論《機(jī)器人技術(shù)》公選課教學(xué)改革

周妍張然陳文

（銅陵學(xué)院，安徽 銅陵 244000）

論《機(jī)器人技術(shù)》公選課教學(xué)改革

周妍張然陳文

（銅陵學(xué)院，安徽 銅陵 244000）

為了適應(yīng)現(xiàn)今社會對大學(xué)生要求不斷變化，大學(xué)的培養(yǎng)模式也在不斷改變。由單一型人才培養(yǎng)模式轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合型人才培養(yǎng)模式，在高等學(xué)校開設(shè)《機(jī)器人技術(shù)》公選課是勢在必行的。根據(jù)理論和實踐的教學(xué)經(jīng)驗，文章探討了一種適應(yīng)于公選課的《機(jī)器人技術(shù)》教學(xué)改革方案，具有一定的指導(dǎo)作用。

教學(xué)改革；機(jī)器人技術(shù)；公選課

縱觀當(dāng)今社會對大學(xué)生的要求，已經(jīng)變得越來越苛刻，傳統(tǒng)的單一型人才已經(jīng)難以滿足這種需求的快速變化，“文武兼?zhèn)洹钡膹?fù)合型人才勢將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的單一型人才[1]。所以,努力提高交叉學(xué)科課程的教學(xué)質(zhì)量,不僅對各高校的進(jìn)一步發(fā)展，而且對社會培養(yǎng)高質(zhì)量的復(fù)合型人才具有雙重意義[2]。為適應(yīng)這種趨勢，各大高校便涌現(xiàn)出很多工科類公共選修課供全校學(xué)生選修。

隨著現(xiàn)代社會的高速發(fā)展，在科學(xué)研究中出現(xiàn)了大批新穎、交叉的研究領(lǐng)域和技術(shù)，例如新生物材料、生命科學(xué)、光機(jī)電一體化技術(shù)以及各類軟科學(xué)等。機(jī)器人技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域。機(jī)器人是現(xiàn)代一種典型的光機(jī)電一體化產(chǎn)品，機(jī)器人的廣泛應(yīng)用，極大地提高了勞動生產(chǎn)率，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了產(chǎn)品成本，減小了人的勞動強度，改善了勞動條件，擴(kuò)大了人類認(rèn)知活動的范圍，我國機(jī)器人研制和應(yīng)用以及機(jī)器人學(xué)方面的研究已有很大的發(fā)展，并取得了很多成果，機(jī)器人技術(shù)的飛速發(fā)展帶動了機(jī)器人技術(shù)教學(xué)的發(fā)展。目前已經(jīng)有很多學(xué)校將《機(jī)器人技術(shù)》這門課作為公選課，供全校各專業(yè)學(xué)生選修，其目的在于拓寬學(xué)生的知識面，全面提升學(xué)生的科學(xué)、人文素養(yǎng)和文化品位，開闊學(xué)術(shù)和社會人生視野，使其建立相對于傳統(tǒng)知識結(jié)構(gòu)更為寬厚、合理的知識結(jié)構(gòu)，提高綜合素質(zhì)，增強學(xué)生的就業(yè)競爭力。《機(jī)器人技術(shù)》涉及機(jī)械、電子、計算機(jī)等多學(xué)科知識，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的最佳學(xué)科。但是，由于其理論性較強，從而使其在公選課的教學(xué)過程中難以開展。因此，在充分考慮不同專業(yè)學(xué)生選修該課程的理論基礎(chǔ)不一致的情況下，能夠既不失該課程的專業(yè)深度，又能夠?qū)ⅰ稒C(jī)器人技術(shù)》的學(xué)科精髓與不同學(xué)科交叉拓展，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，改善學(xué)生的知識構(gòu)成，探索出一種切實可行的教學(xué)模式勢在必行。

1.合理安排教學(xué)內(nèi)容

目前《機(jī)器人技術(shù)》公選課學(xué)時安排一般為34學(xué)時，較之作為專業(yè)課開設(shè)的課時略有減少。但是，公選課的目的是為了讓不同專業(yè)的學(xué)生拓寬知識結(jié)構(gòu)，提高學(xué)習(xí)興趣，所以《機(jī)器人技術(shù)》公選課的教學(xué)內(nèi)容不必面面俱到，只要能夠涉及機(jī)器人基礎(chǔ)知識、基本原理以及目前的機(jī)器人技術(shù)的前沿狀態(tài)等方面的內(nèi)容即可。因此要求能夠精選教材，合理安排內(nèi)容，突出重點，針對不同授課對象適當(dāng)調(diào)節(jié)教學(xué)內(nèi)容和深度，對有一定理論基礎(chǔ)的理科學(xué)生可適當(dāng)將授課內(nèi)容安排的深一些，理論性相對強一些；對文科類學(xué)生應(yīng)當(dāng)將教學(xué)內(nèi)容簡化，做到能把一般的原理解釋清楚即可，可適當(dāng)增加授課內(nèi)容的趣味性，從而能夠吸引學(xué)生，做到因材施教。這樣，無論來自哪個專業(yè)的學(xué)生均能在公選課中有所收獲。所以，考慮到授課對象的特殊性，可以將教學(xué)內(nèi)容大致分為三個部分：

