基于智能機(jī)器人的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式初探

摘要：新時(shí)代信息化精英教育環(huán)境下，如何全方位同步提高學(xué)生理論水平和能力素質(zhì)，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，成為本科教育探討的新方向。文章依托軍事本科院校理工類(lèi)專(zhuān)業(yè)教學(xué)環(huán)境，通過(guò)智能機(jī)器人科技創(chuàng)新平臺(tái)探討創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式，總結(jié)并推廣經(jīng)驗(yàn)性教學(xué)成果。關(guān)鍵詞：智能機(jī)器人；創(chuàng)新型人才；培養(yǎng)模式

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，社會(huì)對(duì)應(yīng)用型人才和復(fù)合型人才的需求越來(lái)越大，高校作為精英人才的培育搖籃，應(yīng)不斷調(diào)整改革，合理定位，選擇和采用有利于學(xué)生能力和素質(zhì)全面發(fā)展和綜合提高的辦學(xué)體制。軍事本科院校是軍事人才實(shí)現(xiàn)理想的起點(diǎn)，承擔(dān)著培育國(guó)防精英的重任，更應(yīng)注重學(xué)生理論水平和能力素質(zhì)的全方位提高。

精英教育理論中，創(chuàng)新是保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的重要途徑。構(gòu)建創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式，必須堅(jiān)持知識(shí)、能力和素質(zhì)的辯證統(tǒng)一。在長(zhǎng)期的教學(xué)實(shí)踐和改革探索中，如何幫助學(xué)生理解創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，是我們著力研究和探討的問(wèn)題。智能機(jī)器人為學(xué)生提供了一個(gè)很好的科技創(chuàng)新平臺(tái)，不僅易于激發(fā)學(xué)生興趣，而且綜合應(yīng)用了理工科如機(jī)械、電氣、控制、計(jì)算機(jī)等多門(mén)課程。智能機(jī)器人競(jìng)賽既可以豐富學(xué)生的理論知識(shí)，又能夠鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，更能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新理念，已成為落實(shí)精英教育思想和培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要環(huán)節(jié)。

1 創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)

1.1為創(chuàng)新型人才提供創(chuàng)新性教育方法

創(chuàng)新性教育方法就是在教學(xué)過(guò)程中，遵循創(chuàng)造活動(dòng)的一般規(guī)律，引導(dǎo)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，讓學(xué)生充分發(fā)揮自主性和身心潛能吸收和掌握文化知識(shí)，并用以探索某些未知問(wèn)題。與傳統(tǒng)教學(xué)方法不同，創(chuàng)新性教育中的教學(xué)是雙向的，教師施教于學(xué)生的同時(shí)，還可以從學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和獲取知識(shí)，并鼓勵(lì)學(xué)生大膽提出各種新異見(jiàn)解，啟發(fā)學(xué)生共同思考。教師在講解教學(xué)內(nèi)容時(shí)，應(yīng)給學(xué)生留下創(chuàng)造性思維的空間，注重不同學(xué)科之間的聯(lián)系，使學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并開(kāi)闊思路；因材施教，開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)，讓學(xué)生參加一些創(chuàng)新性的實(shí)踐活動(dòng)，使學(xué)生在理解和掌握所學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，將其創(chuàng)造性地應(yīng)用于解決實(shí)際問(wèn)題上。

1.2為創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式構(gòu)建實(shí)施要點(diǎn)

培養(yǎng)創(chuàng)新型人才涉及很多方面，教學(xué)模式和評(píng)價(jià)方式是人才培養(yǎng)模式中最明顯的兩個(gè)方面，影響和制約著其他模式和方法的實(shí)施。因此，構(gòu)建創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式需要以這兩個(gè)方面為切入點(diǎn)，有步驟地采取多方面的改革措施，積極推進(jìn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)。我們總結(jié)如下幾個(gè)方面創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式構(gòu)建實(shí)施要點(diǎn)。

