課程思政在“機(jī)器人學(xué)”課程中的應(yīng)用探索

林旭梅　朱文杰　唐旭　朱廣輝

[摘 要] 課程思政改革是目前高等教育改革的重要內(nèi)容，“機(jī)器人學(xué)”作為機(jī)器人專業(yè)的核心課程，探索課程思政教育在“機(jī)器人學(xué)”課程中的應(yīng)用，對(duì)于構(gòu)建新工科背景下機(jī)器人領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)全過程育人的教學(xué)模式具有重要意義。以“機(jī)器人學(xué)”課程思政教學(xué)改革為中心，從育人的角度討論課程價(jià)值，通過整理課程知識(shí)點(diǎn)，深入挖掘課程中的思政元素，使思想政治教育與專業(yè)課程教育融為一體，實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳播與價(jià)值引領(lǐng)的統(tǒng)一，使全員育人、全程育人、全方位育人教學(xué)模式得以有效運(yùn)行。

[關(guān)鍵詞] 機(jī)器人學(xué);課程思政;教學(xué)探索;新工科

[基金項(xiàng)目] 2019—2022年山東省教育廳教學(xué)改革項(xiàng)目“新工科背景下研究生機(jī)器人技術(shù)開發(fā)課程的改革與研究”（2019096）;2020—2021年產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目“新工科背景下研究生機(jī)器人技術(shù)的改革與研究”（202002018006）;2020—2022年山東省教育廳項(xiàng)目“地方高校面向新工科專業(yè)的創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系研究與實(shí)踐”（Z202011）

[作者簡(jiǎn)介] 林旭梅（1970—），女，安徽桐城人，博士，青島理工大學(xué)信息與控制工程學(xué)院教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事機(jī)器人控制、自動(dòng)化專業(yè)相關(guān)領(lǐng)域的研究;朱文杰（1980—），男，山東淄博人，博士，青島理工大學(xué)信息與控制工程學(xué)院副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事電機(jī)學(xué)研究;唐 旭（1988—），男，山東沂源人，博士，青島理工大學(xué)信息與控制工程學(xué)院講師，主要從事電機(jī)學(xué)研究。

[中圖分類號(hào)] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-9324（2022）11-0109-04 [收稿日期] 2021-08-09

2016年12月，習(xí)近平總書記在全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議上的講話中強(qiáng)調(diào)：“要堅(jiān)持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程，實(shí)現(xiàn)全程育人、全方位育人，努力開創(chuàng)我國(guó)高等教育事業(yè)發(fā)展新局面?！盵1]2020年5月，為扎實(shí)推進(jìn)新工科建設(shè)再深化，教育部決定在高校建設(shè)一批未來技術(shù)學(xué)院，旨在加快高校體制機(jī)制創(chuàng)新，培養(yǎng)未來科技創(chuàng)新的領(lǐng)軍人才[2]。機(jī)器人專業(yè)作為新工科中一門融合控制技術(shù)、機(jī)械原理、電力電子、傳感技術(shù)與人工智能等多學(xué)科專業(yè)知識(shí)的綜合性學(xué)科，其相關(guān)領(lǐng)域的人才目前有巨大的需求缺口[3]。“機(jī)器人學(xué)”作為機(jī)器人領(lǐng)域的基礎(chǔ)課程，探索思想政治教育在該課程中的應(yīng)用，把學(xué)生培養(yǎng)成愛國(guó)、勵(lì)志、求真和力行的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人勢(shì)在必行。

