以機(jī)器人競(jìng)賽為平臺(tái)的項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)研究

摘要:項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)的開展,需要能做項(xiàng)目的教師,需要豐富的項(xiàng)目來(lái)源和硬件平臺(tái),同時(shí)用于教學(xué)的項(xiàng)目還要符合科技發(fā)展和能促進(jìn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)。為了解決這些問(wèn)題,新加坡南洋理工學(xué)院開展了將機(jī)器人競(jìng)賽項(xiàng)目作為項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)項(xiàng)目的實(shí)踐探索,通過(guò)實(shí)踐探索走出了一條在師資培養(yǎng)、項(xiàng)目來(lái)源、學(xué)生自主學(xué)習(xí)等方面新的途徑,有力促進(jìn)了項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)的全面開展。

關(guān)鍵詞:機(jī)器人競(jìng)賽;高職院校;項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué);自主學(xué)習(xí)

“項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)”是新加坡南洋理工學(xué)院最重要的一種教學(xué)管理模式。2008年暑假期間,筆者參加了我院組織的新加坡南洋理工學(xué)院培訓(xùn)班,短短14天的學(xué)習(xí)讓我充分感受到這種教學(xué)管理模式的優(yōu)越性。國(guó)際上各種類型的機(jī)器人競(jìng)賽,一般是在上世紀(jì)末興起的。新加坡南洋理工學(xué)院的機(jī)器人競(jìng)賽成績(jī)?cè)趪?guó)際上一直是名列前茅的,通過(guò)多年的積累,他們自主開發(fā)了多個(gè)機(jī)器人競(jìng)賽項(xiàng)目。本文就新加坡南洋理工學(xué)院如何利用機(jī)器人競(jìng)賽平臺(tái)促進(jìn)項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)開展的一些做法與大家分享。

利用機(jī)器人競(jìng)賽平臺(tái),吸引和培養(yǎng)能做項(xiàng)目的優(yōu)秀教師

在與新加坡南洋理工學(xué)院林靖東院長(zhǎng)座談時(shí),他強(qiáng)調(diào)參加機(jī)器人競(jìng)賽能增強(qiáng)學(xué)院的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力和品牌意識(shí),為此他們非常重視機(jī)器人競(jìng)賽項(xiàng)目,通過(guò)十幾年的努力,學(xué)院在機(jī)器人競(jìng)賽項(xiàng)目方面取得了巨大的成功,獲得了許多國(guó)際機(jī)器人競(jìng)賽的金獎(jiǎng)。問(wèn)他如何取得這些成績(jī),他強(qiáng)調(diào)教師是最關(guān)鍵的,因?yàn)闄C(jī)器人技術(shù)是典型的機(jī)電一體化技術(shù),涉及機(jī)械學(xué)、電子工程學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程、控制論與控制工程學(xué)、人工智能等眾多領(lǐng)域,代表當(dāng)今機(jī)電領(lǐng)域的最新技術(shù),對(duì)教師的綜合專業(yè)能力要求非常高。同時(shí),機(jī)器人競(jìng)賽項(xiàng)目也是培養(yǎng)和吸引優(yōu)秀教師的平臺(tái),主要原因有兩個(gè):一是圍繞該項(xiàng)目能吸引優(yōu)秀教師。在機(jī)器人競(jìng)賽期間,各個(gè)組委會(huì)都會(huì)舉辦各種機(jī)器人展覽和相關(guān)論壇,各種論壇旨在為參賽選手及專家提供一個(gè)交流經(jīng)驗(yàn)、互相學(xué)習(xí)的平臺(tái),并為機(jī)器人及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展以及機(jī)器人在娛樂、教育、服務(wù)等領(lǐng)域的應(yīng)用起到推動(dòng)作用。因此,每屆比賽都會(huì)吸引各國(guó)科學(xué)家、科研人員和企業(yè)界人士共同參與。很多企業(yè)人員成了新加坡南洋理工學(xué)院的教師,他們有豐富的項(xiàng)目開發(fā)經(jīng)驗(yàn),喜歡創(chuàng)新和學(xué)習(xí)新的知識(shí)。許多優(yōu)秀教師愿意嘗試新科技,希望體會(huì)到新科技帶來(lái)的成就感,非常愿意參與機(jī)器人項(xiàng)目。二是注重教師培養(yǎng)。機(jī)器人競(jìng)賽實(shí)際上是最新科技的展示舞臺(tái),從一個(gè)側(cè)面反映了一個(gè)國(guó)家信息與自動(dòng)化領(lǐng)域基礎(chǔ)研究和新技術(shù)發(fā)展的水平。機(jī)器人競(jìng)賽使教師和學(xué)生能夠利用各種新技術(shù),探索更好的解決方案,從而又反過(guò)來(lái)促進(jìn)各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展。要想在競(jìng)賽中獲勝,就必須不斷更新知識(shí)接受培訓(xùn),對(duì)參與項(xiàng)目的核心教師制定長(zhǎng)期的培養(yǎng)計(jì)劃。南洋理工學(xué)院教師培養(yǎng)計(jì)劃按年度來(lái)制定,一般有自上而下和自下而上兩種途徑,有的是根據(jù)學(xué)院、政府或者企業(yè)的需要來(lái)安排的,有的是教師根據(jù)自己在教學(xué)或做項(xiàng)目過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的薄弱環(huán)節(jié)或需要提出進(jìn)一步深造。持續(xù)不斷的知識(shí)更新和源源不斷的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn),使教師的專業(yè)技能與新科技同步。通過(guò)機(jī)器人競(jìng)賽項(xiàng)目的研究,培養(yǎng)了一批會(huì)做項(xiàng)目的教師,有了項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)最重要的要素,即會(huì)做項(xiàng)目的教師,為項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)的全面開展提供了智力支持。

