基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的機(jī)器人通識(shí)課建設(shè)的探究

程立英, 李 瑤, 張志美, 張浩華, 劉 玲

(沈陽(yáng)師范大學(xué) 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 沈陽(yáng) 110034)

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基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的機(jī)器人通識(shí)課建設(shè)的探究

程立英, 李 瑤, 張志美, 張浩華, 劉 玲

(沈陽(yáng)師范大學(xué) 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 沈陽(yáng) 110034)

以沈陽(yáng)師范大學(xué)通識(shí)課程《走進(jìn)機(jī)器人世界》的教學(xué)實(shí)踐為例,介紹從課程定位、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式以及教學(xué)效果等方面對(duì)培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力以及提升綜合素質(zhì)所進(jìn)行的嘗試,闡述機(jī)器人教育通識(shí)課程對(duì)拓寬認(rèn)識(shí)領(lǐng)域的重要性,探索了因材施教的教學(xué)模式,在教學(xué)實(shí)踐中以機(jī)器人技術(shù)為主線,結(jié)合不同學(xué)科知識(shí)和思維方法,引導(dǎo)學(xué)生從不同角度創(chuàng)新思考、提出獨(dú)特觀點(diǎn)并進(jìn)行實(shí)踐,有利于培養(yǎng)善于獨(dú)立思考的既有專門(mén)技能又能適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求的大學(xué)生。將通識(shí)課程設(shè)計(jì)為融自然科學(xué)、人文社會(huì)科學(xué)及科學(xué)實(shí)踐為一體的特色模式,體現(xiàn)了通識(shí)教育的的文化價(jià)值,對(duì)拓展通識(shí)課程含義及完善通識(shí)課程建設(shè)具有一定的參考價(jià)值。

創(chuàng)新能力; 機(jī)器人教育; 通識(shí)課程; 課程建設(shè)

0 引 言

由于信息技術(shù)的不斷發(fā)展,當(dāng)前社會(huì)各界都在提倡創(chuàng)新?！秶?guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》明確指出,高等教育要深化教學(xué)改革,強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的目標(biāo)。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?？梢?jiàn),如何與時(shí)俱進(jìn)地培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力是當(dāng)前高校教學(xué)改革面臨的重要問(wèn)題[1-2]。

機(jī)器人作為信息技術(shù)發(fā)展的前沿領(lǐng)域,機(jī)器人技術(shù)集控制論與控制工程學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、機(jī)械學(xué)、生物學(xué)、人類學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、電子信息科學(xué)、人工智能、社會(huì)學(xué)等多學(xué)科知識(shí)發(fā)展之大成,是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的新技術(shù)[3-4]。隨著信息化技術(shù)的發(fā)展,機(jī)器人已應(yīng)用到各行各業(yè),機(jī)器人技術(shù)也影響著我們的生活或工作,同時(shí),每個(gè)人都可能提出對(duì)機(jī)器人的使用和設(shè)計(jì)要求。在大學(xué)開(kāi)設(shè)機(jī)器人相關(guān)的通識(shí)課,讓各專業(yè)的學(xué)生了解機(jī)器人技術(shù),滿足學(xué)生的共性及個(gè)性需求,將有利于實(shí)現(xiàn)電子信息技術(shù)與其專業(yè)知識(shí)的融合,拓展信息時(shí)代下大學(xué)生的綜合知識(shí)和創(chuàng)新思維,對(duì)學(xué)生的價(jià)值引導(dǎo)、心智培育和知識(shí)拓展等方面發(fā)揮重要作用。如何借助機(jī)器人通識(shí)課程的教學(xué)平臺(tái),面向全校文、理科多個(gè)不同專業(yè)的大學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新能力的培養(yǎng),是值得在高校教學(xué)實(shí)踐中不斷探索的問(wèn)題。

