研究生《機器人學》課程理論與實踐教學改革探索

徐國政 王強

摘 要：機器人學是一門多學科高度融合且與眾多前沿技術(shù)緊密相關(guān)的綜合性學科。隨著機器人技術(shù)的發(fā)展，亟待高校培養(yǎng)機器人方面的專業(yè)技術(shù)人才。為滿足社會對機器人專業(yè)人才的需求，近年來國內(nèi)眾多高校陸續(xù)由最初開設機器人課程到現(xiàn)在設立機器人專業(yè)、成立機器人學院，但是隨著信息技術(shù)及人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展，《機器人學》課程的理論、實踐教學內(nèi)容及教學方法需要進一步改革，以適應新時代社會對機器人技術(shù)人才的培養(yǎng)需求。

關(guān)鍵詞：機器人學，課程改革；理論與實踐

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9132（2018）30-0005-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2018.30.001

機器人技術(shù)是融合了機械、電子、傳感器、控制、計算機、人工智能等許多學科的知識，涉及當今許多前沿領(lǐng)域的新技術(shù)。近年來，隨著人工智能技術(shù)、數(shù)字化制造技術(shù)與移動互聯(lián)網(wǎng)之間創(chuàng)新融合步伐的不斷加快，全球機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展正呈現(xiàn)出新的態(tài)勢。南京郵電大學作為一所電子信息特色高校，近年來《機器人學》課程授課學生已經(jīng)由原來面向自動化學院逐漸擴大至全校主干工科學院，特別是在南京郵電大學機器人信息感知與控制研究所及機器人創(chuàng)新實踐基地輻射作用下，取得了較好的成績。筆者結(jié)合南京郵電大學的辦學特色，針對研究生《機器人學》課程理論與實踐教學，從教學內(nèi)容、教學方法、考核方式及初步成效三個方面，給出了初步改革與探索方案，以適應新時代社會對機器人技術(shù)人才的培養(yǎng)需求。

一、教學內(nèi)容改革

傳統(tǒng)《機器人學》課程內(nèi)容大多涉及機器人學基礎理論（機構(gòu)運動學、動力學）、運動規(guī)劃、機器人傳感器、機器人控制、機器人應用等幾個模塊[1]。隨著近年來信息技術(shù)及人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展，上述教學內(nèi)容已經(jīng)不能很好地滿足現(xiàn)代信息社會研究生培養(yǎng)目標需求。針對南京郵電大學未開設機械類專業(yè)以及電子信息化辦學特色，結(jié)合南京郵電大學機器人信息感知與控制研究所研究方向及校級機器人創(chuàng)新實踐基地特色，自動化學院機器人教學團隊近年來對本科生及研究生的《機器人學》課程教學大綱進行重新修訂，就研究生《機器人學》課程而言，重新修訂后的研究生《機器人學》課程突破了傳統(tǒng)機器人學課程教學框架，主要圍繞“機器人信息感知”“機器人控制”“人機交互”以及“機器人應用”四個模塊展開。課程教學內(nèi)容改革主要體現(xiàn)在以下幾個方面：首先，不再講述機器人學基礎理論；其次，在機器人信息感知模塊，在引入最新機器人新型傳感器基礎上，弱化機器人傳感器工作原理及方法介紹；再次，在機器人控制模塊，弱化控制基礎理論，引入機器人控制系統(tǒng)典型應用案例；最后，在引入最新人工智能研究成果基礎上，新增機器人人機交互模塊。

二、教學方法改革

傳統(tǒng)《機器人學》課程教學主要以采取教師課堂講、學生聽的灌輸式教學方式，教學內(nèi)容與工程實際結(jié)合不緊密，落后于機器人技術(shù)的快速發(fā)展，缺乏對學生創(chuàng)新精神和探索能力的培養(yǎng)[2]。此外，由于機器人相關(guān)設備價格昂貴，學生動手實踐學習機會少，嚴重制約了學生理論與實踐相結(jié)合能力的培養(yǎng)。為在一定程度上解決上述理論和實踐教學過程中存在的不足，南京郵電大學自動化學院機器人教學團隊充分利用機器人信息感知與控制研究所實驗設備，以及校級機器人創(chuàng)新實踐基地資源，從以下幾個方面對課程理論及實踐教學進行改革探索：首先，教學與科研相結(jié)合，結(jié)合教學團隊教師所研究不同類別機器人，以其應用為主線，講述理論教學內(nèi)容。具體地，結(jié)合教學團隊教師所研究的工業(yè)機器人及服務機器人（醫(yī)療、家庭服務、教育），針對性地分別講述課程教學內(nèi)容四個模塊（信息感知、控制、人機交互、應用），較好地克服了傳統(tǒng)《機器人學》課程獨立講述教學模塊內(nèi)容的局限；其次，開展研討式教學[3]，課前將課內(nèi)要講述內(nèi)容按照機器人信息感知、控制、人機交互及應用四個模塊分發(fā)給學生，學生課后充分查閱相關(guān)教學模塊內(nèi)容的最新資料，制作成多媒體課件后在課堂內(nèi)互相研討；最后，構(gòu)建虛擬仿真、機器人實體、虛實結(jié)合的機器人實踐教學體系，充分利用南京郵電大學網(wǎng)絡與控制國家級虛擬仿真中心、機器人信息感知與控制研究所機器人實驗平臺、機器人創(chuàng)新實踐基地及教學團隊自制機器人虛實交互控制實驗平臺，通過虛擬仿真、機器人實體及虛實交互等多種實踐教學方式，為學生提供全方位的實踐學習機會。

三、考核方式和初步成效

考核作為教學評價的重要手段，對教師教學和學生學習具有重要的導向作用。研究生階段教學不再是單純以學生獲得較高卷面成績作為培養(yǎng)目標，而是通過學習與實踐，儲備一定理論知識，并能運用所學知識解決相關(guān)實際問題。因此，重新修訂后的研究生《機器人學》課程，其考核方式不再采用傳統(tǒng)的卷面閉卷考試方式，而是采用了加權(quán)考核的評價模式。該模式主要由課堂教學模塊研討、實踐教學實踐能力及課后專題三個模塊加權(quán)組成，前兩者各占25%，后者占50%，其中，課后專題在整個課程開始之前即告知學生具體要求，主要包括三個方面：主題與機器人相關(guān)、結(jié)合學生研究興趣、簡易作品（硬件或軟件）或論文報告。特別地，通過課后專題的考核方式，不但鍛煉了學生將所學知識運用于實際問題解決的能力，還培養(yǎng)了學生課題調(diào)研、文獻查閱及論文撰寫這一研究生必備的能力。

四、結(jié)語

針對南京郵電大學《機器人學》課程教學過程中存在的問題，筆者在分析現(xiàn)代社會對機器人專業(yè)技術(shù)人才需求特點基礎上，結(jié)合學校辦學特色，分別從課程理論與實踐教學內(nèi)容、教學方法及考核方式三個方面，進行了初步的改革和探索，前期實踐表明課改取得了初步成效。

參考文獻：

[1] 雷靜桃，劉亮，張海洪.“機器人學”課程教學改革與實踐[J].實驗室研究與探索，2013，32（5）：179.

[2] 韓建海，劉延斌，庫祥臣.“機器人學”課程教學改革與實踐[J].中國電力教育，2013（8）：81.

[3] 戰(zhàn)強，王東月.《機器人學》課程教學改革探討[J].北京航空航天大學學報（社會科學版），2010，23（2）：117.