結(jié)合中國礦業(yè)大學(xué)機器人創(chuàng)新實驗室實際運行情況,在創(chuàng)新實驗室活動內(nèi)容、實驗室日常管理方法和學(xué)生參與機制等方面進行了探索,形成了基于提高學(xué)生創(chuàng)新實踐能力和團隊合作精神為培養(yǎng)目標(biāo)的運行新模式。機器人實驗室利用率創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才機器人一種集合了機械、電子、計算機、人工智能等多種技術(shù)在內(nèi)的可編程和多功能的機電綜合體。機器人一般由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動裝置、檢測裝置和控制系統(tǒng)等組成。一般可以開設(shè)電工、電路、數(shù)電、模電、單片機、PLC、動力學(xué)仿真、自動控制等實驗課程,基本上滿足本科教學(xué)的需要。機器人是多學(xué)科交叉的綜合體,是最典型的一種機電一體化技術(shù),在機器人方案設(shè)計、零部件設(shè)計與制作、控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計及提高可靠性和穩(wěn)定性等方面都有大量工作要做,并為學(xué)生提供了多學(xué)科、多領(lǐng)域的學(xué)習(xí)機會。一、現(xiàn)有實驗室教學(xué)模式創(chuàng)新教育是以培養(yǎng)人的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力為基本價值取向的教育實踐,是以發(fā)掘人的創(chuàng)造潛能,弘揚人的主體精神,促進人的個性和諧發(fā)展為宗旨,以實現(xiàn)人的全面發(fā)展為目的的教育,旨在培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。然而,當(dāng)我們以實驗教學(xué)在人才培養(yǎng)中所應(yīng)發(fā)揮的作用為依據(jù),審視和反思傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式時,就會發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)實驗教學(xué)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達到其應(yīng)有的培養(yǎng)目標(biāo)。1.重視不足高校是知識創(chuàng)新、傳播和應(yīng)用的主要基地,加強高校實驗室資源建設(shè),提供水平高的并且配套率高的實驗設(shè)備,是實現(xiàn)創(chuàng)新教育的必要條件。但目前大多數(shù)高校由于對實驗教學(xué)重視不足,造成實驗設(shè)備、實驗經(jīng)費、場地配置不足、實驗人員編制有限等諸多方面的原因,就很難向大學(xué)生提供實際動手操作的條件和機會,這將直接影響學(xué)生今后的發(fā)展方向,也難以在科學(xué)領(lǐng)域占一席之地。因此,實驗室在實驗裝備上應(yīng)提高投入,更好地為高校大學(xué)生創(chuàng)新人才的培養(yǎng)提供雄厚的物質(zhì)基礎(chǔ),而不是把實驗教學(xué)當(dāng)成本科生理論教學(xué)的補充和延伸。2.定位不合理現(xiàn)行的實驗教學(xué)目標(biāo)過分強調(diào)驗證理論,開設(shè)的實驗往往只是一個“裝配”實驗,培養(yǎng)的也只是一個裝配工,不能鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力,創(chuàng)新更無從談起。這種教學(xué)目標(biāo)顯然不能適應(yīng)知識經(jīng)濟對創(chuàng)新人才培養(yǎng)的要求。事實證明,實驗教學(xué)最基本的目的是讓學(xué)生學(xué)習(xí)實驗方法、科學(xué)思維方法和學(xué)科的基本研究方法。綜合現(xiàn)代科技發(fā)展的新知識、新技術(shù)和新實驗方法,精心選擇綜合性、先進性、新穎性、應(yīng)用性強的實驗來激發(fā)學(xué)生的求知欲,培養(yǎng)學(xué)生綜合把握和運用學(xué)科知識的能力。科研層次的實驗則要在優(yōu)秀實驗教師與技術(shù)人員的指導(dǎo)下,鼓勵學(xué)生從科研項目中、社會生產(chǎn)實踐中或教學(xué)改革中尋求研究課題,獨立設(shè)計、自查資料、自擬實驗方案、進行探索性、創(chuàng)造性實驗。實驗室工作體制的創(chuàng)新為塑造知識經(jīng)濟所要求的創(chuàng)新型人才提供了有力的保障。3.指導(dǎo)思想脫離實際現(xiàn)行的實驗教學(xué)往往采用專業(yè)的實驗儀器,具有封裝性強,操作簡單等特點。