以機器人為平臺大學生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系的研究與實踐

【摘 要】機器人技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一門新興學科，它綜合了多學科的知識，可鍛煉學生實踐創(chuàng)新能力，能夠滿足培養(yǎng)寬口徑、高素質(zhì)、復合型人才的需要。本文提出了以機器人為平臺，研究在課程體系（課堂教學、實驗教學、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等）改革、科技競賽、科研開發(fā)等方面如何培養(yǎng)學生實踐創(chuàng)新能力。

【關(guān)鍵詞】機器人 實踐創(chuàng)新能力 改革

【中圖分類號】G642【文獻標識碼】A【文章編號】1006－9682（2009）05－0080－02

【Abstract】Robotic technology is developed in recent years， combing the multi-disciplinary knowledge， training students to practice innovation， meeting the train high-quality， complex talent needs. This paper studies how to practice students cultivating innovation in the curriculum（teaching， laboratory teaching， curriculum design， graduate design， and so on）reform， science and technology competitions， scientific research and development with the robot as a platform.

【Key words】Robot Practice innovation Reform

一、前 言

21世紀的高等教育，應以培養(yǎng)具有基礎(chǔ)理論扎實、知識面寬、創(chuàng)新能力強、綜合素質(zhì)高的應用性、復合性人才為發(fā)展方向；以新的教育教學理念改革人才培養(yǎng)模式；以時代對人才的需求轉(zhuǎn)變教學觀念、更新教學內(nèi)容、探索教學手段，這樣才能跟上時代發(fā)展脈搏，培養(yǎng)出具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高級工程技術(shù)人才。

近年來，機器人作為機械學、電子學、計算機技術(shù)、人工智能等學科的典型載體，被廣泛作為我國高校教學和研究的選題之一，機器人賽事也方興未艾。為了適應我國素質(zhì)教育改革的潮流和創(chuàng)造型人才的培養(yǎng)需求，培養(yǎng)出既有創(chuàng)造性思維又有較強的動手能力的學生。為了加速推進全面素質(zhì)教育改革進程，激發(fā)在校學生學習和動手實踐的積極性，我們提出了以機器人為平臺，研究學生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系的課題。

二、國內(nèi)外現(xiàn)狀分析

作為信息技術(shù)教育中重要的分支——機器人教育，不僅是綜合知識的平臺，而且也是鍛煉動手能力、培養(yǎng)創(chuàng)新能力等綜合素質(zhì)的優(yōu)秀平臺。歐美國家對其相當重視，都已經(jīng)制定出了全國范圍的發(fā)展規(guī)劃。

目前，國內(nèi)已有部分高校研制開發(fā)出了較為成型的機器人教學研究設(shè)備，例如哈爾濱工業(yè)大學、清華大學等。清華大學以進口的MOTOMAN-SV3X小型工業(yè)機器人和國產(chǎn)的數(shù)控運動平臺為基礎(chǔ)，構(gòu)建了開放式機構(gòu)實驗臺，并規(guī)劃和設(shè)計了一些基于發(fā)現(xiàn)式教學方法的實驗，為學生發(fā)揮自己的創(chuàng)造力和想象力提供了一個開放的實驗平臺。另外，還有許多高校也正投入到相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)工作中，相信不久會有更多相應的產(chǎn)品問世。

根據(jù)國家科技部對國家重點實驗室建設(shè)的指導思想及建設(shè)目標，結(jié)合世界機器人技術(shù)的發(fā)展趨勢，面向國民經(jīng)濟發(fā)展與國家安全的重大需求，緊緊圍繞機器人技術(shù)與系統(tǒng)這一主題，國內(nèi)各高校如哈爾濱工業(yè)大學、北京航空航天大學、北京郵電大學等都成立了機器人研究所，有些已經(jīng)建成為國家重點實驗室。

山東理工大學是一所以理工為主的多科性省屬重點大學，學校以教學為中心，堅持“高質(zhì)量地培養(yǎng)高素質(zhì)人才”的辦學思想，不斷深化教育教學改革，初步形成了“厚基礎(chǔ)、寬口徑、強能力、高素質(zhì)”的人才培養(yǎng)模式，被山東省教育廳確定為教育教學綜合改革最早的試點學校。建設(shè)智能機器人實訓中心，以先進機器人技術(shù)自主創(chuàng)新研究平臺、提升該領(lǐng)域創(chuàng)新能力、促進學科建設(shè)與發(fā)展為目的，以建設(shè)具有國內(nèi)影響的機器人領(lǐng)域高層次優(yōu)秀人才培養(yǎng)與凝聚基地，積極開展高水平學術(shù)交流與合作為己任，力爭在機器人技術(shù)與系統(tǒng)方面建成具有國內(nèi)重要影響

