民辦高校機器人教育的實踐與思考

萬振武+夏婷

一機器人教育

1機器人技術與機器人教育

機器人技術是一門跨專業，高度綜合的新興學科，它綜合了應用數學、力學、機械、電子、計算機、自動控制、傳感器、通信和人工智能等學科的最新成就，是機電一體化的典型應用。機器人教育是指以機器人為主要教學內容或教學工具而開展的教與學活動，這些活動是在具體實踐的過程中逐步完成的，其核心基礎是人工智能技術在教育中以物化、人性化、智能化的形式加以利用[1]。與傳統教育平臺相比，機器人教育具有前沿性與綜合性并存、理論性與實踐性融合、實用性與趣味性并重的特質[2]。

2教育機器人與機器人教育

教育機器人是以激發學生學習興趣、培養學生綜合能力為目標的機器人成品、套裝或散件。以教育機器人為載體的機器人教育可以有效地激發學生的學習興趣，在“做中學”的教學形式下培養學生的科學素質、工程素質和工程技能。

教育機器人的出現為學校創新教育提供了一個嶄新的平臺，幾乎沒有一種技術平臺比智能機器人更適合創新素質教育。相對于工業用機器人等，教育機器人成本較低，開展機器人教育能夠以較少的教育投入（包括人力、物力、財力、時間等）取得較大的教育效果（主要指學生的知識獲得、技能形成、情感培養等），從而優化了教與學的效果[3]；教育機器人的開放性和可擴展性，利于學生創新性思維的培養；同時，采用機器人這種教學工具，能改善教學方式與方法，減輕師生的工作強度，縮短工作時間，提高工作效率[4]。

3民辦高校教育教學改革與機器人教育

第一，求生存、謀發展，改革的內動力強。機器人教育作為一種新興的教育教學模式，以其知識性、實踐性、趣味性、創造性、探究性、協作性等所體現出的高性價比，正逐步成為高等院校相關學科教育教學改革的一個重要方向。可以說，民辦高校改革發展的內在需求以及機器人教育的高性價比，決定了該類院校必將會把機器人教育作為相關學科教育教學改革的重點來抓。

第二，起步晚、包袱少，改革的適應性強。我國民辦高校起步較晚，迄今只有十余年的歷史，不少學校正處于“凝練辦學理念、突出辦學特色”的階段，機器人教育作為一種新興的、獨具特色的優質教育教學模式，在一定程度上與之契合；同時，民辦高校辦學時間相對較短，其具有包袱少、束縛少的優勢，對于各類新興事物的接納性、適應性會更強、更快。所以，民辦高校所處的發展階段、本身包袱少束縛少的特點，使得大力、快速引進機器人教育成為可能。

第三，重實踐、強能力，辦學定位的需求強。民辦高校作為應用型本科院校，其人才培養目標定位在應用型人才方面，以培養一線生產實際需要的實際人才為教學目標，強調實踐性、參與性與體驗性等非認知性目標[3]。機器人教育作為一種前沿性與綜合性并存、理論性與實踐性融合、實用性與趣味性并重的優質教育教學平臺，其在培養學生實踐應用能力方面的優勢能和民辦高校的人才培養目標很好融合，成為民辦高校有關專業人才培養的重要手段。

二我校機器人教育的做法與實踐

1因“才”施教，設計教學

第一，巧用知識性，融機器人教育于專業課程教學。機器人技術具有知識密集性的特點，綜合性很強，可以很好地和很多專業課的知識點融合。例如在嵌入式系統應用、單片機原理、c語言程序設計等課程的理論教學中，適時引入了一些機器人設計、控制案例，并提供案例效果視頻，發揮機器人教育的趣味性特點，激發學生的學習熱情、提高學生的學習興趣。

第二，活用實踐性，融機器人教育于課程設計環節。實踐性是機器人教育的一個重要特點，十分利于應用到綜合性強、實踐性要求高的課程設計中。由于機器人本身的趣味性，讓學生在“做中學”、“玩中學”的模式中，實踐能力、動手能力、學以致用的能力得到提高。

第三，發揮創造性，融機器人教育于課外科技活動。教育機器人部件設計上，一般遵循開放性和可擴展的原則，這有利于發揮學習者天馬行空的想象力。我院信息工程系成立學生興趣小組、科技創新工作室，由專業課教師指導有興趣的學生進行機器人制作開發，充分發揮學生的創造性。

第四，貫穿趣味性，加強機器人教育趣味性設計。機器人教育的生命力在于其趣味性，在教育教學活動中，趣味性的設計是充分發揮教學效果的關鍵所在。在實際的教育教學過程中，針對不同機器人的硬件特點，設計出跑圈、壁障、走迷宮、遙控、搬運等功能的機器人，實踐證明這些頗具趣味性的設計，在實際的教育教學中發揮了積極的作用。

2因“材”施教，教學設計

因“才”施教，主要是根據機器人教育的特點來設計（或輔助）教育教學形式，而因“材”施教，則是根據教育對象———學生的特點來進行教學設計。我校在教育教學實踐中，根據學生特點，課內外、多渠道、多層次地為學生提供機器人教育的學習平臺。例如，在課程設計教學環節中，會安排學生分組選題，然后會對選題進行任務分解，如可分解為硬件設計、機體設計、策略設計、硬件調試、軟件調試、軟硬件聯調等等，學生根據自己的知識結構、興趣特點有側重地選擇任務，協作完成。在課程設計中表現出較高興趣和能力的學生，建議其參加課余興趣小組，進一步為其提供發揮創造力的平臺。另外，在畢業設計教學環節有關教師也會設計一些機器人方面的選題，供學生們選擇。

