依托機器人創(chuàng)新平臺，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量

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。

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