劉云平

南京信息工程大學(xué)信息與控制學(xué)院，江蘇南京 210044

談《機(jī)器人學(xué)》課程教學(xué)與大學(xué)生創(chuàng)新教育

劉云平

南京信息工程大學(xué)信息與控制學(xué)院，江蘇南京 210044

大學(xué)生創(chuàng)新能力的高低在很大程度上決定國(guó)家未來(lái)的創(chuàng)新力和競(jìng)爭(zhēng)力，其創(chuàng)新能力培養(yǎng)是現(xiàn)代高校的一項(xiàng)重要任務(wù)。針對(duì)機(jī)器人學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)，及其在大學(xué)生創(chuàng)新教育中的地位和作用，本文探討了通過(guò)機(jī)器人學(xué)教學(xué)方式提高大學(xué)生的在該領(lǐng)域內(nèi)的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維。使大學(xué)生充分發(fā)揮自己的能動(dòng)性和主動(dòng)性，從而提高大學(xué)生綜合素質(zhì)和培養(yǎng)質(zhì)量。

機(jī)器人學(xué)；大學(xué)生；創(chuàng)新教育

引言

創(chuàng)新是一個(gè)國(guó)家發(fā)展的不竭動(dòng)力, 其中大學(xué)生是最活躍的創(chuàng)新思維群體之一。大學(xué)生是國(guó)家重要的人才資源之一，他們創(chuàng)新能力的高低很大程度上影響著我們國(guó)家在國(guó)際社會(huì)中創(chuàng)新力、競(jìng)爭(zhēng)力的地位。近些年來(lái)，隨著我國(guó)的高校的合并與擴(kuò)展規(guī)模的迅猛發(fā)展，很多綜合性大學(xué)都在遠(yuǎn)離市中心擴(kuò)建了規(guī)模較大的新校區(qū)，使得教師的宿舍與學(xué)校教室相距很遠(yuǎn)，很多教師只能在上課的時(shí)候才能與學(xué)生進(jìn)行溝通和交流課程的內(nèi)容，而在課堂上，教師更多關(guān)注于專(zhuān)業(yè)知識(shí)的傳授，忽略了培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新思維，這樣培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生大部分只是循規(guī)蹈矩的完成學(xué)習(xí)工作，不能發(fā)揮自身充分的能動(dòng)性和創(chuàng)造性。因此，研究課程教學(xué)與大學(xué)生創(chuàng)新教育相結(jié)合方面成為當(dāng)前高校教學(xué)急需解決的重要問(wèn)題之一。機(jī)器人的發(fā)明、創(chuàng)造及應(yīng)用推動(dòng)了整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)研究的進(jìn)步，因此機(jī)器人學(xué)在教育領(lǐng)域具有重要的地位和作用。機(jī)器人學(xué)課程涉及多學(xué)科領(lǐng)域，具有很高的知識(shí)性和技術(shù)性。在工科院校開(kāi)設(shè)該課程，可以使得大學(xué)生能夠充分結(jié)合工程領(lǐng)域、理論與實(shí)踐相關(guān)知識(shí)，而且可以提高大學(xué)生在相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的創(chuàng)新性思維及動(dòng)手能力。

1、機(jī)器人課程教學(xué)內(nèi)容

機(jī)器人是整合控制論、機(jī)械電子、計(jì)算機(jī)、材料和仿生學(xué)的高級(jí)產(chǎn)物。機(jī)器人學(xué)這門(mén)課程涉及機(jī)構(gòu)學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)、行動(dòng)規(guī)劃和應(yīng)用工程等多學(xué)科內(nèi)容。十九世紀(jì)六十年代，隨著工業(yè)自動(dòng)化及計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)進(jìn)入了迅速發(fā)展時(shí)期，出現(xiàn)在很多工業(yè)、生活領(lǐng)域。特別是在很多危險(xiǎn)的環(huán)境或人類(lèi)無(wú)法勝任的場(chǎng)合，機(jī)器人得到了很好的應(yīng)用，比如高強(qiáng)度的生產(chǎn)車(chē)間、對(duì)人類(lèi)身體有害的工作環(huán)境、海洋開(kāi)發(fā)、航天探索等領(lǐng)域。

