基于機器人教學平臺培養學生創新能力

辛光紅 郭海智

(三亞學院理工學院，海南 三亞 572022)

1.引言

機器人創新教學作為現在最優秀的實踐教學平臺，是現在很多高校加強實踐教學的第一選擇。2011年，三亞學院建立了智能機器人創新實驗室。作者做為實驗室籌建和管理者，在機器人實驗室的建立和課程設置、團隊建設方面積累了一定的經驗。本文是對這些經驗的總結和概括。

2.建設機器人教學平臺的意義

(1)培養創新實踐動手能力，對專業知識的鞏固和融會貫通

目前許多各種工科專業都開設了電子電路、檢測技術與傳感器、嵌入式微控制器、控制原理與控制工程、單片機和微控制器、數字電子和模擬電子、數字邏輯、檢測技術與傳感器等課程，但是課堂的的學習和一些簡單的驗證性實驗課程不足以滿足學生的求知欲望。無法根本轉變學生的學習觀念。要從被動學習轉變到主動學習，其中一個途徑就是讓學生進行創新性的訓練，充分激發學生的學習熱情。機器人作為一個新興的領域，具備多種新技術，而且具備趣味性，通過創新性的教學平臺能充分引導學生創新實踐動手能力。組建機器人創新性教學平臺能為高等院校的學生和教師提供一個綜合的專業機器人教育和研究平臺，能通過采用系統的方法對實踐教學內容、方法和手段進行創新，進而引導學生進行單片機和微控制器、數字電子和模擬電子、數字邏輯、檢測技術與傳感器等課程知識的學習和融會貫通[1]。

(2)營造校園學術研究氛圍，加強學術交流

通過機器人創新性教學平臺，能夠培養校園學術研究氛圍，使學校的科研水平、學生的素質進一步得到提高。與此同時，由于近年來國內和國際上各種機器人比賽受到社會各界的廣泛關注，通過創建機器人創新性教學平臺培養學生，積極參與國內外機器人賽事，這對加強學術交流具有重要意義。

(3)提升學生就業競爭力

隨著產業升級，就業競爭不斷加劇，企業更需要動手能力強、專業知識過硬的中高端人才。目前適合企業的專業人才缺口相當大，根本原因是學校教育過多地注重知識的傳授，而忽略了創新技能、動手能力和工程實踐能力的培養。學生通過參與機器人實驗室的學習和工作，能增強就業競爭力，畢業后能夠廣泛適應機電一體化、電氣工程、自動化工程等方向的就業需求，更好地適應社會對人才的需求，做到學有所用，學所必用。

3.機器人教學平臺課程體系建設

機器人實驗教學是面向多學科的綜合教學，在學科交叉點設立綜合設計性實驗，對學生創新能力和專用水平培養都有很大的幫助。結合專業設置，根據不同專業、不同年級設置前后相互有繼承性的綜合設計實驗，建設完整科學的機器人創新實驗體系。機器人實驗教學應是分層次、分目標的多樣性教學。根據不同年級專業分為三個層次：

(1)機器人基礎教學

機器人基礎教學主要以輪式或履帶式小車位載體，控制機器人完成尋跡、避障、測距等功能。我校配置了R2小車及德國太空總署推廣的ASURO小車。R2小車以51單片機為核心控制模塊，是很好的單片機教學平臺。ASURO小車是完全以基礎電子元器件為基礎構型、AVR單片機為控制器的小車。兩者相互結合對模電、數電、單片機、C語言程序設計等專業基礎課程的學習有很好的促進作用。

(2)機器人高級教學

機器人高級教學以博創創意之星標準版、Arduino開發板、51開發板為載體，完成利用無線傳輸模塊實現多點數據采集，利用ZEGBEE模塊實現無線自動組網，利用舵機、步進電機等機械手臂進行控制的綜合實驗。

(3)機器人智能教學

機器人智能教學是在機器人基礎教學和機器人高級教學的基礎上融合機械控制、實時圖像處理與圖像識別、自組織與自學習、多智能體協調及無線通信技術為一體的高度研究教學。可主要依托NAO-H25和創意之星高級版完成武術擂臺賽和ROBOCUP等高水平比賽項目。

4.機器人科研教學團隊和機器人學習競賽團隊建設

(1)建立機器人科研教學團隊

依據現有機器人設備，建立機器人科研教學團隊，團隊成員應該是多學科多專業的集合。科研團隊以法國阿爾德巴蘭NAO-H25機器人和創意之星高級版為科研平臺，開設具有較高水準的特色科研項目，同時積極參與指導國內國際具有高水準影響力廣泛的機器人比賽。

(2)建立機器人學習競賽團隊

優秀的機器人學習競賽團隊應該以創新為共同的核心價值。在團隊實踐學習中明確團隊的奮斗目標是首要問題，也是大家共同努力的動力。扎實鉆研的學習氛圍爭創一流的學習精神是一個團隊實力的衡量標準。明確團隊任務是團隊高效運作的基礎。依照上述特征建立團隊成員合理、學習高效、積極進取的機器人學習競賽團隊。

5.機器人實驗室開放式管理模式

機器人實驗室的開放管理是全方位、全過程的開放管理。實驗內容的開放是多樣化的，可包括綜合設計型、學生科技活動型和課題研究型。儀器設備的管理也是開放式的，應方便查詢借用實驗室的各類儀器設備。實驗室的技術文檔、科研資料需開放式共享和更新。開放式的管理需高效的管理手段，研發設計高效的的開放式管理軟件是最好的途徑。開放式管理軟件應具備以下特征：(1)具有完善的儀器設備信息庫，包括購買時間、存放位置、型號參數、數量及剩余、損耗及保修等。(2)通過WEB可方便儀器設備查詢和預約。(3)實時發布通知公告及開放課題申請。(4)分管理權限的儀器借用。(5)具有可分類的文檔下載上傳功能[3]。

6.結束語

以機器人創新教學和機器人競賽活動為依托的機器人創新教學平臺的建設，激發了學生自主研究學習的激情，培養了大學生的工程實踐能力，拓寬了知識面，提升了學生的就業競爭力。同時，機器人創新教學平臺的建設，對于機器人在工業生產中的深入和生活服務中的普及推廣具有積極意義[2]。

[1]張云州，吳成東等.基于機器人競賽的大學生創新素質培養[J].電氣電子教學報，2007，29(1)：116-119.

[2]安蕾.關于機器人創新教育的思考[J].科技信息，2010，27(1)：572-573.

[3]沈建明、陳強等.推進實驗室管理制度創新[J].實驗室科學，2009，2(1)：151-153.