一、課程簡(jiǎn)介

“機(jī)器人學(xué)”是機(jī)器人領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論知識(shí)，在“機(jī)器人學(xué)”課程的授課教材中，美國(guó)斯坦福大學(xué)John J. Craig教授主編的《機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論》及中南大學(xué)蔡自興教授主編的《機(jī)器人學(xué)基礎(chǔ)》的教材應(yīng)用廣泛[3]。我?！皺C(jī)器人學(xué)”教材以機(jī)械手為主要的控制對(duì)象，詳細(xì)介紹了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、傳感器等機(jī)器人控制的基礎(chǔ)知識(shí)，以及機(jī)器人軌跡規(guī)劃等綜合性技術(shù)。通過“機(jī)器人學(xué)”課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生系統(tǒng)掌握機(jī)器人的設(shè)計(jì)、控制、編程等基礎(chǔ)理論知識(shí)，具備分析、評(píng)價(jià)、優(yōu)化機(jī)器人領(lǐng)域問題所需的專業(yè)基本能力;掌握發(fā)現(xiàn)問題、分析問題的思路，具備識(shí)別與表達(dá)機(jī)器人設(shè)計(jì)中復(fù)雜工程問題的能力，以及運(yùn)用“機(jī)器人學(xué)”專業(yè)知識(shí)，通過改進(jìn)或創(chuàng)新等方式提出設(shè)計(jì)思路與解決方案，綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決機(jī)器人領(lǐng)域復(fù)雜問題的能力。此外，機(jī)器人是展現(xiàn)人工智能研究的最佳平臺(tái)，通過在智能機(jī)器人上復(fù)現(xiàn)人工智能研究成果，可以將人工智能的最新研究成果完美地展現(xiàn)出來，使人工智能的研究得到越來越多的關(guān)注和認(rèn)同，促進(jìn)社會(huì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。

二、“機(jī)器人學(xué)”課程思政改革的必要性

在先進(jìn)制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)成為不可替代的重要裝備，亦代表了一個(gè)國(guó)家的制造業(yè)水平和科技水平。我國(guó)目前正處于產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵時(shí)期，以工業(yè)機(jī)器人為中心的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，將是我國(guó)實(shí)現(xiàn)降低產(chǎn)業(yè)成本、突破環(huán)境制約問題的重要選擇，因此高校要致力于培養(yǎng)兼具理想信念、職業(yè)素養(yǎng)和社會(huì)責(zé)任的大批機(jī)器人相關(guān)專業(yè)的人才。傳統(tǒng)的工科專業(yè)，如作為機(jī)器人領(lǐng)域基礎(chǔ)的電力電子、機(jī)械等專業(yè)，在教學(xué)過程中一般存在比較嚴(yán)重的重“理”輕“文”現(xiàn)象，即教學(xué)過程更加注重培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)和技術(shù)的理解和使用，較少考慮培養(yǎng)學(xué)生的文化軟實(shí)力。如果長(zhǎng)期處于這種傳統(tǒng)的理工科思維模式下，或許可以增強(qiáng)學(xué)生的邏輯思維能力，把學(xué)生培養(yǎng)成“一專多能”的應(yīng)用型技術(shù)人才[4]。但是學(xué)生一定會(huì)對(duì)抽象的社會(huì)理論表現(xiàn)得比較冷漠，缺少相應(yīng)的人文情懷與社會(huì)情懷，其行事準(zhǔn)則也會(huì)傾向于工具理性[5]，進(jìn)而容易加劇自然科學(xué)與人文社會(huì)科學(xué)之間的分離。由此可見，在新工科背景下，在專業(yè)課的教學(xué)過程中通過有效的思想政治教育工作把思想政治教育融入教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)、人生觀念、社會(huì)責(zé)任，把學(xué)生培養(yǎng)成德才兼?zhèn)?、全面發(fā)展的高素質(zhì)人才勢(shì)在必行[6]。

三、教學(xué)內(nèi)容中課程思政的應(yīng)用

（一）課程知識(shí)體系的構(gòu)成

在整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過程中，除了自動(dòng)化專業(yè)的傳統(tǒng)課程與機(jī)器人技術(shù)的理論知識(shí)密切相關(guān)外，“機(jī)器人導(dǎo)論”“機(jī)器人控制”“機(jī)器人傳感器與檢測(cè)技術(shù)”“機(jī)器人機(jī)械基礎(chǔ)”“機(jī)器人視覺”等專業(yè)課程，也是教學(xué)不可或缺的重要部分[7]。這些課程所講解的知識(shí)包含了從機(jī)器人本身的機(jī)械結(jié)構(gòu)到機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制的方方面面，圖1為“機(jī)器人學(xué)”體系內(nèi)容。

