關于基于水下機器人項目式教學的探討

鄭心武　韓建文

【摘 要】海洋是一個巨大的資源寶庫，開發藍色國土，拓展生存和發展空間，將成為全球經濟發展的趨勢。同時海洋領域的相關人才需求和要求也越來越高。如何有效地加強對當代大學生綜合素質與創新能力的培養，以適應信息時代的人才需求，是近年來的一個熱門話題，相關的教學改革也進行得如火如荼。本校也在積極的向海洋方向轉型。本課題就針對項目式教學方式，通過帶領學生開發水下機器人項目，讓學生在切身參與到項目的開發過程中提高自己，達到教學的目的。

【關鍵詞】水下機器人；項目式教學

中圖分類號： TP242 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）26-0083-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.26.035

Discussion on teaching based on underwater robot project

ZHENG Xin-wu HAN Jian-wen

（Hainan Tropical Ocean University，Sanya Hainan 572022，China）

【Abstract】The ocean is a huge treasure house of resources， and developing blue land and expanding living and development space will become the trend of global economic development. At the same time， the demand and demand for relevant talents in the Marine field is also higher and higher. How to effectively strengthen the cultivation of the comprehensive quality and innovation ability of contemporary university students to meet the needs of talents in the information age is a hot topic in recent years，and relevant teaching reform is also in full swing. The school is also making a positive transition to the ocean.This project aims at the project-type teaching method. By leading students to develop the underwater robot project，students can improve themselves in the process of participating in the project development and achieve the purpose of teaching.

【Key words】Underwater robot；Project teaching

1 項目的可行性

中國提出加速邁向海洋方向強國戰略的步伐。一經提出，舉國響應。基于對形勢的分析和學校的綜合發展方向，提出了“關于水下機器人在項目式教學中的應用”的課題。同時基于課題，搜集和整理大量的相關資料，分析項目可行性。

“預先善其事，必先利其器”，探索的過程需要工具，將工具真正運用到教學中，“授人以漁”，教會學生怎樣使用工具、為什么選擇這個工具。同時，課本的內容相對枯燥，融合智能設備激發學生興趣。地處海南，學校積極向海洋方向轉型。采用開設新的專業和加強已有的海洋類專業的策略加速發展，最重要的是能為學生提供的設備和專業能力。完善的設備為學生良好開展實踐活動和提升綜合學習力奠定基礎。

2 方案設計

所謂的“項目式教學”，是指教學過程中通過將一個相對獨立的現實項目從信息采集、方案設計、組織與實施、效績評定等步驟組成一個動態的學習系統。

2.1 項目教學具體實施

2.1.1 劃分小組

為保證學生學到技能，提高實驗器材的利用率，使得參與的同學綜合能力都能得到提高，提高學生的團隊協作能力，激發學生的競爭性，采取每周以技能競賽的方式來促進學生學習，先對學生進行分組（7-8人/組），對于所訓練項目劃分至每一個小組，在規定時間內達到項目教學的目標后，再對小組之間的項目進行調換，使得學生都能夠充分的了解掌握項目。

2.1.2 選取組長

為更好的掌握各個同學的學習情況，將會對每個小組選取小組長，對于小組長得選擇標準是：實踐操作中的優秀者，有集體榮譽感，有責任心的同學。使其能及時地反饋小組的學習情況，帶領小組成員認真對待學習項目和定期做出項目匯報，并能及時向老師反饋所存在的學習問題，使得老師能對教學方案及時調整。

2.1.3 小組討論與匯報

討論與交流能使學生對自身的學習成果的展示和自我認知，為使每個學生更好的充分掌握所學的知識，進行每周一次的小組交流討論，以老師組織，小組長帶領的方式，進行各小組與其它小組之間進行討論。在每周討論，提前讓小組長總結該小組所學的知識和小組成員所存在的知識問題進行總結，使其現在課堂上進行匯報，當遇到多組存在同樣的問題，老師便可以進行指導和解惑。

2.1.4 教學指導

為使教學更加順利的展開，應對學生做出相應的教學指導，在項目教學開展的前期為學生普及基本的水下機器人的設計方案和海洋知識的普及，以此提高對項目的前期了解和加深學生對項目的興趣，

在開展的中期，指導學生進行模塊的難點的攻堅的講解和組織學生對項目開展的情況進行總結。在開展的后期，對各小組開展的不足進行指出并進行額外知識的擴展，在開闊學生的思路和對項目進行優化，使得項目教學內容不斷豐富，學生的項目能力得到進一步地提升。

