基于Arduino與樹莓派的創(chuàng)客機(jī)器人教學(xué)體系研究

摘 要：機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展帶來了巨大的人才缺口。為滿足這一需求，高校急需培養(yǎng)機(jī)器人方面的人才，而創(chuàng)客機(jī)器人的系統(tǒng)化教學(xué)成為重要手段。應(yīng)用型本科院校對此進(jìn)行了探索與實(shí)踐，構(gòu)建了“一個理念、兩大平臺、三塊內(nèi)容、四個階段、五種結(jié)合、六類能力”的創(chuàng)客機(jī)器人教學(xué)體系。該體系以成果導(dǎo)向教育（OBE）理念為指引，以Arduino與樹莓派為實(shí)驗(yàn)平臺，針對機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制電路、程序設(shè)計三塊教學(xué)內(nèi)容，按照“四個階段”循序漸進(jìn)開展教學(xué)；同時，采用“五種結(jié)合”的教學(xué)方式，實(shí)現(xiàn)學(xué)生“六類能力”的培養(yǎng)。這一教學(xué)體系的探索與實(shí)踐，為培養(yǎng)工程實(shí)踐能力突出、創(chuàng)新能力強(qiáng)的高素質(zhì)機(jī)器人工程人才奠定了良好基礎(chǔ)。以Arduino與樹莓派為基礎(chǔ)的創(chuàng)客機(jī)器人教學(xué)體系，作為系統(tǒng)化的實(shí)施方案，在人才培養(yǎng)方面效果顯著。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)客機(jī)器人；OBE理念；Arduino；樹莓派；實(shí)驗(yàn)平臺；教學(xué)體系

中圖分類號：TP242.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2025）07-0-05

0 引 言

中國信息通信研究院的研究表明，我國正處于經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級與新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革取得突破的交匯期。若要在對全球進(jìn)程有重大影響的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中占據(jù)制高點(diǎn)，大力發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)是重要的窗口機(jī)遇。機(jī)器人產(chǎn)業(yè)作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)和核心，其發(fā)展受到各個國家的高度重視。

20世紀(jì)70年代，我國開始對機(jī)器人理論進(jìn)行探討，這一時期是國內(nèi)機(jī)器人發(fā)展的萌芽期。1986年，國家“863計劃”聚焦高新技術(shù)，將機(jī)器人技術(shù)列為重要發(fā)展主題。此后，東南大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、中國科學(xué)院、上海交通大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等高校和科研院所，以研究方向或課程設(shè)置等多種形式，先后開展機(jī)器人研究工作，并進(jìn)行本碩博等不同層次的人才培養(yǎng)。2016年，教育部基于科技革命和產(chǎn)業(yè)變革下國家建設(shè)的需求，批準(zhǔn)設(shè)立機(jī)器人工程專業(yè)并重點(diǎn)扶持。隨著“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)＋”等國家重大戰(zhàn)略的實(shí)施，教育部積極推進(jìn)“新工科”建設(shè)，全力探索工程教育強(qiáng)國之路。機(jī)器人作為“新工科”中最具代表性的前沿交叉學(xué)科之一，其產(chǎn)業(yè)和教育迎來了空前的發(fā)展機(jī)遇。據(jù)全國高校人工智能與大數(shù)據(jù)創(chuàng)新聯(lián)盟統(tǒng)計，截至2023年4月，全國共有342所高校的機(jī)器人工程專業(yè)獲得教育部審批，機(jī)器人本科教育雖然起步較晚，但發(fā)展迅猛。

從國家重點(diǎn)發(fā)展的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)來說，當(dāng)下存在著巨大的人才缺口[1]。教育部、人力資源和社會保障部、工業(yè)和信息化部聯(lián)合印發(fā)的《制造業(yè)人才發(fā)展規(guī)劃指南》表明，到2025年，我國高檔數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人領(lǐng)域的人才缺口將達(dá)450萬人。機(jī)器人產(chǎn)業(yè)對理論研究人才、產(chǎn)業(yè)開發(fā)人才、生產(chǎn)制造人才、維護(hù)服務(wù)人才等有著大量需求，有機(jī)構(gòu)預(yù)測，每年機(jī)器人本科人才的產(chǎn)業(yè)需求量約為3萬人。就機(jī)器人類別而言，工業(yè)機(jī)器人（像焊接機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人、裝配機(jī)器人和噴涂機(jī)器人等）和服務(wù)機(jī)器人（如家庭服務(wù)機(jī)器人和專用服務(wù)機(jī)器人等）種類繁多[2]；從機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈來看，上游的機(jī)器人研發(fā)、中游的機(jī)器人系統(tǒng)集成與制造、下游的機(jī)器人應(yīng)用等不同產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)所需要的技術(shù)與能力截然不同。此外，機(jī)器人工程作為多學(xué)科交叉專業(yè)，涉及機(jī)械、電氣、自動化、計算機(jī)等多個領(lǐng)域的專業(yè)知識。因此，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r，對高校人才培養(yǎng)提出了多種不同類型的要求。

