談《機器人學》課程教學與大學生創新教育

劉云平

南京信息工程大學信息與控制學院，江蘇南京 210044

談《機器人學》課程教學與大學生創新教育

劉云平

南京信息工程大學信息與控制學院，江蘇南京 210044

大學生創新能力的高低在很大程度上決定國家未來的創新力和競爭力，其創新能力培養是現代高校的一項重要任務。針對機器人學課程的教學內容特點，及其在大學生創新教育中的地位和作用，本文探討了通過機器人學教學方式提高大學生的在該領域內的創新能力和創新思維。使大學生充分發揮自己的能動性和主動性，從而提高大學生綜合素質和培養質量。

機器人學；大學生；創新教育

引言

創新是一個國家發展的不竭動力, 其中大學生是最活躍的創新思維群體之一。大學生是國家重要的人才資源之一，他們創新能力的高低很大程度上影響著我們國家在國際社會中創新力、競爭力的地位。近些年來，隨著我國的高校的合并與擴展規模的迅猛發展，很多綜合性大學都在遠離市中心擴建了規模較大的新校區，使得教師的宿舍與學校教室相距很遠，很多教師只能在上課的時候才能與學生進行溝通和交流課程的內容，而在課堂上，教師更多關注于專業知識的傳授，忽略了培養學生創新意識和創新思維，這樣培養出來的學生大部分只是循規蹈矩的完成學習工作，不能發揮自身充分的能動性和創造性。因此，研究課程教學與大學生創新教育相結合方面成為當前高校教學急需解決的重要問題之一。機器人的發明、創造及應用推動了整個工業生產的發展和科學研究的進步，因此機器人學在教育領域具有重要的地位和作用。機器人學課程涉及多學科領域，具有很高的知識性和技術性。在工科院校開設該課程，可以使得大學生能夠充分結合工程領域、理論與實踐相關知識，而且可以提高大學生在相關領域內的創新性思維及動手能力。

1、機器人課程教學內容

機器人是整合控制論、機械電子、計算機、材料和仿生學的高級產物。機器人學這門課程涉及機構學、運動學、動力學、系統結構、傳感技術、控制技術、行動規劃和應用工程等多學科內容。十九世紀六十年代，隨著工業自動化及計算機相關技術的迅速發展，機器人技術進入了迅速發展時期，出現在很多工業、生活領域。特別是在很多危險的環境或人類無法勝任的場合，機器人得到了很好的應用，比如高強度的生產車間、對人類身體有害的工作環境、海洋開發、航天探索等領域。

2、機器人學在大學生創新教育中的重要作用

機器人學的研究推動了人工智能思想的發展。機器人的運動規劃和規劃監督執行等問題的研究，推動了機器人學的發展和進步。機器人技術綜合了機械設計、信息傳感技術、自動化技術、智能控制等多學科領域的技術，其理論知識除了包括機械本體的設計理論外，還包括視覺、觸覺、聽覺等傳感和信息相關理論技術，以及計算機編程語言和智能控制等方面的理論。因此在高校積極探索培養高素質創新型人才的途徑和方法中，機器人方面的學習和研究能夠提高學生的綜合素質及創新素質。特別是近幾年來，各大高校開展了機器人設計方面的競賽，大學生通過積極地參與比賽，增強了他們自主學習的興趣，使得學生將機械設計、自動控制、智能控制、信息技術等方面的知識得到了綜合運用，大大提高了他們的創新思維和自主創新能力。因此，機器人學方面的學習和相關競賽的平臺建設，對大學生創新素質培養及推動機器人技術的發展都具有非常重要的理論和現實意義。

3、提高大學生創新能力的措施

3.1 提高大學生的學習興趣

機器人學這門課程的授課主要是關于機械設計、運動學和動力學建模、計算機仿真、自動化及職能控制等方面的理論知識。傳統的教學方式是主要是課堂教學及部分實驗教學，這種方式比較容易掌握機器人相關的理論知識。但對于一些針對的提高性課程，這種教學方式很難提高大學生的自主創新能力和培養他們的創新思維。因此，教師在講述該課程的基礎理論知識的同時，應當注意培養學生的學習興趣，結合實際及教師自身的科研經歷從理論結合實際的角度進行講解，使得學生能夠產生對于了解該領域技術的愿望，激發他們的主觀能動性。而不是僅僅從機器人的運動學、動力學、控制等本身的理論出發去講述。