在“機(jī)器人學(xué)”的教學(xué)過程中，重點(diǎn)講解的是坐標(biāo)變換、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、軌跡規(guī)劃、機(jī)器人控制等方面的知識(shí)。坐標(biāo)變換是機(jī)器人定位與地圖創(chuàng)建、機(jī)器人導(dǎo)航和機(jī)器視覺等相關(guān)課程及研究的基礎(chǔ)?！皺C(jī)器人學(xué)”的運(yùn)動(dòng)學(xué)部分包括正運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)兩部分。運(yùn)動(dòng)學(xué)部分的相關(guān)內(nèi)容是機(jī)器人控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)。機(jī)器人動(dòng)力學(xué)部分則是研究機(jī)器人運(yùn)動(dòng)與力之間的聯(lián)系，動(dòng)力學(xué)部分的知識(shí)是機(jī)器人仿真和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。機(jī)器人控制方面的相關(guān)內(nèi)容主要包括機(jī)器人的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、采用李亞普諾夫定理證明機(jī)器人控制系統(tǒng)穩(wěn)定性及機(jī)器人的力控制[8]。圖2為“機(jī)器人學(xué)”的主要內(nèi)容。

（二）思想政治教育元素探索

早在春秋時(shí)期，中國(guó)就已出現(xiàn)機(jī)器人雛形。據(jù)史料記載，制造達(dá)人魯班曾惹魯母生氣，魯母因此茶飯不思，魯班很是著急。為了哄母親開心，魯班廢寢忘食，花費(fèi)兩天時(shí)間用木材制造了一只大鳥?！赌印分杏涊d：“成而飛之，三日不下。”說的就是木鳥上天后，飛了三天三夜都沒落地。三國(guó)時(shí)期，諸葛亮充分利用齒輪原理制作了自動(dòng)機(jī)械木牛流馬;南北朝時(shí)期，祖沖之制作了利用銅制齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的指南車;漢末魏晉時(shí)期，用齒輪傳動(dòng)記載距離的自動(dòng)裝置記里鼓車等都包含了大量的機(jī)器人原理。通過向?qū)W生講述這些古代的與機(jī)器相關(guān)的發(fā)明及其背后的故事，一方面讓學(xué)生感受到我國(guó)古代勞動(dòng)人民的智慧，增強(qiáng)學(xué)生的文化自信;另一方面促進(jìn)學(xué)生對(duì)我國(guó)機(jī)器人思想及制作的悠久歷史的了解與學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的民族自豪感，提高學(xué)生對(duì)機(jī)器人相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣。在授課過程中，增加中華民族傳統(tǒng)文化中的哲學(xué)理念[9]，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)傳統(tǒng)文化的認(rèn)同，以及為實(shí)現(xiàn)民族偉大復(fù)興而奮斗的信念。

在授課過程中通過潛移默化的方式實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與思想政治教學(xué)的有效融合。在“機(jī)器人學(xué)”的具體學(xué)習(xí)過程中，有許多復(fù)雜難懂的公式，如齊次坐標(biāo)變換矩陣T、速度雅可比矩陣J和雅可比矩陣JT等。教師在授課時(shí)，講述各矩陣的推演過程及矩陣公式背后的故事，如著名數(shù)學(xué)家雅可比推演雅可比矩陣時(shí)所付出的努力及其科研經(jīng)歷、奮斗歷程、卓越成就與高尚品德。在整個(gè)過程中，潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生不畏困難、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的專業(yè)素養(yǎng)。