面對機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的實(shí)際需求，教育工作者普遍開始重視人才培養(yǎng)方面的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。文獻(xiàn)[3]在機(jī)器人實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨硬件約束和場景限制等問題時，以項目導(dǎo)向?yàn)樗悸?，針對工業(yè)機(jī)器人課程開展了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計研究。文獻(xiàn)[4]結(jié)合教學(xué)實(shí)施狀況，從產(chǎn)教融合的角度構(gòu)建了機(jī)器人工程專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)體系。文獻(xiàn)[5]以機(jī)器人工程專業(yè)為例，探討了科教—校企—校際深度融合的“大實(shí)踐平臺”。除此之外，在機(jī)器人具體課程教學(xué)[6]、教學(xué)模式[7]、教學(xué)方法[8]以及教學(xué)平臺建設(shè)[9]等方面，學(xué)者們也進(jìn)行了一系列研究，針對機(jī)器人教學(xué)展開了不同主題的探索和實(shí)踐。

在機(jī)器人教學(xué)中，注重多學(xué)科交叉以及實(shí)驗(yàn)實(shí)踐動手能力已成為共識。國內(nèi)各高?；谧陨韺?shí)際情況，人才培養(yǎng)目標(biāo)定位存在明顯差異，這使得在機(jī)器人課程的教學(xué)理念與方法、教學(xué)內(nèi)容與結(jié)構(gòu)、教學(xué)程序與評價等方面呈現(xiàn)出多樣化態(tài)勢。其中，應(yīng)用型本科的機(jī)器人課程教學(xué)發(fā)展歷程較短，創(chuàng)客機(jī)器人教學(xué)的系統(tǒng)性探討尚處于起步階段。憑借多年的創(chuàng)客機(jī)器人教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，以Arduino與樹莓派為基礎(chǔ)的創(chuàng)客機(jī)器人教學(xué)體系作為系統(tǒng)性實(shí)施方案，已通過機(jī)器人競賽的檢驗(yàn)，所培養(yǎng)的學(xué)生也廣受機(jī)器人相關(guān)用人單位的好評。進(jìn)一步探討和完善這一教學(xué)體系，有助于提升創(chuàng)新型機(jī)器人人才的培養(yǎng)質(zhì)量，從而更好地服務(wù)于機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

1 創(chuàng)客機(jī)器人教學(xué)理念

世界上沒有放之四海而皆準(zhǔn)的最優(yōu)教學(xué)理念和教學(xué)方法，正所謂“教學(xué)有法、教無定法、貴在得法”。教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)對象的差異，決定了教學(xué)工作開展需要因地制宜，有的放矢。較早開設(shè)的機(jī)器人課程教學(xué)往往以教師傳授知識為主，注重理論分析與公式推導(dǎo)。這樣的教學(xué)方式，有助于幫助將來從事高端研發(fā)的重點(diǎn)院校學(xué)生打下堅實(shí)基礎(chǔ)，卻不利于培養(yǎng)應(yīng)用型高校學(xué)生的實(shí)踐動手能力、自主探索和創(chuàng)新能力。產(chǎn)生于美國的OBE（Outcomes-Based Education）教育理念雖然起源于基礎(chǔ)教育改革，但也契合了應(yīng)用型本科高校的創(chuàng)客機(jī)器人教學(xué)需求。

OBE即基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育模式，也被稱為成果導(dǎo)向教育或目標(biāo)導(dǎo)向教育，其強(qiáng)調(diào)以成果為目標(biāo)導(dǎo)向，以學(xué)生為本，運(yùn)用逆向思維進(jìn)行課程體系建設(shè)。在OBE教育體系中，教育工作者會根據(jù)所教育對象的不同能力，設(shè)計相適應(yīng)的教學(xué)結(jié)構(gòu)，采取相應(yīng)的教學(xué)策略，以學(xué)生的成果產(chǎn)出驅(qū)動教學(xué)系統(tǒng)運(yùn)行。創(chuàng)客機(jī)器人教學(xué)以機(jī)械、電子、計算機(jī)等系列學(xué)科的相關(guān)課程為基礎(chǔ)，各個學(xué)習(xí)階段都有明確的成果導(dǎo)向，而且結(jié)果與過程緊密相連，所以適合OBE教學(xué)理念實(shí)施的情景條件。

