基于機器人教學(xué)平臺培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

辛光紅 郭海智

(三亞學(xué)院理工學(xué)院，海南 三亞 572022)

1.引言

機器人創(chuàng)新教學(xué)作為現(xiàn)在最優(yōu)秀的實踐教學(xué)平臺，是現(xiàn)在很多高校加強實踐教學(xué)的第一選擇。2011年，三亞學(xué)院建立了智能機器人創(chuàng)新實驗室。作者做為實驗室籌建和管理者，在機器人實驗室的建立和課程設(shè)置、團隊建設(shè)方面積累了一定的經(jīng)驗。本文是對這些經(jīng)驗的總結(jié)和概括。

2.建設(shè)機器人教學(xué)平臺的意義

(1)培養(yǎng)創(chuàng)新實踐動手能力，對專業(yè)知識的鞏固和融會貫通

目前許多各種工科專業(yè)都開設(shè)了電子電路、檢測技術(shù)與傳感器、嵌入式微控制器、控制原理與控制工程、單片機和微控制器、數(shù)字電子和模擬電子、數(shù)字邏輯、檢測技術(shù)與傳感器等課程，但是課堂的的學(xué)習(xí)和一些簡單的驗證性實驗課程不足以滿足學(xué)生的求知欲望。無法根本轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)觀念。要從被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變到主動學(xué)習(xí)，其中一個途徑就是讓學(xué)生進行創(chuàng)新性的訓(xùn)練，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。機器人作為一個新興的領(lǐng)域，具備多種新技術(shù)，而且具備趣味性，通過創(chuàng)新性的教學(xué)平臺能充分引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新實踐動手能力。組建機器人創(chuàng)新性教學(xué)平臺能為高等院校的學(xué)生和教師提供一個綜合的專業(yè)機器人教育和研究平臺，能通過采用系統(tǒng)的方法對實踐教學(xué)內(nèi)容、方法和手段進行創(chuàng)新，進而引導(dǎo)學(xué)生進行單片機和微控制器、數(shù)字電子和模擬電子、數(shù)字邏輯、檢測技術(shù)與傳感器等課程知識的學(xué)習(xí)和融會貫通[1]。

(2)營造校園學(xué)術(shù)研究氛圍，加強學(xué)術(shù)交流

通過機器人創(chuàng)新性教學(xué)平臺，能夠培養(yǎng)校園學(xué)術(shù)研究氛圍，使學(xué)校的科研水平、學(xué)生的素質(zhì)進一步得到提高。與此同時，由于近年來國內(nèi)和國際上各種機器人比賽受到社會各界的廣泛關(guān)注，通過創(chuàng)建機器人創(chuàng)新性教學(xué)平臺培養(yǎng)學(xué)生，積極參與國內(nèi)外機器人賽事，這對加強學(xué)術(shù)交流具有重要意義。

(3)提升學(xué)生就業(yè)競爭力

隨著產(chǎn)業(yè)升級，就業(yè)競爭不斷加劇，企業(yè)更需要動手能力強、專業(yè)知識過硬的中高端人才。目前適合企業(yè)的專業(yè)人才缺口相當(dāng)大，根本原因是學(xué)校教育過多地注重知識的傳授，而忽略了創(chuàng)新技能、動手能力和工程實踐能力的培養(yǎng)。學(xué)生通過參與機器人實驗室的學(xué)習(xí)和工作，能增強就業(yè)競爭力，畢業(yè)后能夠廣泛適應(yīng)機電一體化、電氣工程、自動化工程等方向的就業(yè)需求，更好地適應(yīng)社會對人才的需求，做到學(xué)有所用，學(xué)所必用。

3.機器人教學(xué)平臺課程體系建設(shè)

機器人實驗教學(xué)是面向多學(xué)科的綜合教學(xué)，在學(xué)科交叉點設(shè)立綜合設(shè)計性實驗，對學(xué)生創(chuàng)新能力和專用水平培養(yǎng)都有很大的幫助。結(jié)合專業(yè)設(shè)置，根據(jù)不同專業(yè)、不同年級設(shè)置前后相互有繼承性的綜合設(shè)計實驗，建設(shè)完整科學(xué)的機器人創(chuàng)新實驗體系。機器人實驗教學(xué)應(yīng)是分層次、分目標的多樣性教學(xué)。根據(jù)不同年級專業(yè)分為三個層次：

(1)機器人基礎(chǔ)教學(xué)

