面向計(jì)算機(jī)專業(yè)的機(jī)器人課程改革探索

陳德潮

摘 要：《機(jī)器人》課程改革，擬面向計(jì)算機(jī)方向?qū)I(yè)，對(duì)相關(guān)《機(jī)器人》課程的建設(shè)和改革進(jìn)行探索和研究。首先，本文討論高校計(jì)算機(jī)專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容以及改革的重要性。然后，重點(diǎn)介紹在大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)開設(shè)機(jī)器人相關(guān)課程的特性。簡要分析大學(xué)計(jì)算機(jī)課程的教學(xué)中存在的問題。最后，探討本科計(jì)算機(jī)專業(yè)的機(jī)器人課程改革思路、辦法，并為高校計(jì)算機(jī)專業(yè)的機(jī)器人課程教育，提供一種以提高學(xué)生開發(fā)工程能力為目標(biāo)的教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)專業(yè);機(jī)器人;課程建設(shè);教育教學(xué)改革

當(dāng)代信息及數(shù)據(jù)豐富的社會(huì)中，不同的信息及數(shù)據(jù)對(duì)我們的工作以及生活產(chǎn)生巨大的影響[1]。近年來，各大工科院校均開設(shè)計(jì)算機(jī)方向相關(guān)課程[2]。同時(shí)，相關(guān)的教學(xué)和教育方式，已經(jīng)經(jīng)歷大量有效和完善的改革。同時(shí)，計(jì)算機(jī)專業(yè)的教育理論以及教育目的，也在發(fā)生不斷的深入和探索[3]。在計(jì)算機(jī)類專業(yè)課程不斷地進(jìn)行教育教學(xué)的發(fā)展與推進(jìn)，顯示了我國對(duì)計(jì)算機(jī)類專業(yè)人才的重視和鼓勵(lì)[4]。當(dāng)代社會(huì)和高校已全面鼓勵(lì)面向計(jì)算機(jī)方向?qū)嶋H應(yīng)用能力的培養(yǎng)，同時(shí)也鼓勵(lì)培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算機(jī)思維研究能力。例如，高等院校計(jì)算機(jī)類專業(yè)學(xué)位碩士項(xiàng)目大規(guī)模招收和培養(yǎng)全日制碩士研究生[5]。

一、大學(xué)機(jī)器人相關(guān)課程及重要性

（一）大學(xué)機(jī)器人教學(xué)課程

大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)的機(jī)器人教學(xué)內(nèi)容，一般包含三個(gè)方面的內(nèi)容。首先是理論方面的內(nèi)容。第二個(gè)方面的內(nèi)容是其他機(jī)器人有關(guān)涉及技術(shù)。第三個(gè)方面就是機(jī)器人開發(fā)實(shí)踐。為使開發(fā)實(shí)踐的教學(xué)，既能滿足教學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃的要求，同時(shí)又能與科研實(shí)踐相結(jié)合，機(jī)器人相關(guān)的課程可以通過借助，V-REP虛擬機(jī)器人開發(fā)軟件和MATLAB編程開發(fā)工具，進(jìn)行聯(lián)動(dòng)式的課程實(shí)驗(yàn)。同學(xué)們可進(jìn)行機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制、路徑規(guī)劃等開發(fā)實(shí)踐;運(yùn)動(dòng)控制和系統(tǒng)部署虛擬實(shí)現(xiàn)等，以不斷對(duì)機(jī)器人相關(guān)課程的基本理論理解和應(yīng)用。總之，高等院校中計(jì)算機(jī)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)課程是必不可少的，其中機(jī)器人學(xué)課程對(duì)于培養(yǎng)計(jì)算機(jī)類專業(yè)學(xué)生的計(jì)算思維也是非常必要的。

（二）機(jī)器人課程改革探索重要性

本機(jī)器人教學(xué)改革課程，一方面，大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生，可以通過在課余的時(shí)間，進(jìn)行合理有效的自學(xué)、預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)。另一方面，本機(jī)器人教學(xué)改革課程，可以打破板書授課的死板形式，讓同學(xué)們學(xué)會(huì)獨(dú)立思考，例如編程時(shí)遇到相關(guān)漏洞或者問題時(shí)，可以結(jié)合機(jī)器人實(shí)際工作原理，進(jìn)行有針對(duì)性的解決。此外，在機(jī)器人課程的教學(xué)課堂上，需要使用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)專業(yè)的技術(shù)，讓同學(xué)們的課堂氛圍生動(dòng)有趣，同時(shí)學(xué)習(xí)內(nèi)容也易于理解。

