蘇冬梅，劉潔晶

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機器人課程教學的反思

蘇冬梅a，劉潔晶b

(衡水學院 a. 數(shù)學與計算機科學學院；b. 教務處，河北 衡水053000)

我國機器人教學起步比較晚．機器人課程的開出極大地激發(fā)了學生的學習興趣和創(chuàng)新熱情，提高了學生的鉆研和探索精神．但機器人教學仍屬于新鮮事物，還面臨著產(chǎn)品缺乏規(guī)范、機器人價格頗高、師資匱乏、由競賽驅動等問題．要想改變這一現(xiàn)狀，提高教學質量，教學反思是不可或缺的教學手段．通過對機器人教學的反思，可以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，提高學生的動手能力，培養(yǎng)學生的團結合作精神以及為社會培養(yǎng)應用型的人才．

機器人；機器人課程；教學；反思；應用型人才

近年來，機器人與我們的學習生活越來越緊密，也越來越受到人們的關注．開設機器人課程可以拓寬大學生的知識面，提高學生的學習興趣，對提高大學生的綜合素質以及應用型人才培養(yǎng)有著很重要的現(xiàn)實意義．因為機器人課程本身具有創(chuàng)新性、綜合性、實踐性、開放性、探究性等特點，這些特點可以使我們在機器人教學過程中能很好地提高學生的動手動腦和創(chuàng)新能力，也可以發(fā)掘機器人文化的教學價值和教學功能，對學科發(fā)展有著很好的促進作用．

1 機器人教學的基本情況

機器人學科是一個知識涵蓋面比較廣的交叉學科，它融合了機械、電子、自動化、材料、計算機技術等學科，是科學技術發(fā)展的前沿．在機器人教學過程中，通過充分的自主體驗，可以培養(yǎng)和提高學生的動手動腦能力，思維創(chuàng)造能力，開拓創(chuàng)新能力，團體協(xié)作能力[1]．我國開展機器人教學研究的歷史并不是很長，目前正處于探索起步階段，機器人教學各種理論知識和實踐教學并不成熟．

在現(xiàn)實生活中，機器人無處不在，并非很神秘，且給我們的生活帶來了極大的方便和樂趣．并不是在高科技實驗室和科幻電影里才出現(xiàn)，也并不是具有與人類形態(tài)相似的才稱為機器人，機器人的種類眾多，它已經(jīng)走進了工廠，走進了家庭、走進了各個領域，同時也走進了大學校園，也將逐漸揭開神秘的面紗．在教學中，學生通過對機器人的實際方案研究、策劃、動手設計、組裝和編程，在探索和動手實踐中，增加了學生對機器人的理性和感性認識，更增強了學生對機器人的動手和操控能力，改善了學習方式和學習態(tài)度．機器人是目前極富挑戰(zhàn)性的新技術和融合了多種學科知識的新學科．大學生好奇心強，而且極具強烈求知欲望，通過機器人教學，學生會對機器人技術和文化產(chǎn)生濃厚的興趣，而且會將這種興趣逐步擴展到對其它學科知識的探索中去．興趣是創(chuàng)新探索的動力，在學習探索上每名學生是有差別的，主要差別是個性和興趣．如果學生對機器人具有濃厚的學習興趣，那么探索知識便會成為一種自覺的行為和樂趣．

2 開展機器人教學存在的問題

機器人教學在國內外的發(fā)展中很迅猛，但是在其發(fā)展過程中，體系尚未形成，機器人教學還暴露出很多不容我們忽視的問題．

2.1 產(chǎn)品缺乏規(guī)范

目前，機器人產(chǎn)品不勝枚舉，多數(shù)產(chǎn)品自成體系，編程軟件互不兼容，且產(chǎn)品之間開放度低[2]．國內生產(chǎn)機器人產(chǎn)品的公司大約30家，但是這些國內機器人產(chǎn)品絕大多數(shù)沒有教學理念的支持，導致不能在教學應用中產(chǎn)生良好的效果[3]．機器人教學相關的教材不多，且質量不高．機器人教學的大多數(shù)以產(chǎn)品的說明書或者是用戶指南為主，缺少專家對課程教學的參與和指導．并且，目前我國還沒有統(tǒng)一專門的教材，實用性的教材也不是很多[4]．

2.2 機器人價格頗高

目前阻礙機器人教學發(fā)展的一個重要原因是機器人教學器材費用昂貴，比如一套樂高9797的套裝包括nxt控制器、光電傳感器、觸碰傳感器、超聲波傳感器、聲音傳感器、馬達和零部件等就五六千元，即使簡單的機器人也是由對外界環(huán)境感知的傳感器模塊、機器人大腦的控制模塊和用于機器人執(zhí)行機構的驅動裝置模塊組成．一個傳感器和驅動裝置的價格基本是100元左右，控制模塊單片機價格在150元左右，組裝成一個簡單的機器人也需要1 000左右[5]．組裝機器人的硬件設備購買、部件的管理與維護等，也都需要龐大的開銷．現(xiàn)有的實體機器人價格也比較昂貴，動輒數(shù)萬元．