但是,在實驗教學(xué)當(dāng)中,這是非常有害的,比如學(xué)生做單片機實驗室,使用的單片機實驗箱中的所有管腳都在箱體內(nèi)部連接,需要連接的線為了操作方便也被移動到一起,可以使用排線一次性的連接好。這就造成了部分學(xué)生一直以為芯片本來就是這樣。實驗時,老師給學(xué)生講解實驗的連線方法,學(xué)生依照實驗指導(dǎo)書照單抓藥,然后寫入實驗書上的例程,最后完成實驗。在此過程當(dāng)中,學(xué)生唯一要做的就是執(zhí)行,機械的執(zhí)行。致使學(xué)生對實驗毫無興趣,只求快速做完實驗得到結(jié)果。嚴(yán)重抑制了學(xué)生思維能力與智力開發(fā),喪失了鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、綜合解決問題的能力的機會。二、創(chuàng)新實驗室的教學(xué)模式實驗室是創(chuàng)新教育實施的基本條件,是培養(yǎng)創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力的重要場所,也是學(xué)生潛能得以發(fā)揮的最好場所之一。建立和完善以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力為目標(biāo)的創(chuàng)新實驗室并使之正常運轉(zhuǎn),不僅僅為學(xué)生的實踐鍛煉提供了物質(zhì)條件,更是給他們創(chuàng)造了一個廣闊的思維空間,其結(jié)果是使學(xué)生的實踐與創(chuàng)新能力得到鍛煉,科學(xué)的工作態(tài)度和創(chuàng)新精神得以培養(yǎng),參與科學(xué)研究的熱情得到激發(fā),從而達到創(chuàng)新教育的目的。但是,目前高校中普遍存在的情況是學(xué)生除按課表安排的時間去實驗室上課外,一般很少去實驗室。這種傳統(tǒng)的教學(xué)方式,使學(xué)生只能在有限的時間內(nèi),完成教學(xué)大綱要求的必作實驗內(nèi)容,學(xué)生的實驗過程是在教師的講解示范下,按實驗指導(dǎo)書上的實驗步驟“照方抓藥”式的做實驗,因此很大程度上限制了學(xué)生創(chuàng)造力的發(fā)展,抑制了他們的創(chuàng)新精神,不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在大多數(shù)人看來,機器人似乎離我們很遠(yuǎn),它應(yīng)該是“高精尖”的產(chǎn)物,所以學(xué)生們對接觸機器人時,并親手設(shè)計機器人的激情是無法想象的。這種可以融入自己思想,自己動手設(shè)計并制作的實驗使學(xué)生體會到了成功的喜悅和解決問題的巨大成就感,激發(fā)了學(xué)生持續(xù)的學(xué)習(xí)熱情。1.以機器人為載體為滿足創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的需要,我實驗室采用目標(biāo)管理方法,即只提供兩個明確的目標(biāo)和若干個前沿探討性課題供學(xué)生參考,一個明確的目標(biāo)是:“做一個循跡小車平臺”,學(xué)生在這個項目當(dāng)中自己設(shè)計自己制作,從學(xué)生的作品來看,僅控制器就有很多種設(shè)計方案,有用數(shù)字電路中的門電路制作的,有用模擬電路中的比較器制作的,還有用單片機制作的,展示了學(xué)生的無盡的創(chuàng)造力和學(xué)習(xí)熱情,徹底摒棄了以往教學(xué)實驗中的學(xué)生機械操作的弊端。另一個明確的目標(biāo)是做一個四足的仿生機器人,在這個項目當(dāng)中,學(xué)生要首先選定仿生目標(biāo),并在高速攝像機下分析其運動過程,設(shè)計出合適的機構(gòu)圖紙,并在PRO/E等軟件仿真成功后制作。該項目要求有生物專業(yè)的學(xué)生來分析仿生目標(biāo)的運動過程,并提出仿生機器人的關(guān)節(jié)模型,要求有機械專業(yè)的學(xué)生根據(jù)關(guān)節(jié)模型設(shè)計機構(gòu)圖紙和加工圖紙,要求力學(xué)專業(yè)的學(xué)生根據(jù)機構(gòu)圖紙進行動力學(xué)仿真,要求控制專業(yè)的學(xué)生制作仿生機器人的“大腦”。該項目可以讓學(xué)生在一種團隊合作的氛圍中分析問題,并通過運用已有的知識和“探究”式地面對未知知識的學(xué)習(xí)來解決問題。這種學(xué)習(xí)形式既培養(yǎng)了學(xué)生獲取信息、加工信息的能力,也培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力、終身學(xué)習(xí)能力和合作溝通能力。2.以開放性為保障我們對實驗室的開放為完全的開放:一是時間的開放,即實驗室由低年級研究生管理,主要負(fù)責(zé)實驗室的開關(guān)門及突發(fā)事件的處理,一般從早上8:00到晚上10:30一直開放,學(xué)生可根據(jù)自己的興趣和自己的學(xué)習(xí)時間,合理安排進入實驗室的時間。