民辦高校機(jī)器人教育的實(shí)踐與思考

萬振武+夏婷

一機(jī)器人教育

1機(jī)器人技術(shù)與機(jī)器人教育

機(jī)器人技術(shù)是一門跨專業(yè)，高度綜合的新興學(xué)科，它綜合了應(yīng)用數(shù)學(xué)、力學(xué)、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、傳感器、通信和人工智能等學(xué)科的最新成就，是機(jī)電一體化的典型應(yīng)用。機(jī)器人教育是指以機(jī)器人為主要教學(xué)內(nèi)容或教學(xué)工具而開展的教與學(xué)活動(dòng)，這些活動(dòng)是在具體實(shí)踐的過程中逐步完成的，其核心基礎(chǔ)是人工智能技術(shù)在教育中以物化、人性化、智能化的形式加以利用[1]。與傳統(tǒng)教育平臺(tái)相比，機(jī)器人教育具有前沿性與綜合性并存、理論性與實(shí)踐性融合、實(shí)用性與趣味性并重的特質(zhì)[2]。

2教育機(jī)器人與機(jī)器人教育

教育機(jī)器人是以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生綜合能力為目標(biāo)的機(jī)器人成品、套裝或散件。以教育機(jī)器人為載體的機(jī)器人教育可以有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在“做中學(xué)”的教學(xué)形式下培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)、工程素質(zhì)和工程技能。

教育機(jī)器人的出現(xiàn)為學(xué)校創(chuàng)新教育提供了一個(gè)嶄新的平臺(tái)，幾乎沒有一種技術(shù)平臺(tái)比智能機(jī)器人更適合創(chuàng)新素質(zhì)教育。相對(duì)于工業(yè)用機(jī)器人等，教育機(jī)器人成本較低，開展機(jī)器人教育能夠以較少的教育投入（包括人力、物力、財(cái)力、時(shí)間等）取得較大的教育效果（主要指學(xué)生的知識(shí)獲得、技能形成、情感培養(yǎng)等），從而優(yōu)化了教與學(xué)的效果[3]；教育機(jī)器人的開放性和可擴(kuò)展性，利于學(xué)生創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)；同時(shí)，采用機(jī)器人這種教學(xué)工具，能改善教學(xué)方式與方法，減輕師生的工作強(qiáng)度，縮短工作時(shí)間，提高工作效率[4]。

3民辦高校教育教學(xué)改革與機(jī)器人教育

第一，求生存、謀發(fā)展，改革的內(nèi)動(dòng)力強(qiáng)。機(jī)器人教育作為一種新興的教育教學(xué)模式，以其知識(shí)性、實(shí)踐性、趣味性、創(chuàng)造性、探究性、協(xié)作性等所體現(xiàn)出的高性價(jià)比，正逐步成為高等院校相關(guān)學(xué)科教育教學(xué)改革的一個(gè)重要方向?？梢哉f，民辦高校改革發(fā)展的內(nèi)在需求以及機(jī)器人教育的高性價(jià)比，決定了該類院校必將會(huì)把機(jī)器人教育作為相關(guān)學(xué)科教育教學(xué)改革的重點(diǎn)來抓。

第二，起步晚、包袱少，改革的適應(yīng)性強(qiáng)。我國(guó)民辦高校起步較晚，迄今只有十余年的歷史，不少學(xué)校正處于“凝練辦學(xué)理念、突出辦學(xué)特色”的階段，機(jī)器人教育作為一種新興的、獨(dú)具特色的優(yōu)質(zhì)教育教學(xué)模式，在一定程度上與之契合；同時(shí)，民辦高校辦學(xué)時(shí)間相對(duì)較短，其具有包袱少、束縛少的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于各類新興事物的接納性、適應(yīng)性會(huì)更強(qiáng)、更快。所以，民辦高校所處的發(fā)展階段、本身包袱少束縛少的特點(diǎn)，使得大力、快速引進(jìn)機(jī)器人教育成為可能。

