機器人學(xué)課程的思政資源挖掘與教學(xué)實踐

王玉金，吳小勇，何 苗

(重慶理工大學(xué) 機械工程學(xué)院，重慶 巴南 400054)

引言

機器人技術(shù)在國家經(jīng)濟建設(shè)、軍事裝備、星際探索、醫(yī)療教育等領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用，不斷推動著新興技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與變革。為了滿足蓬勃發(fā)展的新興技術(shù)與產(chǎn)業(yè)對高素質(zhì)專業(yè)人才的迫切需求，國內(nèi)高校紛紛設(shè)立了機器人工程專業(yè)，為國家創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略提供人才支撐。而機器人學(xué)作為機器人工程專業(yè)的核心課程，是其他核心課程及選修課程的先導(dǎo)，其重要性不言而喻。同時，為了培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷、民族自豪、文化自信、科學(xué)倫理、生態(tài)環(huán)保等意識，在學(xué)科教學(xué)中進行思想政治教育是落實立德樹人根本任務(wù)的戰(zhàn)略舉措，也是實現(xiàn)社會主義現(xiàn)代化強國和中華民族偉大復(fù)興的根本保障。為此，深入挖掘與組織機器人學(xué)課程中的思政資源就成為學(xué)科教師的首要任務(wù)。

一、機器人學(xué)課程思政元素分析

重慶理工大學(xué)于2018年成立了機器人工程專業(yè)，并以培養(yǎng)掌握機器人基礎(chǔ)知識和專業(yè)技能、具備創(chuàng)新素質(zhì)和終身學(xué)習(xí)能力的高素質(zhì)應(yīng)用型工程技術(shù)人才為目標(biāo)建立了專業(yè)課程體系。課程體系中突出強調(diào)了機器人學(xué)在人才培養(yǎng)過程中的先導(dǎo)地位。

2020年6月，教育部印發(fā)《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》(教高〔2020〕3號)，對不同專業(yè)課程思政建設(shè)給出了綱領(lǐng)性指導(dǎo)。對于工學(xué)類專業(yè)課程，要在課程教學(xué)中把馬克思主義立場觀點方法的教育與科學(xué)精神的培養(yǎng)結(jié)合起來，提高學(xué)生正確認(rèn)識問題、分析問題和解決問題的能力；要注重強化學(xué)生工程倫理教育，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的大國工匠精神，激發(fā)學(xué)生科技報國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)[1]。對于機器人學(xué)課程，建立課程知識與思想政治教育的有機聯(lián)系是進行課程思政的基礎(chǔ)和前提。

(一)機器人與制造強國的關(guān)系

機器人涉及機械、自動化、計算機、人工智能等多門學(xué)科知識，是國家科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志。機器人及其相關(guān)零部件是提升智能制造水平的基礎(chǔ)設(shè)施，是我國能否從“制造大國”走向“制造強國”的關(guān)鍵。尤其是在美國“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”、德國“工業(yè)4.0”、法國“新工業(yè)法國”等發(fā)展戰(zhàn)略的激烈競爭下，機器人更成為世界各國競相發(fā)展的核心技術(shù)。本課程將結(jié)合美國、德國、日本等發(fā)達國家的制造業(yè)發(fā)展歷程，討論機器人技術(shù)革新在國家制造水平方面的重要貢獻，啟迪學(xué)生思考中華民族的制造強國之路。

(二)機器人與工匠精神的關(guān)系

德國、美國、瑞典、日本等之所以能夠成為制造強國，究其原因，與這些國家崇尚嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓そ尘癫粺o關(guān)系。在這種工匠精神的社會氛圍中，機器人產(chǎn)品的質(zhì)量能夠得以保障，其品牌享譽海內(nèi)外。例如，發(fā)那科、ABB、安川、庫卡已形成工業(yè)機器人的壟斷地位，給其所在國家綜合實力的提升作出了巨大貢獻。當(dāng)前，我國正處于從制造大國向制造強國跨越的關(guān)鍵時期，培養(yǎng)一絲不茍的工匠精神，是提升我國國際競爭力的必由之路。

