葛海浪 ， 唐友亮 ， 李光宇 ， 張 錦 ， 李守軍

（宿遷學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 宿遷 223800）

0 引言

20世紀(jì)80年代，許多西方企業(yè)就指出了大學(xué)教育存在著研究與應(yīng)用脫離、過(guò)分強(qiáng)調(diào)理論教育而輕視實(shí)踐教學(xué)，以及缺乏專業(yè)化和更新等問(wèn)題[1]。后來(lái)的教育者努力尋找正確的教學(xué)模式，以期培養(yǎng)的學(xué)生能夠滿足行業(yè)的實(shí)際需求。這一過(guò)程先后經(jīng)歷了行為學(xué)派、認(rèn)知學(xué)派和建構(gòu)主義學(xué)派。建構(gòu)主義學(xué)派強(qiáng)調(diào)教學(xué)方法應(yīng)以學(xué)習(xí)者為中心，鼓勵(lì)學(xué)習(xí)者的積極參與。而基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（Project-based learning，PJBL）正屬于建構(gòu)主義學(xué)派的一種方法，它認(rèn)為探究問(wèn)題是學(xué)生有效學(xué)習(xí)的本質(zhì)，通過(guò)讓學(xué)生參與項(xiàng)目的方式來(lái)改善學(xué)習(xí)效果，開(kāi)發(fā)相關(guān)技能[2]。

機(jī)器人技術(shù)融合了機(jī)械、自動(dòng)化、傳感器、控制、大數(shù)據(jù)、機(jī)器視覺(jué)、計(jì)算機(jī)及人工智能等多種先進(jìn)技術(shù)[3]。這一技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、服務(wù)業(yè)、國(guó)防、軍事、航空航天及醫(yī)療等眾多領(lǐng)域有著越來(lái)越多的應(yīng)用[4-5]。當(dāng)前社會(huì)對(duì)掌握機(jī)器人理論尤其是有機(jī)器人實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的人才的需求越來(lái)越大，然而“機(jī)器人”課程的人才培養(yǎng)還是以傳統(tǒng)工科的理論教學(xué)為主，使得學(xué)校培養(yǎng)的機(jī)器人人才無(wú)法滿足企業(yè)的需求。作為地方應(yīng)用型本科院校，宿遷學(xué)院開(kāi)設(shè)了“機(jī)器人”實(shí)踐課程，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和實(shí)踐能力[6]。對(duì)“機(jī)器人”實(shí)踐課程進(jìn)行改革，培養(yǎng)滿足社會(huì)需求的應(yīng)用型本科人才是高校教師所面臨的重要課題。

1 “機(jī)器人”實(shí)踐課程特點(diǎn)

“機(jī)器人”實(shí)踐課程目前逐步成為高校機(jī)械及自動(dòng)化專業(yè)的重要實(shí)踐課程之一，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力具有重要意義[7]。在過(guò)去20年的傳統(tǒng)教學(xué)方法中，我國(guó)的“機(jī)器人”實(shí)踐課程教育存在重理論講授、輕課后實(shí)踐，重理論推導(dǎo)、輕實(shí)踐創(chuàng)新的問(wèn)題。這使得學(xué)生的理論知識(shí)學(xué)得比較多，但是對(duì)于怎么應(yīng)用這些理論知識(shí)卻不甚清楚，最終使得學(xué)生的創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力沒(méi)有得到充分提高，根據(jù)目標(biāo)任務(wù)系統(tǒng)性地分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力也比較弱。由于機(jī)器人相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備比較貴、操作復(fù)雜、后期維護(hù)保養(yǎng)花費(fèi)高、軟件更新慢等問(wèn)題，導(dǎo)致在“機(jī)器人”實(shí)踐課程的教學(xué)中，實(shí)踐教學(xué)基本都是演示論證性實(shí)踐，所有人的實(shí)踐任務(wù)和過(guò)程都是統(tǒng)一的，學(xué)生沒(méi)有獨(dú)立思考和創(chuàng)新的過(guò)程，學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力自然無(wú)法得到有效提高[8]。因此，對(duì)“機(jī)器人”實(shí)踐課程的教學(xué)改革已經(jīng)迫在眉睫。

本“機(jī)器人”實(shí)踐課程的教學(xué)改革采用項(xiàng)目式教學(xué)法，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室不同的機(jī)器人相關(guān)設(shè)備，給各個(gè)課程實(shí)踐小組分配不一樣的任務(wù)，讓學(xué)生根據(jù)任務(wù)自行開(kāi)發(fā)相關(guān)的機(jī)器人設(shè)備，根據(jù)最終實(shí)現(xiàn)任務(wù)功能的多少對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)分，對(duì)于提高學(xué)生的實(shí)踐積極性、創(chuàng)新能力、分析解決問(wèn)題能力有很大的幫助，教學(xué)改革效果顯著[9]。

2 實(shí)踐平臺(tái)和任務(wù)確定

2.1 實(shí)踐平臺(tái)的介紹

Bobac智能移動(dòng)機(jī)器人，是深圳元?jiǎng)?chuàng)興科技有限公司推出的智能移動(dòng)機(jī)器人，如圖1所示。Bobac是一款室內(nèi)服務(wù)機(jī)器人的學(xué)習(xí)和研究平臺(tái)，它搭載了上下兩層控制器以及服務(wù)機(jī)器人所需的所有傳感器，預(yù)裝了ROS機(jī)器人操作系統(tǒng)，提供了完整的教學(xué)課程方案，為“機(jī)器人”課程實(shí)踐教學(xué)提供了一個(gè)開(kāi)放、簡(jiǎn)潔、低成本、模塊化的綜合機(jī)器人平臺(tái)。

