機器人工程實踐創(chuàng)新實驗室建設(shè)的思考

張晉通

摘要：機器人是一個多學科高度交叉的新興前沿領(lǐng)域，在智能科學與技術(shù)專業(yè)的教學改革和學生綜合素質(zhì)培養(yǎng)上發(fā)揮著舉足輕重的作用。國內(nèi)許多高校都開展了與機器人相關(guān)的實驗教學和課外活動。但是，如何圍繞機器人來構(gòu)建多元化的實踐創(chuàng)新培養(yǎng)體系，真正利用好機器人這一平臺，是一個值得關(guān)注的問題。

關(guān)鍵詞：機器人;實驗室;建設(shè)

我國的高等工程教育從20世紀50年代起，采用的基本上是科學主導工程的理念。目前，由國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃提出的“中國創(chuàng)造”等宏偉目標驅(qū)動，國內(nèi)很多高校正在積極推動工程教育回歸工程（動手、實踐、創(chuàng)新）運動，通過培養(yǎng)學生動手能力和工程實踐能力，達到創(chuàng)新實踐教育所提出的目標。建設(shè)機器人工程實踐創(chuàng)新實驗室（以下簡稱機器人實驗室）就是這一理念的具體實踐。

一、機器人工程實踐創(chuàng)新實驗室建設(shè)思路

機器人作為一種比較典型的機電一體化的產(chǎn)品，不僅涉及電子、機械等基礎(chǔ)學科，還涉及自動控制和計算機技術(shù)等比較高級的學科知識，這就直接導致了機器人這一類型的產(chǎn)品具有理論性和實踐性都十分強的特點。而機器人工程實踐創(chuàng)新實驗室建設(shè)的具體思路，總結(jié)如下：首先就是將機器人作為教師教學和學生學習對象，通過項目的方式展開相關(guān)理論或?qū)嵺`知識的教學，在教學過程中使學生能夠掌握各種知識的實際應用，從而提高學社會能夠的實踐能力、創(chuàng)新能力，最后達到培養(yǎng)出具有充分的工程實踐經(jīng)驗、創(chuàng)新能力強的、能夠適應社會需要的畢業(yè)生。而機器人工程實踐創(chuàng)新實驗室作為一個十分重要的平臺，還可以激發(fā)學生對于學習的興趣和熱情，使學生對自己的能力和不足都有一個正確的認識，從而能夠更有針對性地做出改正。

二、機器人實驗室建設(shè)原則

（1）設(shè)計理念的先進性：為了保證機器人實驗室的先進性，必須考慮“模塊化、可重構(gòu)、全開放、標準化”的設(shè)計理念，通過工業(yè)總線將各個機器人功能模塊連接成統(tǒng)一的整體，符合“分布式控制”、“分布式計算”、“模塊化、標準化”的發(fā)展趨勢。

（2）強大的實用性：由于采取模塊化、標準化、全開放的設(shè)計理念，可以把復雜的機器人控制系統(tǒng)劃分為多個簡單的功能組合。學生學習時深入淺出，由易到難，適應本科低年級、本科高年級、研究生等不同階段的教學與研究需要。

（3）配置的合理性：機器人實驗室配備的相關(guān)實驗和創(chuàng)新實踐設(shè)備必須適當合理，既能覆蓋本科及研究生教學，又能適用于不同層次的教學任務(wù)。

三、機器人實驗室建設(shè)目標和特點

機器人實驗室的主要建設(shè)目標如下。

（1）在不改變現(xiàn)有教學體系和大綱的前提下，通過機器人實踐和創(chuàng)新實驗室的建設(shè)，逐步將工程教育由“科學主導工程”轉(zhuǎn)變?yōu)椤肮こ探逃貧w工程”的培養(yǎng)方式。為社會培養(yǎng)實用人才，包括創(chuàng)新型人才和工程操作型人才，提高就業(yè)水平;使學生能將獲得的理論知識運用到工程實踐中。