(三)機器人與創(chuàng)新意識的關(guān)系

機器人學(xué)的理論知識體系，如機械系統(tǒng)設(shè)計、運動學(xué)與動力學(xué)、軌跡規(guī)劃、控制與傳感等，均包含著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S。同時，機器人產(chǎn)品的研發(fā)與應(yīng)用均源自對生產(chǎn)生活中實際應(yīng)用場景的創(chuàng)新思考，包含著對非邏輯性思維的應(yīng)用。因此，機器人學(xué)是邏輯思維與非邏輯性思維的綜合體現(xiàn)，并最終形成創(chuàng)新的理論方法和工程應(yīng)用案例，推動著社會進步和發(fā)展。而社會進步又反過來要求機器人理論與技術(shù)不斷創(chuàng)新。因此，機器人學(xué)與創(chuàng)新意識密不可分，創(chuàng)新是機器人及其技術(shù)發(fā)展的內(nèi)在動力。

(四)機器人與家國情懷的關(guān)系

近年來，我國機器人在航空航天、星際探索、深海探測、FAST天文望遠鏡等重大工程中取得了巨大成就，中國的機器人技術(shù)經(jīng)受了嚴(yán)酷環(huán)境的考驗，極大地振奮了民族自豪感、提高了我國的國際聲望。此外，以沈陽新松、廣州數(shù)控、深圳固高等公司為代表的國產(chǎn)機器人性能有了顯著提升，在全球范圍內(nèi)得到認(rèn)可。本課程將分析提升國產(chǎn)機器人性能的有效途徑，激發(fā)學(xué)生愛國熱情、弘揚家國情懷和責(zé)任擔(dān)當(dāng)。

(五)機器人學(xué)課程蘊含的生態(tài)理念、職業(yè)道德、工程倫理教育

國家經(jīng)濟建設(shè)需要綠色發(fā)展理念，要走“綠水青山就是金山銀山”的人與自然和諧發(fā)展的道路。機器人的發(fā)展也不例外，利用最少的材料、最低的能耗實現(xiàn)既定作業(yè)任務(wù)，一直以來都是機器人乃至整個工程領(lǐng)域的目標(biāo)。加之，機器人在森林火災(zāi)預(yù)警、水質(zhì)檢測、垃圾清理等領(lǐng)域的應(yīng)用，為環(huán)境保護和生態(tài)安全提供了技術(shù)和設(shè)備支撐。因此，機器人技術(shù)天然地與生態(tài)發(fā)展理念契合。

與此相對，近年來在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域也出現(xiàn)了一些技術(shù)濫用的個別現(xiàn)象。這也為機器人技術(shù)的發(fā)展敲響了警鐘，如軍事機器人的應(yīng)用是否應(yīng)該受到限制和監(jiān)管、情侶機器人以及陪伴機器人的推廣是否符合人的全面發(fā)展、生物機器人的開發(fā)是否符合道德倫理規(guī)范。這些問題都可以啟迪學(xué)生深入思考，形成正確的工程倫理價值和職業(yè)道德。而且，課程思政的重要目標(biāo)就是提升大學(xué)生的道德素質(zhì)，樹立建設(shè)中國特色社會主義的理想信念，形成正確的“三觀”。課程思政對學(xué)生的心理素質(zhì)也發(fā)揮著積極作用，能夠培養(yǎng)學(xué)生堅強的意志力，從而在今后的職業(yè)生涯中能夠以百折不撓的精神戰(zhàn)勝工作中的重重挫折，形成核心競爭力。

二、機器人學(xué)課程思政資源的挖掘

課程思政是預(yù)設(shè)性與生成性的統(tǒng)一，也是時代性與歷史性的統(tǒng)一[2]。因此，針對課程思政資源的挖掘，需要在堅定社會主義育人方向的總目標(biāo)下，根據(jù)教情、學(xué)情的變化，將課程思政內(nèi)容靈活地融入課堂教學(xué)。與此同時，課程思政的歷史性要求教育要弘揚中華民族優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，其時代性就要求課程思政內(nèi)容要與時俱進，要能夠反映中國特色社會主義的最新成果以及在建設(shè)中國特色社會主義過程中涌現(xiàn)的時代精神。因此，本課程除了教授機器人技術(shù)的理論知識和實踐技能之外，還將圍繞課程思政建設(shè)目標(biāo)，從以下幾個方面挖掘課程思政資源：

