機(jī)器人實(shí)踐教學(xué)體系綜合探索與實(shí)踐

張偉民 楊宇航 靳家豪 聶富宇 王洋

摘要：伴隨人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)器人領(lǐng)域的發(fā)展出現(xiàn)了新的機(jī)遇，機(jī)器人相關(guān)課程教學(xué)將更加注重和強(qiáng)調(diào)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。通過分析現(xiàn)有的機(jī)器人方向的專業(yè)課程教學(xué)體系，指出了存在的問題。隨后根據(jù)機(jī)器人課程教學(xué)需要具備綜合性、創(chuàng)新性、實(shí)踐性的特點(diǎn)，嘗試引入了項(xiàng)目教學(xué)法，闡明了項(xiàng)目教學(xué)法在提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和實(shí)踐創(chuàng)新思維等方面的作用。在項(xiàng)目教學(xué)法的基礎(chǔ)上，根據(jù)具體教學(xué)實(shí)踐情況，設(shè)計(jì)了機(jī)器人實(shí)踐課程教學(xué)體系，在引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)并搭建一套相對完整的機(jī)器人系統(tǒng)的過程中，逐步加深學(xué)生對機(jī)器人技術(shù)和專業(yè)知識(shí)的理解和認(rèn)知，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維。數(shù)年的教學(xué)實(shí)踐證明，該文所提出的機(jī)器人實(shí)踐課程體系可有效提升教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人；實(shí)踐教學(xué)體系；項(xiàng)目教學(xué)法；創(chuàng)新思維

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

近年來，伴隨著人工智能浪潮的興起，機(jī)器人領(lǐng)域得到了很大的發(fā)展。作為人工智能技術(shù)的重要載體之一，機(jī)器人技術(shù)也展現(xiàn)出新的生命力和創(chuàng)新力，但是傳統(tǒng)的機(jī)器人本科教育缺乏相應(yīng)的創(chuàng)新性和有效的實(shí)踐內(nèi)容，不能更好地滿足機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切需求。本文針對機(jī)器人涉及專業(yè)課程多、課程之間難以建立有效的聯(lián)系的問題，在借鑒國內(nèi)高校在實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上[1-8]，以培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和自主創(chuàng)新思維為目標(biāo)，構(gòu)建了機(jī)器人實(shí)踐課程體系，能夠?qū)I(yè)課程的理論知識(shí)聯(lián)系起來，并在實(shí)際的工程項(xiàng)目中加以應(yīng)用。通過設(shè)計(jì)并完成一套完整的機(jī)器人系統(tǒng)，提高學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)和團(tuán)隊(duì)合作能力。

（一）機(jī)器人課程體系

機(jī)器人是一個(gè)綜合性很強(qiáng)的系統(tǒng)，把多種相關(guān)專業(yè)技術(shù)融合在一起，因此機(jī)器人課程體系相應(yīng)的也比較復(fù)雜，可以簡單分為軟件設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、傳感器、電氣設(shè)計(jì)、機(jī)器人設(shè)計(jì)及仿真五個(gè)模塊，如表1所示。

（二）前期機(jī)器人課程體系存在的問題

結(jié)合近年來國家對機(jī)器人專業(yè)教育的要求，為了使課程體制改革“對癥下藥”，我們系統(tǒng)分析了當(dāng)前機(jī)器人課程體系改革存在的問題，主要有以下四個(gè)方面[9][10]。

1.抽象理論難度較高。現(xiàn)有的機(jī)器人學(xué)專業(yè)課相對前期本科生的基礎(chǔ)課難度上梯度較大。例如正運(yùn)動(dòng)學(xué)、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)、空間運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的概念，針對本科的同學(xué)教學(xué)上需要采用較多的課時(shí)去普及概念形成一個(gè)抽象的總體認(rèn)識(shí)。在教學(xué)上也難以使學(xué)生對抽象的理論計(jì)算產(chǎn)生較高的學(xué)習(xí)興趣和積極性。從學(xué)生的角度來講，這一類知識(shí)也較難產(chǎn)生聯(lián)想思維，在鞏固知識(shí)時(shí)難以形成科學(xué)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

