省屬高校《機(jī)器人學(xué)》課程建設(shè)的探索與思考

曾祥進(jìn)+王海暉??

摘要：針對(duì)武漢工程大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)，通過對(duì)課程進(jìn)行定位、調(diào)研和分析，闡述了機(jī)器人學(xué)課程建設(shè)的現(xiàn)狀。其次，分析了目前機(jī)器人教學(xué)存在的問題，并給出了機(jī)器人學(xué)課程建設(shè)的思路與途徑，最后，對(duì)機(jī)器人課程建設(shè)的目標(biāo)進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)；機(jī)器人學(xué)；教學(xué)改革

一、 機(jī)器人學(xué)課程的現(xiàn)狀分析

我國在2004年批準(zhǔn)設(shè)立智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，后來陸續(xù)有幾十所高校設(shè)立或培育智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)。武漢工程大學(xué)從2005年設(shè)立智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)。機(jī)器人比賽是武漢工程大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的優(yōu)勢所在，十年間共拿到十二項(xiàng)世界冠軍。因此，機(jī)器人學(xué)課程是智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的核心課程，在專業(yè)培養(yǎng)方案設(shè)計(jì)中，我校就為本科生開設(shè)了這門課程。

國內(nèi)很多大學(xué)開設(shè)了機(jī)器人學(xué)的課程。中南大學(xué)蔡自興教授作為智能科學(xué)的奠基者和創(chuàng)始人，在中南大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院率先建設(shè)了機(jī)器人學(xué)精品課程。清華大學(xué)、北京大學(xué)、廈門大學(xué)、北京理工大學(xué)、中山大學(xué)、桂林電子科技大學(xué)、首都師范大學(xué)、北京科技大學(xué)等高校都在本科階段或研究生階段開設(shè)了機(jī)器人學(xué)課程。部分高校依托較強(qiáng)的科研實(shí)力，設(shè)立了相應(yīng)的機(jī)器人研究所或研究室，如上海交通大學(xué)機(jī)器人研究所、華中科技大學(xué)智能控制研究所等，鍛煉和培養(yǎng)了一批青年教師。在教材選擇上，大部分高校采用中南大學(xué)蔡自興教授或華中科技大學(xué)熊有倫院士的《機(jī)器人學(xué)》，在課時(shí)安排上，一般為24學(xué)時(shí)，講述工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)建模；實(shí)驗(yàn)課時(shí)一般為8學(xué)時(shí)，有的高校根本不設(shè)實(shí)驗(yàn)課時(shí)。

武漢工程大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)在設(shè)立之初就開設(shè)了機(jī)器人學(xué)專業(yè)課程，由于學(xué)院無較強(qiáng)的科研實(shí)力作為依托，機(jī)器人學(xué)的課程教學(xué)和科研基本從零開始，在幾屆學(xué)生教學(xué)過程中，一直采取摸索的方式，導(dǎo)致教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高。智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生畢業(yè)后對(duì)專業(yè)和課程的認(rèn)可度很低，最近武漢工程大學(xué)對(duì)畢業(yè)的06、07、08、09屆學(xué)生做了網(wǎng)絡(luò)問卷調(diào)查，智能專業(yè)認(rèn)可度排名倒數(shù)。

針對(duì)上述問題，各高校采取了一些措施，如修改教學(xué)內(nèi)容、增加實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)、加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手鍛煉等，武漢工程大學(xué)也通過鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)入智能機(jī)器人湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室足球機(jī)器人隊(duì)鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力、培養(yǎng)學(xué)生的興趣等手段，進(jìn)行了相應(yīng)的一些探索。

以上這些舉措都是有益的探索，并取得了一定的成效。但仍普遍存在以下問題：

教材內(nèi)容陳舊，大部分高校仍用中南大學(xué)蔡自興教授或華中科技大學(xué)熊有倫院士的《機(jī)器人學(xué)》教材，僅講述工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)，對(duì)智能機(jī)器人如機(jī)器視覺應(yīng)用、移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃、多智體多傳感融合控制沒有涉及。教學(xué)方法和教學(xué)手段單一，實(shí)踐教學(xué)薄弱。

二、 目前機(jī)器人教學(xué)存在的問題

實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)置與實(shí)施問題。如何科學(xué)、合理地設(shè)置貫穿大學(xué)四年的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的問題，以及各個(gè)環(huán)節(jié)需完成的內(nèi)容、達(dá)到的目標(biāo)和實(shí)施方案的問題；如何解決對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式進(jìn)行改革的問題，以提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生能力培養(yǎng)。探索合理可行的教學(xué)方法和教學(xué)手段的問題。針對(duì)現(xiàn)階段慕課、微課等現(xiàn)階段主流教學(xué)手段，如何在有限的經(jīng)費(fèi)條件下，制作出高效的教學(xué)文件的問題，以及如何鼓勵(lì)和引導(dǎo)教師積極參與這項(xiàng)工作，并能高效、有序、規(guī)范地組織和完成任務(wù)的問題。

