基于 50+ 边缘计算机器人远程实践教学环境建设与协同机制研究

前言

人工智能与机器人产业是我国重点发展的战略性新兴产业，对其高素质人才需求快速增长。为了适应人工智能与机器人产业发展需求，国内各高校积极探索产教融合、校企合作新模式，构建适合人工智能与机器人产业发展的人才培养体系，培养更多高素质应用型人才[1]。随着5G 网络和边缘计算技术的普及，将为人工智能与机器人产业的发展带来更多可能性。将 5G 网络和边缘计算技术与虚拟仿真、远程控制等先进的实践教学手段相结合，可以更好地满足智能制造领域对高素质应用人才的需求，促进人工智能与机器人产业的发展。本文以智能制造领域典型应用场景为例，分析 5G 网络和边缘计算技术对传统实践教学体系的改造与升级，探索人工智能与机器人产业发展需要的人才培养模式。

一、当前机器人远程实践教学存在的核心问题

（一）实时性不足，操作体验差

传统机器人远程实践教学通常是基于网络传输信号，通过机器人控制器控制机器人完成特定任务，在实时性和操作性上难以满足实际应用场景需求。一方面，在远程实践教学中，传统机器人控制器通过有线传输信号，存在网络延时大、信息易被窃取和篡改等风险，学生难以实时掌握机器人的运行状态，影响学习效率；另一方面，在远程实践教学中，学生不能直接观察机器人的运动状态，只能通过教师在现场进行指导和操作机器人完成任务。由于缺乏实时性的要求，学生很难理解和掌握所学知识技能。这不仅降低了学生对实践教学的兴趣，而且也降低了学生的学习效率和创新能力。

（二）资源分配不均，设备利用率低

实践教学的本质是培养学生的动手能力，让学生在实践中获得知识、形成技能，机器人远程实践教学就是通过信息技术将教师和学生联系起来，打破时间、空间上的限制，在远程环境下实现学生的自主学习。但是当前机器人远程实践教学中存在以下问题：（1）由于网络原因，远程设备之间存在较大延迟，难以满足高质量远程控制的要求；（2）教师难以通过视频指导学生进行实训，导致教学效率低下；（3）实训资源分配不均，导致设备利用率较低。十分不利于计算机器人远程实践教学环境的建设。

（三）多主体协同效率低，教学闭环不完整

传统实践教学过程中，教师、学生、企业人员、教学环境等主体之间缺乏有效沟通，资源无法共享，在实践教学过程中缺乏针对性指导，无法进行有效的课程内容和教学环节的闭环管理。同时，当前教学系统缺乏统一的协同平台。这就导致教师在开展教学过程中，无法实时获取学生操作数据，难以针对性指导，导致教学反馈不及时、教学效果难以评估。

制建设

二、基于 5G+ 边缘计算的机器人远程实践教学环境建设与协同机

（一）基于 5G+ 边缘计算的机器人远程实践教学环境建设

1. 硬件架构：构建“云- 边- 端”三级部署体系

基于基于 5G+ 边缘计算的机器人远程实践教学环境的建设，首先就要加大硬件架构，具体来说，要构建“云 - 边 - 端”三级部署体系。其中，“云”是指面向院校师生提供的云端服务；“边”是指边缘计算节点，包含数据处理模块和交互模块；“端”是指终端设备，由多个服务器和高性能的 PC 机组成。通过这种架构，各节点协同工作、共同完成应用场景所需的计算、存储、网络和服务功能，实现智能制造企业对高素质应用人才需求的高质量人才培养[2]。

2. 软件平台：打造“一体化协同教学系统”

软件平台是保证 5G+ 边缘计算的机器人远程实践教学环境建设的软环境，同时也是必不可少的环节之一。在 5G 网络技术的支持下，高校要通过与云平台和边缘计算等技术融合，将虚拟仿真、远程控制等先进教学手段与 5G 移动网络技术有机结合，通过 5G 边缘计算技术将虚拟仿真应用到远程控制、机器人装配、教学资源管理等方面，切实打造“一体化协同教学系统”，实现远程教学与本地教学的有机统一，为培养高素质应用型人才提供有力支撑。

（二）建立“分层协同”责任体系

为满足智能制造领域人才需求，高校需建设多层次、立体化的实践教学体系，实现智能制造领域实践教学环境的建设与协同机制建设。通过对现有实践教学资源进行梳理，制定相应的管理制度和管理措施，将实践教学资源建设、学生实习实训、教师科研等各个环节进行明确划分，建立“分层协同”责任体系，明确好各项责任体系，以此更好助力G₊ 边缘计算的机器人远程实践教学环境建设与协同机制的建设[3]。

（三）设计“数据驱动”的教学反馈机制

“数据驱动”是指基于大数据技术，分析学生学习行为和过程数据，设计“数据驱动”的教学反馈机制。学生通过实时的学习行为数据反馈，了解自己学习情况和进度，从而为个性化教学提供重要参考。在这一过程，教师要负起主要责任，对学生学习行为数据进行分析，并向学生呈现结果反馈。在整个教学过程中，教师通过反馈数据和学生的反馈行为，形成一个不断循环、不断改进的闭环反馈机制。例如，在学生自学阶段，通过“数据驱动”机制，能够实时掌握学生自学进度、掌握程度、存在问题等；在教师指导阶段，能够及时了解学生学习情况、解决学生遇到的问题。

结束语

综上所述，基于 5G+ 边缘计算的远程机器人实践教学环境，通过开发虚拟仿真平台，将教师从繁重的实验教学中解脱出来，为学生提供更多的自主学习和实践机会，提高了学生实践能力。在协同机制方面，采用校企合作方式，校企联合共建 5G+ 边缘计算的机器人远程实践教学平台，通过与企业联合共建实验室，共建教师研发团队等方式，培养具有工程能力的人工智能和机器人专业人才，为中国机器人产业的发展和人工智能技术与产业人才培养提供了有力支撑。

参考文献

[1] 杨琴 , 蒋志辉 , 何向阳 .“5G ＋智慧教育”视域下的教师支持服务模式构建与行动路径研究 [J]. 远程教育杂志 ,2020(05):12-13.

[2] 王胜远, 王运武.5G ＋教育：内涵、关键特征与传播模型[J].重庆高教研究 ,2020(11):23-24.

[3] 齐军 , 赵虹艳 . 基于“ ⁵⁶⁺ 教育”的新型教学生态系统：构成、功能及构建策略 [J]. 课程 . 教材 . 教法 ,2022(05):32-34.

教育部产学合作协同育人项目（241206545125332），项目名称：机器人实践教学环境建设

查朦（1991-），女（汉族），江苏南通，硕士，任职于讲师，研究方向：结构设计。