與時(shí)俱進(jìn)地開(kāi)展大學(xué)專業(yè)特色課教學(xué)

周渝斌

摘要：根據(jù)我國(guó)在經(jīng)濟(jì)建設(shè)新常態(tài)下對(duì)創(chuàng)新性人才的要求變化需要，對(duì)以前的專業(yè)特色課教學(xué)方案進(jìn)行了大幅修改。首先是教學(xué)內(nèi)容，從單一教材發(fā)展為多本教材，并添加了跟當(dāng)前技術(shù)發(fā)展相匹配的內(nèi)容;其次是從知識(shí)性灌輸向?qū)嵺`教學(xué)轉(zhuǎn)變，即以項(xiàng)目為目標(biāo)，確定教學(xué)方向;最后是實(shí)驗(yàn)課程的變化，從堂內(nèi)設(shè)置的小實(shí)驗(yàn)到綜合性、制作性實(shí)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：專業(yè)特色教育;教學(xué)改革;創(chuàng)新型人才;機(jī)器人課程教學(xué);大學(xué)教育

中圖分類號(hào)：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2016）36-0093-02

特色課程作為大學(xué)高年級(jí)的專業(yè)綜合型、知識(shí)拓展型課程，這種課程通常涉及到多門大學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課程的知識(shí)，具有交叉性、跨學(xué)科，雖然比普通課程難度大，但是好處同樣也多，非常有利于學(xué)生進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)和將來(lái)增加就業(yè)機(jī)會(huì)[1]，所以一直受到學(xué)生們的歡迎。本文以機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)為例，談?wù)勅绾斡行У亻_(kāi)展好專業(yè)特色課，使這種課既能做到與時(shí)俱進(jìn)地不斷引入各種新發(fā)展技術(shù)，又可以作為大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐或科技比賽的支持課程[2]。

機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)本來(lái)是機(jī)械電子工程專業(yè)的專業(yè)必修課和機(jī)械自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)選修課，但是這門課同時(shí)也可以作為其他各類學(xué)科的一門知識(shí)拓展型課程[3]。通過(guò)這門課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠熟悉、使用、研究和設(shè)計(jì)機(jī)器人，為從事機(jī)器人工程領(lǐng)域的工作奠定基礎(chǔ)。該課程需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容包括機(jī)器人學(xué)必要的基礎(chǔ)知識(shí)、各種類型的機(jī)器人部件、各個(gè)子系統(tǒng)、各種傳感器和機(jī)器人應(yīng)用和理論方面的基本知識(shí)。具體來(lái)說(shuō)，機(jī)械方面，主要包括機(jī)器人本體的機(jī)械結(jié)構(gòu)、機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)，諸如典型的機(jī)械構(gòu)成、常見(jiàn)的機(jī)械組成等;動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)方面，包括電磁、液壓電機(jī)，以及各類微型或特異形式的驅(qū)動(dòng)方式，如記憶金屬、超生波點(diǎn)擊等;控制方面，則包括控制系統(tǒng)、微處理器的應(yīng)用、多種多樣的傳感器等，如視覺(jué)傳感器、仿生的觸覺(jué)傳感器等;運(yùn)動(dòng)控制方面則包括位姿分析、軌跡計(jì)算，如軌跡預(yù)測(cè)與優(yōu)化、正向或逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)等;最后還涉及到人工智能，即機(jī)械人如果進(jìn)行邏輯分析、決策判斷，如進(jìn)行語(yǔ)言語(yǔ)義分析、靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的視覺(jué)圖像分析等。該課程有很強(qiáng)的交叉性，跨多個(gè)學(xué)科，對(duì)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)要求也比較高，如機(jī)械設(shè)計(jì)、電子電路、傳感器、高等數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)編程能力等，正因?yàn)槿绱?，該課程總是作為本科高年級(jí)學(xué)生或者研究生階段的專業(yè)課程來(lái)開(kāi)設(shè)。