教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)的問題。教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)是在課程建設(shè)中最容易被忽略的一環(huán)。我們需要把握教學(xué)內(nèi)容建設(shè)，并實(shí)施教學(xué)方法的研究，來實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的建設(shè)，在師資隊(duì)伍的建設(shè)方面，特別需要提升年輕教師的專業(yè)知識(shí)，使教師增強(qiáng)教學(xué)水平，增強(qiáng)教學(xué)過程管理。

合理教材編寫的問題。要實(shí)施優(yōu)秀的課程教育，必須編寫與時(shí)俱進(jìn)的課程教材、實(shí)驗(yàn)教材等。在教師隊(duì)伍繁重的教學(xué)科研壓力下，如何對(duì)教學(xué)團(tuán)隊(duì)組織教材編寫的問題。

引導(dǎo)學(xué)生積極參與、認(rèn)真對(duì)待實(shí)踐教學(xué)的問題。如何調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、激發(fā)學(xué)生的參與熱情，使學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到面向科研能力培養(yǎng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)其自身發(fā)展的重要性，而不是簡單地理解為完成學(xué)業(yè)任務(wù)。課程建設(shè)最終服務(wù)于學(xué)生。如何對(duì)學(xué)生進(jìn)行有效組織和有效管理的問題。如何激發(fā)學(xué)生對(duì)機(jī)器人學(xué)課程的興趣問題。需采用新的組織模式和運(yùn)行機(jī)制，以解決傳統(tǒng)管理模式中存在的問題；需解決學(xué)生如何組建研究團(tuán)隊(duì)，由“單兵作戰(zhàn)”向“團(tuán)隊(duì)協(xié)作”方式轉(zhuǎn)變的問題。

如何防止課程建設(shè)流于形式，片面追求技術(shù)化等問題。在沒有根據(jù)課程教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)進(jìn)行的組織教學(xué)，無論是否滿足教學(xué)條件，如果只關(guān)注的形式，就會(huì)缺乏改革創(chuàng)新，引起片面追求教學(xué)的技術(shù)和形式。

三、 機(jī)器人學(xué)課程建設(shè)思路

在課程教學(xué)方法上，主要采用以下幾種：小組討論法；任務(wù)教學(xué)法；案例教學(xué)法；角色扮演法；多媒體教學(xué)法；建立慕課機(jī)制，利用現(xiàn)代教育網(wǎng)絡(luò)，提升教學(xué)效率。適量削減課堂教學(xué)學(xué)時(shí)數(shù)，增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)數(shù)（將大幅提高綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)比例），增加實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)總周數(shù)。鼓勵(lì)教師將科研成果進(jìn)教材、進(jìn)教案、進(jìn)實(shí)驗(yàn)。在教學(xué)內(nèi)容上，除運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)等基本內(nèi)容外，加入視覺伺服控制應(yīng)用，移動(dòng)機(jī)器人（多智體）路徑規(guī)劃、多傳感器融合控制等內(nèi)容；結(jié)合自動(dòng)控制原理課程，完整地講述智能視覺 機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)位置建模（這部分是現(xiàn)有機(jī)器人學(xué)課程的主要內(nèi)容）、標(biāo)定、圖像處理、視覺伺服控制器（后三點(diǎn)機(jī)器人學(xué)課程沒涉及，但應(yīng)用時(shí)需要）的設(shè)計(jì)等一整套的內(nèi)容，使學(xué)生對(duì)機(jī)器人的應(yīng)用有整體了解和認(rèn)識(shí)。

針對(duì)機(jī)器人學(xué)課程教師工程實(shí)踐能力薄弱，進(jìn)行了以下改革和實(shí)踐：一是制度化地定期安排專業(yè)教師到企業(yè)頂崗實(shí)踐，參與企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)過程；二是通過聘請(qǐng)企業(yè)技術(shù)人員（基地單位：深圳市鷹眼在線科技有限公司）擔(dān)任兼職教師和在企業(yè)建立工程實(shí)踐教育中心等，讓企業(yè)技術(shù)人員參與培養(yǎng)過程；三是通過同合作高校英國茅茨里斯大學(xué)的聯(lián)系，互相交流教學(xué)科研方法，提高國際化水平。

在教材編寫方面，首先解決教師團(tuán)隊(duì)的分工問題，根據(jù)每位老師的研究重點(diǎn)方向或業(yè)務(wù)擅長，分配相應(yīng)的章節(jié)編寫。其次，教材編寫的原則：第一，實(shí)用、有趣的材料；第二，給學(xué)生提供思考的空間和想象；注意各章節(jié)內(nèi)容的銜接。

