談《機器人學》課程教學與大學生創(chuàng)新教育

劉云平

南京信息工程大學信息與控制學院，江蘇南京 210044

談《機器人學》課程教學與大學生創(chuàng)新教育

劉云平

南京信息工程大學信息與控制學院，江蘇南京 210044

大學生創(chuàng)新能力的高低在很大程度上決定國家未來的創(chuàng)新力和競爭力，其創(chuàng)新能力培養(yǎng)是現(xiàn)代高校的一項重要任務。針對機器人學課程的教學內(nèi)容特點，及其在大學生創(chuàng)新教育中的地位和作用，本文探討了通過機器人學教學方式提高大學生的在該領(lǐng)域內(nèi)的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維。使大學生充分發(fā)揮自己的能動性和主動性，從而提高大學生綜合素質(zhì)和培養(yǎng)質(zhì)量。

機器人學；大學生；創(chuàng)新教育

引言

創(chuàng)新是一個國家發(fā)展的不竭動力, 其中大學生是最活躍的創(chuàng)新思維群體之一。大學生是國家重要的人才資源之一，他們創(chuàng)新能力的高低很大程度上影響著我們國家在國際社會中創(chuàng)新力、競爭力的地位。近些年來，隨著我國的高校的合并與擴展規(guī)模的迅猛發(fā)展，很多綜合性大學都在遠離市中心擴建了規(guī)模較大的新校區(qū)，使得教師的宿舍與學校教室相距很遠，很多教師只能在上課的時候才能與學生進行溝通和交流課程的內(nèi)容，而在課堂上，教師更多關(guān)注于專業(yè)知識的傳授，忽略了培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維，這樣培養(yǎng)出來的學生大部分只是循規(guī)蹈矩的完成學習工作，不能發(fā)揮自身充分的能動性和創(chuàng)造性。因此，研究課程教學與大學生創(chuàng)新教育相結(jié)合方面成為當前高校教學急需解決的重要問題之一。機器人的發(fā)明、創(chuàng)造及應用推動了整個工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和科學研究的進步，因此機器人學在教育領(lǐng)域具有重要的地位和作用。機器人學課程涉及多學科領(lǐng)域，具有很高的知識性和技術(shù)性。在工科院校開設該課程，可以使得大學生能夠充分結(jié)合工程領(lǐng)域、理論與實踐相關(guān)知識，而且可以提高大學生在相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的創(chuàng)新性思維及動手能力。

1、機器人課程教學內(nèi)容

機器人是整合控制論、機械電子、計算機、材料和仿生學的高級產(chǎn)物。機器人學這門課程涉及機構(gòu)學、運動學、動力學、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)、行動規(guī)劃和應用工程等多學科內(nèi)容。十九世紀六十年代，隨著工業(yè)自動化及計算機相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，機器人技術(shù)進入了迅速發(fā)展時期，出現(xiàn)在很多工業(yè)、生活領(lǐng)域。特別是在很多危險的環(huán)境或人類無法勝任的場合，機器人得到了很好的應用，比如高強度的生產(chǎn)車間、對人類身體有害的工作環(huán)境、海洋開發(fā)、航天探索等領(lǐng)域。

2、機器人學在大學生創(chuàng)新教育中的重要作用

機器人學的研究推動了人工智能思想的發(fā)展。機器人的運動規(guī)劃和規(guī)劃監(jiān)督執(zhí)行等問題的研究，推動了機器人學的發(fā)展和進步。機器人技術(shù)綜合了機械設計、信息傳感技術(shù)、自動化技術(shù)、智能控制等多學科領(lǐng)域的技術(shù)，其理論知識除了包括機械本體的設計理論外，還包括視覺、觸覺、聽覺等傳感和信息相關(guān)理論技術(shù)，以及計算機編程語言和智能控制等方面的理論。因此在高校積極探索培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的途徑和方法中，機器人方面的學習和研究能夠提高學生的綜合素質(zhì)及創(chuàng)新素質(zhì)。特別是近幾年來，各大高校開展了機器人設計方面的競賽，大學生通過積極地參與比賽，增強了他們自主學習的興趣，使得學生將機械設計、自動控制、智能控制、信息技術(shù)等方面的知識得到了綜合運用，大大提高了他們的創(chuàng)新思維和自主創(chuàng)新能力。因此，機器人學方面的學習和相關(guān)競賽的平臺建設，對大學生創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)及推動機器人技術(shù)的發(fā)展都具有非常重要的理論和現(xiàn)實意義。

3、提高大學生創(chuàng)新能力的措施

3.1 提高大學生的學習興趣

機器人學這門課程的授課主要是關(guān)于機械設計、運動學和動力學建模、計算機仿真、自動化及職能控制等方面的理論知識。傳統(tǒng)的教學方式是主要是課堂教學及部分實驗教學，這種方式比較容易掌握機器人相關(guān)的理論知識。但對于一些針對的提高性課程，這種教學方式很難提高大學生的自主創(chuàng)新能力和培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維。因此，教師在講述該課程的基礎理論知識的同時，應當注意培養(yǎng)學生的學習興趣，結(jié)合實際及教師自身的科研經(jīng)歷從理論結(jié)合實際的角度進行講解，使得學生能夠產(chǎn)生對于了解該領(lǐng)域技術(shù)的愿望，激發(fā)他們的主觀能動性。而不是僅僅從機器人的運動學、動力學、控制等本身的理論出發(fā)去講述。

