省屬高?！稒C器人學》課程建設的探索與思考

曾祥進+王海暉??

摘要：針對武漢工程大學智能科學與技術專業學生培養，通過對課程進行定位、調研和分析，闡述了機器人學課程建設的現狀。其次，分析了目前機器人教學存在的問題，并給出了機器人學課程建設的思路與途徑，最后，對機器人課程建設的目標進行了展望。

關鍵詞：智能科學與技術專業；機器人學；教學改革

一、 機器人學課程的現狀分析

我國在2004年批準設立智能科學與技術專業，后來陸續有幾十所高校設立或培育智能科學與技術專業。武漢工程大學從2005年設立智能科學與技術專業。機器人比賽是武漢工程大學智能科學與技術專業的優勢所在，十年間共拿到十二項世界冠軍。因此，機器人學課程是智能科學與技術專業的核心課程，在專業培養方案設計中，我校就為本科生開設了這門課程。

國內很多大學開設了機器人學的課程。中南大學蔡自興教授作為智能科學的奠基者和創始人，在中南大學信息科學與技術學院率先建設了機器人學精品課程。清華大學、北京大學、廈門大學、北京理工大學、中山大學、桂林電子科技大學、首都師范大學、北京科技大學等高校都在本科階段或研究生階段開設了機器人學課程。部分高校依托較強的科研實力，設立了相應的機器人研究所或研究室，如上海交通大學機器人研究所、華中科技大學智能控制研究所等，鍛煉和培養了一批青年教師。在教材選擇上，大部分高校采用中南大學蔡自興教授或華中科技大學熊有倫院士的《機器人學》，在課時安排上，一般為24學時，講述工業機器人的運動學和動力學建模；實驗課時一般為8學時，有的高校根本不設實驗課時。

武漢工程大學智能科學與技術專業在設立之初就開設了機器人學專業課程，由于學院無較強的科研實力作為依托，機器人學的課程教學和科研基本從零開始，在幾屆學生教學過程中，一直采取摸索的方式，導致教學效果和學生的學習興趣不高。智能科學與技術專業的學生畢業后對專業和課程的認可度很低，最近武漢工程大學對畢業的06、07、08、09屆學生做了網絡問卷調查，智能專業認可度排名倒數。

針對上述問題，各高校采取了一些措施，如修改教學內容、增加實驗學時、加強學生動手鍛煉等，武漢工程大學也通過鼓勵學生進入智能機器人湖北省重點實驗室足球機器人隊鍛煉學生的動手能力、培養學生的興趣等手段，進行了相應的一些探索。

以上這些舉措都是有益的探索，并取得了一定的成效。但仍普遍存在以下問題：

教材內容陳舊，大部分高校仍用中南大學蔡自興教授或華中科技大學熊有倫院士的《機器人學》教材，僅講述工業機器人的運動學和動力學，對智能機器人如機器視覺應用、移動機器人路徑規劃、多智體多傳感融合控制沒有涉及。教學方法和教學手段單一，實踐教學薄弱。

二、 目前機器人教學存在的問題

實踐教學環節的設置與實施問題。如何科學、合理地設置貫穿大學四年的實踐教學環節的問題，以及各個環節需完成的內容、達到的目標和實施方案的問題；如何解決對傳統教學內容、教學方式進行改革的問題，以提高教學質量和學生能力培養。探索合理可行的教學方法和教學手段的問題。針對現階段慕課、微課等現階段主流教學手段，如何在有限的經費條件下，制作出高效的教學文件的問題，以及如何鼓勵和引導教師積極參與這項工作，并能高效、有序、規范地組織和完成任務的問題。

教學團隊建設的問題。教學團隊建設是在課程建設中最容易被忽略的一環。我們需要把握教學內容建設，并實施教學方法的研究，來實現教學內容和教學方法的建設，在師資隊伍的建設方面，特別需要提升年輕教師的專業知識，使教師增強教學水平，增強教學過程管理。

合理教材編寫的問題。要實施優秀的課程教育，必須編寫與時俱進的課程教材、實驗教材等。在教師隊伍繁重的教學科研壓力下，如何對教學團隊組織教材編寫的問題。

引導學生積極參與、認真對待實踐教學的問題。如何調動學生的積極性、激發學生的參與熱情，使學生充分認識到面向科研能力培養的實踐教學環節對其自身發展的重要性，而不是簡單地理解為完成學業任務。課程建設最終服務于學生。如何對學生進行有效組織和有效管理的問題。如何激發學生對機器人學課程的興趣問題。需采用新的組織模式和運行機制，以解決傳統管理模式中存在的問題；需解決學生如何組建研究團隊，由“單兵作戰”向“團隊協作”方式轉變的問題。

