機(jī)器人嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)方法探索

上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院 上海 201620

隨著機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)、智能控制等領(lǐng)域的技術(shù)飛速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)在各行業(yè)的應(yīng)用日益普，國內(nèi)外各大高校都積極開設(shè)了嵌入式課程。嵌入式系統(tǒng)的課程體系涉及到計(jì)算機(jī)、電子、通信、自動化控制等多學(xué)科，軟硬件結(jié)合，綜合性強(qiáng)，不同學(xué)校的授課側(cè)重點(diǎn)不盡相同，該課程的理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)還處于不斷地探索和磨合階段。本文針對應(yīng)用型本科院校的機(jī)器人方向嵌入式系統(tǒng)課程，開展教學(xué)方法探討，提出了幾點(diǎn)實(shí)踐教學(xué)方法，在應(yīng)用中也取得了一定效果。

一、機(jī)器人嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)現(xiàn)狀

嵌入式系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是軟、硬密切結(jié)合，面向應(yīng)用，涉及的學(xué)科知識領(lǐng)域眾多，綜合性強(qiáng)，有著明顯的工程技術(shù)特點(diǎn)，根據(jù)不同的專業(yè)，不同的培養(yǎng)目標(biāo)，應(yīng)該有不同的教學(xué)重點(diǎn)和教學(xué)方式。機(jī)器人嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)多采用典型ARM教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，以基本理論原理和實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)案例為教授方式，最終以實(shí)驗(yàn)報(bào)告和期末理論考試作為考核的主要依據(jù)。這些基本符合當(dāng)前的課程教學(xué)需求，但面對高素質(zhì)工程應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，目前教學(xué)中還存在若干亟待解決的問題：

(1)教學(xué)方法過于傳統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱、對學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)不夠。存在重視理論教學(xué)、輕視實(shí)踐環(huán)節(jié)；重視知識傳授、輕視能力培養(yǎng)的問題。

(2)教學(xué)內(nèi)容過于傳統(tǒng)，不符合新形勢下的行業(yè)需求。實(shí)踐教學(xué)中大多數(shù)采用的嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱，也無法突出機(jī)器人方向的應(yīng)用特點(diǎn)。

(3)課程考核方式單一。傳統(tǒng)的筆試與實(shí)驗(yàn)報(bào)告的考核方式，對學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)有限，也無法真實(shí)地反映學(xué)生的實(shí)踐操作能力。

因此，為實(shí)踐“面向現(xiàn)代化，面向世界，面向未來”的工程教育思想，有必要對本科生的機(jī)器人嵌入式系統(tǒng)課程進(jìn)行教學(xué)方法探索與改革。

二、機(jī)器人嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)方法的改進(jìn)與探索

本文以“實(shí)踐為主，理論融入實(shí)踐”的教學(xué)方法，開展對機(jī)器人嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)探索，遵循學(xué)生專業(yè)能力培養(yǎng)的基本規(guī)律，以機(jī)器人嵌入式系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用為導(dǎo)向，做到理論與實(shí)踐一體化。機(jī)器人嵌入式系統(tǒng)課程應(yīng)保證完整的嵌入式課程結(jié)構(gòu)體系，突出機(jī)器人方向應(yīng)用實(shí)例，構(gòu)建適應(yīng)專業(yè)需求的基礎(chǔ)理論框架模式；采用實(shí)踐為主的教學(xué)方式，通過項(xiàng)目引導(dǎo)式教學(xué)豐富課堂，通過鼓勵學(xué)科競賽豐富課余生活，全方位培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。

(1)實(shí)踐教學(xué)為主、理論融入實(shí)踐。機(jī)器人嵌入式系統(tǒng)課程本身具有應(yīng)用性特點(diǎn)，加強(qiáng)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)在整個課程內(nèi)容體系中的比例，實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)與理論性教學(xué)環(huán)節(jié)相輔相成，互為補(bǔ)充、互為檢驗(yàn)，缺一不可。實(shí)踐性教學(xué)以增強(qiáng)學(xué)生對課堂知識的理解為主要目的，幫助學(xué)生把知識獲取與實(shí)踐操作相結(jié)合，通過實(shí)踐性教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神及創(chuàng)新能力。

