機(jī)器人課程教學(xué)的反思

蘇冬梅，劉潔晶

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機(jī)器人課程教學(xué)的反思

蘇冬梅a，劉潔晶b

(衡水學(xué)院 a. 數(shù)學(xué)與計算機(jī)科學(xué)學(xué)院；b. 教務(wù)處，河北 衡水053000)

我國機(jī)器人教學(xué)起步比較晚．機(jī)器人課程的開出極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新熱情，提高了學(xué)生的鉆研和探索精神．但機(jī)器人教學(xué)仍屬于新鮮事物，還面臨著產(chǎn)品缺乏規(guī)范、機(jī)器人價格頗高、師資匱乏、由競賽驅(qū)動等問題．要想改變這一現(xiàn)狀，提高教學(xué)質(zhì)量，教學(xué)反思是不可或缺的教學(xué)手段．通過對機(jī)器人教學(xué)的反思，可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的動手能力，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)結(jié)合作精神以及為社會培養(yǎng)應(yīng)用型的人才．

機(jī)器人；機(jī)器人課程；教學(xué)；反思；應(yīng)用型人才

近年來，機(jī)器人與我們的學(xué)習(xí)生活越來越緊密，也越來越受到人們的關(guān)注．開設(shè)機(jī)器人課程可以拓寬大學(xué)生的知識面，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對提高大學(xué)生的綜合素質(zhì)以及應(yīng)用型人才培養(yǎng)有著很重要的現(xiàn)實意義．因為機(jī)器人課程本身具有創(chuàng)新性、綜合性、實踐性、開放性、探究性等特點，這些特點可以使我們在機(jī)器人教學(xué)過程中能很好地提高學(xué)生的動手動腦和創(chuàng)新能力，也可以發(fā)掘機(jī)器人文化的教學(xué)價值和教學(xué)功能，對學(xué)科發(fā)展有著很好的促進(jìn)作用．

1 機(jī)器人教學(xué)的基本情況

機(jī)器人學(xué)科是一個知識涵蓋面比較廣的交叉學(xué)科，它融合了機(jī)械、電子、自動化、材料、計算機(jī)技術(shù)等學(xué)科，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的前沿．在機(jī)器人教學(xué)過程中，通過充分的自主體驗，可以培養(yǎng)和提高學(xué)生的動手動腦能力，思維創(chuàng)造能力，開拓創(chuàng)新能力，團(tuán)體協(xié)作能力[1]．我國開展機(jī)器人教學(xué)研究的歷史并不是很長，目前正處于探索起步階段，機(jī)器人教學(xué)各種理論知識和實踐教學(xué)并不成熟．

在現(xiàn)實生活中，機(jī)器人無處不在，并非很神秘，且給我們的生活帶來了極大的方便和樂趣．并不是在高科技實驗室和科幻電影里才出現(xiàn)，也并不是具有與人類形態(tài)相似的才稱為機(jī)器人，機(jī)器人的種類眾多，它已經(jīng)走進(jìn)了工廠，走進(jìn)了家庭、走進(jìn)了各個領(lǐng)域，同時也走進(jìn)了大學(xué)校園，也將逐漸揭開神秘的面紗．在教學(xué)中，學(xué)生通過對機(jī)器人的實際方案研究、策劃、動手設(shè)計、組裝和編程，在探索和動手實踐中，增加了學(xué)生對機(jī)器人的理性和感性認(rèn)識，更增強(qiáng)了學(xué)生對機(jī)器人的動手和操控能力，改善了學(xué)習(xí)方式和學(xué)習(xí)態(tài)度．機(jī)器人是目前極富挑戰(zhàn)性的新技術(shù)和融合了多種學(xué)科知識的新學(xué)科．大學(xué)生好奇心強(qiáng)，而且極具強(qiáng)烈求知欲望，通過機(jī)器人教學(xué)，學(xué)生會對機(jī)器人技術(shù)和文化產(chǎn)生濃厚的興趣，而且會將這種興趣逐步擴(kuò)展到對其它學(xué)科知識的探索中去．興趣是創(chuàng)新探索的動力，在學(xué)習(xí)探索上每名學(xué)生是有差別的，主要差別是個性和興趣．如果學(xué)生對機(jī)器人具有濃厚的學(xué)習(xí)興趣，那么探索知識便會成為一種自覺的行為和樂趣．

2 開展機(jī)器人教學(xué)存在的問題

機(jī)器人教學(xué)在國內(nèi)外的發(fā)展中很迅猛，但是在其發(fā)展過程中，體系尚未形成，機(jī)器人教學(xué)還暴露出很多不容我們忽視的問題．

