物聯(lián)網(wǎng)教育機器人引入本科教學(xué)的思考

葛艷紅　李文鋒　周建榮

摘要：本科教學(xué)作為高等教育的基礎(chǔ)，教學(xué)質(zhì)量決定著人才的質(zhì)量，培養(yǎng)模式?jīng)Q定著人才的類型。因此，本科教學(xué)必須隨著時代的進步不斷變革，廢除舊知識、舊模式，增添新知識，采納新方法。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和機器人技術(shù)作為當(dāng)前最熱點的研究領(lǐng)域，因其科技含量高，趣味性強，綜合性強受到了教育界的廣泛關(guān)注和應(yīng)用。本文首先分析了本科教學(xué)的主流模式及其發(fā)展方向，再概括了物聯(lián)網(wǎng)教育機器人的特點并進行了設(shè)計開發(fā)，最后探討了在本科教學(xué)中引進物聯(lián)網(wǎng)教育機器人技術(shù)的途徑和方法，并對實施結(jié)果進行了展望。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；教育機器人；本科教學(xué)；培養(yǎng)模式

中圖分類號：G642.41 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）03-0203-02

一、前言

高等學(xué)府是培養(yǎng)人才的搖籃，其培養(yǎng)模式?jīng)Q定著人才的類型。而大學(xué)本科作為高等教育的基礎(chǔ)階段，其教學(xué)質(zhì)量決定著高等教育水平。大力加強本科教學(xué)改革，努力提高大學(xué)本科教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)新時期社會所需人才，是高等教育的職責(zé)和義務(wù)。高等教育必須緊跟時代步伐，廢除舊知識、舊模式，增添新知識，采納新方法。在知識變更日新月異的21世紀(jì)，如何利用瞬息萬變的信息技術(shù)和前沿的軟硬件技術(shù)為本科教學(xué)的改革探索一條行之有效的新路子是高等教育工作者的責(zé)任。

二、本科教學(xué)的發(fā)展趨勢

1.本科教學(xué)的現(xiàn)狀。長期以來，以教師為中心的課堂教學(xué)格局仍然沒有被打破，教師“一言堂”、“填鴨式”的教學(xué)模式在各大高校仍然是主流。究其實質(zhì)，教師只是知識的中間傳遞人，將書本上的知識面面俱到，照搬照抄給學(xué)生。所以，即使老師滿堂講得是口干舌燥，飛沫四濺，學(xué)生卻還是毫無興趣、昏昏欲睡。這種教學(xué)模式完全忽視了學(xué)生在教學(xué)環(huán)節(jié)中的主體地位，忽視了學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)造性，帶來的弊端也顯而易見：①學(xué)生得到的只是書本上死的知識，脫離了實際應(yīng)用的空洞理論，雖“滿腹經(jīng)綸”，卻不能解決實際問題；②學(xué)生養(yǎng)成了被動接受的習(xí)慣，缺乏主動求知的欲望和熱情，離開了老師，甚至不會學(xué)習(xí)；③給了學(xué)生錯誤的信號——老師講的、書本上的都千真萬確、不容置疑。抹殺了學(xué)生的創(chuàng)新意識，阻礙了創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；④單一課堂教學(xué)模式培養(yǎng)下的學(xué)生共性有余，個性不足，抑制了個體特殊才能的發(fā)揮和發(fā)展；⑤老師講的多，學(xué)生思考的少，基本不動手的教學(xué)要求退化了學(xué)生的動手能力，削弱了相互協(xié)調(diào)配合，團體合作能力的鍛煉。

近年來，各大院校雖然不同程度地進行了大學(xué)本科教學(xué)改革的研究和實踐，但主要集中在理論層面的探討，課程內(nèi)容的增減，教學(xué)手段由板書取而代之多媒體（主要是PowerPoint）等方面，沒有從根本上革除陳舊的、重知識輕能力的教學(xué)模式，沒有及時更新陳腐的舊知識，增添新穎的新技術(shù)新知識，實現(xiàn)名副其實的符合時代要求的教學(xué)改革。