另一種很有效的方法是將學生分成幾個課題研究興趣小組，每個小組根據自己的興趣愛好和特長，進行對當前的一些機器人技術進行討論，然后分別作專題報告，并把該內容作為期末綜合評分部分之一。通過這種方式使得學生主動地去了解和學習當前機器人技術的研究現狀和未來的發展趨勢。并通過課堂討論的方式使得學生能夠互相交流和學習，打破傳統的一味的教師灌輸的方式，使得學生提高了學習興趣，而且發揮了他們自身的想象力，培養了他們獨立思考的能力。

另外，以多個研究小課題的方式介紹機器人技術的研究的最新進展和成果。并提出該領域內的相關技術瓶頸問題，引導學生去積極的思考解決問題的方式和途徑。讓學生積極地參與到前沿技術的研究當中，激發他們對新技術學習的動力和興趣。

3.2 打造培養大學生創新能力的平臺

通過在學校舉辦大量的機器人比賽、創新設計大賽及專利設計大賽等，打造一個培養大學生創新能力、激發大學生的創新思維的綜合平臺。機器人設計大賽是高校學生最喜歡參加的科技競技比賽之一，主要是由有經驗的教師帶隊，指導大學生進行選題、設計、比賽，通過參加機器人設計大賽培養學生勇于創新、積極的思考，以及相互配合和團隊合作的精神。比如機器人足球賽、機器人救援、機器人仿真技術等這些比賽的趣味性、創造性和對抗性的特點，大大激發了學生的比賽熱情，并提高了他們的實踐創新能力。

在比賽的過程中，學校和老師應當鼓勵學生進行大膽的質疑，積極的思考和開展熱烈的討論，增強學生創新意識和大膽發表自己見解的信心。這樣使得學生可以很好的培養學習興趣，全身心地投入到設計比賽中。因此，機器人學課程的教學應該以課堂教學為基礎，以機器人比賽為引導，整合多種教學方式，向學生傳授與機器人相關的機械電子、傳感器技術、自動化等多個學科的知識，創建一個綜合的教學平臺。

3.3 發揮多媒體網絡教學的作用

多媒體教學形象直觀的教學方式，使得本課程的學習變得豐富多彩而且有趣。通過教學課件的多種安排，從文字排版到色調搭配到動畫演示，更為直觀有效的傳授了比傳統的教學更多的信息，使得重點和難點知識變得更容易理解。比如，機器人運動學、動力學等相關內容，公式復雜、推導過程繁瑣難懂，傳統的教學方式很難讓學生明白和理解，通過運動學和動力學的計算機仿真模擬，并闡述相關的參數的設置和作用，學生就很容易對相關的知識進行學習和理解。還有，現在方便的網絡資源，使得學生可以很方便地查閱相關教學資料、研究現狀、前沿技術等，大大提高了教學的效率，最大地節約了教學資源。

還有，在網上通過聊天通訊軟件進行課后的交流，實現便捷的課后及時答疑，解決了教師不方便來學校進行輔導的局限性。大大方便了老師與學生之間的思想交流，學生可以將不懂的知識及時的反饋給老師。同時，大學生還可以通過精品課程網站學習名師的授課課件和錄像，提高自學的能力；還可在網站上進行相關的課外的實訓，有效的運用貫通已學的知識和技能，提高了學習效率和培養獨立思考的能力。

4、結論

培養和提高大學生的創新能力和創新思維是高校的重要任務，因此學校和教師應當充分利用各種教學資源打造有利于創新人才成長的教學平臺。機器人學課程在大學生的創新教育方面具有非常重要的地位和作用，教師必須提高在該課程方面的教學水平，研究提高大學生創新能力和創新思維的教學方式，培養學生的學習興趣，提高學生學習的主觀能動性，從而提高大學生的綜合素質及教學培養質量。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.13.097