搭建平臺(tái)培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才的探索與實(shí)踐

呂勇軍?祝尚臻?雷彥華?于宏濤

摘要：應(yīng)用型本科院校培養(yǎng)的學(xué)生是以“應(yīng)用”為目標(biāo)、“創(chuàng)新”為特征的各行各業(yè)急需的具有行業(yè)特色的應(yīng)用型人才。機(jī)器人教育為應(yīng)用型本科院校培養(yǎng)具有創(chuàng)新與實(shí)踐能力的應(yīng)用型人才提供了一個(gè)嶄新的平臺(tái)。借助該實(shí)踐平臺(tái)，學(xué)生的創(chuàng)造精神、實(shí)踐能力以及獨(dú)立分析問題和解決問題的能力可得到很好的培養(yǎng)與提高。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人教育；創(chuàng)新；實(shí)踐；應(yīng)用型

作者簡(jiǎn)介：呂勇軍（1958-），男，山東牟平人，沈陽(yáng)工程學(xué)院自動(dòng)控制系，教授；祝尚臻（1979-），男，山東煙臺(tái)人，沈陽(yáng)工程學(xué)院自動(dòng)控制系，講師。（遼寧 沈陽(yáng) 110136）

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）09-0014-02

應(yīng)用型本科院校是指介于研究型高校和高職院校之間的一種高等教育的類別或類型，它是一種以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為主要任務(wù)和目標(biāo)的辦學(xué)層次。應(yīng)用型人才的概念是相對(duì)于專門學(xué)術(shù)研究型人才提出的，它以適應(yīng)用人單位為實(shí)際需求，以大眾化教育為取向，面向基層和生產(chǎn)第一線，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐能力和動(dòng)手能力的培養(yǎng)。同時(shí)，在以解決現(xiàn)實(shí)問題為目的的前提下，使培養(yǎng)的學(xué)生有更寬廣或者跨學(xué)科的知識(shí)視野，注重知識(shí)的有用性，有創(chuàng)新精神和綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，要考慮培養(yǎng)學(xué)生具有在創(chuàng)新中應(yīng)用、在應(yīng)用中創(chuàng)新的能力。可見，對(duì)應(yīng)用型本科院校學(xué)生的創(chuàng)新和實(shí)踐能力的培養(yǎng)是十分重要的。

一、應(yīng)用型本科院校大學(xué)生創(chuàng)新與實(shí)踐能力培養(yǎng)目標(biāo)定位

應(yīng)用型本科教育的辦學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，是既要有一定的學(xué)術(shù)性，又要有一定的實(shí)踐性，而且以技術(shù)為定向。應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)應(yīng)突出以“應(yīng)用”為目標(biāo)、“創(chuàng)新”為主要特征。

1.實(shí)踐與綜合應(yīng)用能力

應(yīng)用型本科院校培養(yǎng)的人才應(yīng)該是適應(yīng)時(shí)代發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步要求的具有較強(qiáng)實(shí)踐能力的綜合人才。大學(xué)生在課堂上的學(xué)習(xí)往往只能獲取其理論部分，要真正掌握技術(shù)并熟練應(yīng)用則必須通過(guò)充分的實(shí)踐。所以，學(xué)校應(yīng)為學(xué)生提供更多的技術(shù)實(shí)踐機(jī)會(huì)，培養(yǎng)和提高學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用能力和問題解決能力。

學(xué)生在學(xué)校學(xué)習(xí)的過(guò)程，通常是按照基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課這樣分類，一門一門課程來(lái)學(xué)習(xí)。然而，實(shí)際工作中則是一個(gè)將所學(xué)知識(shí)綜合應(yīng)用的過(guò)程。如何使學(xué)生掌握這種綜合能力，具備將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐中去的應(yīng)用能力，是目前教學(xué)工作中一個(gè)亟待解決的問題。

2.創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力

創(chuàng)新是一個(gè)民族的靈魂，是國(guó)家興旺發(fā)達(dá)不竭的動(dòng)力。所謂創(chuàng)新人才就是具有創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的人才。

目前，高等學(xué)校的教育中仍然存在“應(yīng)試教育”下形成的“滿堂灌”、“填鴨式”等教學(xué)方法，教學(xué)形式單一、死板，束縛了學(xué)生思維的發(fā)展、個(gè)性的塑造及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，造就了大量只會(huì)考試的人才。在現(xiàn)代高等學(xué)校的教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)借助于特定的教學(xué)內(nèi)容和方法，鼓勵(lì)學(xué)生充分發(fā)揮自己的想象力和主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力。