2 創(chuàng)客機(jī)器人開發(fā)平臺與教學(xué)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺建設(shè)對讓學(xué)生掌握創(chuàng)客機(jī)器人所需的理論知識和實(shí)踐技能至關(guān)重要，是實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的前提條件?？紤]到應(yīng)用型本科高校的人才培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)成本等因素，創(chuàng)客機(jī)器人教學(xué)采用Arduino與樹莓派實(shí)驗(yàn)平臺相結(jié)合的方式開展。創(chuàng)客機(jī)器人教學(xué)內(nèi)容主要包含三大部分：機(jī)械結(jié)構(gòu)開發(fā)、控制電路開發(fā)以及程序開發(fā)。每個機(jī)器人作品的完成都需要融合這三部分才能實(shí)現(xiàn)，這些教學(xué)內(nèi)容貫穿于Arduino與樹莓派實(shí)驗(yàn)平臺的運(yùn)用之中。其中，依托Arduino平臺的教學(xué)內(nèi)容主要體現(xiàn)為Arduino基礎(chǔ)和應(yīng)用；依托樹莓派平臺的教學(xué)內(nèi)容主要體現(xiàn)為樹莓派應(yīng)用與進(jìn)階，如圖1所示。

2.1 Arduino平臺及其教學(xué)內(nèi)容

Arduino平臺適用于創(chuàng)客機(jī)器人低階教學(xué)。它的主板與開發(fā)環(huán)境簡單易用，可作為下位機(jī)，易于實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人的控制。在Arduino實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，重點(diǎn)在于讓學(xué)生掌握Arduino板的應(yīng)用與編程。例如通過LED閃爍實(shí)驗(yàn)，可學(xué)習(xí)Arduino數(shù)字口使用的目的；呼吸燈實(shí)驗(yàn)?zāi)軐W(xué)習(xí)模擬口的使用；加入電位器、光敏電阻、開關(guān)等元器件，可實(shí)現(xiàn)滿足不同應(yīng)用需求的LED開發(fā)；借助紅外遙控LED、藍(lán)牙遙控LED，能夠?qū)W習(xí)Arduino無線通信知識等。Arduino平臺既能接收傳感器發(fā)來的信號，又能控制外圍設(shè)備。此外，直流電機(jī)驅(qū)動實(shí)驗(yàn)和舵機(jī)驅(qū)動實(shí)驗(yàn)等，可進(jìn)一步加深對Arduino的學(xué)習(xí)。

在上述學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，以小車作為載體，加入各類傳感器或者通信模塊，實(shí)現(xiàn)智能車的開發(fā)，如圖2所示。學(xué)生在實(shí)現(xiàn)最終的機(jī)器人產(chǎn)品的過程中，能夠鞏固之前所學(xué)的基礎(chǔ)知識，例如Arduino板數(shù)字口與模擬口的使用、傳感器信號的讀取、無線通信傳輸?shù)戎R。在這個教學(xué)階段，學(xué)生的編程能力以及控制電路的設(shè)計與開發(fā)能力等能夠得到培養(yǎng)。

2.2 樹莓派平臺及其教學(xué)內(nèi)容

樹莓派開發(fā)平臺適用于創(chuàng)客機(jī)器人高階教學(xué)。Arduino作為一個單片機(jī)驅(qū)動設(shè)備，不能進(jìn)行實(shí)時圖像處理，因此引入了樹莓派。樹莓派具有一個CPU內(nèi)核，處理能力更強(qiáng)，可作為上位機(jī)，主要負(fù)責(zé)圖像識別與語音識別等。

樹莓派實(shí)驗(yàn)平臺以機(jī)械臂機(jī)器人和多足機(jī)器人為載體開展教學(xué)。通過添加攝像頭、語音識別與合成模塊，樹莓派能夠?qū)崿F(xiàn)圖像識別、語音識別等功能。樹莓派會根據(jù)識別到的信息，將其發(fā)送給下位機(jī)Arduino，Arduino控制機(jī)器人做出某種動作，如此便可開發(fā)出人機(jī)交互的智能化產(chǎn)品，如圖3所示。