圖1 Bobac智能移動(dòng)機(jī)器人

2.2 任務(wù)確定

項(xiàng)目式教學(xué)法需要項(xiàng)目任務(wù)的多樣性，足夠的項(xiàng)目任務(wù)才能從根本上實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生能力的目的。對(duì)于項(xiàng)目任務(wù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的Bobac智能移動(dòng)機(jī)器人，教師可確定一批具有創(chuàng)新性的題目，比如對(duì)智能移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、行走算法設(shè)計(jì)、slam算法設(shè)計(jì)、特定功能實(shí)現(xiàn)等題目。各項(xiàng)目小組自由選擇題目，比如可以選擇“slam算法設(shè)計(jì)”作為題目，不同小組的任務(wù)盡量不要相同。水平較高的小組可以選擇較難的題目，水平一般的小組可以選擇相對(duì)簡(jiǎn)單的題目。

3 教學(xué)改革

3.1 項(xiàng)目式教學(xué)法

在開(kāi)展“機(jī)器人”課程實(shí)踐時(shí)，教師發(fā)布實(shí)踐項(xiàng)目任務(wù)要求，各小組根據(jù)任務(wù)要求設(shè)計(jì)移動(dòng)機(jī)器人功能實(shí)現(xiàn)的方案路線、模塊選擇、動(dòng)作設(shè)計(jì)與編程，組內(nèi)研討項(xiàng)目任務(wù)的難點(diǎn)問(wèn)題，共同提出解決思路。然后，每個(gè)小組成員分配明確的任務(wù)，各個(gè)任務(wù)相關(guān)，成員之間必須緊密合作，努力完成自己的任務(wù)。學(xué)生根據(jù)自己的水平和興趣選擇項(xiàng)目任務(wù)，用這種項(xiàng)目任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)，可以大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

基于實(shí)踐教學(xué)和項(xiàng)目式教學(xué)法的教學(xué)特點(diǎn)，教師沒(méi)有確定的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)來(lái)對(duì)整個(gè)班級(jí)的學(xué)生進(jìn)行精確打分。具體評(píng)分時(shí)，教師根據(jù)學(xué)生的平時(shí)表現(xiàn)、實(shí)踐綜合能力、團(tuán)隊(duì)表現(xiàn)、項(xiàng)目難度以及機(jī)器人功能的實(shí)現(xiàn)程度對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合評(píng)分。

3.2 結(jié)合學(xué)科競(jìng)賽開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)

當(dāng)前，很多實(shí)踐課程的題目都是很多年不變的，學(xué)生參加實(shí)踐的熱情不斷降低，為了解決這一問(wèn)題，可以把“機(jī)器人”課程實(shí)踐教學(xué)與機(jī)器人相關(guān)的學(xué)科競(jìng)賽相結(jié)合。機(jī)器人相關(guān)的學(xué)科競(jìng)賽要求完成的任務(wù)都是不斷更新也是最貼近機(jī)器人實(shí)際需求的，這可以讓學(xué)生接觸當(dāng)下機(jī)器人發(fā)展的最前沿技術(shù)和市場(chǎng)上最急需解決的技術(shù)難題，學(xué)生參與“機(jī)器人”課程實(shí)踐的熱情高漲。教師發(fā)布機(jī)器人競(jìng)賽任務(wù)后，指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)要求完成競(jìng)賽的準(zhǔn)備工作，教師根據(jù)學(xué)生的準(zhǔn)備情況、完成競(jìng)賽任務(wù)進(jìn)度對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，挑出最優(yōu)秀的1~3組學(xué)生去參加機(jī)器人學(xué)科競(jìng)賽，這樣一來(lái)，促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)新能力的進(jìn)一步提高。

4 結(jié)語(yǔ)

把Bobac智能移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)用到“機(jī)器人”課程實(shí)踐教學(xué)中，會(huì)綜合用到“機(jī)械原理”“機(jī)械設(shè)計(jì)”“C語(yǔ)言”“電子電路”“測(cè)試技術(shù)”“單片機(jī)與接口技術(shù)”“控制工程基礎(chǔ)”等課程知識(shí)，而且設(shè)置的實(shí)踐項(xiàng)目任務(wù)沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)答案，一切都是開(kāi)放式的，只有類似任務(wù)是否完成、完成的質(zhì)量怎么樣這樣的指標(biāo)。學(xué)生在項(xiàng)目任務(wù)的驅(qū)動(dòng)下，在完全開(kāi)放的 環(huán)境中根據(jù)自己的興趣選題，不斷地進(jìn)行自主性的探索、調(diào)試、改進(jìn)、優(yōu)化，遇到各種問(wèn)題時(shí)，學(xué)生都會(huì)自發(fā)地去查閱各種書籍、資料以及咨詢老師。在這個(gè)過(guò)程中，營(yíng)造起了很好的學(xué)習(xí)和研究氛圍。經(jīng)過(guò)“機(jī)器人”實(shí)踐課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力、溝通能力、學(xué)習(xí)興趣得到了很大的提高。事實(shí)證明，應(yīng)用Bobac智能移動(dòng)機(jī)器人對(duì)“機(jī)器人”實(shí)踐課程進(jìn)行的教學(xué)改革具有很好的效果，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的一條有效途徑。