在教學(xué)過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)，由于電影電視中對(duì)各種機(jī)器人的宣傳激發(fā)了青少年對(duì)機(jī)器人的興趣，人們通常認(rèn)為的機(jī)器人或許就像他們從電影、電視里看到的那樣，這些都讓大學(xué)生對(duì)該課程的期望比較高。但是作為一門專業(yè)課程，又不能太過(guò)于娛樂(lè)化，因此，課程內(nèi)容的組織成了首先要解決的問(wèn)題。機(jī)器人課程的教材目前主要有高等教育出版社的《機(jī)器人學(xué)》，主編為劉極峰;另一本是清華大學(xué)出版社的《機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用》，主編為朱世強(qiáng);還有一本是郭洪紅編著的《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)》，由西安電子科技大學(xué)出版社出版。這三本教材主要教學(xué)內(nèi)容都圍繞工業(yè)機(jī)器人，大概可分為三個(gè)部分的教學(xué)內(nèi)容：動(dòng)力學(xué)與控制、傳感器、機(jī)械結(jié)構(gòu)，機(jī)器人學(xué)則更加注重機(jī)器人控制理論的分析和計(jì)算。這三本教材我們都使用過(guò)，但是教學(xué)效果一直不太理想，主要是因?yàn)閷W(xué)生的興趣要超過(guò)我們的教學(xué)內(nèi)容。作為全校公開(kāi)課，課堂內(nèi)既有來(lái)自理工科專業(yè)的學(xué)生，也有來(lái)自管理學(xué)院和藝術(shù)學(xué)院工業(yè)設(shè)計(jì)系的學(xué)生。特別是我們經(jīng)常遇到一些正在進(jìn)行跟機(jī)器人技術(shù)相關(guān)的各種創(chuàng)新或者競(jìng)賽項(xiàng)目的學(xué)生，他們遇到的一些問(wèn)題，在課堂內(nèi)無(wú)法解決，這讓他們比較失望，影響了這門課程的教學(xué)效果。對(duì)于這樣一門面向全校所有專業(yè)、不同背景的學(xué)生的課程，同時(shí)又是一門應(yīng)用性非常強(qiáng)的課程，如何調(diào)整課程內(nèi)容，使之真正成為學(xué)生們希望和期待的那樣，也就是說(shuō)從學(xué)習(xí)中找到自己探求問(wèn)題的答案，則成為我們要首先要解決的問(wèn)題。直到我們發(fā)現(xiàn)一門由郭洪紅編著的《競(jìng)賽機(jī)器人設(shè)計(jì)與實(shí)踐》，由科學(xué)出版社出版，才終于找到了解決辦法。

對(duì)于以前的教學(xué)方案，我們進(jìn)行了大幅修改。首先是教學(xué)內(nèi)容，從單一教材發(fā)展為多本教材，并添加了跟當(dāng)前技術(shù)發(fā)展相匹配的內(nèi)容，如軍事機(jī)器人、無(wú)人飛機(jī)、人工智能等;其次是從知識(shí)性灌輸向?qū)嵺`教學(xué)轉(zhuǎn)變，即以項(xiàng)目為目標(biāo)，確定教學(xué)方向;最后是實(shí)驗(yàn)課程的變化，以前是設(shè)置堂內(nèi)小實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)在則是綜合性、制作性實(shí)驗(yàn)。下面詳細(xì)介紹一下我們的做法。

