開放機器人實驗室對學生能力培養研究

李林喜等

摘 要：

機器人實踐教學實驗室是提高學生實際動手能力、培養學生創新思維、創新能力的重要基地。闡述了開放機器人實驗室目的和意義、開放方法和模式，旨在為深化實踐教學體系與教學模式的改革探路。在實際教學過程中，發揮學生自主創新能力、實際操作能力、分析解決問題的能力，使學生科研創新實踐的綜合素質得到明顯提高是當前工程訓練的主要目標。

關鍵詞：

開放；機器人；實驗室

中圖分類號：F24

文獻標識碼：A

文章編號：16723198（2014）06009901

1 引言

我國高等教育人才培養的主要目標：培養學生的理論聯系實際能力、自主創新能力、實踐動手能力及操作能力。工程訓練中心是高校的主要實踐基地，可以進行實習教學、開展科學活動、培養學生創新能力、實踐能力、提高學生的綜合素質，以及提高實踐動手能力的重要基地。目前，工程實踐訓練教學已經成為各大高校教學不可缺少的實踐內容。內蒙古工業大學至2007年以來，建立了工程訓練中心機器人創新實踐基地，逐步加大對該實驗室投入力度，加快實驗室的軟、硬件環境的建設速度，為大多數學生提供工程實踐鍛煉的機會。在傳統的教學實踐中，因為實驗課時少，傳統的課堂教學管理模式，在培養學生能力方面沒有發揮其應有的作用。為此，課題組在機器人實驗室經過不懈的努力，逐步在開放上做出更多的探索和研究，盡快找到有效的開放形式，為提高實踐教學效果發揮應有的作用。本文以我校工程訓練中心機器人創新實踐教學為研究對象，為學生提供開發的實習基地為實踐手段，從根本上提高了學生的創新實踐能力，為適應社會發展做出貢獻。

2 機器人實驗室教學概況

機器人技術是一門高度綜合，專業跨度大的學科，它包含了計算機、自動控制、傳感器、通信和人工智能等學科，是光機電一體化的綜合應用。機器人教學過程也是一個綜合實踐的過程。機器人教學實驗環節中及時地增加新興智能機器人的知識內容，課外教學過程以興趣小組的形式加以提高和鞏固，此外，再加上參加各種機器人競賽，使學生實時地了解該專業的發展方向，為適應未來社會發展早做準備，同時也為原有的傳統實驗教學模式增添了新的發展方向。機器人具有人的特性，學生可以通過程序設計來實現機器人的智能控制。教學過程中會有器材及場地的限制，通常需要老師和學生共同安排、就地取材、專心設計，構思新創意，較大地挖掘學生的想象力與創造力，追求出科學完美的設計方案。機器人學習實際就是探索研究性學習，課堂上學生們都會完成自己和教師共同討論出的設計任務，根據這一目標由學生自己進行創新性擴展性探究活動。很多時候創造源于突發奇想，學生可以做出不懈的嘗試，不斷的調試與改進，大膽地添加新的嘗試，注重每一個設計細節，將機器人調節至理想的智能狀態。

2.1 開放機器人實驗室的目的與意義

機器人實驗室的開放，實際就是為學生創造一個開放性的實踐環境，學生可以在課余時間來這里動手做一些課題探討。近年來，內蒙古工業大學機器人創新實驗室每年都會參加固定的機器人比賽，通過這個比賽，學生可以有目的的做一些理論和實踐相結合的項目，從而提高自己的創新實踐能力。此外，可以彌補傳統教學模式的不足：首先，可以增加學生實踐的機會，學生在課堂上沒有充分掌握的知識技能，可以在實驗室不斷練習，反復驗證，使學生動手能力和解決問題能力得到增強；其次，可以調動學生學習的熱情和主動性，充分注重學生個性的發展，給予學生較大的自主權，充分發揮了學生的自主創新的能力；第三，可以較大限度地利用實驗室資源，減少實驗室資源的閑置時間；第四，可以培養學生的團隊合作精神。學生可以自由組合合作人員，有分工也有合作，依靠項目小組成員相互協作與積極配合來完成設計作品項目，鍛煉學生個人的團隊精神和協作能力。

2.2 開放實驗室的主要對象

我們每年在校內舉行一次機器人大賽，以此成立機器人興趣小組。興趣小組成員一般從大一到大四都有，我們實行高年級帶低年級同學，這樣新加入的同學能夠很快能夠了解制作流程。興趣小組成員可以在課余時間來這里做項目，比如每年的亞太機器人大賽，給定比賽題目，讓學生自己設計，自己加工制作，編制程序最后完成整個比賽項目，學生從中能夠鍛煉自己的綜合創新實踐能力。

2.3 開放機器人實驗室的模式

開放機器人實驗室的模式主要采取半開放和完全開放的模式。半開放即教師指導模式，這種模式主要是針對剛加入機器人興趣小組的成員進行指導。對他們進行機器人知識的講解和軟件開發的指導，如果是參加比賽的同學還有進行比賽規則和開發的講解。完全開發模式主要針對機器人興趣小組老成員，他們可以在業余任何時間來做項目。機器人實驗室可以給學生提供相關的硬件和軟件開發平臺，實驗室老師會定期來實驗室進行指導，或者通過興趣小組qq群進行指導。

3 開放機器人實驗室對學生能力的培養

3.1 培養學生獨立開展科研能力

在機器人套件搭建創新實踐過程中，從擬定需設計的項目開始，包括外形的搭接、器材的選擇、開始搭建模型到編寫程序驅動，都需要學生自主實施完成，有利于培養他們獨立開展科研的能力。

3.2 培養學生團隊合作互助能力

小組成員有分工也有合作，機大家積極配合才能完成設計作品項目，成員間互相討論和學習，有利于開闊思路，集思廣益，激發靈感，鍛煉學生個人的團隊精神和協作能力。

3.3 培養學生邏輯思維能力

機器人課程包括硬件搭接制作和軟件編程倆方面，而軟件編程需要學生以較短的程序實現復雜的任務，這就要求學生有較強的邏輯思維能力。通過教師的前期指導，教會學生如何編制程序，學生通過自主編制邏輯程序達到控制機器人的目的。

3.4 培養學生科技創新的能力

學生需要獨立地完成機器人的制作過程，從方案設計開始到具體實施步驟，在設計過程中，就鍛煉了學生的獨立分析問題和解決問題的能力。機器人的設計可以采用很多不同的方法，通過比較不同算法流程，找到最有算法，極大地發揮了學生的個人潛能。

4 開放機器人實驗室的實踐效果

近年來，內蒙古工業大學工程訓練中心力行教學改革，建立了開放性的實驗教學課程體系，為學生營造了自主創新的學習環境，取得了不錯的成績。至2008年以來獲得了很多獎項，學生在比賽過程中除了可以鍛煉實踐能力、分析問題、解決問題能力之外，比賽過程中的隨機應變，解決突如其來問題的能力也有很大的提高。很多同學在比賽過程中被企業相中簽約的也不少。還有的同學通過努力得到了保研的資格。

5 結語

機器人創新實驗室的開放優于傳統實驗教學，展示了未來高校實驗教學的發展方向。因此，機器人實驗室的開放是高校教學改革的發展趨勢，它能夠激發學生學習的主動性和熱情，極大地發揮學生的個性特點，已經成為高素質、適應時代需求、高尖端人才培養的搖籃。通過參加機器人比賽等實踐活動，學生一開始就接觸了工程實際問題，初步了解了工程師應具備的各方面能力；有利用提高學生的工程意識，對學生盡早制定職業規劃起到了積極的推動作用。

參考文獻

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