(一)從機器人的發(fā)展歷史和“機器人三定律”中延伸職業(yè)道德和工程倫理教育

機器人一詞是1920年由捷克作家卡雷爾.恰佩克在諷刺劇《羅莎姆的萬能機器人》中首先提出的。該劇中，羅薩姆公司生產(chǎn)的機器人可以不知疲倦、日復(fù)一日從事繁重的工作，形同robota(奴隸)。但理想主義者海倫娜認(rèn)為機器人也應(yīng)該有權(quán)利，在她的技術(shù)支持下，機器人逐漸覺悟并對自己的被奴役非常不滿，于是帶頭反抗人類，最后導(dǎo)致人類滅亡。雖然機器人造反的情節(jié)來自于舞臺諷刺劇，但也讓世人警惕。人們開始思考，機器人的發(fā)展和應(yīng)用應(yīng)該符合什么樣的倫理規(guī)范？于是，1942年美國科幻作家埃薩克.阿西莫夫(Isaac Asimov)在他的科幻小說《我，機器人》中提出了“機器人三定律”，為機器人的行為提供了準(zhǔn)繩[3]。良好的職業(yè)精神和工程倫理是科學(xué)技術(shù)人員必備的素質(zhì)。從機器人的由來以及“機器人三定律”中，可以啟迪學(xué)生思考智能化時代的機器人應(yīng)該遵循怎樣的原則，從而形成崇高的職業(yè)素養(yǎng)和工程倫理意識。

(二)從我國古代的機器人雛形中培育科技創(chuàng)新意識、弘揚中華民族優(yōu)秀傳統(tǒng)文化

我國古代有很多優(yōu)秀的創(chuàng)新設(shè)計案例，在講到機器人相關(guān)的歷史人物時，可以引入諸葛亮的木牛流馬、魯班的木鴛、馬鈞的指南車、祖沖之發(fā)明的水碓磨和千里船等等。雖然這些設(shè)計還只是機器人的雛形，但卻蘊含著我國勞動人民無窮的智慧和對生活無微不至的觀察與熱愛。例如，《南齊書·祖沖之傳》記載，祖沖之在婁縣為官期間見老翁使用石杵舂米，十分費勁，就思考有什么方法可以減輕百姓的負(fù)擔(dān)。而此時，一陣水流歡快的嘩嘩聲，給了祖沖之靈感，于是他開始查資料、一遍一遍地修改設(shè)計圖紙，最后經(jīng)過反復(fù)查核，終于成功做出了依靠水力舂米的水碓磨。此類歷史人物故事很多，通過向?qū)W生講述我國古代機器人的歷史，不僅可以弘揚中華民族優(yōu)秀的傳統(tǒng)文化，培養(yǎng)學(xué)生的人文精神；而且還可以吸引學(xué)生興趣，培養(yǎng)學(xué)生對自然、社會生活深入觀察的意識，而這些都是機器人創(chuàng)新設(shè)計的不竭之源。

(三)以近年來我國在機器人領(lǐng)域的巨大成就，培養(yǎng)科技強國的認(rèn)知、精益求精的大國工匠精神，堅定“四個自信”

近年來，我國機器人技術(shù)取得了巨大的成就，很多重大工程應(yīng)用享譽海內(nèi)外，極大地提升了國人的自豪感。例如，中國天眼(500米口徑球面射電望遠鏡FAST)采用了并聯(lián)機器人技術(shù)來驅(qū)動，而這離不開“中國天眼之父”南仁東對夢想的執(zhí)著追求和堅守。南仁東放棄國外的高薪和優(yōu)越的環(huán)境，歷盡艱辛，終于建成了屬于我國的大口徑射電望遠鏡，極大地提升了我國在天文和科技領(lǐng)域的國際話語權(quán)。2021年6月，備受矚目的中國空間站迎來了7自由度機械臂，它可以用于空間站的日常檢查、維護，也可以用于對接飛船、捕獲衛(wèi)星等，這讓中國空間站如虎添翼。此外，我國的嫦娥系列月球探測車、蛟龍?zhí)栞d人潛水器等重大工程實踐，機器人及其技術(shù)都在其中發(fā)揮著重大作用。