利用機(jī)器人競(jìng)賽平臺(tái),提供項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)的項(xiàng)目來(lái)源

項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)的項(xiàng)目來(lái)源是全面開展項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)的另一個(gè)重要要素,而每個(gè)機(jī)器人競(jìng)賽項(xiàng)目就是一個(gè)很好的項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)項(xiàng)目。機(jī)器人競(jìng)賽技術(shù)的發(fā)展為項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)提供了豐富的項(xiàng)目來(lái)源。南洋理工學(xué)院制造系機(jī)電一體化專業(yè)的課程導(dǎo)入了相撲機(jī)器人競(jìng)賽項(xiàng)目。相撲機(jī)器人的設(shè)計(jì)需要具有機(jī)械加工、電子焊接、機(jī)械設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、微處理控制技術(shù)等知識(shí),他們把該項(xiàng)目的知識(shí)分成若干個(gè)小的子項(xiàng)目以學(xué)期項(xiàng)目的形式融入課程教學(xué)中,具體做法如下:

第一學(xué)期的學(xué)期課程主要有工程力學(xué)、機(jī)械制圖、加工工藝、材料工藝等,學(xué)期項(xiàng)目?jī)?nèi)容涵蓋了一系列與這些課程相關(guān)的小項(xiàng)目任務(wù)。相撲機(jī)器人機(jī)械加工的具體技能也作為機(jī)械加工類的學(xué)期項(xiàng)目,讓學(xué)生在教師指導(dǎo)下完成。

第二學(xué)期的學(xué)期課程有電子電路、數(shù)字電路和計(jì)算機(jī)編程等,學(xué)期項(xiàng)目是電子焊接和電路設(shè)計(jì),將相撲機(jī)器人的電路和焊接部分的具體技能轉(zhuǎn)化為學(xué)期項(xiàng)目來(lái)訓(xùn)練學(xué)生。

第三學(xué)期的學(xué)期項(xiàng)目是機(jī)械設(shè)計(jì),與機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械組件與系統(tǒng)配件、接口技術(shù)與編程等課程相關(guān)。學(xué)生需要綜合運(yùn)用各種機(jī)器組件和標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械部件,使用計(jì)算機(jī)輔助繪圖軟件設(shè)計(jì)項(xiàng)目。相撲機(jī)器人中有大量的機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí),可以很好地豐富機(jī)械設(shè)計(jì)的學(xué)期項(xiàng)目。

第四學(xué)期的學(xué)期項(xiàng)目是微處理控制,相撲機(jī)器人在這個(gè)階段完成。在完成這個(gè)綜合性很強(qiáng)的項(xiàng)目的過(guò)程中,不但需要應(yīng)用第四學(xué)期課程的內(nèi)容,還需要前幾學(xué)期課程和項(xiàng)目作為鋪墊,顯然,項(xiàng)目加大了難度。該模塊主要培養(yǎng)學(xué)生在機(jī)電一體化環(huán)境下的微控制器編程及應(yīng)用技能。通過(guò)一系列實(shí)際演練,學(xué)生將學(xué)習(xí)到的各種接口的輸入和輸出裝置,同時(shí)使用C語(yǔ)言來(lái)開發(fā)代碼驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備,如電機(jī)、LED和傳感器等。

