摘要：闡述機(jī)器人課程建設(shè)的意義。通過對(duì)課程進(jìn)行定位、調(diào)研和分析，結(jié)合首都師范大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的發(fā)展特色，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、考核方法等方面分析和總結(jié)機(jī)器人課程的建設(shè)情況。實(shí)踐表明，機(jī)器人課程充分體現(xiàn)了智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的核心特色，受到學(xué)生的廣泛歡迎。
　　關(guān)鍵詞：機(jī)器人；機(jī)器人課程建設(shè)；智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)發(fā)展
　　
　　2004年，教育部批準(zhǔn)設(shè)立智能科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)，標(biāo)志著我國(guó)對(duì)智能科學(xué)技術(shù)發(fā)展方向的高度重視[1-2]。我校是教育部首批設(shè)立智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的高校之一。機(jī)器人課程是該專業(yè)的核心特色課程，在專業(yè)建立之初，我校就為本科生開設(shè)了這門課程。由于機(jī)器人課程涉及的學(xué)科廣泛，包括力學(xué)、拓?fù)鋵W(xué)、機(jī)械學(xué)等諸多領(lǐng)域，是一門理論性、實(shí)踐性和整合性很強(qiáng)的課程。為了改變教學(xué)觀念，提高教學(xué)水平、教學(xué)效果，突出智能專業(yè)的特色，近年來，我們對(duì)該課程進(jìn)行了課程建設(shè)和改革。筆者對(duì)機(jī)器人課程的建設(shè)情況進(jìn)行了回顧、總結(jié)和比較。
　　1機(jī)器人課程開設(shè)現(xiàn)狀
　　國(guó)內(nèi)很多大學(xué)開設(shè)了機(jī)器人課程。例如，中南大學(xué)建設(shè)了機(jī)器人精品課程，清華大學(xué)、上海大學(xué)、中山大學(xué)、北京理工大學(xué)、武漢工程大學(xué)等高校都在本科或研究生階段開設(shè)了機(jī)器人課程。浙江大學(xué)建立了機(jī)器人科教實(shí)踐基地。部分高校依靠在機(jī)械、自動(dòng)控制方向積累的科研和教學(xué)實(shí)力，依托機(jī)器人重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室或研究所，建立了機(jī)器人方向的高素質(zhì)教學(xué)、科研隊(duì)伍，如哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人技術(shù)與系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、上海交通大學(xué)的機(jī)器人研究所、北航機(jī)器人研究所等。在教材選擇上，各校集中在蔡自興教授的《機(jī)器人學(xué)》和熊有倫教授的《機(jī)器人學(xué)》，在課時(shí)安排上，授課的比例較大，實(shí)驗(yàn)課時(shí)安排較少，有的高校實(shí)驗(yàn)課時(shí)數(shù)為零[3]。
　　我校自建立智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)后，于2006年首次開設(shè)機(jī)器人課程。由于前期在科研上和教學(xué)上幾乎沒有積累，因此是摸著石頭過河。在觀摩借鑒兄弟院校的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，我們開展了機(jī)器人課程的教學(xué)活動(dòng)。經(jīng)過幾年的摸索，我們?cè)诮滩倪x擇、授課內(nèi)容、教學(xué)手段、實(shí)踐教學(xué)、考核等方面進(jìn)行了建設(shè)。
　　2機(jī)器人課程建設(shè)措施
　　我們主要在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段、考核方式等幾方面進(jìn)行了教學(xué)改革，力圖把機(jī)器人課程建設(shè)成具有智能專業(yè)特色、符合工科學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)的課程。
　　2.1適應(yīng)工科培養(yǎng)特色，改革教學(xué)內(nèi)容
　　教育部《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高等學(xué)校本科教學(xué)工作的若干意見(征求意見稿)》(教高司函[2004]259號(hào))指出，高等學(xué)校應(yīng)著眼于國(guó)家發(fā)展和人的全面發(fā)展需要，堅(jiān)持知識(shí)、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展，注重能力培養(yǎng)，著力提高大學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。