1 機(jī)器人課程建設(shè)的現(xiàn)狀研究

機(jī)器人教育的價(jià)值不僅體現(xiàn)在其可以作為學(xué)校課堂教育和課外活動(dòng)的載體,也可作為“催化劑”和“增倍器”來(lái)推動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[5-6]。因此,機(jī)器人教育在社會(huì)和中小學(xué)中如火如荼地開(kāi)展起來(lái)[7-9],教育部在中小學(xué)信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中,也明確將機(jī)器人模塊列入教學(xué)內(nèi)容。但是,在我國(guó)高校中,機(jī)器人教育起步明顯晚于中小學(xué)[10],并且,目前在高校開(kāi)展機(jī)器人教育主要體現(xiàn)在兩種形式上,即開(kāi)設(shè)機(jī)器人技術(shù)相關(guān)課程和學(xué)生通過(guò)培訓(xùn)參加機(jī)器人比賽。隨著各種機(jī)器人賽事的開(kāi)展,其推動(dòng)著機(jī)器人技術(shù)向前發(fā)展的同時(shí),也為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和綜合實(shí)踐能力提供了空間和機(jī)會(huì)。但由于現(xiàn)階段機(jī)器人比賽缺乏普及性,很多是針對(duì)機(jī)器人指定廠家的產(chǎn)品,并且參與比賽功利性很強(qiáng),只能使極少數(shù)學(xué)生參與比賽,在高校指導(dǎo)機(jī)器人比賽缺乏科學(xué)地組織協(xié)調(diào),致使機(jī)器人賽事的教育功能出現(xiàn)異化傾向。在機(jī)器人技術(shù)相關(guān)課程開(kāi)設(shè)方面,由于各高校師資力量和實(shí)驗(yàn)條件所限,僅有部分理工類院校開(kāi)設(shè)了機(jī)器人技術(shù)課程,據(jù)統(tǒng)計(jì),開(kāi)設(shè)該類課程的高?，F(xiàn)僅占全國(guó)工科院校的2%[11]。并且,大部分高校只是針對(duì)研究生開(kāi)設(shè)或者在本科生機(jī)械電子、自動(dòng)化等專業(yè)開(kāi)設(shè)理論講授為主的課程,而其他專業(yè)中很少涉及[12]。

因此,在當(dāng)前信息技術(shù)時(shí)代,綜合性高校開(kāi)設(shè)機(jī)器人通識(shí)教育課程,并利用此平臺(tái),探究根據(jù)學(xué)生的專業(yè)領(lǐng)域和興趣需求,從多元化的教學(xué)內(nèi)容、不同層次的實(shí)踐設(shè)計(jì)來(lái)激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維,培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力是很有意義的,也是勢(shì)在必行的。

2 基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的機(jī)器人通識(shí)課程的實(shí)踐

以面向沈陽(yáng)師范大學(xué)全校文、理、藝多個(gè)不同專業(yè),根據(jù)學(xué)生的專業(yè)與興趣需求,在通識(shí)核心課程《走進(jìn)機(jī)器人世界》的教學(xué)中探索多元化的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式,并從培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力方面對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行分析。

2.1 課程定位與目標(biāo)

通識(shí)課程的目的是拓展知識(shí)視野,加強(qiáng)不同學(xué)科的融合,強(qiáng)化科學(xué)精神與人文精神,使學(xué)生接受到交叉學(xué)科的訓(xùn)練,受到廣泛的通識(shí)教育。作為機(jī)器人相關(guān)的課程,由于其理工科的屬性,在教學(xué)模式上會(huì)與文科課程有較大差異;但作為通識(shí)課程,由于其教學(xué)對(duì)象的特點(diǎn),在教學(xué)目標(biāo)上又有別于專業(yè)課程的要求。因此,該課程的教學(xué)目標(biāo)定位為圍繞著機(jī)器人相關(guān)技術(shù),設(shè)計(jì)合理的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式,引導(dǎo)學(xué)生接觸機(jī)器人世界,以滿足學(xué)生的共性及個(gè)性需求,實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與其行業(yè)知識(shí)的融合,拓展學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和知識(shí)領(lǐng)域。

2.2 通識(shí)化的教學(xué)內(nèi)容

課程教學(xué)內(nèi)容的安排既要以機(jī)器人相關(guān)的專業(yè)知識(shí)為主線,又要區(qū)別于機(jī)器人專業(yè)課內(nèi)容,不能從現(xiàn)有的《機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用》教材照搬,而需要重新組織設(shè)計(jì)。