這些重大工程項目的成功，離不開科學(xué)家和工程師的艱苦奮斗，展現(xiàn)了愛國奉獻和精益求精的大國工匠精神。他們的愛崗敬業(yè)、家國情懷和人格魅力值得世人學(xué)習(xí)。將我國在機器人領(lǐng)域的巨大成就融入課程教學(xué)，讓學(xué)生知道機器人在國家科技發(fā)展中的重要地位，培養(yǎng)學(xué)生對科技強國的認(rèn)知，同時也認(rèn)識到祖國之強大，激發(fā)其作為一個中國人的自豪感和愛國情懷，從而樹立對中國特色社會主義的道路自信、理論自信、制度自信、文化自信。

(四)以特種機器人鑄就人文關(guān)懷、生態(tài)意識、社會責(zé)任和使命擔(dān)當(dāng)

人們對社會美好生活的迫切需求，促進了機器人技術(shù)的進步和發(fā)展，各種類型的特種機器人被開發(fā)出來解決生產(chǎn)生活問題。例如，針對肢體殘障患者，開發(fā)了可用于助力和康復(fù)訓(xùn)練的外骨骼機器人、康復(fù)機器人。針對廢墟搜救困難的問題，科研人員開發(fā)了災(zāi)難救援機器人，可以深入到廢墟深處探測生命體征，并為受災(zāi)人員供給藥品、水等急需物資。此外，為了提升機器人技術(shù)水平，研究工作者們向自然界學(xué)習(xí)，研制了性能優(yōu)越的各類仿生機器人，如模仿自然界中生物體利用自身肢體進行翻滾運動而開發(fā)了輪-足復(fù)合機器人；借鑒魚類在游動速度、噪聲、能耗等方面的優(yōu)越性能，開發(fā)了各類仿生水下機器人。仿生機器人的研究天然地契合我國的綠色發(fā)展道路，符合生態(tài)文明建設(shè)的內(nèi)涵[4]。將各種類型的特種機器人以案例的形式向?qū)W生闡述，對學(xué)生思想政治教育大有裨益。例如，以災(zāi)難救援、醫(yī)療養(yǎng)老為切入點，喚起學(xué)生的同情心，引起學(xué)生開發(fā)救援機器人、醫(yī)療輔助機器人的強烈愿望，從而培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感和使命擔(dān)當(dāng)；以仿生機器人為切入點，可以引導(dǎo)學(xué)生對自然的觀察和思考，從而培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力和生態(tài)環(huán)保意識。

三、機器人學(xué)課程思政的組織與實施

將課程思政資源自然地融入課程教學(xué)，進行隱性思政教育，是激發(fā)課程思政資源教育效力的必然要求[5]。機器人學(xué)課程是理論與實踐并重的課程，需要將課程思政內(nèi)容貫穿于理論和實踐教學(xué)的全過程。采取的措施主要包括：

(一)課堂講授與課外觀影

課堂講授是理論知識教學(xué)的主要手段。對于機器人的核心教學(xué)內(nèi)容，利用多媒體課件完成講解，幫助學(xué)生掌握機器人學(xué)的全貌、研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。在多媒體課件中，以短視頻的形式呈現(xiàn)我國在機器人領(lǐng)域的重大成果，如我國空間站的7自由度機械臂、嫦娥系列月球探測車、蛟龍?zhí)栞d人潛水器等，激發(fā)學(xué)生科技報國的情懷。同時，機器人的火熱也離不開電視電影行業(yè)的推動。很多機器人題材類的電影、電視節(jié)目都是非常優(yōu)秀的課程思政資源，如電影類的有：機器人總動員、超能陸戰(zhàn)隊、戰(zhàn)斗天使阿麗塔等，電視類節(jié)目有：機智過人、智造將來等。課程將向?qū)W生推薦經(jīng)典的機器人類電影電視節(jié)目，讓學(xué)生在鋼鐵科技中探尋真善美的真諦，樹立正確的人生觀、價值觀和世界觀。

(二)學(xué)科競賽與項目實踐

實踐能力的培養(yǎng)是機器人學(xué)的重要目標(biāo)之一，學(xué)生只有親身參與實踐才能深刻領(lǐng)會教學(xué)內(nèi)容。而且，實踐也是培養(yǎng)創(chuàng)新能力、促進道德觀念內(nèi)化的基礎(chǔ)[6]。源自認(rèn)知科學(xué)的具身認(rèn)知理論認(rèn)為，道德觀念的內(nèi)化離不開身體及其活動的參與。學(xué)生通過實踐，可以獲得豐富的感知覺體驗，進而在知行合一中主動內(nèi)化課程思政內(nèi)容，友善、誠信、愛國、擔(dān)當(dāng)?shù)人枷胝我庾R油然而生[7]。