應(yīng)用型本科院校培養(yǎng)的人才應(yīng)具備集成創(chuàng)新與引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新能力。集成創(chuàng)新與引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新是指在已有技術(shù)的基礎(chǔ)上創(chuàng)新，這類創(chuàng)新往往是漸進(jìn)式的。培養(yǎng)面向社會(huì)實(shí)踐的應(yīng)用型創(chuàng)新人才，更加注重默會(huì)知識(shí)的傳授。默會(huì)知識(shí)是高度個(gè)體化、難以形式化或溝通、難以與他人共享的知識(shí)。默會(huì)知識(shí)的獲得更多地是依賴實(shí)踐教育。實(shí)踐教育，是指圍繞教育教學(xué)活動(dòng)目的而開展的、學(xué)生親身體驗(yàn)的實(shí)踐活動(dòng)。它既包括為認(rèn)識(shí)和探索自然規(guī)律、掌握技術(shù)知識(shí)而開展的科學(xué)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)等必要的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，也包括為解決實(shí)際的生產(chǎn)和社會(huì)問題，提高創(chuàng)新能力而開展的研究性、探索性、設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)踐活動(dòng)。

3.團(tuán)體意識(shí)和合作共事能力

現(xiàn)代社會(huì)，人們相互間的依存關(guān)系更為密切，社會(huì)分工更為細(xì)密；同時(shí)，人們之間只有通過(guò)相互的友好合作和交流才能更快更多地獲得知識(shí)和信息。因此，良好的合作意識(shí)和團(tuán)隊(duì)精神，是現(xiàn)代人應(yīng)具備的基本素質(zhì)。這種素質(zhì)對(duì)大學(xué)生將來(lái)進(jìn)入社會(huì)、做好工作是十分重要的。

高校在培養(yǎng)學(xué)生的過(guò)程中，應(yīng)盡量為學(xué)生創(chuàng)造具有團(tuán)隊(duì)合作過(guò)程的教學(xué)環(huán)境，以課程為載體，以團(tuán)隊(duì)活動(dòng)為方式，培養(yǎng)學(xué)生的合作意識(shí)和團(tuán)隊(duì)精神。教師和學(xué)生之間、學(xué)生和學(xué)生之間的協(xié)商、對(duì)話、交流和合作，充滿整個(gè)學(xué)習(xí)和研究過(guò)程，這不僅影響課題研究成果，重要的是它將對(duì)學(xué)生合作意識(shí)和能力的培養(yǎng)產(chǎn)生積極影響。

二、構(gòu)建機(jī)器人創(chuàng)新教育平臺(tái)

機(jī)器人是人類上許多創(chuàng)造和發(fā)明的結(jié)晶，它把人的智慧與機(jī)器融為一體，是人類所發(fā)明的最完美的工具之一。機(jī)器人正在向我們走來(lái)，它將成為人類的一個(gè)重要組成部分。隨著機(jī)器人的不斷發(fā)展，機(jī)器人教育也得到了越來(lái)越多的高校的重視。

日本機(jī)器人教育水平和機(jī)器人文化普及水平是世界上最高的國(guó)家之一，不僅每所大學(xué)都有高水平的機(jī)器人研究會(huì)，而且每年定期舉行機(jī)器人設(shè)計(jì)和制作大賽。這些大賽加速了日本機(jī)器人文化的普及，培養(yǎng)了大批創(chuàng)新人才和機(jī)器人研究與應(yīng)用人才。美國(guó)高校對(duì)機(jī)器人教育也十分重視，它的發(fā)展主要呈現(xiàn)出兩個(gè)趨勢(shì)：一方面，美國(guó)越來(lái)越多的高校開設(shè)了機(jī)器人相關(guān)的課程；另一方面，機(jī)器人作為課程的學(xué)習(xí)平臺(tái)，已經(jīng)應(yīng)用于高校其他課程中。

我國(guó)近年來(lái)機(jī)器人教育得到普遍關(guān)注，大學(xué)生開始走出國(guó)門，參加多項(xiàng)國(guó)際機(jī)器人大賽并取得了較好的成績(jī)。但創(chuàng)新教育和機(jī)器人教育的普及與國(guó)外高校相比還很落后。

借鑒國(guó)內(nèi)、國(guó)外高校機(jī)器人教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，我們建設(shè)了機(jī)器人創(chuàng)新教育平臺(tái)。它既能夠作為電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)及控制原理等課程的學(xué)習(xí)平臺(tái)，還可以作為學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)平臺(tái)。通過(guò)在該平臺(tái)上的教學(xué)和實(shí)踐，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深了學(xué)生對(duì)所學(xué)課程的理解，加強(qiáng)了學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神，提高學(xué)生的實(shí)踐與創(chuàng)新能力。

1.搭建機(jī)器人硬件平臺(tái)