2.1 產(chǎn)品缺乏規(guī)范

目前，機(jī)器人產(chǎn)品不勝枚舉，多數(shù)產(chǎn)品自成體系，編程軟件互不兼容，且產(chǎn)品之間開放度低[2]．國內(nèi)生產(chǎn)機(jī)器人產(chǎn)品的公司大約30家，但是這些國內(nèi)機(jī)器人產(chǎn)品絕大多數(shù)沒有教學(xué)理念的支持，導(dǎo)致不能在教學(xué)應(yīng)用中產(chǎn)生良好的效果[3]．機(jī)器人教學(xué)相關(guān)的教材不多，且質(zhì)量不高．機(jī)器人教學(xué)的大多數(shù)以產(chǎn)品的說明書或者是用戶指南為主，缺少專家對課程教學(xué)的參與和指導(dǎo)．并且，目前我國還沒有統(tǒng)一專門的教材，實用性的教材也不是很多[4]．

2.2 機(jī)器人價格頗高

目前阻礙機(jī)器人教學(xué)發(fā)展的一個重要原因是機(jī)器人教學(xué)器材費用昂貴，比如一套樂高9797的套裝包括nxt控制器、光電傳感器、觸碰傳感器、超聲波傳感器、聲音傳感器、馬達(dá)和零部件等就五六千元，即使簡單的機(jī)器人也是由對外界環(huán)境感知的傳感器模塊、機(jī)器人大腦的控制模塊和用于機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動裝置模塊組成．一個傳感器和驅(qū)動裝置的價格基本是100元左右，控制模塊單片機(jī)價格在150元左右，組裝成一個簡單的機(jī)器人也需要1 000左右[5]．組裝機(jī)器人的硬件設(shè)備購買、部件的管理與維護(hù)等，也都需要龐大的開銷．現(xiàn)有的實體機(jī)器人價格也比較昂貴，動輒數(shù)萬元．

2.3 師資匱乏

機(jī)器人課程融合了人工智能、機(jī)械、計算機(jī)技術(shù)、電子、傳感器、自動化技術(shù)等多個學(xué)科的知識，涉及很多前沿領(lǐng)域的技術(shù)，是新技術(shù)發(fā)展的重要課程．機(jī)器人課程影響力大，輻射面廣，對不同專業(yè)的學(xué)生都有積極的帶動作用．機(jī)器人教學(xué)在我國才剛剛起步，還沒有形成專門的機(jī)器人教學(xué)體系，師資嚴(yán)重匱乏．機(jī)器人教學(xué)要求教師要具備多學(xué)科知識背景，具備培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的能力，因而對教師有著較高的要求，涉足機(jī)器人教學(xué)活動并有所建樹的教師較少．“他山之石，可以攻玉”．教師可通過外出培訓(xùn)，積極參加各種教研沙龍和網(wǎng)絡(luò)教研活動，向優(yōu)秀的團(tuán)隊和教師交流學(xué)習(xí)，汲取精華，不斷增強(qiáng)教師的實踐能力．通過教師主體意識、責(zé)任感、創(chuàng)新精神和主體能動性的提升帶動教師的課程開發(fā)能力、教學(xué)實踐能力的發(fā)展[6]．

2.4 驅(qū)動方式單一

目前機(jī)器人教育課程與學(xué)科整合經(jīng)驗較少，教學(xué)理論研究匱乏．機(jī)器人教學(xué)課程并非圍繞日常的教學(xué)活動開展，主要是由各式各樣的機(jī)器人競賽所驅(qū)動，這樣研究人員都集中在機(jī)器人比賽規(guī)定制定和比賽相關(guān)產(chǎn)品規(guī)格的研究上，造成的直接后果是對比賽規(guī)則了解比較透徹，而教學(xué)研究成果較少，最終導(dǎo)致在機(jī)器人教學(xué)過程中缺乏有效的理論知識支撐，難以深入到日常教學(xué)活動中[7]．機(jī)器人教學(xué)是緊緊圍繞著機(jī)器人競賽開展，教師對所用的機(jī)器人產(chǎn)品和所參與的比賽規(guī)則掌握得比較透徹，而對機(jī)器人教學(xué)應(yīng)該具備的相關(guān)知識結(jié)構(gòu)不是很清楚，因此機(jī)器人課程教學(xué)發(fā)展明顯滯后于機(jī)器人比賽的發(fā)展．