二是實驗人員上的開放。國內(nèi)高校的創(chuàng)新實驗室以及機器人實驗室一般由相關(guān)專業(yè)的研究生或高年級本科生參與,只面對少部分的學(xué)生開放。而我們實驗室改革后對學(xué)校所有感興趣的學(xué)生開放,并從中吸收部分優(yōu)秀學(xué)生早期進入實驗室參與實驗室的科研攻關(guān)項目。實驗室開放教學(xué)把學(xué)生推到實驗的主體地位,學(xué)生在實驗室內(nèi)結(jié)合實驗室的方向和條件,自行提出機器人要實現(xiàn)的目標(biāo),并獨立完成機器人的設(shè)計、制作和軟硬件的聯(lián)合調(diào)試。實驗室開放后具有較強的綜合性和實踐性,給學(xué)生提供了較大的創(chuàng)新思維的空間,培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神與實踐能力,可以充分運用自己所掌握的知識和技能,淋漓盡致地發(fā)揮自己的特長和聰明才智。3.以創(chuàng)新能力培養(yǎng)目標(biāo)我創(chuàng)新實驗室的存在就是為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力,從實驗室的日常管理,發(fā)展目標(biāo)及長期規(guī)劃,都由學(xué)生管理委員會決定。實驗室在日常運行的基礎(chǔ)上成立了機器人興趣協(xié)會、航模協(xié)會等學(xué)生社團,并定期舉辦講座和比賽,有效激發(fā)了學(xué)生參與科技創(chuàng)新,開發(fā)與研制的興趣與愛好,對于培養(yǎng)其創(chuàng)新精神,激勵創(chuàng)新意識具有重要的意義。創(chuàng)新實驗室的一切都是為了更好的培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力,實踐證明,在充裕的時間保證下,學(xué)生對自己感興趣的項目具有極大的熱情和超乎想象的創(chuàng)造力,我創(chuàng)新實驗室的運行,證明了該方案對學(xué)生素質(zhì)的提高和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)做出了巨大的貢獻。三、結(jié)論自創(chuàng)新實驗室改革后,實驗室開放性的實驗內(nèi)容吸引了學(xué)生的興趣,每天10個實驗臺全部滿員,致使實驗室管理不得不采取預(yù)約,延長開放時間等措施來滿足學(xué)生的需要。一個機器人的制作,往往要求兩個以上不同專業(yè)的學(xué)生合作完成。多個學(xué)生的相互配合,相互幫助才能完成整個項目,這就間接培養(yǎng)了學(xué)生分工協(xié)作的能力和人際溝通能力。在學(xué)生制作機器人的過程中,學(xué)生的動手能力和解決問題的能力大幅度的提高,為以后的學(xué)習(xí)和工作打下堅實的基礎(chǔ)。創(chuàng)新實驗室改革后,部分學(xué)生作品近幾年來在江蘇省機器人大賽、全國大學(xué)生機器人大賽上獲得一等獎數(shù)十項,充分證實開放實驗室對大學(xué)生創(chuàng)新能力的提高有著及其重要的作用。
參考文獻:
[1]李鳴華.機器人教育的教學(xué)設(shè)計[J].中國電化教育,2007,(247).
[2]盤寧,黃桂標(biāo).把實驗室建設(shè)成為創(chuàng)新教育的重要基地[J].廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版),2007,(7).
[3]王益,張劍平.美國機器人教育的特點及其啟示[J].現(xiàn)代教育技術(shù),2007,17(7).
[4]張云洲,吳成東等.基于機器人競賽的大學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)與實踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報,2007,29(1).
[5]王海珍.創(chuàng)新教育與當(dāng)代高等教育[J].高等理科教育,2002,(5).
[6]梁上燕,孫建安.對高校傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式的反思[J].西北成人教育學(xué)報,2007,(4).
[7]楊彬.智能機器人課程是素質(zhì)教育的新載體[J].中國職業(yè)技術(shù)教育,2007,(278).
[8]陳忠蔭.建立開放性實驗室培養(yǎng)創(chuàng)新人才[J].瓊州大學(xué)學(xué)報,2007,14(2).基金項目:1.教育部人文社會科學(xué)基金(09JDSZ3038);2.江蘇省教育廳高校哲學(xué)社會研究項目(2010SJD880057)。