二、計(jì)算機(jī)專業(yè)特征

為計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)科培養(yǎng)先進(jìn)機(jī)器人技術(shù)的高等教育計(jì)算機(jī)專業(yè)類基礎(chǔ)課程是非常重要的。一方面，高等學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)類專業(yè)對(duì)機(jī)器人相關(guān)課程的定位就是基礎(chǔ)課程。換句話說，機(jī)器人相關(guān)課程與數(shù)學(xué)、物理等課程具有相同地位。由于是基礎(chǔ)性課程，那么機(jī)器人相關(guān)課程的教學(xué)方法，就可以仿照數(shù)學(xué)和物理的基礎(chǔ)課程一樣，傳授本新興學(xué)科的基礎(chǔ)性知識(shí)點(diǎn)。另一方面，對(duì)于教程方面，高等院校的計(jì)算機(jī)專業(yè)的機(jī)器人教程，名稱各不相同，例如有入門、文化等等，它們都被視為計(jì)算機(jī)類專業(yè)的基本授課教材。

三、機(jī)器人課程教學(xué)改革

隨著機(jī)器人以及計(jì)算機(jī)等設(shè)備應(yīng)用越來越普及，工作和生活對(duì)機(jī)器人及計(jì)算機(jī)技術(shù)水平的要求也越來越高。機(jī)器人課程教學(xué)研究，計(jì)算思維或者說編程解決實(shí)際問題的思維培養(yǎng)是非常重要的。從計(jì)算機(jī)專業(yè)的計(jì)算思維培養(yǎng)的角度，相關(guān)機(jī)器人課程教學(xué)改革是需要的。例如，現(xiàn)今的機(jī)器人課程大多只簡單介紹幾個(gè)經(jīng)典案例，現(xiàn)有的基于實(shí)際應(yīng)用的研究成果是將一些機(jī)器人直接應(yīng)用上述理想狀態(tài)下的無干擾神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，或者借助于預(yù)先獲知的、已有的機(jī)器人系統(tǒng)標(biāo)稱參數(shù)值，但是對(duì)于真實(shí)機(jī)器人模型來說，對(duì)于機(jī)器人在受到外部時(shí)變干擾和內(nèi)部系統(tǒng)不確定性下的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)控制問題，如何有效地為其設(shè)計(jì)一個(gè)魯棒遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并進(jìn)行系統(tǒng)的理論分析和性能驗(yàn)證評(píng)估，是一個(gè)極具前沿性、挑戰(zhàn)性和創(chuàng)新性的教學(xué)研究方向。為了能有效地求解機(jī)器人復(fù)雜運(yùn)動(dòng)控制問題，設(shè)計(jì)出同時(shí)具有外部時(shí)變干擾和內(nèi)部系統(tǒng)不確定性抑制能力的魯棒遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型或?qū)⒕哂兄匾睦碚摷肮こ虒?shí)踐意義和較廣泛的應(yīng)用前景，也可同時(shí)有效地驗(yàn)證機(jī)器人引用解決方案。

四、結(jié)語

本機(jī)器人課程改革探索，擬對(duì)人工智能背景下，面向高校計(jì)算機(jī)類專業(yè)學(xué)生的機(jī)器人及其相關(guān)課程建設(shè)和改革進(jìn)行了探索與研究。首先，更新了傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)類專業(yè)基礎(chǔ)教育理念方法，使得該機(jī)器人課程符合計(jì)算機(jī)類專業(yè)學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)和培養(yǎng)計(jì)劃;其次，完善了在人工智能背景下的機(jī)器人課程專業(yè)知識(shí)體系;最后，提出了機(jī)器人教學(xué)模式改革探索路線。

參考文獻(xiàn)：

[1]郝桂英.關(guān)于計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言課程教學(xué)的探索[J].教育與職業(yè)，2007，（17）：43-46.

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項(xiàng)目：本文受全國高等院校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育研究會(huì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育教學(xué)研究項(xiàng)目（2020-AFCEC-193）支持

作者簡介：陳德潮（1990—），男，漢族，廣東云浮人，博士，副研究員，研究方向：機(jī)器人控制、人工智能。