2、機(jī)器人學(xué)在大學(xué)生創(chuàng)新教育中的重要作用

機(jī)器人學(xué)的研究推動(dòng)了人工智能思想的發(fā)展。機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和規(guī)劃監(jiān)督執(zhí)行等問(wèn)題的研究，推動(dòng)了機(jī)器人學(xué)的發(fā)展和進(jìn)步。機(jī)器人技術(shù)綜合了機(jī)械設(shè)計(jì)、信息傳感技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、智能控制等多學(xué)科領(lǐng)域的技術(shù)，其理論知識(shí)除了包括機(jī)械本體的設(shè)計(jì)理論外，還包括視覺(jué)、觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等傳感和信息相關(guān)理論技術(shù)，以及計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言和智能控制等方面的理論。因此在高校積極探索培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的途徑和方法中，機(jī)器人方面的學(xué)習(xí)和研究能夠提高學(xué)生的綜合素質(zhì)及創(chuàng)新素質(zhì)。特別是近幾年來(lái)，各大高校開(kāi)展了機(jī)器人設(shè)計(jì)方面的競(jìng)賽，大學(xué)生通過(guò)積極地參與比賽，增強(qiáng)了他們自主學(xué)習(xí)的興趣，使得學(xué)生將機(jī)械設(shè)計(jì)、自動(dòng)控制、智能控制、信息技術(shù)等方面的知識(shí)得到了綜合運(yùn)用，大大提高了他們的創(chuàng)新思維和自主創(chuàng)新能力。因此，機(jī)器人學(xué)方面的學(xué)習(xí)和相關(guān)競(jìng)賽的平臺(tái)建設(shè)，對(duì)大學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)及推動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展都具有非常重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

3、提高大學(xué)生創(chuàng)新能力的措施

3.1 提高大學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

機(jī)器人學(xué)這門(mén)課程的授課主要是關(guān)于機(jī)械設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)建模、計(jì)算機(jī)仿真、自動(dòng)化及職能控制等方面的理論知識(shí)。傳統(tǒng)的教學(xué)方式是主要是課堂教學(xué)及部分實(shí)驗(yàn)教學(xué)，這種方式比較容易掌握機(jī)器人相關(guān)的理論知識(shí)。但對(duì)于一些針對(duì)的提高性課程，這種教學(xué)方式很難提高大學(xué)生的自主創(chuàng)新能力和培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維。因此，教師在講述該課程的基礎(chǔ)理論知識(shí)的同時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，結(jié)合實(shí)際及教師自身的科研經(jīng)歷從理論結(jié)合實(shí)際的角度進(jìn)行講解，使得學(xué)生能夠產(chǎn)生對(duì)于了解該領(lǐng)域技術(shù)的愿望，激發(fā)他們的主觀(guān)能動(dòng)性。而不是僅僅從機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、控制等本身的理論出發(fā)去講述。

另一種很有效的方法是將學(xué)生分成幾個(gè)課題研究興趣小組，每個(gè)小組根據(jù)自己的興趣愛(ài)好和特長(zhǎng)，進(jìn)行對(duì)當(dāng)前的一些機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行討論，然后分別作專(zhuān)題報(bào)告，并把該內(nèi)容作為期末綜合評(píng)分部分之一。通過(guò)這種方式使得學(xué)生主動(dòng)地去了解和學(xué)習(xí)當(dāng)前機(jī)器人技術(shù)的研究現(xiàn)狀和未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。并通過(guò)課堂討論的方式使得學(xué)生能夠互相交流和學(xué)習(xí)，打破傳統(tǒng)的一味的教師灌輸?shù)姆绞?，使得學(xué)生提高了學(xué)習(xí)興趣，而且發(fā)揮了他們自身的想象力，培養(yǎng)了他們獨(dú)立思考的能力。

另外，以多個(gè)研究小課題的方式介紹機(jī)器人技術(shù)的研究的最新進(jìn)展和成果。并提出該領(lǐng)域內(nèi)的相關(guān)技術(shù)瓶頸問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生去積極的思考解決問(wèn)題的方式和途徑。讓學(xué)生積極地參與到前沿技術(shù)的研究當(dāng)中，激發(fā)他們對(duì)新技術(shù)學(xué)習(xí)的動(dòng)力和興趣。

3.2 打造培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力的平臺(tái)

