機器人嵌入式系統課程教學方法探索

上海工程技術大學機械與汽車工程學院 上海 201620

隨著機器人、物聯網、智能控制等領域的技術飛速發展，嵌入式系統在各行業的應用日益普，國內外各大高校都積極開設了嵌入式課程。嵌入式系統的課程體系涉及到計算機、電子、通信、自動化控制等多學科，軟硬件結合，綜合性強，不同學校的授課側重點不盡相同，該課程的理論教學和實踐教學還處于不斷地探索和磨合階段。本文針對應用型本科院校的機器人方向嵌入式系統課程，開展教學方法探討，提出了幾點實踐教學方法，在應用中也取得了一定效果。

一、機器人嵌入式系統課程教學現狀

嵌入式系統的主要特點是軟、硬密切結合，面向應用，涉及的學科知識領域眾多，綜合性強，有著明顯的工程技術特點，根據不同的專業，不同的培養目標，應該有不同的教學重點和教學方式。機器人嵌入式系統課程教學多采用典型ARM教學實驗設備，以基本理論原理和實驗操作系統案例為教授方式，最終以實驗報告和期末理論考試作為考核的主要依據。這些基本符合當前的課程教學需求，但面對高素質工程應用型人才的培養目標，目前教學中還存在若干亟待解決的問題：

(1)教學方法過于傳統，實驗教學環節薄弱、對學生創新能力培養不夠。存在重視理論教學、輕視實踐環節；重視知識傳授、輕視能力培養的問題。

(2)教學內容過于傳統，不符合新形勢下的行業需求。實踐教學中大多數采用的嵌入式系統實驗箱，也無法突出機器人方向的應用特點。

(3)課程考核方式單一。傳統的筆試與實驗報告的考核方式，對學生的創新能力培養有限，也無法真實地反映學生的實踐操作能力。

因此，為實踐“面向現代化，面向世界，面向未來”的工程教育思想，有必要對本科生的機器人嵌入式系統課程進行教學方法探索與改革。

二、機器人嵌入式系統課程教學方法的改進與探索

本文以“實踐為主，理論融入實踐”的教學方法，開展對機器人嵌入式系統課程的教學探索，遵循學生專業能力培養的基本規律，以機器人嵌入式系統的實際應用為導向，做到理論與實踐一體化。機器人嵌入式系統課程應保證完整的嵌入式課程結構體系，突出機器人方向應用實例，構建適應專業需求的基礎理論框架模式；采用實踐為主的教學方式，通過項目引導式教學豐富課堂，通過鼓勵學科競賽豐富課余生活，全方位培養學生的創新實踐能力。

(1)實踐教學為主、理論融入實踐。機器人嵌入式系統課程本身具有應用性特點，加強實踐性教學環節在整個課程內容體系中的比例，實踐性教學環節與理論性教學環節相輔相成，互為補充、互為檢驗，缺一不可。實踐性教學以增強學生對課堂知識的理解為主要目的，幫助學生把知識獲取與實踐操作相結合，通過實踐性教學培養學生的團隊精神及創新能力。

(2)實踐方式多樣化。嵌入式系統課程的實踐教學應向多元化發展，包括但不限于演示實驗、練習試驗、項目實踐等等。本文探索總體項目式教學方法，以機器人工程應用實例為主，包括基礎性實驗與綜合性實驗，以基于ARM的6自由度機械手臂為實踐教學工具，使學生完成MCU學習、電機控制、運動控制和機械臂物理姿態的控制開發等實驗實訓內容?；A性實驗在傳統嵌入式實驗的基礎上與時俱進，包括對機器人行業中常用的嵌入式軟件、硬件環境的認知和簡易程序的設計。綜合性實驗將嵌入式開發板與工業機械手臂相結合，使學生實踐嵌入式系統在工業機器人中的應用，加深對機器人嵌入式系統相關理論知識的理解，同時培養學生的實際動手能力。

教學不僅在課堂上，更要重視和鼓勵大學生參加有影響力的嵌入式設計比賽或機器人設計競賽等創新活動。構建教學競賽共享實踐平臺，例如，購置嵌入式開發板、工業機械手臂組件、6自由度機械手臂開發模塊等等，通過設定機械手臂不同操作任務，讓學生在各平臺上進行編程使平臺完成預期動作，實現機器人嵌入式系統教學平臺和競賽資源共享。以賽促教，教賽結合，提高學生的創新精神和實踐能力。

(3)考核方式多樣化。課程的考核目的是為了評價學生對知識的掌握能力及獲取狀態，單純的傳統筆試難以考核學生實踐及創新能力，不適合嵌入式系統課程的最終考核。與實踐教學方式的多元化相對應，考核方式也應該實行多樣化。根據課程內容進行分步驟分層次的過程化考核，“筆試+操作”或者“演示+答辯”的方式更能全方面考核學生對知識的掌握能力和實踐能力，甚至相關學科競賽的參賽經歷也可酌情增加分數，如此全方位多樣化的考核方式更能反映學生在這類實踐應用性課程中的能力達成度。

三、總結

本文以提高學生的綜合素質為培養目標，針對應用型本科院校機器人方向嵌入式系統課程的教學方法進行探索，提出以“實踐教學為主、理論融入實踐”的教學思路，探索總體項目式教學方法，通過多樣化的實踐方式開闊學生眼界，用以賽促教、教賽結合方式，提高學生的創新精神和實踐能力，并給出實踐教學的多樣化考核方式檢驗學生的實踐創新能力。