現(xiàn)有的三本機(jī)器人技術(shù)課本，都是針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)型機(jī)器人，主要偏重于機(jī)械和控制兩方面，比如這三本教材都著重介紹了傳感器、運(yùn)動(dòng)姿態(tài)和軌跡規(guī)劃。人類文明的終極產(chǎn)物就是人造人，機(jī)器人，或者生化人。人類對(duì)于機(jī)器人的恐懼和迷戀，從1927年電影中出現(xiàn)的第一個(gè)機(jī)器人Maria誕生以來(lái)，其實(shí)有著長(zhǎng)達(dá)一個(gè)多世紀(jì)的時(shí)間。全世界的電影人孜孜不倦的將一個(gè)又一個(gè)經(jīng)典的機(jī)器人形象展現(xiàn)在了大眾的面前，學(xué)生們對(duì)機(jī)器人的映像，除了一些展會(huì)，就是來(lái)自于電影電視，如長(zhǎng)興不衰的《星球大戰(zhàn)》、經(jīng)典的《終結(jié)者》，還有《異形》中的生化機(jī)器人神父，等等。對(duì)于更多的比如生化機(jī)器人、人工智能方面則沒(méi)有涉及。課堂不能與實(shí)際脫離，我們?cè)谡n堂內(nèi)專門增加了針對(duì)生化機(jī)器人、仿生機(jī)器人相關(guān)的人造器官、人機(jī)結(jié)合方面知識(shí)。另一點(diǎn)就是關(guān)于人工智能（ArtificialIntelligence：AI），它是研究、開(kāi)發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)，也是機(jī)器人發(fā)展最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。人工智能企圖了解智能的實(shí)質(zhì)，并生產(chǎn)出一種新的能以人類智能相似的方式做出反應(yīng)的智能機(jī)器，該領(lǐng)域的研究包括機(jī)器人、語(yǔ)言識(shí)別、圖像識(shí)別、自然語(yǔ)言處理和專家系統(tǒng)等。從AI誕生以來(lái)，由于理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的限制，一直沒(méi)有什么起色。但是近幾年來(lái)，基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)方興未艾，以前的多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的問(wèn)題容易陷入局部極值點(diǎn)，如果訓(xùn)練樣本足夠充分覆蓋未來(lái)的樣本，那么學(xué)到的多層權(quán)重可以很好的用來(lái)預(yù)測(cè)新的測(cè)試樣本，新的研究成果也促使我們?cè)谡n堂上添加了相關(guān)內(nèi)容。在課程結(jié)束前，我們還針對(duì)有關(guān)機(jī)器人是否替代人類以及機(jī)器人對(duì)人是否有害等哲學(xué)方面的問(wèn)題，開(kāi)辟了一堂討論課，激發(fā)了同學(xué)們對(duì)未來(lái)的思考。

培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)是高等學(xué)校的一項(xiàng)重要使命，課堂教學(xué)也要緊扣這個(gè)要求，圍繞著如何激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和創(chuàng)新能力展開(kāi)。以項(xiàng)目為導(dǎo)向是我們進(jìn)行教學(xué)改革的第二項(xiàng)內(nèi)容。以前我們的教學(xué)都是按照知識(shí)結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)教學(xué)大綱，這樣的教學(xué)類似于傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)，學(xué)生的接受意愿不高，教學(xué)效果不理想。而近些年來(lái)，高校開(kāi)始重視大學(xué)生的素質(zhì)教育，出現(xiàn)了各種創(chuàng)新項(xiàng)目和創(chuàng)新大賽，在很多大學(xué)生類的科技競(jìng)賽中，有很多跟機(jī)器人相關(guān)，比如機(jī)器人足球比賽、機(jī)器人拳擊、防爆滅火救災(zāi)機(jī)器人比賽等[4]。每年都有很多學(xué)生為比賽才報(bào)名參加機(jī)器人課程的學(xué)習(xí)。這些新的情況也啟發(fā)了我們對(duì)課程進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，將本來(lái)比較刻板的單向教學(xué)變成有針對(duì)性的教學(xué)?？鬃釉?jīng)說(shuō)過(guò)：“知之者不如好之者，好之者不如樂(lè)之者?！笨梢?jiàn)他特別強(qiáng)調(diào)興趣的重要作用。于是我們將原來(lái)的教學(xué)結(jié)構(gòu)打破，設(shè)置了幾個(gè)比賽類的制造項(xiàng)目，將機(jī)器人知識(shí)穿插在項(xiàng)目實(shí)施中，讓學(xué)生們帶著問(wèn)題來(lái)學(xué)習(xí)。興趣是最好的教師，是感情的體現(xiàn)，是學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在感情驅(qū)動(dòng)。在學(xué)生們完成項(xiàng)目的過(guò)程中，興趣讓學(xué)生對(duì)我們課內(nèi)介紹的知識(shí)，能自覺(jué)地、主動(dòng)地、竭盡全力去觀察、思考、探究，這樣最大限度地發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，容易在學(xué)習(xí)中產(chǎn)生新的聯(lián)想，而不同的項(xiàng)目，讓他們能夠進(jìn)行知識(shí)的移植，做出新的比較，綜合出新的成果，進(jìn)而也更加能培養(yǎng)和促進(jìn)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