　　突出學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)是工科專業(yè)教育重要和顯著的特征。加強(qiáng)對(duì)工科專業(yè)課程的實(shí)踐教學(xué)研究，有助于教育培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。實(shí)踐教學(xué)要改變過去一味對(duì)學(xué)生“灌”的教法，樹立學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣和意識(shí)，突出學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。
　　但是以往智能機(jī)器人的教學(xué)內(nèi)容基礎(chǔ)理論過多，強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)的重要性，實(shí)踐性教學(xué)的力度不夠大，不符合工科學(xué)生培養(yǎng)特色。因此，我們降低了理論講解深度，擴(kuò)大學(xué)生對(duì)機(jī)器人技術(shù)的廣泛了解，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐環(huán)節(jié)[4]。課程教學(xué)于一個(gè)學(xué)期內(nèi)完成，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容后，課時(shí)由72學(xué)時(shí)調(diào)整到現(xiàn)在的36學(xué)時(shí)。教學(xué)內(nèi)容主要包括三個(gè)模塊：理論模塊，包括機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、機(jī)器人靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析、機(jī)器人軌跡規(guī)劃；其他機(jī)器人相關(guān)技術(shù)，包括機(jī)器人本體基本結(jié)構(gòu)、機(jī)器人的控制系統(tǒng)、機(jī)器人的編程語(yǔ)言、智能機(jī)器人的發(fā)展等廣泛內(nèi)容；第三部分是實(shí)踐內(nèi)容。
　　為了使教學(xué)內(nèi)容既滿足教學(xué)基本要求，又與科研實(shí)踐相結(jié)合，本課程使用能力風(fēng)暴機(jī)器人AS-UII和AS-EI 工程創(chuàng)新模塊套件進(jìn)行課程實(shí)驗(yàn)。AS-UII是面向教育的新一代智能移動(dòng)機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)，與可視化編程軟件VJC一起構(gòu)成了理想的教育平臺(tái)。它采用項(xiàng)目導(dǎo)向的形式，學(xué)生通過自己動(dòng)手，能對(duì)機(jī)器人機(jī)械、電子、機(jī)器人控制、機(jī)器人編程等知識(shí)有系統(tǒng)的了解，提高學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生先后進(jìn)行機(jī)器人的控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、感覺系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、機(jī)器人離線編程實(shí)驗(yàn)、機(jī)器人軌跡規(guī)劃實(shí)驗(yàn)等，對(duì)該課程知識(shí)融會(huì)貫通。學(xué)生通過課程學(xué)會(huì)提出問題、分析和解決問題，不斷提高實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。智能機(jī)器人實(shí)踐課程受到學(xué)生的熱烈歡迎，課時(shí)數(shù)也由最初的9學(xué)時(shí)調(diào)整到18學(xué)時(shí)，后又調(diào)整到現(xiàn)在的36學(xué)時(shí)，這樣授課和實(shí)驗(yàn)的比例達(dá)到了1︰1。
　　在實(shí)驗(yàn)中，我們將實(shí)驗(yàn)任務(wù)與課程教學(xué)相結(jié)合。例如，在講到機(jī)器人傳感器這一章時(shí)，我們安排學(xué)生的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有智能小車設(shè)計(jì)，讓學(xué)生使用速度傳感器控制小車的運(yùn)動(dòng)路程；在講到自由度概念時(shí)，讓學(xué)生設(shè)計(jì)具有4個(gè)自由度的工業(yè)機(jī)器人。通過實(shí)踐課程，學(xué)生加深了對(duì)理論知識(shí)的理解。
　　2.2改革教學(xué)方法，改善教學(xué)效果
　　2.2.1應(yīng)用教育技術(shù)，提高學(xué)生興趣
　　機(jī)器人課程在2008年進(jìn)行了課件建設(shè)立項(xiàng)，并已經(jīng)結(jié)題。我們建立了課程網(wǎng)站，把教學(xué)大綱、課件、實(shí)驗(yàn)、習(xí)題及答案等教學(xué)相關(guān)材料掛在網(wǎng)上，幫助學(xué)生課余自學(xué)、預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)。我們打破了課堂板書授課的唯一方式，使學(xué)生可以在課余時(shí)間使用課件，靈活自主學(xué)習(xí)、復(fù)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)，彌補(bǔ)上課時(shí)間短、交流少的缺點(diǎn)，提高教學(xué)質(zhì)量。多種方法的結(jié)合有效提高了教學(xué)效率，改善了教學(xué)效果。在課堂上，教師注意應(yīng)用現(xiàn)代教育技術(shù)和多種教學(xué)手段，采用先進(jìn)的多媒體教學(xué)技術(shù)，使學(xué)生感到生動(dòng)有趣、易于理解。