1）增加課程安排的靈活性，主要途徑是減少必修課，增加選修課。

2）改變現(xiàn)有課堂教學(xué)模式，以啟發(fā)式教學(xué)為主，使學(xué)生變被動(dòng)接受知識(shí)為主動(dòng)汲取知識(shí)，教師要給學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的機(jī)會(huì)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考并獲取新知識(shí)。

3）從多個(gè)方面全面評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，包括對(duì)平時(shí)學(xué)習(xí)情況的考查、對(duì)完成作品的評(píng)價(jià)、對(duì)學(xué)生解決問(wèn)題的能力進(jìn)行評(píng)估等方式，改變片面依賴(lài)筆試的評(píng)估模式。

4）有意識(shí)地加強(qiáng)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，加強(qiáng)其課外科學(xué)研究和發(fā)明創(chuàng)新能力，打破課程之間的界限，培養(yǎng)學(xué)生綜合利用多學(xué)科知識(shí)解決理論與實(shí)踐問(wèn)題的能力。

5）在學(xué)習(xí)上給予學(xué)生更多的自主權(quán)和自由度。

2 智能機(jī)器人概述

智能機(jī)器人作為典型的工程系統(tǒng)對(duì)象，是創(chuàng)新能力培養(yǎng)的理想載體，是集培養(yǎng)綜合素質(zhì)和提供探索研究為一體的多元化平臺(tái)，在項(xiàng)目的基礎(chǔ)上把綜合素質(zhì)的培養(yǎng)貫穿始終，且具有良好的軟硬件開(kāi)放性及拓展性，可以提供豐富的資源及不斷發(fā)展的新技術(shù)。

2.1特點(diǎn)

智能機(jī)器人類(lèi)型很多，可以綜述為一個(gè)“為學(xué)習(xí)各種傳感器應(yīng)用、單片機(jī)技術(shù)與C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)而開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)傳感器和動(dòng)作部件的教育平臺(tái)，包括一個(gè)機(jī)器人對(duì)象和一塊帶有面包板的單片機(jī)教學(xué)板，配有一套基本的傳感器和電子元器件包”。學(xué)生在學(xué)習(xí)階段可以根據(jù)指導(dǎo)步驟，進(jìn)行平臺(tái)搭建、電路搭接、程序編寫(xiě)、聯(lián)機(jī)調(diào)試、單片機(jī)微控制器下載，以執(zhí)行對(duì)機(jī)器人的各種操作，包括沿線行走、走迷宮等；在創(chuàng)新階段可以自行設(shè)計(jì)機(jī)器人功能并綜合實(shí)現(xiàn)一些復(fù)雜操作，如跟隨光源、距離檢測(cè)或與其他機(jī)器人通信等。

智能機(jī)器人綜合多學(xué)科的發(fā)展成果，反映高技術(shù)的發(fā)展前沿，涉及信息技術(shù)、機(jī)械控制等多個(gè)領(lǐng)域，融合多種先進(jìn)技術(shù)；智能機(jī)器人的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用涉及感測(cè)技術(shù)、通信技術(shù)、智能技術(shù)和控制技術(shù)，是進(jìn)行信息技術(shù)教育的最佳載體，也是全面培養(yǎng)學(xué)生信息素質(zhì)，提高其創(chuàng)新精神和綜合實(shí)踐能力的良好平臺(tái)。

2.2平臺(tái)優(yōu)勢(shì)

智能機(jī)器人本身是一個(gè)集成創(chuàng)新平臺(tái)，體現(xiàn)如何利用各專(zhuān)業(yè)現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的機(jī)器人系統(tǒng)；它也是一個(gè)應(yīng)用創(chuàng)新平臺(tái)，如能將現(xiàn)有的機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用到新的領(lǐng)域；此外，它還是一個(gè)原創(chuàng)實(shí)踐平臺(tái)，如新的智能機(jī)理、動(dòng)作機(jī)構(gòu)、算法更新等的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