如何防止課程建設流于形式，片面追求技術化等問題。在沒有根據課程教學內容特點進行的組織教學，無論是否滿足教學條件，如果只關注的形式，就會缺乏改革創新，引起片面追求教學的技術和形式。

三、 機器人學課程建設思路

在課程教學方法上，主要采用以下幾種：小組討論法；任務教學法；案例教學法；角色扮演法；多媒體教學法；建立慕課機制，利用現代教育網絡，提升教學效率。適量削減課堂教學學時數，增加實驗教學學時數（將大幅提高綜合性、設計性實驗比例），增加實踐教學環節總周數。鼓勵教師將科研成果進教材、進教案、進實驗。在教學內容上，除運動學、動力學等基本內容外，加入視覺伺服控制應用，移動機器人（多智體）路徑規劃、多傳感器融合控制等內容；結合自動控制原理課程，完整地講述智能視覺 機器人的運動學位置建模（這部分是現有機器人學課程的主要內容）、標定、圖像處理、視覺伺服控制器（后三點機器人學課程沒涉及，但應用時需要）的設計等一整套的內容，使學生對機器人的應用有整體了解和認識。

針對機器人學課程教師工程實踐能力薄弱，進行了以下改革和實踐：一是制度化地定期安排專業教師到企業頂崗實踐，參與企業的產品開發和生產過程；二是通過聘請企業技術人員（基地單位：深圳市鷹眼在線科技有限公司）擔任兼職教師和在企業建立工程實踐教育中心等，讓企業技術人員參與培養過程；三是通過同合作高校英國茅茨里斯大學的聯系，互相交流教學科研方法，提高國際化水平。

在教材編寫方面，首先解決教師團隊的分工問題，根據每位老師的研究重點方向或業務擅長，分配相應的章節編寫。其次，教材編寫的原則：第一，實用、有趣的材料；第二，給學生提供思考的空間和想象；注意各章節內容的銜接。

提升學生的課程學習興趣。大學二年級開始組建若干個機器人學課題團隊（每個團隊4～5人），本年級學生全部參加，并實行動態管理。一個團隊由1～2名教師負責，在教師的指導下開始進行課外科技活動和科研訓練工作。定期舉辦講座、交流會、報告會等形式，由專家和學生自己進行報告，從而開闊學生的視野，加強各團隊之間、團隊內部的學術交流，營造濃厚的學術氛圍。設立大學生創新學分，對在各類科技活動和各類省市及國家層面中取得成果的學生給予創新學分。學生獲得學位必須獲得一定的創新學分，超過的創新學分還可以沖抵部分選修課程的學分。加強教師與學生的交流和反饋工作，每周開一次教師團隊的交流會，及時發現問題，不斷調整措施，保證這一工作順利地開展。

四、 課程建設的目標

通過課程建設，培養和造就一批優秀青年教師，使他們有更好的成長空間和成長環境，最終在本課程領域造就幾個具有廣泛影響、學術造詣高的教學名師。此外，通過老師的帶領和引導，使學生有較明確的學習目標，培養學生的學習能力和創新能力。

把建立省級精品課程——《機器人學》作為目標，從以下幾個方面進行教學組織：合理的教學組織、教學體系、及教學安排；以創新人才培養來組織教學內容，采用先進的教學方法和手段；建立一直高水平的師資隊伍和人才梯隊，培養大批優秀的年輕教學老師。

改革人才培養模式，使學生的綜合能力和綜合素質得到很大的提高。以武漢工程大學智能科學與技術專業的全體學生為研究對象，通過課程建設，培養學生的科研能力，在探討式、項目式教學過程中，提高學生發現問題、分析解決問題的能力，全面提高學生創新創業能力；通過教學內容的建設，培養學生團隊協作、社會交往、勇攀高峰的精神；通過科研訓練、參與教師的科研項目等方式，使學生能更多地了解社會的需求，增強學生實踐動手能力，提高學生就業的競爭力和創業能力。

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