　　2.2.2采用啟發(fā)教學(xué)法，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)性
　　在教學(xué)方法上，教師積極采用啟發(fā)式、與實(shí)踐相結(jié)合等教學(xué)方法，有效調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)學(xué)生的潛能。由于機(jī)器人是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，因此教師鼓勵(lì)學(xué)生多動(dòng)手、多調(diào)試，進(jìn)行課程設(shè)計(jì)和課堂答辯比賽，消除了學(xué)生對(duì)課程的擔(dān)憂心理，使學(xué)生更直觀地理解和掌握知識(shí)，激發(fā)學(xué)生對(duì)新知識(shí)和新技術(shù)的求知欲，提高教學(xué)質(zhì)量。學(xué)生在學(xué)期末的教學(xué)評(píng)估中反映出對(duì)該門課程的喜愛——評(píng)估成績(jī)由原來的80多分提高到了90分以上。
　　2.2.3教學(xué)與科研結(jié)合，提高學(xué)生創(chuàng)新能力
　　我們鼓勵(lì)學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的同學(xué)申請(qǐng)機(jī)器人科研立項(xiàng)、進(jìn)行機(jī)器人畢業(yè)設(shè)計(jì)、參加全國(guó)性的機(jī)器人競(jìng)賽。在近三年的時(shí)間內(nèi)，我校學(xué)生共申請(qǐng)和機(jī)器人相關(guān)的學(xué)生科研立項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)室基金資助近10項(xiàng)，參與學(xué)生約30人。學(xué)生參加機(jī)器人小型組比賽、全國(guó)首屆大學(xué)生智能設(shè)計(jì)競(jìng)賽等活動(dòng)，先后獲得小型組足球機(jī)器人比賽第6名、2011校級(jí)大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”競(jìng)賽3等獎(jiǎng)。其中，“火星標(biāo)本采集概念機(jī)器人”，是學(xué)生在機(jī)器人設(shè)備簡(jiǎn)單、傳感器探測(cè)能力有限的情況下，拋棄產(chǎn)品配備的現(xiàn)成實(shí)驗(yàn)方案，大膽發(fā)揮想象，使用多臺(tái)機(jī)器人設(shè)備協(xié)同控制，設(shè)計(jì)出的一個(gè)獨(dú)特的多自由度機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)了行進(jìn)、采集標(biāo)本、傳送標(biāo)本等功能，如圖1所示。有的學(xué)生為了設(shè)計(jì)將圖書自動(dòng)歸架的機(jī)械手臂系統(tǒng)，重新購(gòu)買控制芯片，改進(jìn)傳感器定位精度，和設(shè)計(jì)廠家討論定制相關(guān)配件等。因此，智能機(jī)器人課程與科研的緊密聯(lián)系極大調(diào)動(dòng)了學(xué)生鉆研知識(shí)的積極性和主動(dòng)性，提高了學(xué)生的實(shí)踐能力和解決問題的能力。
　　2.3考核方式
　　我們?cè)谠撜n程中改變了考核單一化、期末考試定乾坤的傳統(tǒng)方式。采用期末考試和平時(shí)作業(yè)、課程設(shè)計(jì)相結(jié)合的方式，期末考試和家庭作業(yè)以考察智能機(jī)器人的基本概念、基本理論知識(shí)為主，成績(jī)約占總成績(jī)的60%。課程設(shè)計(jì)以考察實(shí)踐能力為重點(diǎn)，包括選題、設(shè)計(jì)理念、代碼編寫、發(fā)現(xiàn)問題、小組協(xié)作、答辯等環(huán)節(jié)，占總成績(jī)的40%。豐富考核內(nèi)容后，我們作了不記名調(diào)查，參加調(diào)查的學(xué)生有80人，其中85%以上非常認(rèn)可這種考核方式，認(rèn)為實(shí)踐能力有很大的提高，提高了學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動(dòng)性，有利于自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，激發(fā)創(chuàng)新能力。
　　
　　3結(jié)語(yǔ)
　　經(jīng)過努力建設(shè)，機(jī)器人課程已經(jīng)成為智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)一門獨(dú)具特色、代表性強(qiáng)、體現(xiàn)智能特色的課程。由于信息量大，實(shí)踐性強(qiáng)，這門課受到了學(xué)生的普遍歡迎。該課的選課率很高，學(xué)生對(duì)課程的評(píng)價(jià)也很好，實(shí)現(xiàn)了培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)、能力和態(tài)度等的目標(biāo)。下一步，我們將在學(xué)生自主設(shè)計(jì)機(jī)器人的課程建設(shè)上多下工夫。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
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