采用智能機(jī)器人作為學(xué)習(xí)、探索和研究的平臺(tái)，可以將單調(diào)的知識(shí)學(xué)習(xí)和技能訓(xùn)練過(guò)程轉(zhuǎn)化為各種有趣的制作和探究過(guò)程，寓教于樂(lè)，是對(duì)傳統(tǒng)科學(xué)文化知識(shí)學(xué)習(xí)和技能訓(xùn)練的一種改革。通過(guò)對(duì)基于智能機(jī)器人技術(shù)的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的探索與研究，找到一種行之有效的方法提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和能力，對(duì)學(xué)校教學(xué)改革和學(xué)生個(gè)人能力培養(yǎng)都具有重要的意義。

3 基于智能機(jī)器人的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)

3.1創(chuàng)建機(jī)器人學(xué)生社團(tuán)

以競(jìng)賽激發(fā)學(xué)生參與的興趣，鼓勵(lì)學(xué)生報(bào)名。學(xué)生根據(jù)興趣和特長(zhǎng)進(jìn)行分組，組內(nèi)、組間既有合作，又有競(jìng)爭(zhēng)，有力地推進(jìn)了學(xué)習(xí)進(jìn)度。建立學(xué)生社團(tuán)，可以創(chuàng)造互相競(jìng)爭(zhēng)和互相幫助的學(xué)習(xí)氛圍。學(xué)生在團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程中攜手合作，彌補(bǔ)相互問(wèn)的不足，遇到問(wèn)題一起討論解決，體會(huì)到團(tuán)隊(duì)的重要性，不斷學(xué)習(xí)并且獲得進(jìn)步。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)的學(xué)習(xí)過(guò)程就是學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的過(guò)程，因此團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)可以培養(yǎng)和提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，使學(xué)生能夠體會(huì)到主動(dòng)學(xué)習(xí)的快樂(lè)。

3.2設(shè)置機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐課程

根據(jù)教學(xué)對(duì)象的特殊性，在人才培養(yǎng)過(guò)程中，組建機(jī)器人社團(tuán)是以大學(xué)本科一、二年級(jí)學(xué)生為主。這些學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)還不夠健全，系統(tǒng)意識(shí)和工程實(shí)踐能力相對(duì)薄弱，因此，團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)采用導(dǎo)師制。導(dǎo)師來(lái)自各學(xué)科領(lǐng)域的資深教師，一方面通過(guò)合理的課程安排為學(xué)生講解理論背景，另一方面輔助學(xué)生協(xié)調(diào)解決各類(lèi)問(wèn)題。

導(dǎo)師授課的內(nèi)容根據(jù)后期工程實(shí)踐需要按時(shí)間進(jìn)度合理安排，具體包括機(jī)器人技術(shù)綜述、單片機(jī)原理、單片機(jī)開(kāi)發(fā)技術(shù)、C語(yǔ)言、面向機(jī)器人的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、電氣基礎(chǔ)、機(jī)器人電路開(kāi)發(fā)、傳感器原理、機(jī)器人常用傳感器應(yīng)用技術(shù)等。

機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐過(guò)程是學(xué)生將所學(xué)理論融會(huì)貫通的過(guò)程。將各學(xué)科知識(shí)高度交叉且實(shí)踐性非常強(qiáng)的機(jī)器人技術(shù)引入實(shí)踐教學(xué)，不僅有利于學(xué)生將所學(xué)課程知識(shí)進(jìn)行整合，提高學(xué)生搜集和處理信息的能力，而且能夠吸引他們積極參與并勤于動(dòng)手，改變所學(xué)知識(shí)相對(duì)孤立并偏向理論的舊教學(xué)模式，改變重理論輕實(shí)踐、把實(shí)踐環(huán)節(jié)放在附屬地位的情況，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生“知行合一”的教育目標(biāo)。

