課程思政在“機器人學”課程中的應用探索

林旭梅　朱文杰　唐旭　朱廣輝

[摘 要] 課程思政改革是目前高等教育改革的重要內容，“機器人學”作為機器人專業的核心課程，探索課程思政教育在“機器人學”課程中的應用，對于構建新工科背景下機器人領域相關專業全過程育人的教學模式具有重要意義。以“機器人學”課程思政教學改革為中心，從育人的角度討論課程價值，通過整理課程知識點，深入挖掘課程中的思政元素，使思想政治教育與專業課程教育融為一體，實現知識傳播與價值引領的統一，使全員育人、全程育人、全方位育人教學模式得以有效運行。

[關鍵詞] 機器人學;課程思政;教學探索;新工科

[基金項目] 2019—2022年山東省教育廳教學改革項目“新工科背景下研究生機器人技術開發課程的改革與研究”（2019096）;2020—2021年產學合作協同育人項目“新工科背景下研究生機器人技術的改革與研究”（202002018006）;2020—2022年山東省教育廳項目“地方高校面向新工科專業的創新人才培養體系研究與實踐”（Z202011）

[作者簡介] 林旭梅（1970—），女，安徽桐城人，博士，青島理工大學信息與控制工程學院教授，碩士生導師，主要從事機器人控制、自動化專業相關領域的研究;朱文杰（1980—），男，山東淄博人，博士，青島理工大學信息與控制工程學院副教授，碩士生導師，主要從事電機學研究;唐 旭（1988—），男，山東沂源人，博士，青島理工大學信息與控制工程學院講師，主要從事電機學研究。

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）11-0109-04 [收稿日期] 2021-08-09

2016年12月，習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上的講話中強調：“要堅持把立德樹人作為中心環節，把思想政治工作貫穿教育教學全過程，實現全程育人、全方位育人，努力開創我國高等教育事業發展新局面。”[1]2020年5月，為扎實推進新工科建設再深化，教育部決定在高校建設一批未來技術學院，旨在加快高校體制機制創新，培養未來科技創新的領軍人才[2]。機器人專業作為新工科中一門融合控制技術、機械原理、電力電子、傳感技術與人工智能等多學科專業知識的綜合性學科，其相關領域的人才目前有巨大的需求缺口[3]。“機器人學”作為機器人領域的基礎課程，探索思想政治教育在該課程中的應用，把學生培養成愛國、勵志、求真和力行的社會主義建設者和接班人勢在必行。

一、課程簡介

“機器人學”是機器人領域的基礎理論知識，在“機器人學”課程的授課教材中，美國斯坦福大學John J. Craig教授主編的《機器人學導論》及中南大學蔡自興教授主編的《機器人學基礎》的教材應用廣泛[3]。我校“機器人學”教材以機械手為主要的控制對象，詳細介紹了機器人運動學、動力學、傳感器等機器人控制的基礎知識，以及機器人軌跡規劃等綜合性技術。通過“機器人學”課程的學習，使學生系統掌握機器人的設計、控制、編程等基礎理論知識，具備分析、評價、優化機器人領域問題所需的專業基本能力;掌握發現問題、分析問題的思路，具備識別與表達機器人設計中復雜工程問題的能力，以及運用“機器人學”專業知識，通過改進或創新等方式提出設計思路與解決方案，綜合應用所學知識解決機器人領域復雜問題的能力。此外，機器人是展現人工智能研究的最佳平臺，通過在智能機器人上復現人工智能研究成果，可以將人工智能的最新研究成果完美地展現出來，使人工智能的研究得到越來越多的關注和認同，促進社會科學技術的發展。

二、“機器人學”課程思政改革的必要性

在先進制造業中，工業機器人已經成為不可替代的重要裝備，亦代表了一個國家的制造業水平和科技水平。我國目前正處于產業轉型升級的關鍵時期，以工業機器人為中心的機器人產業，將是我國實現降低產業成本、突破環境制約問題的重要選擇，因此高校要致力于培養兼具理想信念、職業素養和社會責任的大批機器人相關專業的人才。傳統的工科專業，如作為機器人領域基礎的電力電子、機械等專業，在教學過程中一般存在比較嚴重的重“理”輕“文”現象，即教學過程更加注重培養學生對知識和技術的理解和使用，較少考慮培養學生的文化軟實力。如果長期處于這種傳統的理工科思維模式下，或許可以增強學生的邏輯思維能力，把學生培養成“一專多能”的應用型技術人才[4]。但是學生一定會對抽象的社會理論表現得比較冷漠，缺少相應的人文情懷與社會情懷，其行事準則也會傾向于工具理性[5]，進而容易加劇自然科學與人文社會科學之間的分離。由此可見，在新工科背景下，在專業課的教學過程中通過有效的思想政治教育工作把思想政治教育融入教學的各個環節，培養學生的職業素養、人生觀念、社會責任，把學生培養成德才兼備、全面發展的高素質人才勢在必行[6]。