本課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)為理論知識(shí)和實(shí)踐操作兩部分,通過(guò)理論講授、專題講座、自主實(shí)踐、交流總結(jié)4個(gè)環(huán)節(jié),層層深入,不僅使學(xué)生了解機(jī)器人的發(fā)展歷史,深入學(xué)習(xí)機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)、工作原理等專業(yè)知識(shí),而且通過(guò)“虛擬機(jī)器人”“機(jī)器人比賽”“具有情感感知的機(jī)器人”“機(jī)器人與我們的生活”等專題講座一起探討機(jī)器人的前沿技術(shù)以及機(jī)器人給人類生活帶來(lái)的影響。在實(shí)踐環(huán)節(jié),考慮學(xué)生的個(gè)人興趣和專業(yè)特長(zhǎng),學(xué)生自主選擇實(shí)踐題目。學(xué)校為學(xué)生提供基于單片機(jī)系統(tǒng)的智能小車和基于Lego的機(jī)器人套件,學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)配套軟硬件的使用,實(shí)現(xiàn)具有循跡、避障等簡(jiǎn)單功能的機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制作。通過(guò)小組成員的交流、全班同學(xué)的分享展示,使每位學(xué)生在有限時(shí)間內(nèi)經(jīng)歷機(jī)器人設(shè)計(jì)與制作的基本過(guò)程,了解機(jī)器人設(shè)計(jì)制作過(guò)程的基本思想和方法,激發(fā)學(xué)生探索實(shí)踐的興趣,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí),提高學(xué)生的交流溝通與團(tuán)隊(duì)合作能力。

2.3 人性化的教學(xué)模式

選修《走進(jìn)機(jī)器人世界》課程的學(xué)生來(lái)自物理學(xué)、社會(huì)學(xué)、軟件工程、產(chǎn)品設(shè)計(jì)等近20個(gè)專業(yè),學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)參差不齊,該課程在教學(xué)過(guò)程中,以人為本,注重學(xué)生的主體性,以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主、教師引導(dǎo)為輔的教學(xué)模式,培養(yǎng)學(xué)生的合作創(chuàng)新、主動(dòng)創(chuàng)新、想象力思維和實(shí)踐驗(yàn)證理論的思維。

在理論授課過(guò)程中,通過(guò)學(xué)生喜聞樂(lè)見(jiàn)的機(jī)器人相關(guān)科幻影片引入主題,結(jié)合本專業(yè)學(xué)生的科研作品實(shí)物、圖片與視頻展示與介紹,對(duì)機(jī)器人的相關(guān)概念、技術(shù)原理進(jìn)行通俗易懂地講解,讓學(xué)生通過(guò)多種感官活動(dòng)參與課題互動(dòng),寓教于樂(lè),形成以學(xué)生為主體,教師為主導(dǎo),師生互動(dòng),生生互動(dòng)的教學(xué)模式。另外,通過(guò)課內(nèi)與課外活動(dòng)相結(jié)合,例如布置問(wèn)卷調(diào)查、室友討論等任務(wù),調(diào)動(dòng)全體學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,了解課程相關(guān)的內(nèi)容。在實(shí)踐操作環(huán)節(jié),教師根據(jù)學(xué)生興趣不同,靈活分配不同作品的設(shè)計(jì)任務(wù),并配置相應(yīng)的指導(dǎo)教師;學(xué)生根據(jù)任務(wù)需要,以實(shí)驗(yàn)室為主要課堂,學(xué)生分組完成系統(tǒng)模塊配置、模塊設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試、編程控制等,由于每組學(xué)生的設(shè)計(jì)方案沒(méi)有固定模式和標(biāo)準(zhǔn)答案,也不受教材和結(jié)論的制約,因此,該課程安排多名有實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)教師組成團(tuán)隊(duì)對(duì)學(xué)生實(shí)踐進(jìn)行線上與線下結(jié)合的指導(dǎo)。綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)模式使學(xué)生具備一定理論知識(shí)基礎(chǔ)上,在開(kāi)放性的環(huán)境中進(jìn)行自主研究和探索。最后,學(xué)生對(duì)作品設(shè)計(jì)的過(guò)程進(jìn)行總結(jié),通過(guò)撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告、制作PPT進(jìn)行展示、總結(jié)與交流,不僅鍛煉了學(xué)生的實(shí)踐能力,而且增強(qiáng)了他們的自信心,激發(fā)了學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性。

2.4 教學(xué)效果

學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)實(shí)踐、匯報(bào)交流,不僅了解了機(jī)器人的基礎(chǔ)知識(shí)、相關(guān)理論知識(shí)和前沿課題,并且親自參與了機(jī)器人的設(shè)計(jì)制作,調(diào)動(dòng)了其參與實(shí)踐的積極性,培養(yǎng)了學(xué)生主動(dòng)思考問(wèn)題、分析問(wèn)題的能力,鍛煉了其團(tuán)隊(duì)合作意識(shí),學(xué)生能夠從不同角度進(jìn)行創(chuàng)新思考,從而達(dá)到了提高學(xué)生創(chuàng)新能力的目的。

3 結(jié) 語(yǔ)

