淺談基于工程教育機器人與學員素質培養

摘要：工程教育機器人作為一個最為典型的工程系統對象，涉及多領域的前沿技術集成，是學生素質能力培養的理想載體。采用機器人作為學習、探究和研究的平臺，是對傳統學習科學文化知識和技能訓練的一種改革。本文結合我校開展工程教育機器人培訓及參賽情況， 分析了機器人教育在學生素質能力培養中的作用，找到一種行之有效的方法提高學生自主學習動力，增強學生創新意識。對學校教學改革和學生個人能力培養意義和作用進行了探討。

關鍵詞：工程教育機器人 素質能力 創新意識 教學改革

中圖分類號：G64文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2012）09（a）-0120-01

我國經濟持續高速發展，但是相應的教育改革沒有能夠與經濟發展同步，我國的高校普遍缺少一個能迅速大量培養滿足需求的人才體系。培養的學生缺乏科學精神和創新精神。對教育改革和學生素質培養缺乏系統深入研究，大多停留在考察、調研和引進國外先進的教學模式和內容上，只是對某些課程提出一些局部性的改革措施，并沒有實質性、根本性的變革，我們學生的綜合素質尤其是創新素質的培養任務任重道遠。

借助工程機器人的平臺，學生可以將人工智能、圖像處理、通訊傳感、精密機構和自動控制等多領域的前沿研究和技術集成，彌補在傳統教育所形成的學生理論與實踐脫節的問題。

1 機器人與學生素質培養

現代教育最本質的目標是培養學生“知行合一”的能力，作為綜合素質中的核心素質，即要能夠理論聯系實踐，能夠科學主導工程，是創新精神的具體體現。

“創新”的概念來源于雄比特的創新理論，創新是把感悟和技術轉化為能夠創造新的市值、驅動經濟增長和提高生活標準的新產品、新過程、新方法和新服務。而能夠主動思考問題、分析問題和解決問題，或者能夠將別人的發明或者創造轉化為新的經濟價值或者社會價值，就是創新能力。

創新能力的培養是一項系統工程，必須按照系統工程的方法開展，創新能力的培養必須與工程實踐相結合，必須發揮人的主觀能動性，涉及到科學、技術和工程三方面。

機器人作為一個最為典型的工程系統對象，是創新能力培養的理想載體。機器人本身既是一個集成創新平臺，也是一個應用創新平臺，還是一個原創實踐平臺。

采用機器人作為學習、探究和研究的平臺，可以將枯燥無味的知識學習過程和技能訓練過程轉化為各種有趣的制作和探究過程，寓教于樂，是對傳統學習科學文化知識和技能訓練的一種改革。

機器人具有的如下特點：

一種可以不斷激勵學生將技術轉化為新市值的新產品；一種能夠使學生提高學習效率、減少學習成本的新方法。

以上特點使機器人能夠很好的應用到創新素質的培養中。找到一種行之有效的方法提高學員自主學習動力，增強學員創新意識。對學校教學改革和學員個人能力培養具有重要的意義和作用。

2 我校開展機器人培訓的情況及收獲

隨機指定比賽用任意一種情況，根據路徑規劃的理論，將上述的子程序進行合理排列組合即可快速并且準確地完成任務。

我校開展工程教育機器人培訓的方法是通過課內培養，課外實踐相結合的科技創新活動，以興趣和熱情驅動，以各類競賽作牽引，科研訓練項目的實施遵循“激發興趣、強調自主、重在過程，突出能力”的原則，“明確任務、增強責任感”，提高學生知識的理解與綜合運用能力，激發自主學習和主動研究的積極性，提高學員實踐能力和創新精神。倡導學生“主動實踐”、“學科交叉研究”、“基于項目學習”等注重學習效果的學習方法，通過“干中學”培養學生實踐創新能力和綜合素質。匯集學生項目成果，展示科研能力，增強自信心和成就感，為學生提供展示自我的舞臺，使學有專長的學生能夠脫穎而出，進而形成激勵帶動優勢。

從2010年下半年開始，組織學生參加了機器人創新小組。在開始時學生面臨電氣基礎知識匱乏，沒有經驗借鑒，實踐編程能力差等嚴重問題，面對這些問題，沒有僅僅通過傳統授課方式，由老師進行講解，而是采用項目驅動的方式，將項目實踐過程按照“任務驅動”的模式組織，通過“實踐→歸納→推理→再實踐”這一螺旋式上升的方法獲取系統的科學知識，回歸到科學知識獲取的自然過程使學生在實踐中掌握各種所需知識，并且將其融會貫通。小組成員積極學習相關材料，掌握各種機器構件的組合方法，通過案例逐步學習掌握編程軟件，先后搭建出避障小車，全向自主小車，六足步態機器人，語音控制機器人等。通過這些簡單實驗，學生進一步掌握了控制原理、控制器的電氣特性、構件組合方式、NorthStar編程軟件等。經過了一年時間的學習，小組成員能夠熟悉使用CDS5500舵機、PXA270控制器、AVR標準控制器等標準平臺的各種構件和控制方法。

在學生學習實踐過程中定期開展各類專題比賽，總結學習成果，圖1展示了學生第一階段學習成果。學生間相互交流，相互促進，共同提高，增強自信心和成就感，并且為下一階段的學習工作明確目標方法。（如圖1）

在2011年組織學生參加了“蘇大杯”第四屆江蘇省大學生機器人大賽、中國機器人大賽暨RoboCup公開賽等一系列比賽。在比賽中學生遇到場地、設備等多方面的問題，但通過一年來的培訓學習，學生創新能力和應變能力有顯著的提高，在很短時間內提出解決方案并實現，最終在比賽中取得優異成績。

3 結語

通過我校的實踐，工程教育機器人實踐培訓不僅是一條有效培養學生創新素質的道路，并且為學科建設和教學改革提供了可靠參考數據，也促進了教學隊伍和學科梯隊建設。

參考文獻

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