2.對機(jī)器人系統(tǒng)整體性認(rèn)識(shí)不足?，F(xiàn)階段，我們對機(jī)器人的理論教學(xué)主要從機(jī)械、電氣、控制、決策等方面入手，以模塊化的方式針對機(jī)器人的不同部分進(jìn)行介紹。這種教學(xué)模式會(huì)導(dǎo)致學(xué)生對機(jī)器人的認(rèn)識(shí)離散化、碎片化，而不能夠形成整體的概念，學(xué)生會(huì)誤以為機(jī)器人僅僅是由一些獨(dú)立的模塊和獨(dú)立的技術(shù)簡單拼湊而成的機(jī)電設(shè)備，而不能充分認(rèn)識(shí)到技術(shù)和模塊之間的相互關(guān)聯(lián)和有機(jī)結(jié)合。因此，學(xué)生在進(jìn)行機(jī)器人設(shè)計(jì)的活動(dòng)中，很難在系統(tǒng)層面對機(jī)器人有一個(gè)全局的把控。

3.缺乏系統(tǒng)創(chuàng)新實(shí)踐。在傳統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)中，由于設(shè)計(jì)的元件較多價(jià)格昂貴，一般學(xué)生也缺乏加工和測試環(huán)境，課程設(shè)計(jì)往往停留在理論設(shè)計(jì)。學(xué)生往往因?yàn)闂l件限制無法動(dòng)手或接觸到具體的機(jī)器人設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)。如果學(xué)生對課程設(shè)計(jì)沒有實(shí)踐體驗(yàn)，而僅僅停留在理論層面的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的過程中就難以激發(fā)出創(chuàng)新思維。學(xué)生只有對實(shí)物設(shè)計(jì)有一個(gè)真實(shí)的感受和認(rèn)識(shí)，才能在后續(xù)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)中提出針對現(xiàn)有設(shè)計(jì)不足之處的改進(jìn)。

4.對機(jī)器人產(chǎn)業(yè)需求了解較少。學(xué)生在傳統(tǒng)課程中學(xué)習(xí)到的是一些較為成熟的成體系的知識(shí)。因此，現(xiàn)在的學(xué)生普遍對機(jī)器人產(chǎn)業(yè)了解較少。在學(xué)校環(huán)境中進(jìn)行的創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)往往會(huì)脫離機(jī)器人實(shí)際的產(chǎn)業(yè)需求。機(jī)器人是一門需要聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際的技術(shù)，在其上進(jìn)行拓展創(chuàng)新的時(shí)候必須結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，這種創(chuàng)新才會(huì)具有更強(qiáng)的生命力。所以，培養(yǎng)學(xué)生對機(jī)器人產(chǎn)業(yè)需求的認(rèn)識(shí)也至關(guān)重要。

項(xiàng)目教學(xué)法[11-13]是一種以學(xué)生為主體，充分發(fā)揮教師的引導(dǎo)作用的教學(xué)法，其由美國著名教育家凱茲博士和加拿大教育家查理博士共同推出。該教學(xué)法自引入我國后先后在中小學(xué)、高校開展了各種教學(xué)試點(diǎn)，取得了不俗的教學(xué)成果。這一系列教學(xué)實(shí)踐證明，項(xiàng)目教學(xué)法完全適合我國各階段教育，是符構(gòu)建教學(xué)理論、促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展的科學(xué)教學(xué)法。機(jī)器人技術(shù)的學(xué)習(xí)對學(xué)生的創(chuàng)新性、探索性、綜合學(xué)習(xí)能力提出了極高的要求，而多年的教學(xué)成果表明，側(cè)重理論知識(shí)學(xué)習(xí)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)機(jī)器人課程體系并不能很好地完成這一教學(xué)目標(biāo)。因此，機(jī)器人知識(shí)的教育離不開實(shí)踐環(huán)節(jié)，而項(xiàng)目教學(xué)法將實(shí)踐和研究融入教學(xué)環(huán)節(jié)的核心思想恰好完美契合了這一需求。本文針對目前機(jī)器人本科教育中存在的實(shí)踐不足的問題，結(jié)合項(xiàng)目教學(xué)法，設(shè)計(jì)了一種以項(xiàng)目為基礎(chǔ)、以教師為引導(dǎo)、以學(xué)生為主體、注重知識(shí)的實(shí)際運(yùn)用的課程教學(xué)方式。通過設(shè)計(jì)機(jī)器人系統(tǒng)這一自主實(shí)踐形式，學(xué)生在學(xué)習(xí)機(jī)器人專業(yè)知識(shí)和探索機(jī)器人核心技術(shù)的過程中鍛煉了自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)了工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維，從而有效解決了學(xué)生抽象理論難以聯(lián)系工程實(shí)踐、對系統(tǒng)缺乏整體性認(rèn)識(shí)、缺乏創(chuàng)新實(shí)踐意識(shí)等問題。

