大數據背景下機器人學課程的教學改革研究

摘 要：本本以現今大數據應用環境為研究背景，面向計算機應用科學類專業學生為例，針對目前高校中高等教育教學存在的問題，提出如何建設《機器人學》課程的改革思路。通過對《機器人學》課程的發展情況、研究進展、課程目標以及探索進行剖析，并對教學內容、教學手段、考核方法等幾個方面進行分析及總結《機器人學》課程的建設情況，并立足新的計算機應用與軟件工程類專業學生的特點，基于大數據背景下特征特點建設新《機器人學》課程，實現與大數據、人工智能、機器人以及計算機應用等技術的交叉融合，對大學課程建設和改革提供引導作用。

關鍵詞：大數據;機器人;計算機科學與技術;課程建設;教育教學改革

1 概述

近年來，大數據（Big Data）一詞被學術人員以及工程人員提及，乃至成為人們日常生活用詞，人們越來越多地用它來描述和定義信息爆炸時代產生的海量數大數據[1-3]。現今，數據正在以驚人的速度膨脹并擴大，它已經開始標志著許多事物的未來發展情況[1-3]。同時，我們也需要認識到數據爆炸性增長帶來的隱患。另一方面，在云平臺的發展趨勢下，大數據也吸引了越來越多的關注[4]，[5]。

作為人工智能領域的重要分支，機器人技術及其應用已經成為人們其中尤為關注的領域之一[6]。機器人學（Robotics）與機器人設計、制造和應用相關的科學。機器人學涉及的科目很多，主要內容有運動學和動力學、系統結構、傳感技術、控制技術、運動規劃和應用工程技術等諸多方面[6]。在大數據與人工智能的新浪潮下，傳統的《機器人學》課程設置可能不一定滿足新時代環境的人才培養需求。面向大數據與人工智能，適合計算機類專業學生知識結構和能力教育的《機器人學》課程，亟需建設和開發。

本文在面向“大數據”與“人工智能”浪潮背景下，多學科交叉融合特征和計算機應用類專業人才培養在知識、能力與素質上的要求，建設《機器人學》課程，將大數據、人工智能等概念和關鍵技術、前沿知識融入到《機器人學》課程體系，開拓學生視野，大數據等新浪潮下的科學研究能力和工程應用能力。

2 《機器人學》課程建設方案

本節主要介紹在教學內容、方法及手段、考核方式等幾方面進行的教學改革。本教改擬希望將《機器人學》課程建設成具有計算機類專業特色、符合工科學生培養目標的《機器人學》課程。

2.1 面向計算機類學生培養特色的改革教學內容

突出學生實踐能力的培養是計算機類專業教育重要的特征。加強對計算機類專業課程的實踐教學研究，有助于教育培養目標的實現。學生通過課程學會提出問題、分析和解決問題，不斷提高實踐能力和創新能力。另外，在《機器人學》課程實驗中，可以將實驗任務與課程教學相結合。

2.2 改革教學方法，改善教學效果

應用線上和線下教育技術，提高學生興趣[5]。《機器人學》課程可以建立了課程網站，把教學大綱、課件、實驗、習題及答案等教學相關材料放在遠程端口，幫助學生課余自學[5]。

采用啟發教學法，培養學生主動性。由于機器人是一門實踐性很強的課程，因此教師鼓勵學生多動手、多調試，消除學生對課程的擔憂心理，使學生更直觀地理解和掌握知識，激發學生對新知識和新技術的求知欲，提高教學質量[5]。

教學與科研結合，提高學生創新能力。《機器人學》課程可以積極鼓勵學習能力強的學生申請機器人科研項目、參加大型的機器人比賽[5]。

2.3 考核方式

《機器人學》這門課程，需要修正考核單一化、唯一由期末考試決定最終成績的傳統考核方式。可采用多種方式手段考核。例如，期末考試和平時作業、課程設計、學術匯報、企業項目實習等多種方式結合，期末考試和家庭作業以考察智能機器人的基本概念和基礎理論知識為主，成績約占總成績的50%，課程設計，學術匯報、企業項目實習等非期末考試，以考察實踐動手和學術研究能力為重點，包括選題、設計理念、代碼編寫、發現問題、小組協助、學術展示等考核方式環節。《機器人學》課程匯報答辯等環節、占總成績的50%。

2.4 輔助教學改革

《機器人學》這門課程的建設，要求做到理論教學與動手實踐教學相結合，線上教學與線下教學相結合，通過優化供給方式，提高教育教學科學化，創新化水平。通過線上線下資源共享方式，一方面傳授知識，一方面也可以為學生終身學習，終身更新知識庫打下良好的基礎。

3 結語

本文對大數據與人工智能背景下面向計算機類專業學生的《機器人學》課程建設和改革進行了探索與研究，更新了傳統的教育理念和教育教學方式方法，使其符合計算機類專業學生的專業特點和培養計劃，教育理念，完善了在大數據與人工智能背景下適應新行業和新業態的《機器人學》課程專業知識體系，提出了合適的教育教學模式改革。通過啟發式的課題線上研討方式，實踐式的課下線下設計開發方式，為學生提供多元化的學習空間。對于激發學生的學習熱情和提升教學質量和效果，有著積極推進的作用。

參考文獻：

[1]董聚敏，劉永強.以機器人教育為平臺培養大學生創新意識和能力[J].實驗室研究與探索，2011，30（9）：243-244，320.

[2]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.

[3]鄭春龍，邵紅艷.以創新實踐能力培養為目標的高校實踐教學體系的構建與實施[J].中國高教研究，2007（4）：85-86.

[4]宋健.開放式4自由度教學機器人設計與開發[J].實驗室研究與探索，2010，29（7）：34-36，86.

[5]王旭仁，姚葉鵬，劉麗珍，黃向陽.機器人課程建設探索和思考[J].計算機教育，2011（15）：89-91.

[6]CHEN D.，ZHANG Y.Robust Zeroing Neural-Dynamics and Its Time-Varying Disturbances Suppression Model Applied to Mobile Robot Manipulators.IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems：2018，29/9，4385-4397.

作者簡介：陳德潮（1990-），男，漢族，廣東云浮人，博士，副研究員，研究方向：機器人控制、人工智能。