第三，重實(shí)踐、強(qiáng)能力，辦學(xué)定位的需求強(qiáng)。民辦高校作為應(yīng)用型本科院校，其人才培養(yǎng)目標(biāo)定位在應(yīng)用型人才方面，以培養(yǎng)一線生產(chǎn)實(shí)際需要的實(shí)際人才為教學(xué)目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐性、參與性與體驗(yàn)性等非認(rèn)知性目標(biāo)[3]。機(jī)器人教育作為一種前沿性與綜合性并存、理論性與實(shí)踐性融合、實(shí)用性與趣味性并重的優(yōu)質(zhì)教育教學(xué)平臺(tái)，其在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力方面的優(yōu)勢(shì)能和民辦高校的人才培養(yǎng)目標(biāo)很好融合，成為民辦高校有關(guān)專業(yè)人才培養(yǎng)的重要手段。

二我校機(jī)器人教育的做法與實(shí)踐

1因“才”施教，設(shè)計(jì)教學(xué)

第一，巧用知識(shí)性，融機(jī)器人教育于專業(yè)課程教學(xué)。機(jī)器人技術(shù)具有知識(shí)密集性的特點(diǎn)，綜合性很強(qiáng)，可以很好地和很多專業(yè)課的知識(shí)點(diǎn)融合。例如在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用、單片機(jī)原理、c語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)等課程的理論教學(xué)中，適時(shí)引入了一些機(jī)器人設(shè)計(jì)、控制案例，并提供案例效果視頻，發(fā)揮機(jī)器人教育的趣味性特點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

第二，活用實(shí)踐性，融機(jī)器人教育于課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。實(shí)踐性是機(jī)器人教育的一個(gè)重要特點(diǎn)，十分利于應(yīng)用到綜合性強(qiáng)、實(shí)踐性要求高的課程設(shè)計(jì)中。由于機(jī)器人本身的趣味性，讓學(xué)生在“做中學(xué)”、“玩中學(xué)”的模式中，實(shí)踐能力、動(dòng)手能力、學(xué)以致用的能力得到提高。

第三，發(fā)揮創(chuàng)造性，融機(jī)器人教育于課外科技活動(dòng)。教育機(jī)器人部件設(shè)計(jì)上，一般遵循開放性和可擴(kuò)展的原則，這有利于發(fā)揮學(xué)習(xí)者天馬行空的想象力。我院信息工程系成立學(xué)生興趣小組、科技創(chuàng)新工作室，由專業(yè)課教師指導(dǎo)有興趣的學(xué)生進(jìn)行機(jī)器人制作開發(fā)，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性。

第四，貫穿趣味性，加強(qiáng)機(jī)器人教育趣味性設(shè)計(jì)。機(jī)器人教育的生命力在于其趣味性，在教育教學(xué)活動(dòng)中，趣味性的設(shè)計(jì)是充分發(fā)揮教學(xué)效果的關(guān)鍵所在。在實(shí)際的教育教學(xué)過程中，針對(duì)不同機(jī)器人的硬件特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出跑圈、壁障、走迷宮、遙控、搬運(yùn)等功能的機(jī)器人，實(shí)踐證明這些頗具趣味性的設(shè)計(jì)，在實(shí)際的教育教學(xué)中發(fā)揮了積極的作用。

2因“材”施教，教學(xué)設(shè)計(jì)

因“才”施教，主要是根據(jù)機(jī)器人教育的特點(diǎn)來設(shè)計(jì)（或輔助）教育教學(xué)形式，而因“材”施教，則是根據(jù)教育對(duì)象———學(xué)生的特點(diǎn)來進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。我校在教育教學(xué)實(shí)踐中，根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)，課內(nèi)外、多渠道、多層次地為學(xué)生提供機(jī)器人教育的學(xué)習(xí)平臺(tái)。例如，在課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)中，會(huì)安排學(xué)生分組選題，然后會(huì)對(duì)選題進(jìn)行任務(wù)分解，如可分解為硬件設(shè)計(jì)、機(jī)體設(shè)計(jì)、策略設(shè)計(jì)、硬件調(diào)試、軟件調(diào)試、軟硬件聯(lián)調(diào)等等，學(xué)生根據(jù)自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)、興趣特點(diǎn)有側(cè)重地選擇任務(wù)，協(xié)作完成。在課程設(shè)計(jì)中表現(xiàn)出較高興趣和能力的學(xué)生，建議其參加課余興趣小組，進(jìn)一步為其提供發(fā)揮創(chuàng)造力的平臺(tái)。另外，在畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)有關(guān)教師也會(huì)設(shè)計(jì)一些機(jī)器人方面的選題，供學(xué)生們選擇。