（1）機(jī)械知識。機(jī)械是機(jī)器人的基礎(chǔ)，機(jī)械設(shè)計的原理和規(guī)律也可以幫助學(xué)生創(chuàng)造出獨特的機(jī)構(gòu)。

（2）電子知識。機(jī)構(gòu)可以“動起來”依靠的是電子知識，還可以利用簡單的控制方法讓自己的機(jī)器人作品生動起來。

（3）控制和程序。程序是人和機(jī)器交流的語言，是控制機(jī)器人的一條紐帶。

2.教材建設(shè)

目前，《機(jī)器人技術(shù)》公選課的教學(xué)大綱仍然采用的是專業(yè)教學(xué)大綱，選用的教材也是比較專業(yè)的教材。為了滿足文科、理科、工科兼修的狀況，應(yīng)重新修訂專門的教學(xué)大綱，并針對新大綱，編制適合于公選課的教材。可以通過調(diào)研，了解學(xué)生對現(xiàn)行教材的意見，并根據(jù)本校的特點，組織相關(guān)人員重新編制適合于現(xiàn)階段公選課學(xué)生使用的教材。具體要求如下：

（1）編制富有特色、符合公選課人才培養(yǎng)目標(biāo)及教學(xué)大綱，要符合公選課教學(xué)規(guī)律和認(rèn)知規(guī)律，注意素質(zhì)教育，具有啟發(fā)性，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。要求實際使用效果好，能有效提高教學(xué)質(zhì)量，有利于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力、實踐能力和創(chuàng)新能力。

（2）教材要能全面準(zhǔn)確地闡述《機(jī)器人技術(shù)》先進(jìn)理論與概念，充分吸收本學(xué)科國內(nèi)外前沿研究成果，能反映本校公選課特點，注重理論聯(lián)系實際。

（3）堅持教材質(zhì)量跟蹤調(diào)查與信息反饋制度，定期檢查教材使用情況，不斷聽取學(xué)生教師的使用反饋意見，不斷修訂教材。

3.教學(xué)方法及手段

《機(jī)器人技術(shù)》是機(jī)電一體化、機(jī)制、計算機(jī)應(yīng)用等專業(yè)的專業(yè)課程，專業(yè)性較強。當(dāng)作為公選課開設(shè)時，選修該課程的學(xué)生是來自于全校各個專業(yè)，包括理工專業(yè)的學(xué)生和文史、經(jīng)濟(jì)類專業(yè)的學(xué)生。顯然，選修《機(jī)器人技術(shù)》的理工科學(xué)生具有較強的知識基礎(chǔ)，能夠迅速投入到專業(yè)內(nèi)容的學(xué)習(xí)中去。但是，相當(dāng)一部分來自文科專業(yè)的學(xué)生，他們本專業(yè)的課程可能與《機(jī)器人技術(shù)》相去甚遠(yuǎn)，相關(guān)的知識儲備不夠，所以很難迅速地過渡到該課程的學(xué)習(xí)中去，在學(xué)習(xí)的過程中也會遇到很多困難。這是因為文科生的思維方式是形象地，從行為上看表現(xiàn)為發(fā)散性行為[3]，與《機(jī)器人技術(shù)》很強的邏輯性有所抵觸。另外，大部分文科學(xué)生與工科教師的思維方式有沖突，如果不注意上述問題，就會造成教學(xué)效果不好、教學(xué)質(zhì)量不高的后果。

因此在這門課的教學(xué)過程中，要顧及理工科學(xué)生和文科學(xué)生不同的背景和需求，教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法既要考慮到理工科學(xué)生對專業(yè)深度的需要，也要考慮到文科生對知識寬度的追求，避免出現(xiàn)“理工科學(xué)生感覺學(xué)不到東西”、“文科生提不起學(xué)習(xí)興趣”的現(xiàn)象。教師要由簡入繁、由淺入深慢慢過渡，要從最淺顯、最根本的問題講起，使學(xué)生對其有較全面的感性認(rèn)識，多由一些生活中的實例給出直觀的認(rèn)識，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行深入的分析，從而使學(xué)生容易接受。要避免大量術(shù)語的堆砌，避免教學(xué)過程枯燥無味。可以通過以下手段改革傳統(tǒng)教學(xué)模式：