在實(shí)驗(yàn)操作過程中，可依據(jù)項目任務(wù)的不同進(jìn)行選擇，例如自動駕駛車、自動分揀機(jī)械臂、人機(jī)交互的雙足機(jī)器人等。安裝Linux操作系統(tǒng)的樹莓派相當(dāng)于一臺電腦，在圖像識別和網(wǎng)絡(luò)傳輸方面有著獨(dú)特優(yōu)勢，在物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)以及智能家居方面應(yīng)用廣泛。

2.3 Arduino與樹莓派實(shí)驗(yàn)教學(xué)的資源保障

Arduino與樹莓派開發(fā)平臺既有區(qū)別又聯(lián)系緊密。各高?？梢罁?jù)人才培養(yǎng)定位、學(xué)科競賽、學(xué)生科研以及畢業(yè)設(shè)計等不同需求，靈活調(diào)整依托這兩個實(shí)驗(yàn)平臺的教學(xué)內(nèi)容。以Arduino與樹莓派為平臺依托開展創(chuàng)客機(jī)器人教學(xué)時，要確保教學(xué)效果，就需要豐富的教學(xué)支撐。這些教學(xué)支撐包含但不限于以下教學(xué)資源：適合本校學(xué)生的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、往屆學(xué)生或省級以上相關(guān)競賽獲獎作品、涵蓋相關(guān)知識點(diǎn)的微課或慕課、學(xué)生科研項目中的機(jī)器人成果、作為教學(xué)建設(shè)項目成果的試題庫或習(xí)題集等。這些教學(xué)資源需要教師花費(fèi)大量時間和精力去建設(shè)、積累、維護(hù)和更新，它們是保障創(chuàng)客機(jī)器人教學(xué)效果的重要資源。

3 創(chuàng)客機(jī)器人培養(yǎng)能力與支撐體系

創(chuàng)客機(jī)器人教學(xué)通過教學(xué)過程和最終的智能產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)對學(xué)生多種能力的培養(yǎng)，如機(jī)械裝置設(shè)計與機(jī)械零件制造能力、控制電路系統(tǒng)設(shè)計能力、編程與圖像處理能力等。而這些能力的培養(yǎng)需要前期一系列課程構(gòu)成支撐體系，如圖4所示。

機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造，即機(jī)器人設(shè)計、制造與組裝，是應(yīng)用Arduino與樹莓派平臺進(jìn)行教學(xué)的前置教學(xué)環(huán)節(jié)。為了節(jié)約機(jī)器人開發(fā)時間，利用可重構(gòu)機(jī)械零部件組裝各類機(jī)械裝置更為便捷。例如，組裝小車時，車輪可選用普通輪、麥克納姆輪或者復(fù)合輪，可以是三輪也可以是四輪；組裝機(jī)械臂，可以根據(jù)需要選擇3～5個不同自由度；組裝足式機(jī)器人時，可以選擇雙足、四足或六足機(jī)器人等。當(dāng)通用可重構(gòu)的機(jī)械零部件不能滿足機(jī)器人產(chǎn)品設(shè)計要求時，可以采用3D打印或激光切割等方式，自主加工個性化零件。機(jī)械制造技術(shù)和特種加工技術(shù)讓學(xué)生初步掌握了機(jī)械制造的基礎(chǔ)知識。這樣一來，從設(shè)計、制造到裝配，一個完整的機(jī)械人本體得以實(shí)現(xiàn)，學(xué)生的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計能力和機(jī)械制造能力得以提升。

在控制電路方面，學(xué)生已學(xué)習(xí)電工電子技術(shù)、單片機(jī)與傳感器技術(shù)，這為控制電路的設(shè)計與搭建奠定了基礎(chǔ)。在程序控制方面，Arduino基于C/C++，當(dāng)前最新的Arduino核心庫采用C與C++混合編程。Arduino語言和C語言相似度較高，其區(qū)別在于將單片機(jī)相關(guān)的一些參數(shù)設(shè)置函數(shù)化。具備C語言基礎(chǔ)的學(xué)生在使用Arduino語言編程時，能夠快速上手且效果良好。在樹莓派的圖像處理方面需要用到Python語言，如果學(xué)生預(yù)先修讀了Python語言和C語言，程序開發(fā)就會相對容易。