3以研促教，教研相長(zhǎng)

教學(xué)和科研是高等學(xué)校的兩大支柱，它們相輔相成、相互促進(jìn)、不可分離?？蒲袨榻虒W(xué)開辟培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的環(huán)境，科技創(chuàng)新與人才培養(yǎng)相結(jié)合是大學(xué)的優(yōu)勢(shì)，科研是源，教學(xué)是流，兩者共同構(gòu)建高校的育人環(huán)境[6]。機(jī)器人教育教學(xué)的可持續(xù)發(fā)展，離不開有力的科研支持。在機(jī)器人教育這一塊，我院有關(guān)教師針對(duì)教育機(jī)器人進(jìn)行科研立項(xiàng)，研究成果及時(shí)應(yīng)用到實(shí)踐教學(xué)，保證每年相關(guān)教學(xué)內(nèi)容有新意、有補(bǔ)充；在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的問題又為后續(xù)科研立項(xiàng)提供一些參考。另外在學(xué)生科技創(chuàng)新方面，學(xué)院還組織學(xué)生進(jìn)行教育機(jī)器人方面的科研立項(xiàng)，這個(gè)過程中不僅能鍛煉學(xué)生創(chuàng)新、科研能力，還能從一個(gè)側(cè)面了解學(xué)生的興趣點(diǎn)，利于機(jī)器人教育的研究。endprint

4以賽促研，以賽促教

機(jī)器人技術(shù)的綜合性以及機(jī)器人教育的趣味性、創(chuàng)造性等特點(diǎn)，很利于機(jī)器人競(jìng)賽活動(dòng)的開展，反過來，機(jī)器人競(jìng)賽活動(dòng)的開展又能促進(jìn)教育機(jī)器人的研發(fā)和機(jī)器人教育教學(xué)的研究。我院自2012年來，定期在校內(nèi)組織機(jī)器人設(shè)計(jì)大賽，普及機(jī)器人教育，在師生中營(yíng)造良好的機(jī)器人教育氛圍。特別值得一提的是2012年11月在深圳大學(xué)舉辦的2012中國(guó)教育機(jī)器人大賽中，我院參賽隊(duì)獲得特等獎(jiǎng)一個(gè)、一等獎(jiǎng)一個(gè)、二等獎(jiǎng)一個(gè)。競(jìng)賽活動(dòng)的開展，從我院實(shí)施的情況來看，有以下幾個(gè)特點(diǎn)：第一，促進(jìn)了教育機(jī)器人的研究，在比賽中各參賽隊(duì)的創(chuàng)意，為后續(xù)的研究提供了一些參考；第二，豐富了教學(xué)，比賽的過程本身也是教學(xué)的過程，學(xué)生從方案設(shè)計(jì)，到機(jī)器人制作，到功能調(diào)試，再到臨場(chǎng)參賽，整個(gè)過程中都有相關(guān)教師的指導(dǎo)，這整個(gè)過程就是一種開放式的教學(xué)形式；第三，普遍提高了相關(guān)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，促進(jìn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)；第四，增大了機(jī)器人教育的受眾面，使得有興趣而不在相關(guān)專業(yè)的學(xué)生也能參與進(jìn)來。