3 機(jī)器人教學(xué)中的反思

在機(jī)器人的教學(xué)中，經(jīng)常反思的是，為什么要開這門課？在學(xué)習(xí)中要讓學(xué)生有什么收獲？如何才能培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣？達(dá)到什么樣的培養(yǎng)目標(biāo)？國家、社會、學(xué)校、教師、學(xué)生如何受益，這是教學(xué)中的最基本的環(huán)節(jié)，也是必不可少的環(huán)節(jié)，通過教學(xué)反思，機(jī)器人教學(xué)必須注重以下幾點：

3.1 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

學(xué)生有豐富的想象力和無限的創(chuàng)新力．對大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)要始終貫穿于日常的教學(xué)活動中，并非是參加創(chuàng)新競賽時才開始重視和培養(yǎng)．在學(xué)生完成教學(xué)活動任務(wù)后，讓學(xué)生進(jìn)行思維發(fā)散能力的訓(xùn)練[8]．比如進(jìn)行以交通為主題的機(jī)器人設(shè)計，讓學(xué)生進(jìn)行自主分組設(shè)計、規(guī)劃、討論，學(xué)生自主進(jìn)行車輛形狀以及交警機(jī)器人的建構(gòu)、程序的編寫．學(xué)生還可以通過學(xué)習(xí)研究撰寫介紹機(jī)器人的名稱、功能、創(chuàng)新點，機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)的動作，設(shè)計的原理及過程的小論文進(jìn)行展示，得到應(yīng)有的訓(xùn)練和長進(jìn)．學(xué)生設(shè)計的機(jī)器人作品各式各樣，學(xué)生通過自評、互評對展示的作品進(jìn)行評價，這個過程，讓學(xué)生了解了其他學(xué)生不同的思維方法和想法，取長補(bǔ)短，從而更好地改進(jìn)和完善了設(shè)計作品．在機(jī)器人教學(xué)中培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新能力、科技能力，而且也能增強(qiáng)了學(xué)生科技創(chuàng)新的意識和動力[9]．

3.2 提高學(xué)生的動手能力

對于任何學(xué)習(xí)，親自做是最好的學(xué)習(xí)方法，機(jī)器人教學(xué)更要注重實物機(jī)器人演練，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識和動手能力．比如：空中四旋翼機(jī)器人課程，學(xué)生通過在模擬器上掌握四旋翼飛行的基本技巧和技能，將一些興趣濃、動手能力強(qiáng)的學(xué)生選拔進(jìn)學(xué)校的社團(tuán)興趣小組，參加各類空中機(jī)器人的競賽．讓學(xué)生的創(chuàng)意和動手能力在實體空中機(jī)器人上得到體現(xiàn)．學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，對機(jī)器人的研究產(chǎn)生了濃厚的興趣，為日后提高機(jī)器人的科研水平和應(yīng)用水平起到了促進(jìn)作用．

在教學(xué)活動中，過程性經(jīng)驗往往不是“言傳”就能使學(xué)生體會，我們必須具有“三分設(shè)計，七分調(diào)試”的理念，讓學(xué)生親手設(shè)計、制作、調(diào)試機(jī)器人．在設(shè)計過程中，學(xué)生決定機(jī)器人的構(gòu)建、造型；在制作的過程中，讓學(xué)生選擇機(jī)器人需要的零器件，再讓學(xué)生將零器件設(shè)法組裝在一起，這樣，學(xué)生更好地完成了自己的設(shè)計，并將設(shè)計的機(jī)器人達(dá)到了最佳效果．學(xué)生通過在電腦上進(jìn)行相關(guān)軟件的編程，通過多次反復(fù)的試驗、調(diào)試，不斷地進(jìn)行改進(jìn)和完善，最后實現(xiàn)了最優(yōu)的試驗效果．在試驗過程中，學(xué)生可以得到很多方面的鍛煉．無論是技術(shù)還是理論，無論是學(xué)生還是老師，都增長了才干，增加了自信，為應(yīng)用型本科院校專業(yè)發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)．