基于社會(huì)對(duì)高校培養(yǎng)創(chuàng)新型高素質(zhì)人才的需求,在研究機(jī)器人通識(shí)教育的現(xiàn)狀基礎(chǔ)之上,以沈陽(yáng)師范大學(xué)《走進(jìn)機(jī)器人世界》通識(shí)核心課程建設(shè)為例,探索了因材施教的人性化教學(xué)模式,在教學(xué)實(shí)踐中以機(jī)器人技術(shù)為主線,引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合自己專業(yè)與興趣從不同角度創(chuàng)新思考并實(shí)踐研究,有利于培養(yǎng)善于獨(dú)立思考的既有專門(mén)技能又能適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求的大學(xué)生。該模式基于對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng),將通識(shí)課程設(shè)計(jì)為融自然科學(xué)、人文社會(huì)科學(xué)及科學(xué)實(shí)踐為一體的特色模式,體現(xiàn)了通識(shí)教育的的文化價(jià)值,對(duì)拓展通識(shí)課程含義及完善通識(shí)課程建設(shè)具有一定的參考價(jià)值。

[ 1 ]趙嬌潔,王靜晶. 信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式探析[J]. 沈陽(yáng)師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2014,32(2):313-316.

[ 2 ]賀利樂(lè),鄭建校. 以機(jī)器人教學(xué)和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為載體培養(yǎng)大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力[J]. 裝備制造技術(shù), 2014(9):286-288.

[ 3 ]萬(wàn)佑紅,蔣國(guó)平. 機(jī)器人教育與大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的探索[J]. 電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào), 2005,27(4):6-8,54.

[ 4 ]閻世梁,張華,肖曉萍,等. 高等工程教育中的機(jī)器人教育探索與實(shí)踐[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2013,32(8):149-152,196.

[ 5 ]李濤. 機(jī)器人技術(shù)教育探索與實(shí)踐[J]. 科技與企業(yè), 2014(17):288.

[ 6 ]王國(guó)飛. 在智能機(jī)器人教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的能力[J]. 實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器, 2014,31(10):64-65.

[ 7 ]王同聚. 普及中小學(xué)機(jī)器人教育提升學(xué)生科技信息素養(yǎng)[J]. 教育信息技術(shù), 2012(8):18-20.

[ 8 ]李杭州. 創(chuàng)新機(jī)器人教育教學(xué)平臺(tái)提升機(jī)器人教育發(fā)展動(dòng)力[J]. 教育信息技術(shù), 2010(7):12-13,21.

[ 9 ]李宛娜. 教育機(jī)器人在創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 科學(xué)中國(guó)人, 2014(10):97.

[10]黃修峰. 在機(jī)器人教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新與實(shí)踐能力[J]. 信息技術(shù)教育, 2014(14):65.

[11]楊建磊. 我國(guó)高校機(jī)器人教育的現(xiàn)狀分析及對(duì)策研究[J]. 江蘇科技信息, 2013(9):41-42.

[12]呂勇軍,祝尚臻,雷彥華,等. 搭建平臺(tái)培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才的探索與實(shí)踐——以機(jī)器人平臺(tái)為例[J]. 中國(guó)電力教育, 2014(9):14-15,17.

Research and construction of robot general education course based on innovative ability training

CHENGLiying,LIYao,ZHANGZhimei,ZHANGHaohua,LIULing

(College of Physics Science and Technology, Shenyang Normal University, Shenyang 110034, China)

General education as an important way to innovative ability training hais been paid more attention as and general education course is an important means of general education in university. As an example of the practice of the general education course “Enter the Robot World” in Shenyang Normal University, we introduces the course orientation, teaching content, teaching mode and teaching effect, which are the research and practice for the cultivating college students' innovation consciousness and the overall quality. In this paper, it expounds the importance of the robot general education to broaden the students' knowledge, explores the model of teaching students according to their aptitude with the main line of the robot technology. The design of the general courses combined the natural sciences, humanities and social science and scientific practice, it reflects the cultural value of general education. It offers an has important reference value for expanding the meaning and improving the construction of the general courses.

innovative ability; education of robot; general education course; course construction

2016-02-08。

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(61302012); 遼寧省普通高等學(xué)校本科教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目(UPRP20140147)。

程立英(1976-),女,河北衡水人,沈陽(yáng)師范大學(xué)副教授,東北大學(xué)博士研究生。

1673-5862(2016)02-0250-03

G642.423

A

10.3969/ j.issn.1673-5862.2016.02.025