三關(guān)于深化機(jī)器人教育的思考

1開設(shè)機(jī)器人課程

近年來，我院在機(jī)器人教育方面做了一些嘗試，但尚未專門開設(shè)機(jī)器人方面的課程。今后可以通過公選課的形式普及機(jī)器人教育，讓更多學(xué)生感受機(jī)器人教育的魅力。另外可以在有關(guān)專業(yè)的課程體系中增設(shè)機(jī)器人課程，如電信、自動(dòng)化、測(cè)控、計(jì)算機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)電、機(jī)械等專業(yè)，機(jī)器人技術(shù)具有很強(qiáng)的綜合性，所以可以針對(duì)不同的專業(yè)調(diào)整相應(yīng)的授課重點(diǎn)，一定程度上也能促進(jìn)學(xué)科融合。

2構(gòu)建教育機(jī)器人實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)室

實(shí)踐性是機(jī)器人教育的重要屬性，相應(yīng)的實(shí)踐平臺(tái)必不可少。當(dāng)前我院機(jī)器人教育的實(shí)踐平臺(tái)多是相關(guān)教師針對(duì)特定專業(yè)、特定課程、特定知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)制作，尚不具備系統(tǒng)性和規(guī)模性。今后可以采取教師科研成果為主、企業(yè)成果引進(jìn)為輔的形式，整合有關(guān)教師相關(guān)科研成果，投建機(jī)器人實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)室，并進(jìn)一步加大教育機(jī)器人和機(jī)器人教育方面的科研投入，相應(yīng)成果持續(xù)補(bǔ)充機(jī)器人實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)室的實(shí)踐內(nèi)容，適當(dāng)引入一些企業(yè)的成果作為補(bǔ)充。由于相關(guān)成果主要是本校教師在針對(duì)本校學(xué)生的教學(xué)實(shí)踐中取得的，相對(duì)于直接引進(jìn)相關(guān)企業(yè)的科研成果，更具針對(duì)性和適應(yīng)性，能更好地和本校的實(shí)踐教學(xué)結(jié)合起來，性價(jià)比更高。實(shí)驗(yàn)室、實(shí)訓(xùn)室建成后采取開放式或預(yù)約開放式的管理模式，充分發(fā)揮其效能。

3構(gòu)建機(jī)器人教育課外科研訓(xùn)練體系

課堂上的時(shí)間是有限的，教師在課內(nèi)主要完成對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)，要想讓學(xué)生掌握、融匯相關(guān)知識(shí)并學(xué)以致用，必須充分發(fā)掘?qū)W生課外的時(shí)間。以學(xué)生課外科技活動(dòng)為載體，對(duì)學(xué)生進(jìn)行梯度化管理，分興趣小組、研發(fā)小組、工作室等幾個(gè)層面對(duì)不同年級(jí)、不同基礎(chǔ)的學(xué)生進(jìn)行分級(jí)管理訓(xùn)練，形成課外科研訓(xùn)練體系。在這個(gè)過程中，充分利用實(shí)驗(yàn)室、實(shí)訓(xùn)室的開放管理模式。

4構(gòu)建產(chǎn)學(xué)研平臺(tái)，加強(qiáng)校企合作

機(jī)器人生產(chǎn)商是機(jī)器人教育的一個(gè)隱性推動(dòng)者，在國(guó)內(nèi)外，部分機(jī)器人課程的順利實(shí)施都得益于機(jī)器人生產(chǎn)商，特別是教育機(jī)器人和競(jìng)賽機(jī)器人生產(chǎn)商的支持。同時(shí)，由于高校的參與，也促進(jìn)了企業(yè)產(chǎn)品的不斷完善和升級(jí)，使得機(jī)器人產(chǎn)品在學(xué)校和企業(yè)得到更好的推廣和應(yīng)用，形成了一種比較理想的產(chǎn)學(xué)研合作方式[7]。

總之，機(jī)器人是人類創(chuàng)新技術(shù)和創(chuàng)新成果的載體，其發(fā)展空間不可估量。機(jī)器人教育以其諸多特性所體現(xiàn)出來的高性價(jià)比，將成為或正逐步成為我國(guó)高校相關(guān)學(xué)科教育教學(xué)改革的一個(gè)重要方向。

參考文獻(xiàn)

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