項(xiàng)目教學(xué)法的框架體系下，教師和學(xué)生同屬于教學(xué)活動(dòng)的參與者與推動(dòng)者，因此效率也大大提高?；谀壳翱茖W(xué)技術(shù)與社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)對各高校學(xué)生培養(yǎng)要求越來越高的背景之下，教師也逐漸習(xí)慣將項(xiàng)目教學(xué)法融入在日常的教學(xué)活動(dòng)中去。以工科專業(yè)為例，實(shí)踐類課程往往依托于以若干學(xué)生作為成員組成不同學(xué)習(xí)小組的形式而開展，其中每個(gè)學(xué)習(xí)小組至少可選定一名指導(dǎo)老師。這樣的教學(xué)形式與項(xiàng)目教學(xué)法的契合度很高，為項(xiàng)目教學(xué)法的引進(jìn)創(chuàng)造了得天獨(dú)厚的條件。因此，面向工科大學(xué)生群體開展一系列以項(xiàng)目教學(xué)法為核心的實(shí)踐類課程，是探索新工科專業(yè)教學(xué)模式踏出的重要一步，具有重要的意義。

第一，有利于提高學(xué)生的自主性與積極性。首先，項(xiàng)目教學(xué)法將主體從教師轉(zhuǎn)換到了學(xué)生，在項(xiàng)目開展的過程中，學(xué)生不再單方面接受并執(zhí)行教師的指令，而是可以結(jié)合自身實(shí)際情況和小組項(xiàng)目進(jìn)展靈活調(diào)整學(xué)習(xí)計(jì)劃，教師在此期間為學(xué)生完成項(xiàng)目盡可能提供指導(dǎo)和幫助；同時(shí)每位學(xué)生可充分發(fā)揮自己的興趣特長，在項(xiàng)目中各司其職，也更愿意為團(tuán)隊(duì)發(fā)光發(fā)熱，貢獻(xiàn)自己的力量。

第二，有利于提升學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。機(jī)器人專業(yè)的實(shí)踐性決定了學(xué)生必須通過親自動(dòng)手實(shí)踐才能更好地將所學(xué)的知識(shí)加以應(yīng)用；機(jī)器人系統(tǒng)的復(fù)雜性也決定了學(xué)生需要熟練掌握不同領(lǐng)域的知識(shí)和技能以應(yīng)對項(xiàng)目開展過程中隨時(shí)出現(xiàn)的各種問題。在項(xiàng)目立項(xiàng)階段，學(xué)生必須要有主動(dòng)獲取知識(shí)、研究理論、提煉方法的能力；在項(xiàng)目實(shí)施階段，需要學(xué)生靈活運(yùn)用理論，選擇合適的方法開展項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)等；在項(xiàng)目總結(jié)階段，為了盡可能將項(xiàng)目成果完整且簡潔明了地呈現(xiàn)給評委老師們，學(xué)生團(tuán)隊(duì)在制作項(xiàng)目演示PPT時(shí)要具備良好的文字處理能力和效果展示技巧。由此可見，在一個(gè)項(xiàng)目的執(zhí)行周期內(nèi)，學(xué)生在知識(shí)的理解與應(yīng)用、技術(shù)的驗(yàn)證與調(diào)試、成果的展示與呈現(xiàn)等各方面都得到了很好的鍛煉。

第三，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。首先在項(xiàng)目立項(xiàng)階段，學(xué)生需要充分調(diào)研相關(guān)領(lǐng)域的行業(yè)背景，就某一個(gè)或幾個(gè)方面的行業(yè)痛點(diǎn)針對性地提出具有創(chuàng)新性的解決方案。其中創(chuàng)新性不僅局限于提出開天辟地式的新方法，還可以對現(xiàn)有的方法進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。在項(xiàng)目開展的過程中，也要求學(xué)生能夠充分進(jìn)行頭腦風(fēng)暴解決可能出現(xiàn)的問題。以上實(shí)踐活動(dòng)都能在極大程度上激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，培養(yǎng)必不可少的創(chuàng)新思維。