3以研促教，教研相長

教學和科研是高等學校的兩大支柱，它們相輔相成、相互促進、不可分離。科研為教學開辟培養創新性人才的環境，科技創新與人才培養相結合是大學的優勢，科研是源，教學是流，兩者共同構建高校的育人環境[6]。機器人教育教學的可持續發展，離不開有力的科研支持。在機器人教育這一塊，我院有關教師針對教育機器人進行科研立項，研究成果及時應用到實踐教學，保證每年相關教學內容有新意、有補充；在教學中發現的問題又為后續科研立項提供一些參考。另外在學生科技創新方面，學院還組織學生進行教育機器人方面的科研立項，這個過程中不僅能鍛煉學生創新、科研能力，還能從一個側面了解學生的興趣點，利于機器人教育的研究。endprint

4以賽促研，以賽促教

機器人技術的綜合性以及機器人教育的趣味性、創造性等特點，很利于機器人競賽活動的開展，反過來，機器人競賽活動的開展又能促進教育機器人的研發和機器人教育教學的研究。我院自2012年來，定期在校內組織機器人設計大賽，普及機器人教育，在師生中營造良好的機器人教育氛圍。特別值得一提的是2012年11月在深圳大學舉辦的2012中國教育機器人大賽中，我院參賽隊獲得特等獎一個、一等獎一個、二等獎一個。競賽活動的開展，從我院實施的情況來看，有以下幾個特點：第一，促進了教育機器人的研究，在比賽中各參賽隊的創意，為后續的研究提供了一些參考；第二，豐富了教學，比賽的過程本身也是教學的過程，學生從方案設計，到機器人制作，到功能調試，再到臨場參賽，整個過程中都有相關教師的指導，這整個過程就是一種開放式的教學形式；第三，普遍提高了相關學生的學習熱情，促進了學生的學習；第四，增大了機器人教育的受眾面，使得有興趣而不在相關專業的學生也能參與進來。

三關于深化機器人教育的思考

1開設機器人課程

近年來，我院在機器人教育方面做了一些嘗試，但尚未專門開設機器人方面的課程。今后可以通過公選課的形式普及機器人教育，讓更多學生感受機器人教育的魅力。另外可以在有關專業的課程體系中增設機器人課程，如電信、自動化、測控、計算機、物聯網、機電、機械等專業，機器人技術具有很強的綜合性，所以可以針對不同的專業調整相應的授課重點，一定程度上也能促進學科融合。

2構建教育機器人實驗、實訓室

實踐性是機器人教育的重要屬性，相應的實踐平臺必不可少。當前我院機器人教育的實踐平臺多是相關教師針對特定專業、特定課程、特定知識點設計制作，尚不具備系統性和規模性。今后可以采取教師科研成果為主、企業成果引進為輔的形式，整合有關教師相關科研成果，投建機器人實驗、實訓室，并進一步加大教育機器人和機器人教育方面的科研投入，相應成果持續補充機器人實驗、實訓室的實踐內容，適當引入一些企業的成果作為補充。由于相關成果主要是本校教師在針對本校學生的教學實踐中取得的，相對于直接引進相關企業的科研成果，更具針對性和適應性，能更好地和本校的實踐教學結合起來，性價比更高。實驗室、實訓室建成后采取開放式或預約開放式的管理模式，充分發揮其效能。

3構建機器人教育課外科研訓練體系

課堂上的時間是有限的，教師在課內主要完成對學生的引導，要想讓學生掌握、融匯相關知識并學以致用，必須充分發掘學生課外的時間。以學生課外科技活動為載體，對學生進行梯度化管理，分興趣小組、研發小組、工作室等幾個層面對不同年級、不同基礎的學生進行分級管理訓練，形成課外科研訓練體系。在這個過程中，充分利用實驗室、實訓室的開放管理模式。

4構建產學研平臺，加強校企合作

機器人生產商是機器人教育的一個隱性推動者，在國內外，部分機器人課程的順利實施都得益于機器人生產商，特別是教育機器人和競賽機器人生產商的支持。同時，由于高校的參與，也促進了企業產品的不斷完善和升級，使得機器人產品在學校和企業得到更好的推廣和應用，形成了一種比較理想的產學研合作方式[7]。

總之，機器人是人類創新技術和創新成果的載體，其發展空間不可估量。機器人教育以其諸多特性所體現出來的高性價比，將成為或正逐步成為我國高校相關學科教育教學改革的一個重要方向。

參考文獻

[1][3][4]萬佑紅，蔣國平.機器人教育與大學生創新能力培養的探索[J].電氣電子教學學報，2005，27（4）：6-8.

[2]殷蔚明，等.普及機器人教育：工科高校創新教育的一劑良方[J].成功（教育），2007（8）：160-161.

[5]牛金成.應用型本科院校辦學定位研究[J].現代教育管理，2009（11）：29-31.

[6]張彩霞.以科研促教學，全面提高工科院校教學質量[J].中國科教創新導刊，2007（20）：19.

[7]王成軍，沈豫浙.開展機器人教育培養創新能力[J].中國地質教育，2010，19（1）：109-111.endprint