2.3 師資匱乏

機器人課程融合了人工智能、機械、計算機技術、電子、傳感器、自動化技術等多個學科的知識，涉及很多前沿領域的技術，是新技術發(fā)展的重要課程．機器人課程影響力大，輻射面廣，對不同專業(yè)的學生都有積極的帶動作用．機器人教學在我國才剛剛起步，還沒有形成專門的機器人教學體系，師資嚴重匱乏．機器人教學要求教師要具備多學科知識背景，具備培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維的能力，因而對教師有著較高的要求，涉足機器人教學活動并有所建樹的教師較少．“他山之石，可以攻玉”．教師可通過外出培訓，積極參加各種教研沙龍和網(wǎng)絡教研活動，向優(yōu)秀的團隊和教師交流學習，汲取精華，不斷增強教師的實踐能力．通過教師主體意識、責任感、創(chuàng)新精神和主體能動性的提升帶動教師的課程開發(fā)能力、教學實踐能力的發(fā)展[6]．

2.4 驅動方式單一

目前機器人教育課程與學科整合經(jīng)驗較少，教學理論研究匱乏．機器人教學課程并非圍繞日常的教學活動開展，主要是由各式各樣的機器人競賽所驅動，這樣研究人員都集中在機器人比賽規(guī)定制定和比賽相關產(chǎn)品規(guī)格的研究上，造成的直接后果是對比賽規(guī)則了解比較透徹，而教學研究成果較少，最終導致在機器人教學過程中缺乏有效的理論知識支撐，難以深入到日常教學活動中[7]．機器人教學是緊緊圍繞著機器人競賽開展，教師對所用的機器人產(chǎn)品和所參與的比賽規(guī)則掌握得比較透徹，而對機器人教學應該具備的相關知識結構不是很清楚，因此機器人課程教學發(fā)展明顯滯后于機器人比賽的發(fā)展．

3 機器人教學中的反思

在機器人的教學中，經(jīng)常反思的是，為什么要開這門課？在學習中要讓學生有什么收獲？如何才能培養(yǎng)學生的學習興趣？達到什么樣的培養(yǎng)目標？國家、社會、學校、教師、學生如何受益，這是教學中的最基本的環(huán)節(jié)，也是必不可少的環(huán)節(jié)，通過教學反思，機器人教學必須注重以下幾點：

3.1 培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力

學生有豐富的想象力和無限的創(chuàng)新力．對大學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)要始終貫穿于日常的教學活動中，并非是參加創(chuàng)新競賽時才開始重視和培養(yǎng)．在學生完成教學活動任務后，讓學生進行思維發(fā)散能力的訓練[8]．比如進行以交通為主題的機器人設計，讓學生進行自主分組設計、規(guī)劃、討論，學生自主進行車輛形狀以及交警機器人的建構、程序的編寫．學生還可以通過學習研究撰寫介紹機器人的名稱、功能、創(chuàng)新點，機器人能夠實現(xiàn)的動作，設計的原理及過程的小論文進行展示，得到應有的訓練和長進．學生設計的機器人作品各式各樣，學生通過自評、互評對展示的作品進行評價，這個過程，讓學生了解了其他學生不同的思維方法和想法，取長補短，從而更好地改進和完善了設計作品．在機器人教學中培養(yǎng)了學生創(chuàng)新能力、科技能力，而且也能增強了學生科技創(chuàng)新的意識和動力[9]．

3.2 提高學生的動手能力

對于任何學習，親自做是最好的學習方法，機器人教學更要注重實物機器人演練，增強學生的感性認識和動手能力．比如：空中四旋翼機器人課程，學生通過在模擬器上掌握四旋翼飛行的基本技巧和技能，將一些興趣濃、動手能力強的學生選拔進學校的社團興趣小組，參加各類空中機器人的競賽．讓學生的創(chuàng)意和動手能力在實體空中機器人上得到體現(xiàn)．學生在學習過程中，對機器人的研究產(chǎn)生了濃厚的興趣，為日后提高機器人的科研水平和應用水平起到了促進作用．

在教學活動中，過程性經(jīng)驗往往不是“言傳”就能使學生體會，我們必須具有“三分設計，七分調試”的理念，讓學生親手設計、制作、調試機器人．在設計過程中，學生決定機器人的構建、造型；在制作的過程中，讓學生選擇機器人需要的零器件，再讓學生將零器件設法組裝在一起，這樣，學生更好地完成了自己的設計，并將設計的機器人達到了最佳效果．學生通過在電腦上進行相關軟件的編程，通過多次反復的試驗、調試，不斷地進行改進和完善，最后實現(xiàn)了最優(yōu)的試驗效果．在試驗過程中，學生可以得到很多方面的鍛煉．無論是技術還是理論，無論是學生還是老師，都增長了才干，增加了自信，為應用型本科院校專業(yè)發(fā)展打下了良好的基礎．