在介紹機(jī)器人領(lǐng)域的最新研究成果時(shí)，既要關(guān)注國(guó)外機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展，也要重點(diǎn)介紹國(guó)內(nèi)的最新技術(shù)，從而拓寬學(xué)生的眼界，使學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)有一個(gè)全面的了解，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。在實(shí)際教學(xué)中增加一些機(jī)器人教學(xué)的實(shí)際案例，如“嫦娥五號(hào)”“奮斗者”。在航空航天制造領(lǐng)域，工業(yè)機(jī)器人不僅要完成典型的點(diǎn)膠、焊接、噴涂、熱處理、搬運(yùn)、裝配及檢測(cè)等作業(yè)，還要進(jìn)行鉆孔、鉚接、密封、修整、復(fù)合材料鋪敷、無損探傷等特種作業(yè)任務(wù)?！氨倍贰睂?dǎo)航系統(tǒng)、登月計(jì)劃，以及嫦娥五號(hào)的順利回歸、蛟龍?zhí)柕纳詈Ｌ剿鞯榷紤?yīng)用了大量的機(jī)器人領(lǐng)域的技術(shù)。教師通過在課堂上講述這些工程實(shí)際與科學(xué)成果，既完成了對(duì)專業(yè)知識(shí)的傳授，也使學(xué)生更加了解中國(guó)的科技發(fā)展，引領(lǐng)學(xué)生認(rèn)識(shí)所學(xué)的知識(shí)對(duì)國(guó)家工程建設(shè)、科學(xué)研究等的重要作用，進(jìn)而使學(xué)生逐步建立專業(yè)榮譽(yù)感及社會(huì)責(zé)任感，完善自身的人生觀和價(jià)值觀，從而把個(gè)人價(jià)值與社會(huì)價(jià)值相結(jié)合，用自己所學(xué)的專業(yè)知識(shí)為國(guó)家建設(shè)做貢獻(xiàn)。圖3為思想政治教育與課程的融合過程。

四、教學(xué)過程中思想政治教育的應(yīng)用

（一）發(fā)揮教師在教學(xué)過程中的主動(dòng)性

授課教師是思想政治教學(xué)的實(shí)施者，是思想政治教學(xué)的一線，也是高校實(shí)現(xiàn)立德樹人根本任務(wù)的關(guān)鍵。教師自己的個(gè)人特質(zhì)會(huì)不由自主地影響授課和教學(xué)，因此教師自身的大視野會(huì)引領(lǐng)學(xué)生的大視野，教師自身的大格局會(huì)引領(lǐng)學(xué)生的大格局，教師自身的嚴(yán)謹(jǐn)與專注會(huì)引領(lǐng)學(xué)生的嚴(yán)謹(jǐn)與專注。所以教師既要加強(qiáng)自身的思想政治教育，使自身具備相應(yīng)的馬克思主義理論知識(shí)，以及堅(jiān)定的政治立場(chǎng)和過硬的政治素養(yǎng)，也要在傳授知識(shí)的同時(shí)用自己的人格魅力影響學(xué)生，成為學(xué)生求學(xué)和為人的榜樣，發(fā)揮自己的思想政治教育的主動(dòng)性，潛移默化地提升學(xué)生的思想素養(yǎng)和道德情操。

（二）教學(xué)方式中的思想政治教學(xué)探索

長(zhǎng)期以來，高校在人才培養(yǎng)過程中過于側(cè)重對(duì)學(xué)生專業(yè)知識(shí)和技能的培養(yǎng)，尤其是工科專業(yè)，把學(xué)生的專業(yè)知識(shí)、考試成績(jī)作為評(píng)價(jià)學(xué)生的最高標(biāo)準(zhǔn)或唯一標(biāo)準(zhǔn)，甚至將其作為評(píng)判學(xué)生畢業(yè)素質(zhì)的唯一標(biāo)準(zhǔn)。專業(yè)課教師在教學(xué)過程中單純注重專業(yè)知識(shí)的傳播，忽略了對(duì)學(xué)生道德素養(yǎng)的培養(yǎng)。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中只注重分?jǐn)?shù)，不關(guān)心政治，同時(shí)自我意識(shí)較強(qiáng)。在這種簡(jiǎn)單地教師授課、學(xué)生聽課、只看成績(jī)的教學(xué)方式下，思想教育工作開展困難，效果也不明顯，學(xué)生也容易反感課程，失去學(xué)習(xí)的興趣。所以對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)方式進(jìn)行改革與探索勢(shì)在必行。