（2）機器人技術(shù)的創(chuàng)新實踐教育包括學生自主創(chuàng)新活動和課堂競賽等形式，讓學生通過在機器人載體上的親手實踐，提高其對課堂知識理解的深度與準確性。

（3）通過參與主流的機器人競賽，使學生在競賽中運用工程和科學知識，并且與其他隊伍交流、競爭，達到鍛煉學生工程素質(zhì)、培養(yǎng)學生工程創(chuàng)新思想，樹立學校和所在專業(yè)品牌形象的目的。機器人競賽是工程教育回歸工程理念的最好的鍛煉平臺，可以促進“教學、科研、競賽”三方面的良性循環(huán)和整體學科實力的螺旋式上升。

（4）本實驗室還可以作為學生課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計的支撐平臺。

三、機器人工程實踐創(chuàng)新實驗室建設(shè)內(nèi)容

（1）以基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程為基礎(chǔ)展開的實驗教學

機器人工程實踐創(chuàng)新實驗室的建設(shè)也可以作為課程教學的教室，并且還可以為學生提供很好的實驗環(huán)境和條件。首先，教師在教學相關(guān)的理論之前，就可以向?qū)W生展示與理論應用相關(guān)的機器人構(gòu)型，通過代碼開放、蛇形機器人、標準化機械狗等展示，使學生對于該門學科有一個基本的了解。之后在實驗教學當中，可以結(jié)合具體的例子將基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程有效的結(jié)合起來，進一步提高教學的效果。

（2）以實際為根本展開項目式教學

項目式教學就是將整個教學課程中的知識體系都細分為若干個教學項目，學生通過小的項目的學習或者是參與來完成學習的方法，掌握知識和提高自身的能力水平。項目式教學的優(yōu)點是可以避免傳統(tǒng)教學方式的弊端，比如系統(tǒng)性和整體性，強調(diào)學生動手實踐能力。

（3）創(chuàng)新實驗課程教學

創(chuàng)新實驗課程教學可以分為課程導入階段、基礎(chǔ)項目階段、深度項目階段課程設(shè)計階段。導入階段指的就是通過機器人的展示吸引學生的學習興趣，引導學生初步了解實驗課程的內(nèi)容，為今后的深入學習做準備。基礎(chǔ)項目階段指的是通過項目式教學的方式，綜合運用所學的專業(yè)知識，達到綜合應用的目的。深度項目指的是引導學生實踐或參與項目，最終達到鍛煉學生創(chuàng)新實踐以及鞏固基礎(chǔ)知識的目的。最后就是課程設(shè)計階段，即為學生的課程設(shè)計提供一個有效的平臺。

（4）師資力量

可以說師資力量是決定機器人實驗室建設(shè)的根本，主要是因為機器人實驗室和實際教學都離不開教師的指導，在建設(shè)機器人工程實踐創(chuàng)新實驗室時，需要教師具備一定的機器人實驗和機器人教學的知識和能力。因此對于師資力量的配備具有以下的要求：

1）專職教師

專職教師主要工作是教學授課以及知道學生的實踐應用。因此對于專職教師的要求是具有機械、電子或者是自動化相關(guān)學科的背景，并且對于機器人技術(shù)和理論應用有一定的了解。專職教師的人數(shù)控制在1～2個之間就足夠了。

2）實驗指導教師

實驗指導教師的作用主要是指導學生的實踐動手操作，并起到答疑解惑的作用。對于實驗指導教師要求不是很高，只要具有相關(guān)專業(yè)背景或者參加過機器人的競賽的高年級本科生、研究生就可以了。

結(jié)語

機器人創(chuàng)新實驗室的多元化建設(shè)是我校實踐教學改革的一次有益嘗試 ， 激發(fā) 了學生科技研發(fā)的興趣和愛好， 培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和團隊合作精神， 同時也為活躍校園科技 ， 培養(yǎng)科技創(chuàng)新人才提供了一個有益的平臺。

參考文獻

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