機(jī)器人是一個(gè)綜合性、實(shí)踐性都很強(qiáng)的領(lǐng)域，工程能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力是重要的培養(yǎng)目標(biāo)。本文依托項(xiàng)目教學(xué)法，以培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和自主學(xué)習(xí)能力為目標(biāo)，在機(jī)器人專業(yè)開展實(shí)踐類課程進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐。相比于傳統(tǒng)的實(shí)踐類課程由教師命題制作，本課程以學(xué)生為主體，給學(xué)生足夠大的自由度和發(fā)揮空間，通過自主選題和實(shí)踐學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生在面對問題、解決問題時(shí)的方法論，提高學(xué)生的獨(dú)立思考能力和自主學(xué)習(xí)能力。

（一）實(shí)踐課程要求

1.滿足多層次多方面需求。實(shí)踐課程的教學(xué)目標(biāo)是加深學(xué)生對機(jī)器人系統(tǒng)整體性的理解和認(rèn)識(shí)，并在這個(gè)過程中鍛煉學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維，包含硬件系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)在內(nèi)，劃分為基礎(chǔ)學(xué)習(xí)、強(qiáng)化提高、學(xué)科競賽三個(gè)層次。

基礎(chǔ)學(xué)習(xí)階段是在接觸機(jī)器人的初始階段，通過查詢相關(guān)的技術(shù)文獻(xiàn)，學(xué)習(xí)使用機(jī)器人基本的硬件設(shè)備，包括電機(jī)、單片機(jī)、傳感器等，掌握其控制原理和方法，能夠?qū)崿F(xiàn)簡單的機(jī)器人系統(tǒng)的控制；強(qiáng)化提高階段是在完成基礎(chǔ)學(xué)習(xí)之后，按照學(xué)生感興趣的方向和相關(guān)的專業(yè)課程，強(qiáng)化動(dòng)手能力，加深對機(jī)器人系統(tǒng)整體的理解，并開始嘗試比較復(fù)雜的機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；學(xué)科競賽階段是學(xué)生通過所學(xué)知識(shí)，在教師的指導(dǎo)下，參加機(jī)器人相關(guān)的競賽，完成具有創(chuàng)新性的機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過自主完成項(xiàng)目，在工程實(shí)踐中應(yīng)用前期所學(xué)的理論知識(shí)與技術(shù)，在這個(gè)過程中不斷激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維、提高實(shí)踐水平。

2.實(shí)踐教學(xué)向科研延伸。利用教師所在實(shí)驗(yàn)室的資源和條件，將實(shí)踐課程向科研方向延伸，引導(dǎo)學(xué)生參加教師主持開展的科研項(xiàng)目，進(jìn)入教師的課題組開展相關(guān)的研究，真正將專業(yè)課所學(xué)知識(shí)和科研實(shí)踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生真正具有自主科研能力。

（二）總體實(shí)施計(jì)劃

機(jī)器人實(shí)踐課程的總體實(shí)施計(jì)劃如圖1所示，分為課程引入、理論學(xué)習(xí)、綜合實(shí)踐、課程總結(jié)四個(gè)階段。通過創(chuàng)新競賽引導(dǎo)學(xué)生先將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用在創(chuàng)新訓(xùn)練中，并在訓(xùn)練中引入專業(yè)知識(shí)教學(xué)，過渡至理論學(xué)習(xí)階段，在具備一定程度的理論基礎(chǔ)之后，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。隨后引導(dǎo)學(xué)生自由組合，以解決實(shí)際應(yīng)用問題為目的，設(shè)計(jì)具有創(chuàng)新性的機(jī)器人系統(tǒng)，通過系統(tǒng)級別的實(shí)踐，將之前所學(xué)的知識(shí)融會(huì)貫通，最后在小組總結(jié)和導(dǎo)師點(diǎn)評階段總結(jié)問題，加深理解。

具體的實(shí)施安排如下：

1.大一年級開展專業(yè)引導(dǎo)，鼓勵(lì)學(xué)生先修部分專業(yè)知識(shí)，積極參與大學(xué)生創(chuàng)新競賽；

2.專業(yè)課學(xué)習(xí)階段，相關(guān)課程以課程設(shè)計(jì)的形式開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)；