通過(guò)在學(xué)校舉辦大量的機(jī)器人比賽、創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽及專(zhuān)利設(shè)計(jì)大賽等，打造一個(gè)培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力、激發(fā)大學(xué)生的創(chuàng)新思維的綜合平臺(tái)。機(jī)器人設(shè)計(jì)大賽是高校學(xué)生最喜歡參加的科技競(jìng)技比賽之一，主要是由有經(jīng)驗(yàn)的教師帶隊(duì)，指導(dǎo)大學(xué)生進(jìn)行選題、設(shè)計(jì)、比賽，通過(guò)參加機(jī)器人設(shè)計(jì)大賽培養(yǎng)學(xué)生勇于創(chuàng)新、積極的思考，以及相互配合和團(tuán)隊(duì)合作的精神。比如機(jī)器人足球賽、機(jī)器人救援、機(jī)器人仿真技術(shù)等這些比賽的趣味性、創(chuàng)造性和對(duì)抗性的特點(diǎn)，大大激發(fā)了學(xué)生的比賽熱情，并提高了他們的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

在比賽的過(guò)程中，學(xué)校和老師應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行大膽的質(zhì)疑，積極的思考和開(kāi)展熱烈的討論，增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和大膽發(fā)表自己見(jiàn)解的信心。這樣使得學(xué)生可以很好的培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣，全身心地投入到設(shè)計(jì)比賽中。因此，機(jī)器人學(xué)課程的教學(xué)應(yīng)該以課堂教學(xué)為基礎(chǔ)，以機(jī)器人比賽為引導(dǎo)，整合多種教學(xué)方式，向?qū)W生傳授與機(jī)器人相關(guān)的機(jī)械電子、傳感器技術(shù)、自動(dòng)化等多個(gè)學(xué)科的知識(shí)，創(chuàng)建一個(gè)綜合的教學(xué)平臺(tái)。

3.3 發(fā)揮多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的作用

多媒體教學(xué)形象直觀(guān)的教學(xué)方式，使得本課程的學(xué)習(xí)變得豐富多彩而且有趣。通過(guò)教學(xué)課件的多種安排，從文字排版到色調(diào)搭配到動(dòng)畫(huà)演示，更為直觀(guān)有效的傳授了比傳統(tǒng)的教學(xué)更多的信息，使得重點(diǎn)和難點(diǎn)知識(shí)變得更容易理解。比如，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)等相關(guān)內(nèi)容，公式復(fù)雜、推導(dǎo)過(guò)程繁瑣難懂，傳統(tǒng)的教學(xué)方式很難讓學(xué)生明白和理解，通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的計(jì)算機(jī)仿真模擬，并闡述相關(guān)的參數(shù)的設(shè)置和作用，學(xué)生就很容易對(duì)相關(guān)的知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)和理解。還有，現(xiàn)在方便的網(wǎng)絡(luò)資源，使得學(xué)生可以很方便地查閱相關(guān)教學(xué)資料、研究現(xiàn)狀、前沿技術(shù)等，大大提高了教學(xué)的效率，最大地節(jié)約了教學(xué)資源。

還有，在網(wǎng)上通過(guò)聊天通訊軟件進(jìn)行課后的交流，實(shí)現(xiàn)便捷的課后及時(shí)答疑，解決了教師不方便來(lái)學(xué)校進(jìn)行輔導(dǎo)的局限性。大大方便了老師與學(xué)生之間的思想交流，學(xué)生可以將不懂的知識(shí)及時(shí)的反饋給老師。同時(shí)，大學(xué)生還可以通過(guò)精品課程網(wǎng)站學(xué)習(xí)名師的授課課件和錄像，提高自學(xué)的能力；還可在網(wǎng)站上進(jìn)行相關(guān)的課外的實(shí)訓(xùn)，有效的運(yùn)用貫通已學(xué)的知識(shí)和技能，提高了學(xué)習(xí)效率和培養(yǎng)獨(dú)立思考的能力。

4、結(jié)論

培養(yǎng)和提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維是高校的重要任務(wù)，因此學(xué)校和教師應(yīng)當(dāng)充分利用各種教學(xué)資源打造有利于創(chuàng)新人才成長(zhǎng)的教學(xué)平臺(tái)。機(jī)器人學(xué)課程在大學(xué)生的創(chuàng)新教育方面具有非常重要的地位和作用，教師必須提高在該課程方面的教學(xué)水平，研究提高大學(xué)生創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維的教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀(guān)能動(dòng)性，從而提高大學(xué)生的綜合素質(zhì)及教學(xué)培養(yǎng)質(zhì)量。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.13.097