的一體化系統(tǒng)，在現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)、生活中運(yùn)用越來(lái)越廣泛。尤其在智能控制、智能制造、教育、生活中應(yīng)用比重逐步增加。職業(yè)教育只有與時(shí)俱進(jìn)、順應(yīng)時(shí)代發(fā)展，這樣才有鮮活的生命、才會(huì)培養(yǎng)更多符合社會(huì)需求的技術(shù)人才、促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。這就要求職業(yè)院校的教師和學(xué)生，緊貼新時(shí)代發(fā)展的要求，才能提高綜合學(xué)習(xí)能力、多領(lǐng)域的理解力、自我思考創(chuàng)新能力、多種類學(xué)科融合能力。要想在人工智能時(shí)代搶得先機(jī)，人才的儲(chǔ)備尤為重要，現(xiàn)代職業(yè)教育培養(yǎng)中的“技術(shù)型、復(fù)合型、創(chuàng)新型、藝術(shù)型、職業(yè)道德型”已成為統(tǒng)一要求。過去我們習(xí)慣于學(xué)科型教育培養(yǎng)人才；而在當(dāng)前全體系制造業(yè)發(fā)展的大背景下，各個(gè)制造業(yè)單位必不可少掌握熟練技能的匠心人才，更好的服務(wù)于制造業(yè)的基礎(chǔ)性技藝創(chuàng)新。