三、教學內容中課程思政的應用

（一）課程知識體系的構成

在整個機器人系統的學習過程中，除了自動化專業的傳統課程與機器人技術的理論知識密切相關外，“機器人導論”“機器人控制”“機器人傳感器與檢測技術”“機器人機械基礎”“機器人視覺”等專業課程，也是教學不可或缺的重要部分[7]。這些課程所講解的知識包含了從機器人本身的機械結構到機器人的運動控制的方方面面，圖1為“機器人學”體系內容。

在“機器人學”的教學過程中，重點講解的是坐標變換、運動學、動力學、軌跡規劃、機器人控制等方面的知識。坐標變換是機器人定位與地圖創建、機器人導航和機器視覺等相關課程及研究的基礎。“機器人學”的運動學部分包括正運動學和逆運動學兩部分。運動學部分的相關內容是機器人控制系統的理論基礎。機器人動力學部分則是研究機器人運動與力之間的聯系，動力學部分的知識是機器人仿真和驅動系統設計的基礎。機器人控制方面的相關內容主要包括機器人的控制系統設計、采用李亞普諾夫定理證明機器人控制系統穩定性及機器人的力控制[8]。圖2為“機器人學”的主要內容。

（二）思想政治教育元素探索

早在春秋時期，中國就已出現機器人雛形。據史料記載，制造達人魯班曾惹魯母生氣，魯母因此茶飯不思，魯班很是著急。為了哄母親開心，魯班廢寢忘食，花費兩天時間用木材制造了一只大鳥。《墨子》中記載：“成而飛之，三日不下。”說的就是木鳥上天后，飛了三天三夜都沒落地。三國時期，諸葛亮充分利用齒輪原理制作了自動機械木牛流馬;南北朝時期，祖沖之制作了利用銅制齒輪傳動機構的指南車;漢末魏晉時期，用齒輪傳動記載距離的自動裝置記里鼓車等都包含了大量的機器人原理。通過向學生講述這些古代的與機器相關的發明及其背后的故事，一方面讓學生感受到我國古代勞動人民的智慧，增強學生的文化自信;另一方面促進學生對我國機器人思想及制作的悠久歷史的了解與學習，激發學生的民族自豪感，提高學生對機器人相關知識的學習興趣。在授課過程中，增加中華民族傳統文化中的哲學理念[9]，培養學生對傳統文化的認同，以及為實現民族偉大復興而奮斗的信念。

在授課過程中通過潛移默化的方式實現理論教學與思想政治教學的有效融合。在“機器人學”的具體學習過程中，有許多復雜難懂的公式，如齊次坐標變換矩陣T、速度雅可比矩陣J和雅可比矩陣JT等。教師在授課時，講述各矩陣的推演過程及矩陣公式背后的故事，如著名數學家雅可比推演雅可比矩陣時所付出的努力及其科研經歷、奮斗歷程、卓越成就與高尚品德。在整個過程中，潛移默化地培養學生不畏困難、嚴謹求實的專業素養。

在介紹機器人領域的最新研究成果時，既要關注國外機器人的技術發展，也要重點介紹國內的最新技術，從而拓寬學生的眼界，使學生對所學知識有一個全面的了解，培養學生的創新思維。在實際教學中增加一些機器人教學的實際案例，如“嫦娥五號”“奮斗者”。在航空航天制造領域，工業機器人不僅要完成典型的點膠、焊接、噴涂、熱處理、搬運、裝配及檢測等作業，還要進行鉆孔、鉚接、密封、修整、復合材料鋪敷、無損探傷等特種作業任務。“北斗”導航系統、登月計劃，以及嫦娥五號的順利回歸、蛟龍號的深海探索等都應用了大量的機器人領域的技術。教師通過在課堂上講述這些工程實際與科學成果，既完成了對專業知識的傳授，也使學生更加了解中國的科技發展，引領學生認識所學的知識對國家工程建設、科學研究等的重要作用，進而使學生逐步建立專業榮譽感及社會責任感，完善自身的人生觀和價值觀，從而把個人價值與社會價值相結合，用自己所學的專業知識為國家建設做貢獻。圖3為思想政治教育與課程的融合過程。

四、教學過程中思想政治教育的應用

（一）發揮教師在教學過程中的主動性

授課教師是思想政治教學的實施者，是思想政治教學的一線，也是高校實現立德樹人根本任務的關鍵。教師自己的個人特質會不由自主地影響授課和教學，因此教師自身的大視野會引領學生的大視野，教師自身的大格局會引領學生的大格局，教師自身的嚴謹與專注會引領學生的嚴謹與專注。所以教師既要加強自身的思想政治教育，使自身具備相應的馬克思主義理論知識，以及堅定的政治立場和過硬的政治素養，也要在傳授知識的同時用自己的人格魅力影響學生，成為學生求學和為人的榜樣，發揮自己的思想政治教育的主動性，潛移默化地提升學生的思想素養和道德情操。