2.本科教學(xué)的改革要求。隨著改革開放的深入，國家教育部先后出臺了一系列的改革計劃和建議，對高校的教學(xué)改革進行宏觀指導(dǎo)。《關(guān)于進一步加強高等學(xué)校本科教學(xué)工作的若干意見》[1]、《教育部關(guān)于進一步深化本科教學(xué)改革全面提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見》[2]等都特別強調(diào)指出：①要堅持知識、能力和素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展，實現(xiàn)從注重知識傳授向更加重視能力和素質(zhì)培養(yǎng)的轉(zhuǎn)變；②要根據(jù)經(jīng)濟社會發(fā)展和科技進步的需要，及時更新教學(xué)內(nèi)容，將新知識、新理論和新技術(shù)充實到教學(xué)內(nèi)容中，為學(xué)生提供符合時代需要的課程體系和教學(xué)內(nèi)容；③要著力培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，要采取各種措施，通過減少課堂講授時數(shù)等，增加學(xué)生自主學(xué)習(xí)的時間和空間，拓寬學(xué)生知識面，增強學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，完善學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，促進學(xué)生個性發(fā)展；④要培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力、分析問題和解決問題能力。要加強產(chǎn)學(xué)研密切合作，拓寬大學(xué)生校外實踐渠道，與社會、行業(yè)以及企事業(yè)單位共同建設(shè)實習(xí)、實踐教學(xué)基地。

由此可以看出，建立知識、能力、素質(zhì)三位一體的人才培養(yǎng)模式，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高級專門人才已成為當(dāng)今高等院校改革的方向。

三、物聯(lián)網(wǎng)教育機器人分析與設(shè)計

教育機器人是以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生綜合能力為目標(biāo)的機器人產(chǎn)品。將物聯(lián)網(wǎng)元素引入機器人系統(tǒng)，使教育機器人功能更強大，具有自主控制、智能傳感與標(biāo)識、無線傳輸、分布式協(xié)同、智能交互等特點，這一類新型的具有物聯(lián)網(wǎng)理念的教育機器人，稱為“物聯(lián)網(wǎng)教育機器人”[3]。物聯(lián)網(wǎng)教育機器人不僅拓寬了教育機器人的功能，也拓展了物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，還能夠方便地搭建自己的機器人和物聯(lián)網(wǎng)實驗場景，構(gòu)建分布式控制與協(xié)同實驗平臺、物流與交通實驗平臺等。

物聯(lián)網(wǎng)教育機器人的開發(fā)設(shè)計必須符合教學(xué)特點，達到教學(xué)目的[3]：

1.教學(xué)適用性。物聯(lián)網(wǎng)教育機器人首先應(yīng)當(dāng)易教益學(xué)，由于要經(jīng)常拆裝，反復(fù)實驗，因此機器人的零部件要盡量堅實耐用。

2.先進性。物聯(lián)網(wǎng)教育機器人的設(shè)計和開發(fā)必須緊跟時代的步伐，推陳出新，融入最新的技術(shù)和理念。

3.可擴展性。為了培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新精神，物聯(lián)網(wǎng)教育機器人要有很好的可擴展性，要留有充分想象的空間，要給予施展才能的窗口。

4.開放性。各種傳感器和其他核心部件要盡量外露，這樣才能激發(fā)學(xué)生的好奇心，脆生求知欲，引導(dǎo)學(xué)生去探索。

5.模塊化程度。物聯(lián)網(wǎng)教育機器人的各個功能要盡量模塊化，可增可減，針對不同的應(yīng)用可方便地組合搭配。

6.可重構(gòu)性。物聯(lián)網(wǎng)教育機器人的各個組成部分應(yīng)該具有良好的可重構(gòu)特性（包括任務(wù)重構(gòu)，硬件重構(gòu)等），才能最大限度發(fā)揮學(xué)生的潛能，充分調(diào)動個性特點。

7.二次開發(fā)特性。物聯(lián)網(wǎng)教育機器人要能夠支持二次開發(fā)，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性和深層探究科學(xué)問題的能力。

8.良好的性價比要求。由于各個地區(qū)的發(fā)展不平衡，經(jīng)濟水平參差不齊，因此，機器人的性能除了滿足教學(xué)要求外，必須具有良好的性價比，成本越低越好。

四、讓“物聯(lián)網(wǎng)教育機器人”走進本科教學(xué)

物聯(lián)網(wǎng)教育機器人技術(shù)融合了多個專業(yè)領(lǐng)域的知識，不僅具有硬件技術(shù)，也具有軟件技術(shù)，便于設(shè)計各種項目或比賽，能夠激活大學(xué)生的創(chuàng)新思維，激發(fā)大學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉大學(xué)生的動手能力，培養(yǎng)大學(xué)生的合作能力和團隊精神。