在以上四個(gè)學(xué)期,他們將一個(gè)相撲機(jī)器人競(jìng)賽項(xiàng)目的知識(shí)先分解再綜合地運(yùn)用到整個(gè)課程教學(xué)中,豐富了項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)的項(xiàng)目來(lái)源。而這些項(xiàng)目都是教師非常熟悉,同時(shí)既與課程有關(guān)又涉及實(shí)際應(yīng)用的最新技術(shù),確保了項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)的項(xiàng)目質(zhì)量。

利用機(jī)器人競(jìng)賽平臺(tái),提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)

我們?cè)谛录悠履涎罄砉W(xué)院用一周時(shí)間學(xué)習(xí)了學(xué)生第四學(xué)期的一個(gè)相撲機(jī)器人項(xiàng)目,親身體驗(yàn)了項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)帶來(lái)的學(xué)習(xí)效果。

相撲機(jī)器人項(xiàng)目具體包括分析競(jìng)賽題目、設(shè)計(jì)解決方案、硬件、編寫程序、反復(fù)調(diào)試程序、優(yōu)化程序和機(jī)器人結(jié)構(gòu)等過(guò)程,使機(jī)器人最終能夠完成比賽任務(wù)。在教學(xué)中,教師主要以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)的方式展開項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)。一是以學(xué)生學(xué)習(xí)行為為主線,整個(gè)過(guò)程都由學(xué)生自主完成,從組建項(xiàng)目小組、相撲機(jī)器人項(xiàng)目設(shè)計(jì)到項(xiàng)目比賽,都由一個(gè)團(tuán)隊(duì)具體操作,各組成員之間協(xié)作完成。在實(shí)際活動(dòng)中,充分體現(xiàn)了自主學(xué)習(xí)、自主協(xié)調(diào)、自主合作的精神。二是項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程對(duì)小組成員有明確的要求:通過(guò)一個(gè)星期完成相撲機(jī)器人項(xiàng)目設(shè)計(jì)。為了達(dá)到目標(biāo),要求制定詳細(xì)的計(jì)劃,明確每位成員的任務(wù)與要求,充分收集資料,組織合理可行的競(jìng)賽策略。三是由于教學(xué)有項(xiàng)目小組活動(dòng),傳統(tǒng)的課堂教學(xué)內(nèi)容有了新的改變。在課堂上,教師利用一半的時(shí)間進(jìn)行理論教學(xué),在理論教學(xué)中,首先導(dǎo)入課程的教學(xué)目標(biāo)和最終實(shí)現(xiàn)的效果以引起大家的興趣,然后通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例,讓大家先對(duì)控制過(guò)程有所了解,在此基礎(chǔ)上不斷增加功能、加深難度,并且讓大家根據(jù)自己在現(xiàn)實(shí)生活見到的各種應(yīng)用,利用控制程序去逐個(gè)實(shí)現(xiàn)。例如,紅外傳感器,現(xiàn)實(shí)的場(chǎng)景就是“企業(yè)的保安報(bào)警系統(tǒng)”,在實(shí)現(xiàn)了通過(guò)檢測(cè)紅外信號(hào)來(lái)控制報(bào)警信號(hào)狀態(tài)的基礎(chǔ)上,通過(guò)程序控制增加了信號(hào)的自鎖和循環(huán)閃爍,增強(qiáng)了報(bào)警的效果。另一半時(shí)間安排各組的項(xiàng)目作業(yè),教師把相撲機(jī)器人項(xiàng)目分成三個(gè)小項(xiàng)目作業(yè)來(lái)完成,具體是機(jī)器人走S型路線、機(jī)器人跟蹤人走和兩個(gè)機(jī)器人進(jìn)行相撲比賽。這三個(gè)作業(yè)的難度循序漸進(jìn),小組成員通過(guò)團(tuán)隊(duì)合作,一個(gè)一個(gè)地完成。整個(gè)項(xiàng)目完成過(guò)程就向打游戲一樣,非常吸引學(xué)生,較好地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,枯燥的C語(yǔ)言學(xué)習(xí)變得生動(dòng)起來(lái)。我們深刻體會(huì)到,機(jī)器人競(jìng)賽項(xiàng)目通過(guò)合理的設(shè)計(jì)運(yùn)用到項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)中去,可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)趣味性,促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

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作者簡(jiǎn)介:

郭家星(1977—),男,江蘇揚(yáng)州人,碩士,蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院工程師,研究方向?yàn)槲㈦娮蛹夹g(shù)和職業(yè)教育。

(本文責(zé)任編輯:謝良才)