(2)實(shí)踐方式多樣化。嵌入式系統(tǒng)課程的實(shí)踐教學(xué)應(yīng)向多元化發(fā)展，包括但不限于演示實(shí)驗(yàn)、練習(xí)試驗(yàn)、項(xiàng)目實(shí)踐等等。本文探索總體項(xiàng)目式教學(xué)方法，以機(jī)器人工程應(yīng)用實(shí)例為主，包括基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)與綜合性實(shí)驗(yàn)，以基于ARM的6自由度機(jī)械手臂為實(shí)踐教學(xué)工具，使學(xué)生完成MCU學(xué)習(xí)、電機(jī)控制、運(yùn)動控制和機(jī)械臂物理姿態(tài)的控制開發(fā)等實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容?；A(chǔ)性實(shí)驗(yàn)在傳統(tǒng)嵌入式實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上與時俱進(jìn)，包括對機(jī)器人行業(yè)中常用的嵌入式軟件、硬件環(huán)境的認(rèn)知和簡易程序的設(shè)計(jì)。綜合性實(shí)驗(yàn)將嵌入式開發(fā)板與工業(yè)機(jī)械手臂相結(jié)合，使學(xué)生實(shí)踐嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用，加深對機(jī)器人嵌入式系統(tǒng)相關(guān)理論知識的理解，同時培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動手能力。

教學(xué)不僅在課堂上，更要重視和鼓勵大學(xué)生參加有影響力的嵌入式設(shè)計(jì)比賽或機(jī)器人設(shè)計(jì)競賽等創(chuàng)新活動。構(gòu)建教學(xué)競賽共享實(shí)踐平臺，例如，購置嵌入式開發(fā)板、工業(yè)機(jī)械手臂組件、6自由度機(jī)械手臂開發(fā)模塊等等，通過設(shè)定機(jī)械手臂不同操作任務(wù)，讓學(xué)生在各平臺上進(jìn)行編程使平臺完成預(yù)期動作，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人嵌入式系統(tǒng)教學(xué)平臺和競賽資源共享。以賽促教，教賽結(jié)合，提高學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。

(3)考核方式多樣化。課程的考核目的是為了評價學(xué)生對知識的掌握能力及獲取狀態(tài)，單純的傳統(tǒng)筆試難以考核學(xué)生實(shí)踐及創(chuàng)新能力，不適合嵌入式系統(tǒng)課程的最終考核。與實(shí)踐教學(xué)方式的多元化相對應(yīng)，考核方式也應(yīng)該實(shí)行多樣化。根據(jù)課程內(nèi)容進(jìn)行分步驟分層次的過程化考核，“筆試+操作”或者“演示+答辯”的方式更能全方面考核學(xué)生對知識的掌握能力和實(shí)踐能力，甚至相關(guān)學(xué)科競賽的參賽經(jīng)歷也可酌情增加分?jǐn)?shù)，如此全方位多樣化的考核方式更能反映學(xué)生在這類實(shí)踐應(yīng)用性課程中的能力達(dá)成度。

三、總結(jié)

本文以提高學(xué)生的綜合素質(zhì)為培養(yǎng)目標(biāo)，針對應(yīng)用型本科院校機(jī)器人方向嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)方法進(jìn)行探索，提出以“實(shí)踐教學(xué)為主、理論融入實(shí)踐”的教學(xué)思路，探索總體項(xiàng)目式教學(xué)方法，通過多樣化的實(shí)踐方式開闊學(xué)生眼界，用以賽促教、教賽結(jié)合方式，提高學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，并給出實(shí)踐教學(xué)的多樣化考核方式檢驗(yàn)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。