機器人學(xué)課程的實踐主要包括學(xué)科競賽和項目實踐。學(xué)科競賽是創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的主要形式，且經(jīng)過多年經(jīng)驗積累，我國已形成了較為完善的學(xué)科競賽體系。由于機器人技術(shù)的多學(xué)科綜合特性，適合機器人工程專業(yè)的學(xué)科競賽較多，如：全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽、中國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽、全國大學(xué)生過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽、RoboMaster、RoboCup等。這些學(xué)科競賽的主題都具有鮮明的價值引領(lǐng)作用。例如，歷屆全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽的主題包括：“健康與愛心”“綠色與環(huán)境”“珍愛生命?奉獻社會”“自然·和諧”等。鼓勵學(xué)生參加此類競賽，以競賽主題引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)和解決生活實際問題，從而培養(yǎng)學(xué)生的人文精神、生態(tài)意識以及社會責(zé)任等。而且，在團隊交流的過程中，還有助于學(xué)生團隊協(xié)作能力的提升，幫助學(xué)生更好地融入社會生活。

此外，為了更好地實施三全育人，重慶理工大學(xué)機器人工程專業(yè)本科生實行全程導(dǎo)師制。學(xué)生可根據(jù)自己的興趣愛好以及對未來的規(guī)劃，選擇全程導(dǎo)師，并參與到導(dǎo)師的科研項目中。導(dǎo)師的科研項目均來自于理論發(fā)展或生產(chǎn)生活的迫切需求。學(xué)生參與其中，不僅能夠檢驗所學(xué)知識、培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力，還能在項目實踐中培養(yǎng)精益求精的工匠精神。

(三)小組交流與辯論

結(jié)合提煉的課程思政資源，在課內(nèi)選擇若干專題進行問題導(dǎo)入，但并不作深入討論。學(xué)生根據(jù)自己的興趣選擇專題進行組隊，成為正方或反方辯論小組。在課外，由興趣小組進行內(nèi)部交流，并通過查閱文獻、組織材料，撰寫研究報告并制作PPT，進行小組辯論。辯論的主題包括：自主機器人能否成為道德主體、軍事機器人是否應(yīng)該具有自主決策的能力、為機器人建立電子法是否可行、智能機器人是否應(yīng)該享有權(quán)利、情侶機器人是否存在社會危害等[8]。通過辯論和教師點評，幫助學(xué)生澄清價值觀念，形成正確的職業(yè)道德和工程倫理觀念。

四、結(jié)語

機器人現(xiàn)已進入社會生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域，當(dāng)代大學(xué)生在今后的生活和工作中將越來越多地與機器人為伍，形成人與機器人和諧共融的新生態(tài)。為此，一方面，通過機器人學(xué)課程來教授學(xué)生機器人相關(guān)知識和技能，是課程的基本要求；而在課程中進行思想政治教育則是更為重要的另一方面。因為教育是為我國社會主義建設(shè)培養(yǎng)具有堅定的理想信念、深厚的愛國主義情懷、高尚的品德修養(yǎng)、廣博的知識見解、具備綜合素質(zhì)和奮斗精神的高素質(zhì)人才。為了更好地將社會主義核心價值觀、家國情懷、科學(xué)倫理、工匠精神等思政內(nèi)容融入課程教學(xué)中，本文在分析機器人學(xué)所蘊含的思政元素基礎(chǔ)上，深入挖掘機器人學(xué)的思政資源，并將思政內(nèi)容融入課堂教學(xué)與實踐實訓(xùn)中，使理論與實踐形成同向同行的教育合力。本文對課程思政的探索還僅限于機器人學(xué)這一門課程，且討論還比較淺顯，僅起到拋磚引玉的作用。各專業(yè)課教師要充分發(fā)揚學(xué)科育人的責(zé)任和擔(dān)當(dāng)，研究各門課程的特點及其與思想政治教育的融合路徑，將知識傳授和價值引領(lǐng)融為一體，實現(xiàn)課程育人價值的回歸。