實(shí)驗(yàn)室購(gòu)買了深圳德普施的智能寶貝車和六爪爬行機(jī)器人，還購(gòu)買了多種智能車全套散件及激光、紅外、攝像頭、振動(dòng)、傾角、編碼器等各種傳感器。另外，我們還專門設(shè)計(jì)了幾款適合于機(jī)器人功能實(shí)驗(yàn)的開放式控制板，這些控制板具有多種傳感器接口、控制電機(jī)接口及通信接口，形成了機(jī)器人綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在該平臺(tái)上可以進(jìn)行機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)器人的避障、趨光機(jī)器人、聲音控制機(jī)器人、循跡機(jī)器人及機(jī)器人的無(wú)線通信等實(shí)驗(yàn)。

2.開設(shè)機(jī)器人相關(guān)理論課程

由于機(jī)器人技術(shù)自身的綜合性和機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛性，導(dǎo)致機(jī)器人課程跨學(xué)科、交叉性的特點(diǎn)十分明顯。課程內(nèi)容涉及模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、傳感技術(shù)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、人機(jī)接口、機(jī)械結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)程序結(jié)構(gòu)、人工智能、動(dòng)作規(guī)劃、3D繪圖模擬等多門課程。

由于專業(yè)課程體系的限制，我們?cè)诒匾膶I(yè)課的基礎(chǔ)上，又開設(shè)了智能機(jī)器人原理和工業(yè)機(jī)器人兩門機(jī)器人相關(guān)的專業(yè)課。通過(guò)這兩門課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生盡可能掌握機(jī)器人相關(guān)的專業(yè)知識(shí)。

三、機(jī)器人教育為培養(yǎng)創(chuàng)新與實(shí)踐能力提供了一個(gè)嶄新的平臺(tái)

以機(jī)器人作為學(xué)生學(xué)習(xí)、實(shí)踐、綜合、創(chuàng)新的平臺(tái)，為學(xué)生提供開放性的實(shí)踐平臺(tái)和問題解決方案，學(xué)生可以用不同的方法達(dá)到同一目標(biāo)，從而鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)探索、動(dòng)手實(shí)踐，讓他們親身體驗(yàn)抽象的理論如何變成了觸手可及的答案，享受成功的興奮?？梢詫?duì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新思維訓(xùn)練、團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新訓(xùn)練、知識(shí)整合項(xiàng)目訓(xùn)練等各種層次訓(xùn)練。

1.學(xué)習(xí)和實(shí)踐平臺(tái)

機(jī)器人作為學(xué)習(xí)平臺(tái)，已經(jīng)應(yīng)用于學(xué)生所學(xué)的課程中。我們分別在模擬電子技術(shù)、傳感器原理、單片機(jī)原理、伺服系統(tǒng)、智能機(jī)器人等課程中使用機(jī)器人作為學(xué)習(xí)平臺(tái)。

利用機(jī)器人學(xué)習(xí)平臺(tái)有以下幾個(gè)作用：

（1）培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣。以機(jī)器人作為學(xué)習(xí)平臺(tái)易引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，機(jī)器人教學(xué)是充滿趣味的“做中學(xué)”教學(xué)平臺(tái)。

（2）提供理解課程的情境。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，各門課程都是獨(dú)立且相對(duì)抽象的，往往學(xué)生是只見樹木不見森林，只知所學(xué)，不知所用。在機(jī)器人平臺(tái)上學(xué)習(xí)，可以使抽象的概念變?yōu)榫唧w，并提供給學(xué)生以解決復(fù)雜問題的情境。例如，模擬電子技術(shù)課程中學(xué)到的運(yùn)算放大器、比較器等單元電路，通過(guò)在機(jī)器人平臺(tái)上電路中的具體應(yīng)用，使學(xué)生掌握了它們的用法。此時(shí)，它們不再是抽象的電路符號(hào)，而是一些具體的應(yīng)用工具了。

（3）強(qiáng)調(diào)課程之間相關(guān)性，初步建立系統(tǒng)概念。機(jī)器人平臺(tái)是多課程甚至是多學(xué)科綜合平臺(tái)，它能幫助學(xué)生理解各門課程之間的聯(lián)系，能讓學(xué)生學(xué)會(huì)綜合應(yīng)用自己所學(xué)知識(shí)。例如，可以在這個(gè)平臺(tái)上利用傳感器技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、控制電機(jī)及控制原理等知識(shí)構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