（1）多媒體教學(xué)。通過多媒體手段改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，制作圖文并茂、聲像集成、動靜配合的多媒體課件，并輔以視頻和動畫，將理論知識變得更加豐富多彩，可以使教學(xué)內(nèi)容生動直觀形象地表現(xiàn)出來，化抽象為直觀，化繁為簡。

（2）課堂討論。多開展一些課堂討論，讓學(xué)生發(fā)表自己的意見和看法，也可以適當(dāng)安排學(xué)生做一些小講座，比如參與學(xué)校機(jī)器人協(xié)會的同學(xué)可以匯報一下近期的研究內(nèi)容，也可以將自己的作品帶到課堂上來展示給同學(xué)們看，充分調(diào)動他們的學(xué)習(xí)積極性。

（3）課程論文：通過一段時間的學(xué)習(xí)后，可以針對某個主題布置一些小論文讓學(xué)生自己搜集一些資料，完成小論文。同時還能鍛煉本科學(xué)生的科研能力，掌握一些科研方法。

（4）實踐教學(xué)。《機(jī)器人技術(shù)》這門課作為公選課，它的實踐環(huán)節(jié)大部分未納入教學(xué)計劃，即使開設(shè)了實驗課，由于選課的學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊，人數(shù)眾多，實驗場地狹小等問題，也主要是以演示實驗為主，學(xué)生缺乏自主動手能力的訓(xùn)練。因此應(yīng)當(dāng)適應(yīng)的調(diào)整實驗課教學(xué)模式，以取得更好的教學(xué)效果。近年來機(jī)器人仿真技術(shù)在機(jī)器人的研究中已經(jīng)取得了廣泛應(yīng)用，仿真系統(tǒng)可實現(xiàn)機(jī)器人空間運動的仿真過程和機(jī)器人教學(xué)的示教仿真功能，因此可以通過計算機(jī)交互式使每個學(xué)生參與進(jìn)來，達(dá)到動手實踐的目的，使實驗課真正發(fā)揮它的作用。

（5）課外活動。鼓勵學(xué)生多參加一些相關(guān)社團(tuán)活動，如機(jī)器人協(xié)會。多動手，多交流，可以為學(xué)校參加機(jī)器人大賽儲備人才。

（6）分組學(xué)習(xí)。雖然文、理科學(xué)生在《機(jī)器人技術(shù)》公選課的學(xué)習(xí)中存在諸多差異，但恰恰可以利用這些差異，將他們分成若干學(xué)習(xí)小組，每個小組中既文科學(xué)生，也有理工科學(xué)生，讓他們互幫互學(xué)，主要是通過理工科學(xué)生幫助文科類學(xué)生，提高他們的學(xué)習(xí)興趣，讓他們快速地掌握學(xué)習(xí)方法，從而學(xué)得更好。同時也能激發(fā)理工科學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，在幫助別人的同時鞏固自己的知識，增強自身的能力。

4.質(zhì)量評估體系的確定

目前《機(jī)器人技術(shù)》課程使用的質(zhì)量評估體系仍采用傳統(tǒng)的課程論文、開卷考試等形式，這對于公選課來講是不合適的。一部分學(xué)生可能在上了幾節(jié)課后，發(fā)現(xiàn)不易理解就不再認(rèn)真聽講，或者抱著混學(xué)分的態(tài)度導(dǎo)致出勤率較低，甚至根本就不來上課。傳統(tǒng)的評估方式不能公平、公正地評定學(xué)生的課程成績，因此要找出一種客觀公正的質(zhì)量評估體系是很有必要。最后考試的成績不適合作為學(xué)生最終的成績，應(yīng)當(dāng)將平時成績和實驗成績也納入到評估體系中，并且要適當(dāng)加大其在評估體系中的比重。之所以加大實驗成績和平時成績的比重，是希望盡量避免學(xué)生混學(xué)分的現(xiàn)象，讓學(xué)生知道單靠期末考試前臨時抱佛腳是不行的，要把功夫下在平時。可通過以下模式改進(jìn)質(zhì)量評估體系：

（1）平時成績。平時成績的評定也不能完全依靠點名的次數(shù)，還要綜合考慮其它因素，比如課堂討論的發(fā)言、課后作業(yè)的完成情況以及平時做的一些小報告等都要被納入平時成績，實驗成績在總評成績里面也要占適當(dāng)比例，這樣可以鼓勵學(xué)生多動手，多動腦。對于參于學(xué)校機(jī)器人協(xié)會的同學(xué)，有作品的、有論文的都要在平時成績中體現(xiàn)出來。因此可以將平時成績定義如下：

平時成績＝到課率+課堂表現(xiàn)成績+創(chuàng)新能力

其中到課率可由點名次數(shù)來確定，課堂表現(xiàn)成績應(yīng)該為課堂提問回答情況、課堂討論發(fā)言、課堂報告等，創(chuàng)新能力為手工小制作作品、發(fā)表論文、參賽獲獎等綜合評定。