機器人基礎(chǔ)教學(xué)主要以輪式或履帶式小車位載體，控制機器人完成尋跡、避障、測距等功能。我校配置了R2小車及德國太空總署推廣的ASURO小車。R2小車以51單片機為核心控制模塊，是很好的單片機教學(xué)平臺。ASURO小車是完全以基礎(chǔ)電子元器件為基礎(chǔ)構(gòu)型、AVR單片機為控制器的小車。兩者相互結(jié)合對模電、數(shù)電、單片機、C語言程序設(shè)計等專業(yè)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)有很好的促進作用。

(2)機器人高級教學(xué)

機器人高級教學(xué)以博創(chuàng)創(chuàng)意之星標準版、Arduino開發(fā)板、51開發(fā)板為載體，完成利用無線傳輸模塊實現(xiàn)多點數(shù)據(jù)采集，利用ZEGBEE模塊實現(xiàn)無線自動組網(wǎng)，利用舵機、步進電機等機械手臂進行控制的綜合實驗。

(3)機器人智能教學(xué)

機器人智能教學(xué)是在機器人基礎(chǔ)教學(xué)和機器人高級教學(xué)的基礎(chǔ)上融合機械控制、實時圖像處理與圖像識別、自組織與自學(xué)習(xí)、多智能體協(xié)調(diào)及無線通信技術(shù)為一體的高度研究教學(xué)?？芍饕劳蠳AO-H25和創(chuàng)意之星高級版完成武術(shù)擂臺賽和ROBOCUP等高水平比賽項目。

4.機器人科研教學(xué)團隊和機器人學(xué)習(xí)競賽團隊建設(shè)

(1)建立機器人科研教學(xué)團隊

依據(jù)現(xiàn)有機器人設(shè)備，建立機器人科研教學(xué)團隊，團隊成員應(yīng)該是多學(xué)科多專業(yè)的集合?？蒲袌F隊以法國阿爾德巴蘭NAO-H25機器人和創(chuàng)意之星高級版為科研平臺，開設(shè)具有較高水準的特色科研項目，同時積極參與指導(dǎo)國內(nèi)國際具有高水準影響力廣泛的機器人比賽。

(2)建立機器人學(xué)習(xí)競賽團隊

優(yōu)秀的機器人學(xué)習(xí)競賽團隊應(yīng)該以創(chuàng)新為共同的核心價值。在團隊實踐學(xué)習(xí)中明確團隊的奮斗目標是首要問題，也是大家共同努力的動力。扎實鉆研的學(xué)習(xí)氛圍爭創(chuàng)一流的學(xué)習(xí)精神是一個團隊實力的衡量標準。明確團隊任務(wù)是團隊高效運作的基礎(chǔ)。依照上述特征建立團隊成員合理、學(xué)習(xí)高效、積極進取的機器人學(xué)習(xí)競賽團隊。

5.機器人實驗室開放式管理模式

機器人實驗室的開放管理是全方位、全過程的開放管理。實驗內(nèi)容的開放是多樣化的，可包括綜合設(shè)計型、學(xué)生科技活動型和課題研究型。儀器設(shè)備的管理也是開放式的，應(yīng)方便查詢借用實驗室的各類儀器設(shè)備。實驗室的技術(shù)文檔、科研資料需開放式共享和更新。開放式的管理需高效的管理手段，研發(fā)設(shè)計高效的的開放式管理軟件是最好的途徑。開放式管理軟件應(yīng)具備以下特征：(1)具有完善的儀器設(shè)備信息庫，包括購買時間、存放位置、型號參數(shù)、數(shù)量及剩余、損耗及保修等。(2)通過WEB可方便儀器設(shè)備查詢和預(yù)約。(3)實時發(fā)布通知公告及開放課題申請。(4)分管理權(quán)限的儀器借用。(5)具有可分類的文檔下載上傳功能[3]。

6.結(jié)束語

以機器人創(chuàng)新教學(xué)和機器人競賽活動為依托的機器人創(chuàng)新教學(xué)平臺的建設(shè)，激發(fā)了學(xué)生自主研究學(xué)習(xí)的激情，培養(yǎng)了大學(xué)生的工程實踐能力，拓寬了知識面，提升了學(xué)生的就業(yè)競爭力。同時，機器人創(chuàng)新教學(xué)平臺的建設(shè)，對于機器人在工業(yè)生產(chǎn)中的深入和生活服務(wù)中的普及推廣具有積極意義[2]。

[1]張云州，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)[J].電氣電子教學(xué)報，2007，29(1)：116-119.

[2]安蕾.關(guān)于機器人創(chuàng)新教育的思考[J].科技信息，2010，27(1)：572-573.

[3]沈建明、陳強等.推進實驗室管理制度創(chuàng)新[J].實驗室科學(xué)，2009，2(1)：151-153.