1.需要建立完善的評(píng)價(jià)體系，改變當(dāng)前唯成績(jī)論的現(xiàn)狀，既要對(duì)學(xué)生的知識(shí)水平進(jìn)行評(píng)價(jià)，也要對(duì)學(xué)生的思想水平進(jìn)行評(píng)價(jià)。由于思想政治教學(xué)是專業(yè)課教學(xué)中一種潛移默化的引導(dǎo)，思想水平的評(píng)價(jià)應(yīng)該注重教學(xué)過程而非結(jié)果，相應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)該是定性的而不是定量的。

2.變傳統(tǒng)“填鴨式”教學(xué)為以學(xué)習(xí)者為中心的教學(xué)方式，從教師主動(dòng)教轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生主動(dòng)學(xué)，通過研討、質(zhì)疑、辯論的方式完成知識(shí)的學(xué)習(xí)。教師在授課時(shí)，選取一部分內(nèi)容，讓學(xué)生以分組的方式討論學(xué)習(xí)，分析國(guó)內(nèi)的工程實(shí)例，小組成員在課堂上展示，與教師和其他組同學(xué)進(jìn)行討論。在這種工程案例討論的教學(xué)方式下，思想政治教育也可以自然地融入，因?yàn)橘|(zhì)疑、討論的過程，本身就是引領(lǐng)學(xué)生在面臨問題時(shí)解決問題的方法、態(tài)度、價(jià)值觀等方面的過程。通過這種方式，既使學(xué)生加深了對(duì)知識(shí)的理解和掌握，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，啟迪了科研思維，也完成了對(duì)學(xué)生價(jià)值觀的塑造。

隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，高校學(xué)生在日常生活、學(xué)習(xí)、研究中會(huì)面臨多元化的選擇及各種各樣的誘惑，因此高校在教學(xué)過程中形成系統(tǒng)的思想政治教育教學(xué)體系，通過正確的思想引導(dǎo)學(xué)生的行為，以及實(shí)現(xiàn)立德樹人的根本任務(wù)已勢(shì)在必行。本文論述了在“機(jī)器人學(xué)”課程教學(xué)過程中合理地將理論知識(shí)教學(xué)與思想政治教學(xué)融為一體，通過教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式等多方面的探索，在潛移默化中實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的思想政治教育，以達(dá)到全員、全程、全方位的三全育人教學(xué)目標(biāo)。

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Exploration on the Application of Curriculum Ideological and Political Education

in the Course of Robotics

LIN Xu-mei， ZHU Wen-jie， TANG Xu， ZHU Guang-hui

（School of Information and Control Engineering， Qingdao University of Technology， Qingdao， Shandong 266520， China）

Abstract： Curriculum ideological and political education is an important part of the current higher education reform. Robotics as the core course of robotics specialty， exploring its application of curriculum ideological and political education is of great significance for constructing the whole process education teaching mode of relevant majors in the field of robotics under the background of Emerging Engineering Education. Centered on the ideological and political education of Robotics， this paper discusses the curriculum value from the perspective of educating students， arranges the curriculum knowledge points， deeply excavates the ideological and political elements， integrates the ideological and political education with the professional curriculum education， realizes the unity of knowledge dissemination and value guidance， and makes the teaching mode of “three-all education” operate effectively.

Key words： Robotics; curriculum ideological and political education; teaching exploration; Emerging Engineering Education