（二）教學方式中的思想政治教學探索

長期以來，高校在人才培養過程中過于側重對學生專業知識和技能的培養，尤其是工科專業，把學生的專業知識、考試成績作為評價學生的最高標準或唯一標準，甚至將其作為評判學生畢業素質的唯一標準。專業課教師在教學過程中單純注重專業知識的傳播，忽略了對學生道德素養的培養。學生在學習過程中只注重分數，不關心政治，同時自我意識較強。在這種簡單地教師授課、學生聽課、只看成績的教學方式下，思想教育工作開展困難，效果也不明顯，學生也容易反感課程，失去學習的興趣。所以對傳統的教學方式進行改革與探索勢在必行。

1.需要建立完善的評價體系，改變當前唯成績論的現狀，既要對學生的知識水平進行評價，也要對學生的思想水平進行評價。由于思想政治教學是專業課教學中一種潛移默化的引導，思想水平的評價應該注重教學過程而非結果，相應的評價標準也應該是定性的而不是定量的。

2.變傳統“填鴨式”教學為以學習者為中心的教學方式，從教師主動教轉變為學生主動學，通過研討、質疑、辯論的方式完成知識的學習。教師在授課時，選取一部分內容，讓學生以分組的方式討論學習，分析國內的工程實例，小組成員在課堂上展示，與教師和其他組同學進行討論。在這種工程案例討論的教學方式下，思想政治教育也可以自然地融入，因為質疑、討論的過程，本身就是引領學生在面臨問題時解決問題的方法、態度、價值觀等方面的過程。通過這種方式，既使學生加深了對知識的理解和掌握，激發了學生的學習興趣，啟迪了科研思維，也完成了對學生價值觀的塑造。

隨著信息技術的迅速發展，高校學生在日常生活、學習、研究中會面臨多元化的選擇及各種各樣的誘惑，因此高校在教學過程中形成系統的思想政治教育教學體系，通過正確的思想引導學生的行為，以及實現立德樹人的根本任務已勢在必行。本文論述了在“機器人學”課程教學過程中合理地將理論知識教學與思想政治教學融為一體，通過教學內容、教學方式等多方面的探索，在潛移默化中實現對學生的思想政治教育，以達到全員、全程、全方位的三全育人教學目標。

參考文獻

[1]習近平.把思想政治工作貫穿教育教學全過程 開創我國高等教育事業發展新局面[N].人民日報，2016-12-09（1）.

[2]教育部辦公廳關于印發《未來技術學院建設指南（試行）》的通知：教高廳函〔2020〕6號[A/OL].（2020-05-12）[2021-07-08].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/moe_742/s3860/202005/t20200520_456664.html.

[3]徐國政，王強.研究生《機器人學》課程理論與實踐教學改革探索[J].學周刊，2018（30）：5-6.

[4]吳寶海，沈揚，徐冉.高校新工科課程思政建設的探索與實踐[J].學校黨建與思想教育，2020（21）：61-62+65.

[5]席燕輝，唐欣.探討課程思政在模擬電子技術教學中的實踐[J].教育教學論壇，2020（52）：65-66.

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[7]李駿揚.理工科課程中的思政與情感[J].中國大學教育，2019（12）：20-23.

[8]張奇志，周亞麗.機器人學教學內容改革與實踐[J].計算機教育，2019（18）：67-70.

[9]初文華，張健，李玉偉.理工科專業基礎課程中的思政教育探索——以《水力學與泵》課程為例[J].教育教學論壇，2018（30）：32-33.

Exploration on the Application of Curriculum Ideological and Political Education

in the Course of Robotics

LIN Xu-mei， ZHU Wen-jie， TANG Xu， ZHU Guang-hui

（School of Information and Control Engineering， Qingdao University of Technology， Qingdao， Shandong 266520， China）

Abstract： Curriculum ideological and political education is an important part of the current higher education reform. Robotics as the core course of robotics specialty， exploring its application of curriculum ideological and political education is of great significance for constructing the whole process education teaching mode of relevant majors in the field of robotics under the background of Emerging Engineering Education. Centered on the ideological and political education of Robotics， this paper discusses the curriculum value from the perspective of educating students， arranges the curriculum knowledge points， deeply excavates the ideological and political elements， integrates the ideological and political education with the professional curriculum education， realizes the unity of knowledge dissemination and value guidance， and makes the teaching mode of “three-all education” operate effectively.

Key words： Robotics; curriculum ideological and political education; teaching exploration; Emerging Engineering Education