3.大三年級開展為期兩個(gè)學(xué)期的實(shí)踐課程，向?qū)W生提供一定的資金、器件方面的支持，由學(xué)生自主選題，教師指導(dǎo)，設(shè)計(jì)并完成一個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)。

4.學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目展示，由指導(dǎo)教師和機(jī)器人領(lǐng)域教師組成團(tuán)隊(duì)對各組完成的機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行項(xiàng)目評價(jià)、指導(dǎo)和總結(jié)。

（三）機(jī)器人實(shí)踐課程實(shí)施計(jì)劃

課程的實(shí)施計(jì)劃分為課程準(zhǔn)備、項(xiàng)目實(shí)施、項(xiàng)目評價(jià)三個(gè)階段，整體的流程如下頁圖2所示，項(xiàng)目準(zhǔn)備階段完成學(xué)生分組和項(xiàng)目的方案論證，通過前期的積累，尋找一個(gè)具體的應(yīng)用場景并發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，設(shè)計(jì)論證一套可行的方案。項(xiàng)目實(shí)施階段根據(jù)任務(wù)需求分工協(xié)作，按照方案設(shè)計(jì)完成項(xiàng)目。項(xiàng)目總結(jié)階段通過總結(jié)歸納，回顧項(xiàng)目中出現(xiàn)的問題和解決問題的方法，并經(jīng)過老師點(diǎn)評之后，加深學(xué)生對所學(xué)所用知識(shí)的理解。

1.課程準(zhǔn)備階段。學(xué)生按照6—8人規(guī)模進(jìn)行自由組隊(duì)，學(xué)生團(tuán)隊(duì)充分調(diào)研機(jī)器人各領(lǐng)域行業(yè)現(xiàn)狀，總結(jié)行業(yè)痛點(diǎn)，充分考慮機(jī)器人產(chǎn)業(yè)需求后組內(nèi)討論確定2—3種方案。初步方案與老師進(jìn)行探討，分析選題的可實(shí)現(xiàn)性和相關(guān)技術(shù)，確定一套工作量適當(dāng)?shù)目尚蟹桨浮W(xué)生根據(jù)選題方案和老師的意見制定初步方案和任務(wù)分工，部分小組制定初步方案如圖3所示。學(xué)生制定方案和分工完成后，教師根據(jù)學(xué)生的方案統(tǒng)計(jì)相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，對關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行簡要的講解與指導(dǎo)，幫助學(xué)生開展初期工作。

2.項(xiàng)目實(shí)施階段。在完成項(xiàng)目準(zhǔn)備的基礎(chǔ)上，學(xué)生按照任務(wù)分工開展相關(guān)的研究工作，主要研究內(nèi)容包括機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度校核與仿真、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和編程、機(jī)器人部分和整體調(diào)試等。在這一階段，學(xué)生是課程進(jìn)行的主要推動(dòng)力，通過自主學(xué)習(xí)推動(dòng)項(xiàng)目進(jìn)行，并在每周課堂上進(jìn)行匯報(bào)討論，提出已發(fā)現(xiàn)的問題，通過學(xué)生進(jìn)行討論和教師指導(dǎo)，給出解決問題的方向，按照“方案-優(yōu)化-實(shí)踐”的思路推進(jìn)實(shí)踐教學(xué)。

3.項(xiàng)目評價(jià)階段。在基本完成項(xiàng)目后，進(jìn)行項(xiàng)目評價(jià)。項(xiàng)目評價(jià)主要包括學(xué)生展示與互評、邀請課外相關(guān)方向教師評價(jià)、指導(dǎo)教師總結(jié)三個(gè)環(huán)節(jié)。首先組織學(xué)生進(jìn)行整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)展過程的總結(jié)與梳理，在最后幾節(jié)課進(jìn)行展示；同時(shí)邀請機(jī)器人相關(guān)方向的教師進(jìn)行評審，對學(xué)生的成果和展示進(jìn)行綜合評價(jià)；最后由指導(dǎo)教師從項(xiàng)目的立項(xiàng)、進(jìn)展和成果等方面進(jìn)行全方位點(diǎn)評，就項(xiàng)目的關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)與學(xué)生進(jìn)行細(xì)致討論，指明項(xiàng)目仍存在的問題，最后從項(xiàng)目完善和未來展望的角度給學(xué)生提出具有建設(shè)性和可行性的建議。