3.3采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式

基于機(jī)器人競(jìng)賽的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)以學(xué)生參加各類(lèi)機(jī)器人競(jìng)賽為建設(shè)項(xiàng)目，為相關(guān)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生提供自主創(chuàng)新平臺(tái)。通過(guò)選擇競(jìng)賽項(xiàng)目，如雙足競(jìng)步、擂臺(tái)賽、定向搬運(yùn)等，學(xué)生在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，模塊配置，機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安裝、制作、調(diào)試，軟件編程等環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)并制作小型機(jī)器人進(jìn)行比賽。在整個(gè)項(xiàng)目完成過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)實(shí)踐學(xué)會(huì)提出問(wèn)題、分析和解決問(wèn)題，不斷提高實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

開(kāi)放式自主學(xué)習(xí)使教學(xué)內(nèi)容既滿(mǎn)足教學(xué)基本要求，又與科研實(shí)踐相結(jié)合。通過(guò)“實(shí)踐一歸納一推理一再實(shí)踐”的模式，學(xué)生能對(duì)機(jī)器人機(jī)械、電子、控制、編程等知識(shí)有系統(tǒng)的了解，提高學(xué)習(xí)興趣，然后自己動(dòng)手進(jìn)行機(jī)器人的控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、感覺(jué)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、離線編程實(shí)驗(yàn)、路徑規(guī)劃實(shí)驗(yàn)等，對(duì)所學(xué)課程知識(shí)及其應(yīng)用達(dá)到融會(huì)貫通。

3.4組織學(xué)生參加機(jī)器人競(jìng)賽

國(guó)內(nèi)高等院校課外科技創(chuàng)新活動(dòng)的比賽種類(lèi)和層次很豐富，為學(xué)生提供發(fā)揮和拓展創(chuàng)新能力的良好環(huán)境。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的實(shí)踐學(xué)習(xí)，筆者組織并輔導(dǎo)的學(xué)生團(tuán)隊(duì)不斷成長(zhǎng)進(jìn)步，在中國(guó)機(jī)器人大賽暨Robo Cup公開(kāi)賽、江蘇省大學(xué)生機(jī)器人大賽、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽等重大賽事中均名列前茅，并聯(lián)合其他專(zhuān)業(yè)的學(xué)生共同參加多項(xiàng)校內(nèi)科技創(chuàng)新競(jìng)賽，均取得優(yōu)異成績(jī)。

4 結(jié)語(yǔ)

智能機(jī)器人是一項(xiàng)十分有效的科技創(chuàng)新活動(dòng)，提供了豐富的創(chuàng)新空間，完成從理論到實(shí)踐的過(guò)渡。教師通過(guò)這樣一系列由淺入深的項(xiàng)目教學(xué)或比賽，創(chuàng)造一種全新的教育模式。輝煌的戰(zhàn)果量化地證明學(xué)生在智能機(jī)器人平臺(tái)的學(xué)習(xí)中鍛煉并提升了能力。

基于智能機(jī)器人的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)仍處于探索階段。未來(lái)我們將通過(guò)開(kāi)展機(jī)器人俱樂(lè)部和開(kāi)設(shè)機(jī)器人相關(guān)知識(shí)課程，在學(xué)校內(nèi)部和校際間組織小型專(zhuān)項(xiàng)比賽，以及鼓勵(lì)學(xué)生參加各級(jí)（省、全國(guó)）機(jī)器人競(jìng)賽，最終找到基于智能機(jī)器人的學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)機(jī)制，使學(xué)生在收獲各種成績(jī)及知識(shí)的基礎(chǔ)上，提高綜合素質(zhì)，成為有創(chuàng)新意識(shí)的應(yīng)用型人才。我們將進(jìn)一步總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，完善制度，改進(jìn)不足，不斷探索并推廣基于智能機(jī)器人平臺(tái)的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式。隨著機(jī)制的形成及培養(yǎng)體系的正規(guī)化，我們還會(huì)將智能機(jī)器人課程納入到教學(xué)體系中，探索學(xué)校教育轉(zhuǎn)型和學(xué)科建設(shè)的途徑，對(duì)表現(xiàn)優(yōu)異的學(xué)生給予學(xué)分獎(jiǎng)勵(lì)。

（編輯：宋文婷）