的重點實驗室。

三、課題實踐過程

實踐性教學包括科研開發(fā)、課外科技活動、產(chǎn)品創(chuàng)新、實驗教學、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、認識與生產(chǎn)實習等，其核心任務(wù)是培養(yǎng)學生具有創(chuàng)造性思維理念與綜合實踐能力，這是學生就業(yè)與發(fā)展的基石；是學生從校門跨入社會的橋梁紐帶；是學校培養(yǎng)出高質(zhì)量工程技術(shù)人才的重要保證。本課題緊緊圍繞“以機器人為平臺，以提高學生實踐創(chuàng)新能力為主線，以培養(yǎng)出社會急需的技術(shù)人才為目標”的思想，重點突出實踐教學與能力培養(yǎng)相結(jié)合；科學新技術(shù)與工程實踐應用相結(jié)合，探索出人才培養(yǎng)與提高創(chuàng)新能力的路子。主要從以下幾方面入手：

1．課程教學方面

以機械電子工程學生為試點，大力開展與機器人技術(shù)相關(guān)的課程教學，廣泛征求有關(guān)專家意見并汲取兄弟院校在此方面提供的寶貴經(jīng)驗，結(jié)合創(chuàng)新目的在機械電子工程本科教學計劃中設(shè)置“機器人技術(shù)及應用”相關(guān)理論課程。在“傳感器技術(shù)”、“機電一體化系統(tǒng)設(shè)計”等課程中添加專門章節(jié)介紹機器人相關(guān)技術(shù)。充分利用各種教育資源，采取多種教學手段，如多媒體技術(shù)、仿真技術(shù)現(xiàn)場演示，從中穿插旨在培養(yǎng)學生動手操作能力的機器人組裝、調(diào)試等內(nèi)容。

2．實驗教學方面

廢除陳舊的實驗，減少驗證性實驗，增設(shè)綜合性、設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗。以理論和實踐相結(jié)合的形式，在實驗課中，鼓勵學生“大膽實踐”，各種傳感器、電路板的制作和焊接完全自己動手，機械傳動機構(gòu)盡可能熟練拆裝。學生加深對機器人技術(shù)涉及的多學科門類的了解。

3．課程設(shè)計方面

將機器人開發(fā)平臺引入課程設(shè)計中，讓學生能夠大膽提出設(shè)計思想，在平臺的基礎(chǔ)上進行結(jié)構(gòu)改造、控制系統(tǒng)設(shè)計，單片機擴展、編程等項目，從而實現(xiàn)控制目的。

4．畢業(yè)設(shè)計方面

向畢業(yè)班學生開放此平臺，鼓勵他們在畢業(yè)設(shè)計中盡可能發(fā)揮自己的聰明才智，搞出一些有顯著創(chuàng)新特色的項目。提出以智能機器人為開發(fā)平臺的相關(guān)設(shè)計課題，根據(jù)學生各自的特點，可分成機構(gòu)設(shè)計組、功能擴展組、軟件設(shè)計組，幾個組相互協(xié)調(diào)，齊頭并進。給予一定的資助，能把學生的設(shè)計成果以創(chuàng)新產(chǎn)品形式制造出來。

5．科技競賽方面

根據(jù)機器人技術(shù)涉及學科門類多、知識領(lǐng)域廣的特點，同時也為了使更多的同學了解機器人科學，定期進行機器人課外活動，定期舉辦機器人講座，在全校范圍內(nèi)組織機器人大賽，開設(shè)機器人比賽論壇，為機器人愛好者開辟一個發(fā)表新見解、交流新思想的窗口。

6．科研方面

讓大學生參與到老師的機器人相關(guān)的科研項目中，為學生參與科研活動提供平臺，可以使學生較早進入科研狀態(tài)，對培養(yǎng)學生的科學創(chuàng)新意識極為有益。

四、效果分析

經(jīng)過一年的實踐，充分調(diào)動了教師和學生的積極性，提高了學生創(chuàng)新實踐能力。學生掌握了機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計，控制系統(tǒng)設(shè)計、編程，傳感器應用等技術(shù)，提高了綜合應用知識的能力、分析與解決問題的能力、創(chuàng)新實踐能力，符合高等教育“培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高級工程技術(shù)人才”的培養(yǎng)目標，能夠滿足培養(yǎng)寬口徑、高素質(zhì)、復合型人才的需要。