（4）強(qiáng)化動(dòng)手實(shí)踐。機(jī)器人學(xué)習(xí)平臺(tái)為學(xué)生提供了良好的實(shí)踐條件，學(xué)生在學(xué)完理論課的基礎(chǔ)上，可以利用它進(jìn)行課程內(nèi)容的驗(yàn)證、程序與硬件電路有機(jī)結(jié)合、相關(guān)知識(shí)的融合等實(shí)踐活動(dòng)。

2.綜合訓(xùn)練平臺(tái)

測(cè)控專業(yè)學(xué)生的畢業(yè)實(shí)習(xí)是在該平臺(tái)上進(jìn)行的，它是一項(xiàng)典型的綜合訓(xùn)練項(xiàng)目。整個(gè)實(shí)習(xí)過(guò)程是一個(gè)完整工程訓(xùn)練，是學(xué)生綜合素質(zhì)提升的過(guò)程，也是工程意識(shí)培養(yǎng)和強(qiáng)化的過(guò)程。

在實(shí)習(xí)中，學(xué)生要完成機(jī)器人設(shè)計(jì)、組裝、焊板及調(diào)試，軟件編程及調(diào)試、撰寫實(shí)習(xí)報(bào)告等全部過(guò)程。設(shè)計(jì)過(guò)程每個(gè)學(xué)生要確定其機(jī)器人功能，根據(jù)功能選擇傳感器種類和型號(hào)；組裝過(guò)程要將整個(gè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)組裝起來(lái)，包括車體、驅(qū)動(dòng)部分、轉(zhuǎn)向部分、傳感部分的安裝和調(diào)整；根據(jù)設(shè)計(jì)好的機(jī)器人功能，確定整機(jī)電路，焊接線路板并將電路調(diào)整到設(shè)定狀態(tài)；確定整機(jī)控制算法，編寫軟件程序并調(diào)試；整機(jī)測(cè)試，撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。

利用該平臺(tái)進(jìn)行畢業(yè)實(shí)習(xí)，可激發(fā)學(xué)生的興趣與愛好，有利于提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、科研動(dòng)手創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力以及就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力。

3.創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)

機(jī)器人為大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及參加科技競(jìng)賽提供了創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)。

為了加強(qiáng)大學(xué)生實(shí)踐、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)精神的培養(yǎng)，教育部委托高等學(xué)校自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)主辦每年一度的全國(guó)大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽——“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽。我院在2009年首次派隊(duì)參加第四屆“飛思卡爾”智能車賽。參賽學(xué)生在沒有任何經(jīng)驗(yàn)可以借鑒情況下，充分發(fā)揮了個(gè)人主觀能動(dòng)性，同時(shí)團(tuán)隊(duì)密切協(xié)作、精誠(chéng)團(tuán)結(jié)，圓滿完成了參賽作品的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，從硬件設(shè)計(jì)、調(diào)試、控制策略、算法到軟件編程等方面，完全是在自己的努力下完成的。通過(guò)此次參賽，學(xué)生們的創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)踐動(dòng)手能力以及工程意識(shí)都得到了極大的提高。最后參賽的兩支隊(duì)伍在比賽中分別獲得了東北賽區(qū)的二等獎(jiǎng)和三等獎(jiǎng)。在后來(lái)參加的第六屆“飛思卡爾”智能車賽和遼寧省首屆大學(xué)生“機(jī)器人擂臺(tái)賽”中也取得了優(yōu)異成績(jī)。

2011年沈陽(yáng)工程學(xué)院首屆大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“語(yǔ)音控制智能車”是測(cè)控專業(yè)學(xué)生在該平臺(tái)上完成的。該項(xiàng)目在機(jī)器人平臺(tái)上拓展了語(yǔ)音識(shí)別、無(wú)線控制功能和自動(dòng)尋跡功能，三種工作狀態(tài)通過(guò)語(yǔ)音指令來(lái)切換。該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的完成充分體現(xiàn)了學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)，驗(yàn)收時(shí)該項(xiàng)目得到專家的肯定。

四、結(jié)束語(yǔ)

機(jī)器人是人類創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的載體，是永無(wú)止境的研究課題。機(jī)器人教育為創(chuàng)新教育提供了廣闊的空間，是開發(fā)每個(gè)學(xué)生特長(zhǎng)和潛能、培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)造性人才的好素材。通過(guò)機(jī)器人平臺(tái)的實(shí)踐活動(dòng)，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望，使學(xué)生的學(xué)習(xí)從被動(dòng)向主動(dòng)轉(zhuǎn)化；可以培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、選擇知識(shí)能力、創(chuàng)造精神、實(shí)踐能力以及獨(dú)立分析問題和解決問題的能力。因此，機(jī)器人教育是開展創(chuàng)新教育的重要方法，是提高學(xué)生綜合實(shí)踐能力的有效途徑。

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（責(zé)任編輯：劉輝）