應用型本科院校機器人類課程教學研究

［摘 要］ 教育是一國發展的重中之重，高校的發展更是代表了一國的教育質量與教育水平。近年來，人工智能越來越多地被運用到醫療、教育、軍事等各個領域，給人類帶來了極大的便利。相對于學術型本科院校教育，應用型本科院校教育為適應我國經濟發展，對高素質應用型人才培養的需要和推動我國教育大眾化進程發揮了積極的促進作用。面對人工智能技術的興起與廣泛應用，應用型本科院校教育行業工作者應當抓住機遇，變革傳統教育觀念，創新教學方式，推動應用型本科高校教育事業的改革和發展。分析了應用型本科院校開展機器人類課程教學研究項目的先進性，以及應用型本科院校教育中機器人類課程教學的意義，最后探討了提高機器人類課程教學質量的途徑，希望能夠對相關工作者有所啟發。

［關鍵詞］ 應用型本科院校教育；機器人類課程；教學意義；達成度分析；教學途徑

［基金項目］ 2019年度江西省教育廳科技重點項目“基于視覺機器人目標識別定位關鍵技術研究”（GJJ190941）；2017年度國家自然科學基金資助項目“類人雙臂移動機器人整體性運動規劃及基于圖像和深度信息融合的目標抓取機理研究”（61763032）；2021年度江西省教育廳自然科學基金項目“風電葉片多激勵雙自由度疲勞加載系統機電耦合動力學研究”（20212BAB204039）；2023年度江西省科學教育學會在校研究生課題“多傳感器信息融合的移動機器人目標識別跟蹤研究”（2023KXJYS069）；2023年度瑤湖學院學生創新基金項目“面向協同跟蹤任務共融類人機器人運動優化研究”

［作者簡介］ 王紅星（1973—），男，江西鄱陽人，工學博士，南昌工程學院機械工程學院副教授，碩士生導師，主要從事機器人研究；吳歡娣（1990—），女，江西豐城人，碩士，南昌工程學院圖書館館員（通信作者），主要從事圖書檢索和機器人外語研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）38-0153-04 ［收稿日期］ 2023-05-26

引言

21世紀是快速變化的時代，是一系列新政策、新理念、新想法層出不窮的時代，不僅極大地改變了社會的生產方式，也使我們的生活發生了翻天覆地的變化。在多元化的時代，不得不提的也是時下熱門的一個詞就是人工智能。所謂人工智能（artificial intelligence， AI），其實是由計算機科學領域奠基人圖靈提出的概念，是研究、模擬、延伸、拓展人的智慧的一門技術學科。人工智能主要由傳感器及建立在傳感信息基礎上的相關智能軟件組成，包括神經網絡、機器學習和專家系統等。信息化是人類發展不可逆轉的時代潮流，應用型本科院校機器人類課程的繁榮也絕非天方夜譚［1］。應用型本科院校注重學生理論與實踐知識相結合的能力，其核心環節以實踐教學和項目研究為主。作為以實踐為主、理論與實踐結合緊密的機器人類課程，較為適合應用型本科院校的設立和發展。站在新時代的起點，面向嶄新的社會形勢，我們能做的就是大力推進應用型本科院校機器人類課程的發展與興盛。因此，探討應用型本科院校教育中機器人類課程的教學現狀及其途徑就成為值得研究的一項課題。

一、教學研究項目的先進性

從1956年提出人工智能學科開始，人工智能學科得到了巨大的發展，并逐步形成了一個廣泛的交叉領域與前沿科學體系。在信息化的21世紀，人工智能更是掀起了一股熱潮，許多高校陸續開設了人工智能學科［2］。智能機器人是一個集機器人環境感知認知、機器人控制、智能決策的平臺，其中環境感知認知包括傳感器、信號采集與處理、目標識別、環境建模和理解、感知信息融合等內容；機器人控制包括運動控制、操作控制、多目標協調控制等相關內容；智能決策包括策略與決策、行為規劃、情感決策、機器學習、群體智能、合作與協調等相關內容。智能機器人涵蓋了經典控制論、運籌學、神經網絡、模糊理論、圖像處理與分析、模式識別、人工智能等相關理論［3］。