（2）實驗成績。實驗成績包括實驗出勤率、操作能力、實驗報告等

（3）期末考試成績。期末考試試卷內(nèi)容應(yīng)包含兩大部分，以區(qū)別于以往的考試試卷內(nèi)容，一部分是閉卷考試內(nèi)容，另一部分是課程論文，各占50%。閉卷考試內(nèi)容主要考查學(xué)生的基礎(chǔ)知識掌握情況，課程論文主要考查學(xué)生對本門課程的融會貫通能力。

（4）總評成績。定義如下：

總評成績＝平時成績×W1+實驗成績×W2+期末考試成績×W3

其中 W1=0.4，W2=0.2，W3=0.4。

5.教改效果

對于上述改革方案的效果，我們以銅陵學(xué)院開設(shè)的《機(jī)器人技術(shù)》公選課為試點，盡可能地將改革的思路和設(shè)想貫徹到實際教學(xué)過程中去，以期獲得良好的效果以及寶貴的經(jīng)驗。

我們在教改過程中，除了教材改革稍有滯后，其余的內(nèi)容均進(jìn)行了嘗試。教改前后效果的比較見表1。注：表中的百分?jǐn)?shù)表示占總?cè)藬?shù)的百分比。

表1 教改前后教學(xué)效果及滿意度的比較

從表中可以看出，學(xué)生的學(xué)習(xí)成績有所提高，而且文科生進(jìn)步更為明顯。無論來自哪個專業(yè)的學(xué)生對課程的滿意度都有所提高，學(xué)習(xí)的興趣大大增強，能夠?qū)W有所獲，那么，選修公選課就不會再抱有“混學(xué)分”的念頭了。當(dāng)然，繼續(xù)細(xì)化教改方案，探索教改措施對教改效果的敏感度，將是需要進(jìn)一步研究的內(nèi)容。

6.結(jié)束語

本文旨在探討《機(jī)器人技術(shù)》公選課的教學(xué)改革，在總結(jié)以往教學(xué)經(jīng)驗和教學(xué)資料的基礎(chǔ)上，充分利用學(xué)校教學(xué)資源，探索出切實一種可行的教材建設(shè)和理論課教學(xué)模式改革方案。并將實踐教學(xué)引入公選課的教學(xué)，找出一條適應(yīng)不同專業(yè)不同基礎(chǔ)學(xué)生的實驗教學(xué)模式。教改前后效果的比較說明了該模式的有效性和可行性。當(dāng)然，在今后的教學(xué)過程中還要不斷的探索改革的途徑，其最終目的就是試圖讓每個學(xué)生都能走出去、動起來，提高教師“教”的質(zhì)量和學(xué)生“學(xué)”的質(zhì)量，構(gòu)建一套科學(xué)合理的質(zhì)量評估體系，從而全面提高《機(jī)器人技術(shù)》公選課的教學(xué)質(zhì)量。

［1］蘭繼紅，虞春生.淺談文科實驗室建設(shè)[J].實驗室研究與探索，2006，11（25）:1467-1468.

［2］趙文華，程瑩.美國促進(jìn)交叉學(xué)科研究與人才培養(yǎng)的借鑒[J].中國高等教育，2007,（1）:61-63.

［3］陳琦，劉儒德.當(dāng)代教育心理學(xué)[M].北京:北京師范大學(xué)出版社，2001.

［4］崔世鋼 等.機(jī)器人與教育改革[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2000，（4），16-17.

Discussing the Teaching Revolution of Robotics Technique Open Courses

Zhou Yan， Zhang Ran，Chen Wen
（Tongling University,Tongling Anhui 244000，China）

To adopt the constantly change of college students’ demand in nowadays social;it’s accordingly changing on education mode of colleges and universities.It has necessary to set up Robotics Technique Open Course in colleges and universities,which in order to change unitary type mode of talents education into mixed mode.Based on the experiences of academic and practical education,this paper discussed a revolution programme of Robotics Technique Open Course,which has definite guiding effects.

teaching revolution；robotics technique；open course

G642

A

1672-0547（2012）01-0118-03

2011-11-23

周 妍（1979-），女，安徽銅陵人，銅陵學(xué)院機(jī)械工程系講師，碩士，研究方向：數(shù)據(jù)分析與處理；

張 然（1981-），男，安徽銅陵人，銅陵學(xué)院數(shù)學(xué)與計算機(jī)科學(xué)系講師，碩士，研究方向：群體智能，數(shù)據(jù)挖掘。

銅陵學(xué)院校級教學(xué)研究項目《新建本科院校基于開源教育軟件的開放課程應(yīng)用模式研究》（編號：JY0901006）成果。