1.本科教學(xué)中普及物聯(lián)網(wǎng)教育機器人基礎(chǔ)知識。在本科教學(xué)中普及物聯(lián)網(wǎng)、機器人基礎(chǔ)知識是當(dāng)前形勢的迫切需要，是教育發(fā)展的必然，應(yīng)該多途徑、多渠道宣傳、推廣物聯(lián)網(wǎng)和機器人技術(shù)知識。①舉行不同主題的系列講座，讓學(xué)生初步了解物聯(lián)網(wǎng)和機器人技術(shù)的真正內(nèi)涵。②開設(shè)相關(guān)的選修課程，系統(tǒng)講解物聯(lián)網(wǎng)、機器人技術(shù)的基礎(chǔ)知識：發(fā)展歷程、軟硬件組成、不同領(lǐng)域的應(yīng)用、未來的發(fā)展趨勢和展望等。讓部分學(xué)生先“懂”起來，由點觸面，由少數(shù)帶動多數(shù)，從而引發(fā)對前瞻技術(shù)探密的興趣。

2.搭建物聯(lián)網(wǎng)教育機器人研發(fā)平臺，構(gòu)建創(chuàng)新設(shè)計新環(huán)境。物聯(lián)網(wǎng)教育機器人是一個多學(xué)科理論和知識的有效載體，通過物聯(lián)網(wǎng)機器人的設(shè)計、制作和運用，可以調(diào)動大學(xué)生運用知識、創(chuàng)造知識的能力，培養(yǎng)大學(xué)生科技創(chuàng)新的綜合素質(zhì)。因此，應(yīng)該充分利用高校的優(yōu)勢，結(jié)合課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等教學(xué)環(huán)節(jié)，構(gòu)建創(chuàng)新設(shè)計新環(huán)境。有必要通過教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式的改革，開設(shè)設(shè)計性、綜合性、創(chuàng)新性比較強的物聯(lián)網(wǎng)機器人設(shè)計項目，使之真正具有創(chuàng)新教育的內(nèi)涵與功能。作者所在課題組與東莞市博思電子數(shù)碼科技有限公司合作，設(shè)計開發(fā)了一套物聯(lián)網(wǎng)與機器人實驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅包含基本的硬件設(shè)備，而且提供軟件設(shè)計程序，實踐性強，工程創(chuàng)新空間大，非常適合作為大學(xué)機械、電氣、自動化等專業(yè)本科學(xué)生的教學(xué)實踐平臺。學(xué)生可以在此平臺上進行各種物聯(lián)網(wǎng)與機器人相關(guān)的理論證明、技術(shù)驗證、實景再現(xiàn)、工程模擬，可以進行無限的創(chuàng)意和構(gòu)想。

3.借勢而發(fā)，參與各項賽事，成立物聯(lián)網(wǎng)教育機器人研發(fā)興趣小組。眾所周知，各種機器人競賽琳瑯滿目，物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的賽事也風(fēng)生水起，這也正是物聯(lián)網(wǎng)教育機器人進入本科教學(xué)的切入點，以此為契機，成立物聯(lián)網(wǎng)與機器人研發(fā)興趣小組，吸納不同學(xué)科領(lǐng)域?qū)ξ锫?lián)網(wǎng)機器人研究有興趣的學(xué)生，為他們創(chuàng)造研發(fā)的環(huán)境和條件，提供軟硬件資源。我院與東莞博思電子數(shù)碼科技有限公司合作成立的“物流與機器人技術(shù)實驗室”和“物聯(lián)網(wǎng)與物流技術(shù)研究中心”，每年都吸引了不同年級、不同專業(yè)背景的本科生匯聚于此，共同研究物聯(lián)網(wǎng)教育機器人相關(guān)技術(shù)，參與各種賽事，取得了不俗的成績。

五、總結(jié)展望

大學(xué)本科的教學(xué)改革必將隨著時代的進步、社會的發(fā)展不斷深入、不斷升華。知識的推陳出新，新穎的軟硬件技術(shù)的應(yīng)用是教育的基本要求；培養(yǎng)有知識、有能力、有素養(yǎng)的創(chuàng)新型、實踐型人才是教育改革的方向。我院有意與東莞市博思電子數(shù)碼科技有限公司合作，將當(dāng)前如火如荼的物聯(lián)網(wǎng)與機器人技術(shù)引入大學(xué)本科的教學(xué)改革，旨在摸索一條適合新時期、新要求的大學(xué)生培養(yǎng)新路子，相信在不久的將來一定會收獲此次合作改革帶來的教學(xué)成果。

參考文獻：

[1]教育部關(guān)于印發(fā)《關(guān)于進一步加強高等學(xué)校本科教學(xué)工作的若干意見》的通知[Z].教高[2005]1號http：//www.moe.edu.cn/edoas/website18/info13834.htm.

[2]《教育部關(guān)于進一步深化本科教學(xué)改革全面提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見》[Z].教高〔2007〕2號http：//www.moe.edu.cn/edoas/website18/info25425.htm.

[3]葛艷紅.基于物聯(lián)網(wǎng)的教育機器人關(guān)鍵技術(shù)研究[D].武漢理工大學(xué)，2013.