由此可見，創(chuàng)客機(jī)器人的實(shí)現(xiàn)要求具備多種能力，而這些能力的達(dá)成離不開一系列前置課程的支撐。創(chuàng)客機(jī)器人成果是多種能力綜合運(yùn)用的結(jié)果，也是多學(xué)科知識融合并進(jìn)行工程化的直觀體現(xiàn)。以創(chuàng)客機(jī)器人開發(fā)成果為導(dǎo)向，能夠?yàn)閷W(xué)生提供足夠的動力，促使他們學(xué)習(xí)并掌握相關(guān)課程的教學(xué)內(nèi)容。

4 創(chuàng)客機(jī)器人教學(xué)過程與考核評價

創(chuàng)客機(jī)器人教學(xué)立足于實(shí)際工程項目研發(fā)，以成果驅(qū)動的形式開展。在教學(xué)中，學(xué)生通過團(tuán)隊合作的方式，運(yùn)用多學(xué)科知識交叉應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)項目成果，進(jìn)而達(dá)成“做中學(xué)”的目的。這樣一來，教學(xué)過程的意義得以進(jìn)一步凸顯，因?yàn)檎麄€教學(xué)過程與最終的項目成果同樣重要。創(chuàng)客機(jī)器人教學(xué)以成果為導(dǎo)向，始于項目任務(wù)，初步結(jié)束于項目驗(yàn)收，如圖5所示。

項目任務(wù)通過教師與學(xué)生雙主體的方式生成。具體而言，教師可依據(jù)工程項目、競賽項目、科研項目以及工作經(jīng)驗(yàn)積累設(shè)置項目命題，學(xué)生也能根據(jù)興趣創(chuàng)設(shè)題目，不過后者需要教師結(jié)合現(xiàn)實(shí)情況進(jìn)行審核。在項目任務(wù)目標(biāo)明確后，由教師主導(dǎo)開展相關(guān)知識講解和關(guān)鍵步驟演示?？紤]到課時和知識復(fù)雜性等因素，為提高教學(xué)效果，針對重點(diǎn)難點(diǎn)部分內(nèi)容，布置學(xué)生進(jìn)行課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)、線上微課學(xué)習(xí)以及課堂練習(xí)，這些都成為不可或缺的教學(xué)環(huán)節(jié)。

在創(chuàng)客機(jī)器人教學(xué)中，以項目任務(wù)為導(dǎo)向的理論知識學(xué)習(xí)是基礎(chǔ)，而學(xué)生以團(tuán)隊形式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作則是核心部分。學(xué)生通過團(tuán)隊協(xié)作，把理論知識與實(shí)驗(yàn)實(shí)踐相融合，在操作過程中鍛煉并提升多種能力。在此期間，學(xué)生處于主導(dǎo)地位，教師則扮演指導(dǎo)性的輔助角色。在整個教學(xué)過程中，學(xué)生主觀能動性的發(fā)揮、參與程度、學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)效果，與最終項目任務(wù)的完成情況同等重要。將這些教學(xué)環(huán)節(jié)納入綜合評價體系，能夠從根本上保障創(chuàng)客機(jī)器人教學(xué)的效果。

在學(xué)生團(tuán)體操作完成后，創(chuàng)客機(jī)器人教學(xué)便進(jìn)入項目驗(yàn)收的結(jié)果評價階段。項目驗(yàn)收通過實(shí)驗(yàn)報告書、項目演示以及項目答辯等形式開展系統(tǒng)性的結(jié)果評價。這一方面能加強(qiáng)團(tuán)隊協(xié)作并加深學(xué)生對操作項目的理解，另一方面有助于不同學(xué)生團(tuán)隊間的相互學(xué)習(xí)。在項目驗(yàn)收之后，創(chuàng)客機(jī)器人學(xué)習(xí)對相當(dāng)一部分學(xué)生來說并未完全終止，還存在進(jìn)一步拓展與深化的空間。

綜上所述，創(chuàng)客機(jī)器人教學(xué)需要秉承“五個結(jié)合”的思路，即線上微課與線下預(yù)習(xí)相結(jié)合、課堂學(xué)習(xí)與課后復(fù)習(xí)相結(jié)合、理論內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)操作相結(jié)合、過程評價與結(jié)果評價相結(jié)合、課程延伸與實(shí)踐深化相結(jié)合，以指定項目/自選題材、個人/團(tuán)隊、線上/線下、作業(yè)/作品等不同形式，根據(jù)高校具體情況進(jìn)行教學(xué)過程的系統(tǒng)安排，同時其考核也要根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況開展多維度的綜合評價。