3.3 培養(yǎng)學生的團結合作精神

機器人課程是一個綜合性很強的學科，教學中機器人器材比其他理論學科知識更加具體形象，制作效果也是立竿見影，有助于學生自主探索．在常規(guī)的教學過程中，教師是提倡學生之間以小組的形式合作，但這種合作方式，通常是松散的，可有可無，合作只是一個形式，達不到最佳效果．但是在機器人制作、比賽和訓練過程中，小組隊員的合作必須十分默契，小組合作狀態(tài)直接影響比賽成績，集體的智慧是至關重要的，“三個臭皮匠，賽過諸葛亮”，有了良好的合作能力，對同一個項目多層面、多視角的研討，可以多方面進行探索創(chuàng)新，團結合作對個人來說可以揚長避短，而且可以很好地增加同學之間的感情和全體同學的凝聚力．引導學生進行分組協(xié)作完成教學任務，是特定教學條件下的教學方式，通過分組進行學習，即滿足學生的獨立學習愿望，培養(yǎng)學生的個性；又能激發(fā)學生的合作學習，培養(yǎng)學生的合作意識和團隊精神．可見機器人教學對學生團隊合作精神的培養(yǎng)具有十分顯著的作用．

3.4 為社會培養(yǎng)應用型人才

機器人教學以國防、軍事為背景，以無人機、水下潛艇機設計為研究目標，以專業(yè)知識為依托，以某戰(zhàn)事素材為素材，將多方面、多層、多領域的知識貫穿于教學中，既鍛煉了學生的動腦、動手和思維能力，又培養(yǎng)了學生的團體合作和開拓創(chuàng)新意識，學生增強了愛國、愛家、愛學校的主人翁精神，對學校的學科發(fā)展也有了很大的推動作用，學生也都能全身心投入到學習中，收到了良好的效果，對學生的就業(yè)、創(chuàng)業(yè)也有了很好的促進作用，為學校、社會的應用型人才培養(yǎng)奠定基礎．

[1] 蘇冬梅,劉潔晶.談素質體育與機器人運動[J].青春歲月,2014(11):264.

[2] 秦健,崔鑫治,李曉剛.我國機器人教育研究現(xiàn)狀與我校校本課程建設[J].中國信息科技教育,2011(4):4-6.

[3] 葛文雙,傅鋼善,史婷.我國中小學機器人教育發(fā)展中的問題分析[J].中國教育信息化,2008(4):4-7.

[4] 李鳴華.機器人教育的教學設計[J].中國電化教育,2007(8):98-101.

[5] 劉志軍,王振群.淺析中小學機器人教學[J].科技信息,2012(1):541.

[6] 雷靜桃,劉亮,張海洪.“機器人學”課程教學改革與實踐[J].實驗室研究與探索,2013(5):179-182.

[7] 王佩.智能機器人的教學探索[J].中國電化教育,2009(2):95-96.

[8] 薛子云.淺談機器人教學課程的理論研究與實踐創(chuàng)新[J].職業(yè)科技,2011(8):98-99.

[9] 周俊波.機器人教學與大學生創(chuàng)新教育[J].中國科教創(chuàng)新刊,2013(11):14.

Reflection on Robot Teaching

SU Dong-meia, LIU Jie-jingb

(a. College of Mathematics and Computer Science, b. Office of Teaching Affairs, Hengshui University, Hengshui, Hebei 053000, China)

Robot teaching started relatively late in China. For students, the robot course has greatly inspired their interests in learning and innovating, and also improved their studying and exploring spirit. However, robot teaching is relatively new for us, and faced with the problems of lacking regulation in products, high price of robots, teacher shortage and being driven by the competitions. In order to change the situation which the robot teaching is facing, it is necessary to enhance the teaching quality and perform teaching reflection. By implementing teaching reflection in robot course, it is helpful in developing students' innovation ability, hands-on skill and cooperation spirit, and then more applied talents will be cultivated.

robot; robot teaching; teaching; reflection; applied talents

(責任編校：李建明 英文校對：李玉玲)

10.3969/j.issn.1673-2065.2015.01.030

G642

A

1673-2065(2015)01-0109-03

2014-09-23

衡水學院教學改革與研究項目(jg2014021)

蘇冬梅(1989-)，女，河北景縣人，衡水學院數(shù)學與計算機科學學院助教，農(nóng)業(yè)推廣碩士；

劉潔晶(1981-)，男，河北景縣人，衡水學院教務處副教授，工程碩士．