最后是關(guān)于實(shí)驗(yàn)課程的改革，以前是設(shè)置堂內(nèi)小實(shí)驗(yàn)，比如機(jī)器人傳感器實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在1個(gè)小時(shí)內(nèi)，進(jìn)行圖像抓拍，或者進(jìn)行超聲波障礙物檢測(cè)。該實(shí)驗(yàn)由于時(shí)間短、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容簡(jiǎn)單，并不能激發(fā)學(xué)生們對(duì)課程的深入理解?，F(xiàn)在我們有了以項(xiàng)目為導(dǎo)向的教學(xué)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容改成具有綜合性、制作性的實(shí)驗(yàn)，每個(gè)項(xiàng)目通過(guò)在課堂內(nèi)的輔導(dǎo)，學(xué)生在課外進(jìn)行制作[5]。小制作需要一定的費(fèi)用，我們將學(xué)生們分組，每組學(xué)生共同分擔(dān)，由于每個(gè)制作的費(fèi)用不到兩千元，主要部件可以借用學(xué)校實(shí)驗(yàn)室配件，最后每個(gè)學(xué)生承擔(dān)的費(fèi)用不到一百元。有的學(xué)生有大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目費(fèi)的支持，可以制作出更加復(fù)雜和精美的作品。這樣的制作項(xiàng)目，學(xué)生既可以跟課堂內(nèi)容結(jié)合，又能跟創(chuàng)新項(xiàng)目結(jié)合，激發(fā)了學(xué)生的求知欲。以前課堂內(nèi)只有教師講授，現(xiàn)在的課堂內(nèi)學(xué)生的參與性非常高，常常為了一個(gè)問(wèn)題，大家群策群力，討論非?；钴S，帶來(lái)了非常好的教學(xué)效果。

今天的高校，應(yīng)該為打造更加全面的新世紀(jì)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的體系而改革。通過(guò)對(duì)專業(yè)特色課改革的實(shí)踐，我們不僅幫助了大學(xué)生拓展了知識(shí)面，而且增加了鍛煉其運(yùn)用知識(shí)分析、解決問(wèn)題的能力，更加注重培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]邵友竹.淺議大學(xué)專業(yè)課教學(xué)的特點(diǎn)[J].遼寧高等教育研究，1988，（6）.

[2]張峰，孫娟.提高大學(xué)專業(yè)課程教學(xué)效果的措施[J].文教資料，2010，（1）：213-215.

[3]王旭仁，姚葉鵬，劉麗珍.機(jī)器人課程建設(shè)探索和思考[J].計(jì)算機(jī)教育，2011，（15）：89-91.

[4]劉云平.談《機(jī)器人學(xué)》課程教學(xué)與大學(xué)生創(chuàng)新教育[J].中國(guó)科技信息，2011，（13）：152-153.

[5]張?zhí)旌?，李清富，吳澤?大學(xué)工科專業(yè)課教學(xué)存在的問(wèn)題與對(duì)策[J].中國(guó)電力教育，2007，（S4）：460-461.