5 創(chuàng)客機(jī)器人教學(xué)拓展與成果深化

在創(chuàng)客機(jī)器人教學(xué)的主體工作完成后，若要使學(xué)生的自主探索和創(chuàng)新能力得到進(jìn)一步升華，就需要對其進(jìn)行拓展與深化。這一環(huán)節(jié)通常與其他實(shí)踐項目或者科研項目緊密融合。

創(chuàng)客機(jī)器人的拓展教學(xué)主要是實(shí)現(xiàn)項目任務(wù)的橫向遷移，其通過校外見習(xí)實(shí)習(xí)、學(xué)生科研項目和畢業(yè)設(shè)計這三種路徑達(dá)成。這些路徑拓展了創(chuàng)客機(jī)器人的應(yīng)用情景，在具有一定挑戰(zhàn)性且難度適中的情況下進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，適用于大多數(shù)學(xué)生。以校外見習(xí)和實(shí)習(xí)為例，它直接為創(chuàng)客機(jī)器人的學(xué)習(xí)提供了真實(shí)的工作場景，鍛煉了學(xué)生舉一反三的能力，還對學(xué)生成果應(yīng)用給予了有效激勵。

創(chuàng)客機(jī)器人的深化教學(xué)重點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)項目任務(wù)的縱向升級，主要可通過學(xué)科競賽、教師科研項目以及發(fā)明專利申請這三種路徑達(dá)成。這三種路徑對項目的原創(chuàng)性和應(yīng)用知識的復(fù)雜性有更高要求，僅適用于少數(shù)學(xué)生。以省級、國家級的大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽、大學(xué)生工程實(shí)踐與創(chuàng)新大賽、機(jī)器人大賽等為例，在團(tuán)隊構(gòu)建、項目構(gòu)思、機(jī)器人產(chǎn)品設(shè)計、制造、組裝以及調(diào)試的過程里，學(xué)生能夠在專業(yè)素養(yǎng)方面得到全方位、更高程度的提升。

6 結(jié) 語

在數(shù)字經(jīng)濟(jì)主導(dǎo)未來發(fā)展的前景下，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)面臨著空前的發(fā)展機(jī)遇，高等教育肩負(fù)著多層次多類別機(jī)器人人才培養(yǎng)的歷史使命。對于應(yīng)用型本科院校來說，創(chuàng)客機(jī)器人教學(xué)是一個相對獨(dú)立的模塊。這一教學(xué)以成果導(dǎo)向?yàn)槔砟?，在系列相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課程的支撐下，以Arduino與樹莓派為開發(fā)平臺，分階段對創(chuàng)客機(jī)器人涉及的機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制電路、程序設(shè)計等內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)。它通過過程與結(jié)果并重等方式，培養(yǎng)創(chuàng)客機(jī)器人人才所需的各種能力，是一個較為完整的教學(xué)體系。此外，該教學(xué)體系富有彈性，有著充足的橫向拓展與縱向深化空間，適用于應(yīng)用型本科機(jī)器人工程專業(yè)的人才培養(yǎng)。

從機(jī)器人競賽效果以及用人單位評價的角度而言，基于Arduino與樹莓派的創(chuàng)客機(jī)器人教學(xué)體系作為一種系統(tǒng)化的實(shí)施方案，在機(jī)器人創(chuàng)新人才的培養(yǎng)方面成效顯著。機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展瞬息萬變，其對機(jī)器人教育的要求也處于動態(tài)變化之中；與此同時，以ChatGPT為代表的新技術(shù)對高等教育生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了沖擊[10]。因此，創(chuàng)客機(jī)器人教學(xué)體系的改進(jìn)與完善永遠(yuǎn)都在進(jìn)行當(dāng)中。

注：本文通訊作者為于永海。

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收稿日期：2024-05-21 修回日期：2024-06-25

基金項目：浙江省普通本科高校“十四五”教學(xué)改革項目“‘新工科’背景下基于OBE理念的創(chuàng)客機(jī)器人教學(xué)改革”（jg20220772）；浙江省一流本科課程機(jī)械原理（4015B2042212105）；杭師大附屬云湖小學(xué)項目化學(xué)習(xí)課程STEM智造通識啟蒙實(shí)踐探究（校合-2024KYCHX0325）

作者簡介：馬寶麗（1977—），女，博士，講師，研究方向?yàn)闄C(jī)器人技術(shù)與教育教學(xué)管理。

周 情（2002—），女，教師，研究方向?yàn)樾W(xué)信息技術(shù)。

于永海（1977—），男，博士，副教授，研究方向?yàn)榻M織管理、數(shù)字經(jīng)濟(jì)與教育教學(xué)管理。