面向應(yīng)用能力培養(yǎng)的遞進(jìn)式機(jī)器人課程群的構(gòu)建與實施

郭依正 劉益新

(1 南京師范大學(xué)泰州學(xué)院，江蘇泰州，225300；2 南京大學(xué)金陵學(xué)院，南京，210089)

0 引言

在人工智能技術(shù)成為國家戰(zhàn)略的背景下，我國高校中以機(jī)器人工程及工業(yè)機(jī)器人技術(shù)為代表的新工科專業(yè)迅速發(fā)展。

國內(nèi)普通本科院?？砷_設(shè)機(jī)器人工程專業(yè)，根據(jù)教育部歷年普通高等學(xué)校本科專業(yè)備案和審批結(jié)果的統(tǒng)計，2015 年東南大學(xué)率先獲批開設(shè)，目前合計已有302 所院校獲批開設(shè)，歷年獲批情況如圖1 所示。這些獲批高校既包括“985”、“211”、“雙一流”高校，也有普通本科高校以及民辦高校。

圖1 機(jī)器人工程專業(yè)歷年獲批情況統(tǒng)計

高職院校開設(shè)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)，側(cè)重工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計應(yīng)用、安裝調(diào)試、操作維護(hù)等，目前有近500 所高職院校開設(shè)了該專業(yè)，如果加上開設(shè)該專業(yè)的中職院校，那就更多。

機(jī)器人學(xué)是典型的多學(xué)科多領(lǐng)域交叉，涉及自動控制、機(jī)械、計算機(jī)、電學(xué)、網(wǎng)絡(luò)與通信等學(xué)科領(lǐng)域。由于新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)對機(jī)器人技術(shù)的人才需求量大，很多高校的機(jī)器人相近專業(yè)，如人工智能、智能科學(xué)與技術(shù)、電子信息工程等也開始融入機(jī)器人方向課程，這樣有助于增加學(xué)生的就業(yè)選擇。

機(jī)器人是“中國制造2025”重點(diǎn)發(fā)展的十大領(lǐng)域之一，我國已經(jīng)成為全球最大的機(jī)器人應(yīng)用市場，然而，現(xiàn)有人才培養(yǎng)還無法滿足機(jī)器人應(yīng)用市場的需求，因此，探討面向應(yīng)用能力培養(yǎng)的機(jī)器人課程群的構(gòu)建與實施具有重要的現(xiàn)實意義。為此，筆者以南京師范大學(xué)電子信息工程專業(yè)融入機(jī)器人方向課程為例，以學(xué)生應(yīng)用能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，提出“三遞進(jìn)，四融合”的課程群構(gòu)建和實施方式。

1 三遞進(jìn)的課程群

1.1 遞進(jìn)式課程

在機(jī)器人專業(yè)課程體系中有一些理論性較強(qiáng)的內(nèi)容，對于研究型大學(xué)而言，學(xué)生基礎(chǔ)好，掌握起來相對容易。而對于應(yīng)用型高校而言，學(xué)生接受起來面臨很大困難。此外，機(jī)器人涵蓋的技術(shù)范圍又非常廣，需要本著“有所為有所不為”的原則，構(gòu)建面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的遞進(jìn)式課程。

遞進(jìn)式課程包含基礎(chǔ)類課程、核心類課程及拓展類課程，如表1 所列。

表1 遞進(jìn)式課程

基礎(chǔ)類課程強(qiáng)調(diào)對學(xué)生基本實踐技能的訓(xùn)練，學(xué)生在完成驗證性實驗項目的基礎(chǔ)上，在各門基礎(chǔ)課結(jié)束前，必須完成有一定難度的綜合性項目，為核心類課程學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。核心類課程強(qiáng)調(diào)專業(yè)技能的訓(xùn)練，主要圍繞四驅(qū)小車、仿人機(jī)器人、智能機(jī)器人遞進(jìn)式展開，在課程結(jié)束前，要求學(xué)生完成一定難度的設(shè)計性項目。拓展類課程為學(xué)有余力學(xué)生提供自由發(fā)揮的平臺，學(xué)生在教師指導(dǎo)下自主設(shè)計完成創(chuàng)新性課題，可以作為畢業(yè)設(shè)計，也可以參加相關(guān)競賽等。