提升學(xué)生的課程學(xué)習(xí)興趣。大學(xué)二年級(jí)開始組建若干個(gè)機(jī)器人學(xué)課題團(tuán)隊(duì)（每個(gè)團(tuán)隊(duì)4～5人），本年級(jí)學(xué)生全部參加，并實(shí)行動(dòng)態(tài)管理。一個(gè)團(tuán)隊(duì)由1～2名教師負(fù)責(zé)，在教師的指導(dǎo)下開始進(jìn)行課外科技活動(dòng)和科研訓(xùn)練工作。定期舉辦講座、交流會(huì)、報(bào)告會(huì)等形式，由專家和學(xué)生自己進(jìn)行報(bào)告，從而開闊學(xué)生的視野，加強(qiáng)各團(tuán)隊(duì)之間、團(tuán)隊(duì)內(nèi)部的學(xué)術(shù)交流，營造濃厚的學(xué)術(shù)氛圍。設(shè)立大學(xué)生創(chuàng)新學(xué)分，對(duì)在各類科技活動(dòng)和各類省市及國家層面中取得成果的學(xué)生給予創(chuàng)新學(xué)分。學(xué)生獲得學(xué)位必須獲得一定的創(chuàng)新學(xué)分，超過的創(chuàng)新學(xué)分還可以沖抵部分選修課程的學(xué)分。加強(qiáng)教師與學(xué)生的交流和反饋工作，每周開一次教師團(tuán)隊(duì)的交流會(huì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，不斷調(diào)整措施，保證這一工作順利地開展。

四、 課程建設(shè)的目標(biāo)

通過課程建設(shè)，培養(yǎng)和造就一批優(yōu)秀青年教師，使他們有更好的成長空間和成長環(huán)境，最終在本課程領(lǐng)域造就幾個(gè)具有廣泛影響、學(xué)術(shù)造詣高的教學(xué)名師。此外，通過老師的帶領(lǐng)和引導(dǎo)，使學(xué)生有較明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。

把建立省級(jí)精品課程——《機(jī)器人學(xué)》作為目標(biāo)，從以下幾個(gè)方面進(jìn)行教學(xué)組織：合理的教學(xué)組織、教學(xué)體系、及教學(xué)安排；以創(chuàng)新人才培養(yǎng)來組織教學(xué)內(nèi)容，采用先進(jìn)的教學(xué)方法和手段；建立一直高水平的師資隊(duì)伍和人才梯隊(duì)，培養(yǎng)大批優(yōu)秀的年輕教學(xué)老師。

改革人才培養(yǎng)模式，使學(xué)生的綜合能力和綜合素質(zhì)得到很大的提高。以武漢工程大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的全體學(xué)生為研究對(duì)象，通過課程建設(shè)，培養(yǎng)學(xué)生的科研能力，在探討式、項(xiàng)目式教學(xué)過程中，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析解決問題的能力，全面提高學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力；通過教學(xué)內(nèi)容的建設(shè)，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作、社會(huì)交往、勇攀高峰的精神；通過科研訓(xùn)練、參與教師的科研項(xiàng)目等方式，使學(xué)生能更多地了解社會(huì)的需求，增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力，提高學(xué)生就業(yè)的競爭力和創(chuàng)業(yè)能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]董翠敏，劉永強(qiáng).以機(jī)器人教育為平臺(tái)培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和能力《實(shí)驗(yàn)室研究與探索》.2011，30（9）：243-244.

[2]戰(zhàn)強(qiáng)，王東月.機(jī)器人學(xué)課程教學(xué)改革探討.《北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版）》 ，2010，23（2）：117-120.

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

[4]張彥鐸等.地方工科院?！爸悄芸茖W(xué)與技術(shù)”專業(yè)建設(shè)的若干思考，學(xué)科專業(yè)建設(shè)，2009：34-42.

[5]王軍，李明.面向機(jī)器人工程對(duì)象的“創(chuàng)新研究型實(shí)驗(yàn)”課程建設(shè).《實(shí)驗(yàn)室研究與探索》，2013，（6）：291-294.

[6]劉麗珍，王旭仁，劉杰.“智能科學(xué)與技術(shù)”本科專業(yè)教學(xué)改革及課程建設(shè).《計(jì)算機(jī)教育》，2009，（11）：112-115.

[7]王旭仁，何花，周全，劉麗珍.深入完善“智能機(jī)器人”實(shí)踐課程體系，促進(jìn)實(shí)踐教學(xué).《計(jì)算機(jī)教育》，2009，（11）：116-118.

[8]曾祥進(jìn)，王海暉，趙彤洲.蔡敦波.地方高校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)模式思考.《考試周刊》，2015，（49）：147-148.