另一種很有效的方法是將學生分成幾個課題研究興趣小組，每個小組根據(jù)自己的興趣愛好和特長，進行對當前的一些機器人技術(shù)進行討論，然后分別作專題報告，并把該內(nèi)容作為期末綜合評分部分之一。通過這種方式使得學生主動地去了解和學習當前機器人技術(shù)的研究現(xiàn)狀和未來的發(fā)展趨勢。并通過課堂討論的方式使得學生能夠互相交流和學習，打破傳統(tǒng)的一味的教師灌輸?shù)姆绞剑沟脤W生提高了學習興趣，而且發(fā)揮了他們自身的想象力，培養(yǎng)了他們獨立思考的能力。

另外，以多個研究小課題的方式介紹機器人技術(shù)的研究的最新進展和成果。并提出該領(lǐng)域內(nèi)的相關(guān)技術(shù)瓶頸問題，引導學生去積極的思考解決問題的方式和途徑。讓學生積極地參與到前沿技術(shù)的研究當中，激發(fā)他們對新技術(shù)學習的動力和興趣。

3.2 打造培養(yǎng)大學生創(chuàng)新能力的平臺

通過在學校舉辦大量的機器人比賽、創(chuàng)新設計大賽及專利設計大賽等，打造一個培養(yǎng)大學生創(chuàng)新能力、激發(fā)大學生的創(chuàng)新思維的綜合平臺。機器人設計大賽是高校學生最喜歡參加的科技競技比賽之一，主要是由有經(jīng)驗的教師帶隊，指導大學生進行選題、設計、比賽，通過參加機器人設計大賽培養(yǎng)學生勇于創(chuàng)新、積極的思考，以及相互配合和團隊合作的精神。比如機器人足球賽、機器人救援、機器人仿真技術(shù)等這些比賽的趣味性、創(chuàng)造性和對抗性的特點，大大激發(fā)了學生的比賽熱情，并提高了他們的實踐創(chuàng)新能力。

在比賽的過程中，學校和老師應當鼓勵學生進行大膽的質(zhì)疑，積極的思考和開展熱烈的討論，增強學生創(chuàng)新意識和大膽發(fā)表自己見解的信心。這樣使得學生可以很好的培養(yǎng)學習興趣，全身心地投入到設計比賽中。因此，機器人學課程的教學應該以課堂教學為基礎，以機器人比賽為引導，整合多種教學方式，向?qū)W生傳授與機器人相關(guān)的機械電子、傳感器技術(shù)、自動化等多個學科的知識，創(chuàng)建一個綜合的教學平臺。

3.3 發(fā)揮多媒體網(wǎng)絡教學的作用

多媒體教學形象直觀的教學方式，使得本課程的學習變得豐富多彩而且有趣。通過教學課件的多種安排，從文字排版到色調(diào)搭配到動畫演示，更為直觀有效的傳授了比傳統(tǒng)的教學更多的信息，使得重點和難點知識變得更容易理解。比如，機器人運動學、動力學等相關(guān)內(nèi)容，公式復雜、推導過程繁瑣難懂，傳統(tǒng)的教學方式很難讓學生明白和理解，通過運動學和動力學的計算機仿真模擬，并闡述相關(guān)的參數(shù)的設置和作用，學生就很容易對相關(guān)的知識進行學習和理解。還有，現(xiàn)在方便的網(wǎng)絡資源，使得學生可以很方便地查閱相關(guān)教學資料、研究現(xiàn)狀、前沿技術(shù)等，大大提高了教學的效率，最大地節(jié)約了教學資源。

還有，在網(wǎng)上通過聊天通訊軟件進行課后的交流，實現(xiàn)便捷的課后及時答疑，解決了教師不方便來學校進行輔導的局限性。大大方便了老師與學生之間的思想交流，學生可以將不懂的知識及時的反饋給老師。同時，大學生還可以通過精品課程網(wǎng)站學習名師的授課課件和錄像，提高自學的能力；還可在網(wǎng)站上進行相關(guān)的課外的實訓，有效的運用貫通已學的知識和技能，提高了學習效率和培養(yǎng)獨立思考的能力。

4、結(jié)論

培養(yǎng)和提高大學生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維是高校的重要任務，因此學校和教師應當充分利用各種教學資源打造有利于創(chuàng)新人才成長的教學平臺。機器人學課程在大學生的創(chuàng)新教育方面具有非常重要的地位和作用，教師必須提高在該課程方面的教學水平，研究提高大學生創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維的教學方式，培養(yǎng)學生的學習興趣，提高學生學習的主觀能動性，從而提高大學生的綜合素質(zhì)及教學培養(yǎng)質(zhì)量。

[1]徐春明. 培養(yǎng)大學生創(chuàng)新素質(zhì)的思考[J].國家教育行政學院學報. 2007(3): 26-28

[2]趙弘，趙毅鑫，周擎坤，等.機器人學課程教育方法的探討[J].中國現(xiàn)代教育裝備. 2008（11）：81-83

[3]曹宇. 獨立學院為培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力搭建特色平臺[J].高教高職研究.2010（6）：232-233

[4]于金霞，張英琦.基于機器人競賽的大學生創(chuàng)新素質(zhì)教育[J].2010(19):58-60

[5]李昭.從本科生視角看“機器人學”課程教學. 計算機教育[J].2010(19):81-83“

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.13.097