1.2 遞進(jìn)式實驗項目

遵從教育教學(xué)規(guī)律，循序漸進(jìn)的開展教育教學(xué)才能事半功倍。故以《機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》《仿人機(jī)器人控制與競賽》《智能信息處理》三門核心課程為例，分別使用四驅(qū)小車、仿人機(jī)器人、智能機(jī)器人為實驗平臺，遞進(jìn)式實驗項目安排情況如表2 所示。

表2 遞進(jìn)式實驗項目

從實驗課程、實驗平臺到實驗項目均遵從從易到難、從簡單到復(fù)雜的基本規(guī)律，學(xué)生接受起來容易，能較快地掌握對應(yīng)知識點(diǎn)，并通過一系列課程形成整體的系統(tǒng)概念。

1.3 遞進(jìn)式實施

雖然不同課程可能由不同教師授課，但課程與課程之間不應(yīng)該有壁壘，課程與課程之間是獨(dú)立而不孤立的關(guān)系，前序課程為后繼課程提供基礎(chǔ)，后繼課程是前序課程的延伸和拓展，所有課程都是為了達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生能力這個中心任務(wù)服務(wù)的。

遞進(jìn)式實施體現(xiàn)在諸多方面，既體現(xiàn)在課程銜接上，也體現(xiàn)在課程中驗證性、綜合性、設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗的安排上，還體現(xiàn)在應(yīng)用性課程、實訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計、專業(yè)實習(xí)等完備的實踐體系上。

例如在課程銜接方面，《機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》的課程基礎(chǔ)是《C 語言程序設(shè)計》《數(shù)字電子技術(shù)》《單片機(jī)原理與應(yīng)用》等，《仿人機(jī)器人控制與競賽》的課程基礎(chǔ)是《機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》《Python 編程基礎(chǔ)》《數(shù)字圖像處理》《人工智能基礎(chǔ)》等，《智能信息處理》的課程基礎(chǔ)是《仿人機(jī)器人控制與競賽》《Python 人工智能應(yīng)用》《嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用》《Linux 操作系統(tǒng)》等。

2 四融合的實施理念

2.1 融合課程思政

當(dāng)前，課程思政已成為高校教育教學(xué)改革的重要方向之一。高校課程思政是實現(xiàn)全員育人、全程育人、全方位育人的有效途徑，是中國特色社會主義辦學(xué)的必然要求。課程思政最終要達(dá)到的目標(biāo)就是向?qū)W生傳授專業(yè)知識的同時，教會學(xué)生如何做人，使學(xué)生能夠樹立正確的人生觀、價值觀。

機(jī)器人專業(yè)課作為工程技術(shù)人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，同樣承載著“思政”教育的歷史使命。事實上，機(jī)器人專業(yè)課程的相關(guān)內(nèi)容蘊(yùn)含了豐富的課程思政教育內(nèi)容，可以利用多樣化的手段，如畫龍點(diǎn)睛式、專題嵌入式、元素化合式、隱形滲透式等形式融合課程思政教育。例如《機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》課程中，通過介紹機(jī)器人發(fā)展歷史和發(fā)展前沿，倡導(dǎo)愛國精神，激勵學(xué)生奮發(fā)學(xué)習(xí)；《仿人機(jī)器人控制與競賽》課程中，通過介紹神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的曲折發(fā)展歷程，告訴學(xué)生科技進(jìn)步總是充滿曲折，要持之以恒，勇于挑戰(zhàn)，繼而引導(dǎo)學(xué)生積極對待人生；《智能信息處理》課程中，通過介紹小誤差導(dǎo)致大錯誤示例，告訴學(xué)生差之毫厘謬以千里，做事要精益求精。

2.2 融合產(chǎn)業(yè)需求

產(chǎn)教融合是高等教育共同面臨的課題，封閉的環(huán)境中培養(yǎng)的人才是無法滿足社會需求的，因此，應(yīng)用型人才培養(yǎng)必須要面向產(chǎn)業(yè)需求。

具體舉措：在制定人才培養(yǎng)方案時，充分分析產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢，除了教師走出去調(diào)研，還邀請行業(yè)專家進(jìn)來參與制定和論證。在學(xué)生培養(yǎng)過程中，學(xué)校與企業(yè)需求也深度對接，學(xué)生到企業(yè)參觀與實習(xí)，同時聘請有經(jīng)驗工程師來校授課。此外，通過不定期組織教師深入企業(yè)學(xué)習(xí)，加強(qiáng)產(chǎn)教融合的師資隊伍建設(shè)，提高“雙師型”教師比例。