3.3 培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)結(jié)合作精神

機(jī)器人課程是一個綜合性很強(qiáng)的學(xué)科，教學(xué)中機(jī)器人器材比其他理論學(xué)科知識更加具體形象，制作效果也是立竿見影，有助于學(xué)生自主探索．在常規(guī)的教學(xué)過程中，教師是提倡學(xué)生之間以小組的形式合作，但這種合作方式，通常是松散的，可有可無，合作只是一個形式，達(dá)不到最佳效果．但是在機(jī)器人制作、比賽和訓(xùn)練過程中，小組隊員的合作必須十分默契，小組合作狀態(tài)直接影響比賽成績，集體的智慧是至關(guān)重要的，“三個臭皮匠，賽過諸葛亮”，有了良好的合作能力，對同一個項目多層面、多視角的研討，可以多方面進(jìn)行探索創(chuàng)新，團(tuán)結(jié)合作對個人來說可以揚(yáng)長避短，而且可以很好地增加同學(xué)之間的感情和全體同學(xué)的凝聚力．引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分組協(xié)作完成教學(xué)任務(wù)，是特定教學(xué)條件下的教學(xué)方式，通過分組進(jìn)行學(xué)習(xí)，即滿足學(xué)生的獨立學(xué)習(xí)愿望，培養(yǎng)學(xué)生的個性；又能激發(fā)學(xué)生的合作學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的合作意識和團(tuán)隊精神．可見機(jī)器人教學(xué)對學(xué)生團(tuán)隊合作精神的培養(yǎng)具有十分顯著的作用．

3.4 為社會培養(yǎng)應(yīng)用型人才

機(jī)器人教學(xué)以國防、軍事為背景，以無人機(jī)、水下潛艇機(jī)設(shè)計為研究目標(biāo)，以專業(yè)知識為依托，以某戰(zhàn)事素材為素材，將多方面、多層、多領(lǐng)域的知識貫穿于教學(xué)中，既鍛煉了學(xué)生的動腦、動手和思維能力，又培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)體合作和開拓創(chuàng)新意識，學(xué)生增強(qiáng)了愛國、愛家、愛學(xué)校的主人翁精神，對學(xué)校的學(xué)科發(fā)展也有了很大的推動作用，學(xué)生也都能全身心投入到學(xué)習(xí)中，收到了良好的效果，對學(xué)生的就業(yè)、創(chuàng)業(yè)也有了很好的促進(jìn)作用，為學(xué)校、社會的應(yīng)用型人才培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)．

[1] 蘇冬梅,劉潔晶.談素質(zhì)體育與機(jī)器人運(yùn)動[J].青春歲月,2014(11):264.

[2] 秦健,崔鑫治,李曉剛.我國機(jī)器人教育研究現(xiàn)狀與我校校本課程建設(shè)[J].中國信息科技教育,2011(4):4-6.

[3] 葛文雙,傅鋼善,史婷.我國中小學(xué)機(jī)器人教育發(fā)展中的問題分析[J].中國教育信息化,2008(4):4-7.

[4] 李鳴華.機(jī)器人教育的教學(xué)設(shè)計[J].中國電化教育,2007(8):98-101.

[5] 劉志軍,王振群.淺析中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)[J].科技信息,2012(1):541.

[6] 雷靜桃,劉亮,張海洪.“機(jī)器人學(xué)”課程教學(xué)改革與實踐[J].實驗室研究與探索,2013(5):179-182.

[7] 王佩.智能機(jī)器人的教學(xué)探索[J].中國電化教育,2009(2):95-96.

[8] 薛子云.淺談機(jī)器人教學(xué)課程的理論研究與實踐創(chuàng)新[J].職業(yè)科技,2011(8):98-99.

[9] 周俊波.機(jī)器人教學(xué)與大學(xué)生創(chuàng)新教育[J].中國科教創(chuàng)新刊,2013(11):14.

Reflection on Robot Teaching

SU Dong-meia, LIU Jie-jingb

(a. College of Mathematics and Computer Science, b. Office of Teaching Affairs, Hengshui University, Hengshui, Hebei 053000, China)

Robot teaching started relatively late in China. For students, the robot course has greatly inspired their interests in learning and innovating, and also improved their studying and exploring spirit. However, robot teaching is relatively new for us, and faced with the problems of lacking regulation in products, high price of robots, teacher shortage and being driven by the competitions. In order to change the situation which the robot teaching is facing, it is necessary to enhance the teaching quality and perform teaching reflection. By implementing teaching reflection in robot course, it is helpful in developing students' innovation ability, hands-on skill and cooperation spirit, and then more applied talents will be cultivated.

robot; robot teaching; teaching; reflection; applied talents

(責(zé)任編校：李建明 英文校對：李玉玲)

10.3969/j.issn.1673-2065.2015.01.030

G642

A

1673-2065(2015)01-0109-03

2014-09-23

衡水學(xué)院教學(xué)改革與研究項目(jg2014021)

蘇冬梅(1989-)，女，河北景縣人，衡水學(xué)院數(shù)學(xué)與計算機(jī)科學(xué)學(xué)院助教，農(nóng)業(yè)推廣碩士；

劉潔晶(1981-)，男，河北景縣人，衡水學(xué)院教務(wù)處副教授，工程碩士．