2.2 項目教學內容

2.2.1 海洋應用知識的普及

對于水下機器人的應用方面進行知識的普及，包括海洋機器人的背景知識、發展進程、應用場景、涉及學科、未來趨勢等方面知識進行知識普及，使得學生在開展項目前對整個水下機器人進行一定的了解，使得學生在前期學習時時能有目的性地對項目進行展開，在后期時能對項目進行基于背景和應用場景的自主擴展。

2.2.2 實踐能力的培養

水下機器人的項目是一個涉及學科廣，知識較多的項目，當學生在開展學習時，不僅需要了解機器的整體架構的組裝、單片機和PLC的實際應用，還需要進行地面站的自主學習使用，這是對學生的自主實踐能力地鍛煉，在項目開展時，教師只是作為一個組織者，而實際項目的開展者則是學生，機器如何組裝？代碼如何調試？組件如何修改？性能如何優化？電路如何設計？等等問題都是由學生自主去學習解決，提高學生對知識的渴望和自主的動手能力。

2.2.3 團隊協作能力的培養

一個項目的順利完成，應是由小組多個成員一同學習，互相分工、共同努力的成果。在項目教學時，小組之間互相討論、成員之間互相學習、各自分工，相互協同是項目教學開展意義的一部分，為培養面向社會、面向企業的大學生，團隊協作能力是必須要具備的能力，對于每一個團隊都需要一名領導者而對于學生而言就是他們的小組長·，讓學生學習如何作為一個團隊，而不是作為個人去進行項目開展。

3 存在的問題

大學的課程體系側重于傳統學科知識的傳承，課程之間壁壘嚴重，新興學科、邊緣學科、交叉學科和前沿學科數量嚴重不足。同時，部分教師局限于封閉式，獨立式的思維關系，在教學過程中僅僅強調知識的灌輸、教學方法單一。

當前國內高校部分學生缺乏大膽創新的精神以及自主學習的能力，局限于課本知識所教授的定律，而不思破舊立新，深層次探索，這在很大程度上局限了創新的提升。

例如在水下機器人的水密實驗中，最初檢測只是在電子倉可能漏水的地方放置漏水檢測紙，為了提高檢測效率和部件的絕緣性，學生提出了改進措施，如設計漏水報警模塊，通過上位機軟件實時反饋信號辨別是否漏水；在接合處放置橡膠密封圈等方法來加強水密性。

水下機器人主要由水面設備部分和水下設備部分組成，首次接觸無人遙控潛水器，在和學生進行組裝、調試、測試及拓展過程中遇到很多問題。網絡上的資料不完整，自身知識的局限性和其它問題在整個過程中層出不窮。但在多次調試和測試下，克服很多技術、環境等的因素，無人遙控潛水器現下水測試良好。下一步計劃拓展更多模塊到機身，在搭載過程中還會遇到很多困難，但最終都會迎刃而解。

4 取得成果

目前課題已經完成水下機器人的組裝、調試、測試，正在籌備進一步的模塊擴展和實際應用到學生項目式教學中。課題處于初級階段，暫時還沒有投入正式使用和二次開發參加競賽。計劃完成模塊擴展和初步應用到項目式教學中后，將水下機器人與現有項目相結合作為項目功能擴展。在此基礎上，將水下機器人作為一個獨立的開發方向，對海域環境進行更加細致、深入的研究。

5 結束語

通過營造一種問題、機遇創造的知識傳播與創新性學習的新型關系，鼓勵學生敢于突破思維定式的障礙，學會獨立思考。摒棄固定的思維模式和教條的標準答案，在開放性環境下進行自主式的探索和研究。

通過實驗教學將抽象理論實際化、具體化，幫助學生理解和掌握水下機器人的關鍵技術，并學會在實際的環境中加以應用和進行一定的擴展。解決了只注重理論驗證性實驗的教學模式，而把重心放在培養學生的工程實踐能力和創造性思維能力上，盡量多地提供綜合性設計實驗以提高學生的綜合素質。課題依托船舶與海洋工程控制系統實驗室提供的實驗平臺，開設了水下機器人的動力推進系統設計等特色實驗。

鼓勵學生在現有實驗項目下進行大膽創新，開拓新的實驗項目和課題，形成一系列多層次、遞進式的教學實驗內容。