人才培養(yǎng)是一個持續(xù)改進(jìn)的工作，通過一系列舉措，建立需求為導(dǎo)向的人才培養(yǎng)機(jī)制，將學(xué)科建在產(chǎn)業(yè)上、把人才培養(yǎng)放到車間里，不斷為社會培養(yǎng)更多適應(yīng)產(chǎn)業(yè)需求的應(yīng)用型人才。

2.3 融合學(xué)科競賽

學(xué)科競賽是強(qiáng)化與提升學(xué)生綜合素質(zhì)的獨(dú)特方式，是課堂教學(xué)的補(bǔ)充和拓展，也是對學(xué)生分析解決問題、實踐應(yīng)用能力的檢驗。

具體舉措：機(jī)器人相關(guān)的競賽非常多，諸如各省大學(xué)生機(jī)器人大賽、中國教育機(jī)器人大賽、全國大學(xué)生機(jī)器人大賽、世界機(jī)器人大賽、WRO 機(jī)器人奧林匹克等。本著“以賽促教、以賽促學(xué)、以賽促建”的想法，筆者學(xué)校每年組織院機(jī)器人大賽，同時創(chuàng)造條件，鼓勵學(xué)生積極參與學(xué)校發(fā)文認(rèn)可的校外各項學(xué)科競賽，如江蘇省大學(xué)生機(jī)器人大賽、全國大學(xué)生機(jī)器人大賽等。將課本知識靈活運(yùn)用到實際應(yīng)用中，在競賽中不斷發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，極大地提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。

實踐表明，學(xué)科競賽與學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新能力培養(yǎng)具有很強(qiáng)的相關(guān)性。學(xué)科競賽還能提高學(xué)生的團(tuán)隊合作能力、科學(xué)研究能力等。此外，在競賽的過程中，只能提高學(xué)生溝通合作和表達(dá)能力、處理突發(fā)事件及時反應(yīng)的能力，以及進(jìn)取精神等綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。當(dāng)然，競賽也豐富了學(xué)生文化生活，促進(jìn)了校園精神文明建設(shè)，可謂是“一舉多得”。

2.4 融合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育

當(dāng)前，就業(yè)市場競爭非常激烈，在課程體系中融入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，是國家全面實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略的重要途徑，是高校人才培養(yǎng)機(jī)制的完善，是助力學(xué)生實現(xiàn)高質(zhì)量就業(yè)的重要舉措。

具體舉措：將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育滲透到人才培養(yǎng)過程中，提升學(xué)生創(chuàng)新精神和能力，以適應(yīng)飛速發(fā)展的新時代，幫助學(xué)生更好適應(yīng)社會的發(fā)展節(jié)奏。通過創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，學(xué)生的就業(yè)創(chuàng)業(yè)觀、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)素養(yǎng)及技能、個人競爭力都會得到提升，從而幫助學(xué)生盡快融入社會，緩解就業(yè)難的問題。例如前述的學(xué)科競賽，以及大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃、就業(yè)指導(dǎo)課等都是加強(qiáng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的重要手段。

3 結(jié)語

本文對機(jī)器人專業(yè)發(fā)展情況做了梳理，重點(diǎn)對“遞進(jìn)式課程、遞進(jìn)式實驗項目、遞進(jìn)式實施”的機(jī)器人課程群構(gòu)建，“融合課程思政、融合產(chǎn)業(yè)需求、融合學(xué)科競賽、融合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育”的實施理念進(jìn)行詳細(xì)闡述，雖然這些融合理念是高校普遍采用的方法，但本文結(jié)合機(jī)器人課程群的實際給出了具體舉措。

從筆者所在院校的探索實踐情況來看，教改效果顯著。學(xué)生積極參加全國及省機(jī)器人大賽，獲獎數(shù)和獲獎比例均有大幅提升。實踐表明，這一系列舉措激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生動手實踐能力有了很大提高，畢業(yè)學(xué)生受到了用人單位的青睞。

當(dāng)前，機(jī)器人技術(shù)得到飛速發(fā)展，越來越多地被應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、國防、醫(yī)療、生活服務(wù)等領(lǐng)域。雖然本文給出的課程群偏電子領(lǐng)域，但對高校機(jī)器人專業(yè)及相近專業(yè)的學(xué)科建設(shè)、專業(yè)建設(shè)等均有一定啟示作用。