（四）機(jī)器人實(shí)踐課程體系與傳統(tǒng)機(jī)器人課程對比

表2為本文提出的機(jī)器人實(shí)踐課程體系與傳統(tǒng)的機(jī)器人課程體系在重要教學(xué)指標(biāo)上的對比，可以明顯看出機(jī)器人實(shí)踐課程體系在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)效果方面具有明顯的優(yōu)勢。

（五）教學(xué)成果展示

在數(shù)年的教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)當(dāng)中，本文提出的機(jī)器人實(shí)踐課程體系取得了優(yōu)秀的教學(xué)成果，學(xué)生的實(shí)踐能力有了極大的提升，很好地達(dá)到了課程的預(yù)期。相比于傳統(tǒng)機(jī)器人課程體系中由教師單方面制定學(xué)習(xí)計(jì)劃、發(fā)布教學(xué)指令，學(xué)生按部就班的固定教學(xué)模式，本課程體系賦予學(xué)生最大程度的自主權(quán)，學(xué)生可以根據(jù)自身實(shí)際情況和個(gè)人差異定制化學(xué)習(xí)計(jì)劃，根據(jù)個(gè)人興趣和特長確定項(xiàng)目分工，各司其職，充分發(fā)揮每個(gè)人的創(chuàng)造力和價(jià)值，這給了學(xué)生更大的發(fā)揮空間，更好地鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新思維和獨(dú)立思考能力。

在機(jī)器人領(lǐng)域，專業(yè)課程較多，涉及知識(shí)面廣，各部分知識(shí)聯(lián)系緊密。本文通過對傳統(tǒng)機(jī)器人課程體系的改革，以項(xiàng)目教學(xué)法為基礎(chǔ)引入機(jī)器人實(shí)踐課程體系，在學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)等環(huán)節(jié)進(jìn)行了充分的探索。數(shù)年的教學(xué)實(shí)踐表明，本文提出的基于項(xiàng)目教學(xué)法的機(jī)器人實(shí)踐課程體系不僅大幅提升了學(xué)生對機(jī)器人專業(yè)知識(shí)和核心技術(shù)的認(rèn)知水平，還鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)合作精神，為未來機(jī)器人專業(yè)教育的進(jìn)一步改革提供了參考。

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作者簡介：

張偉民：研究員，博士，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)闄C(jī)器人定位導(dǎo)航、室內(nèi)機(jī)器人服務(wù)應(yīng)用。

楊宇航：在讀碩士，研究方向?yàn)闄C(jī)器人視覺導(dǎo)航。

靳家豪：在讀碩士，研究方向?yàn)闄C(jī)器人路徑規(guī)劃。

聶富宇：在讀碩士，研究方向?yàn)榧す釹LAM。

王洋：在讀碩士，研究方向?yàn)槎鄠鞲衅魅诤吓c定位。

Comprehensive Exploration and Practice of Robot Practical Teaching System

Zhang Weimin1，2， Jin Jiahao1， Nie Fuyu1， Wang Yang1（1.Institute of intelligent robots， Beijing Institute of Technology， Beijing 100081； 2.Intelligent robot advanced center， Beijing Institute of Technology， Beijing 100081）

Abstract： With the rapid development of artificial intelligence technology， there are new opportunities for the development of the robot field. The teaching of robot-related courses will pay more attention to and emphasize the students’ innovative thinking and practical ability. The existing problems are analyzed based on the professional course system of the robot. Then， according to the innovative characteristic of robot course teaching， this paper tries to introduce the project teaching method， and expounds on the role of the project teaching method in improving students’ comprehensive application ability and innovative thinking. Based on the project teaching method， the robot-practice course teaching system is designed to the specific practice. In guiding students to design and build a relatively complete robot system， gradually deepen students’ understanding and cognition of robot technology and professional knowledge， and cultivate students’ engineering practice ability and innovative thinking. Finally， the results of the practice course are displayed， which shows the positive effect of the course system.

Keywords： robot； practical teaching system； project teaching method； innovative thinking

收稿日期：2022年3月30日

責(zé)任編輯：李雅瑄