機器人的發展，特別是智能機器人的發展更是日新月異。人工智能與機器人這兩個學科在理論上與實踐上的結合，將會取得一種理想的效果，一個智能系統必須取得其工作環境和內部參數的各種信息，實現人、機和環境的相互作用，成為共融性機器人，以實現特定的任務。智能機器人正好是人工智能的一個載體，它為人工智能的教學提供了一個直接和感性的工具。因此，可以毫不夸張地說，應用型本科院校機器人類課程對課堂質量的提升大有裨益，對學生的未來發展具有不可小覷的意義。

二、應用型本科院校開設機器人類課程的意義

目前，盡管應用型本科院校機器人類課程正在如火如荼地開展，但是，部分高校在面對機器人類課程時持懷疑的態度，沒有意識到在應用型本科院校教育中開展機器人類課程的重要意義。筆者認為，應用型本科院校教育中機器人類課程的開設具有如下優勢。

（一）有助于教學研究

機器人教育是實踐與理論的結合體，既能夠有效地鍛煉學生的邏輯思維能力，幫助學生培養探究能力，又能夠發揮學生的自我個性，全方位地提高學生的思考能力。此外，不論是搭建機器人，還是使用機器人的過程，都是一項協調眼、手、腦的活動，通過這些活動，可以將教師與學生聯系起來，教師可以在與學生接觸的過程中明確學生存在的問題，并逐漸摸索出適合的教學方式，從而促進機器人類課程質量的提高，并將其融入其他課程。

（二）有助于提高學生對本學科的興趣

學生可能在理論學習方面的能力較強，但是在實踐方面的能力相對比較薄弱，創新能力欠缺，學習興趣不足。機器人類課程的開設則在一定程度上解決了該問題。相信每一名學生都不會對機器人教育有抵觸心理，因為學生的好奇心會讓他們對這些科技產物產生無窮的探索欲與求知欲。科技的海洋無邊無際，學生的好奇心永遠都能夠保持下去，他們的學習興趣也會隨著好奇心而不斷增強。

三、貫徹落實應用型本科院校教育中機器人類課程開設的必要性

（一）契合相關文件的要求

國家出臺過很多相關文件對教育進行規范和引導，其中包括《中國學生發展核心素養（征求意見稿）》提出的“核心素養”。此外，2017年，國務院印發的《新一代人工智能發展規劃》提到，要開辟專門渠道，實行特殊政策，實現人工智能高端人才精準引進。在中小學階段設置人工智能相關課程，盡快建立人工智能學院，增加相關博士、碩士招生名額。應用型本科院校機器人類課程則完全契合國家對學生核心素養的要求。機器人類課程有利于培養學生鮮明的形象思維和豐富的想象力，而且機器人類課程常常是基于團隊合作完成的，有利于增強學生的團隊合作意識與能力。學生在相互合作的過程中，不同的觀點與意見相互碰撞，又產生新的觀點，“頭腦風暴”式的討論對學生思維能力的發展十分有利。

（二）應用型本科院校教育現狀存在的問題要求貫徹落實機器人類課程

個性化學習是近年來使用非常普遍的教學方法，它通過結合各個學生的特征與能力，制訂出相匹配的應對方案。然而，要徹底實現以學生為核心的教學，就必須對長期以來以教師為核心的教學方式進行改革。說起來容易，但真正實施起來卻面臨諸多的困難與挑戰，特別是對有著寶貴經驗和一定實施成效的資深教師來說。我們往往可以看到，在課堂教學過程中教師很容易受限：一是習慣于傳統教育觀念，在上課時教師很容易落入“填鴨式”的教學弊端；二是存在教師面對多種多媒體工具使用不熟悉、態度不夠端正的問題。21世紀是信息多元化的時代，多媒體教學顯然已經成為這個時代的主流方向，我們必須以合理的方式引入機器人類課程，變革傳統的“填鴨式”教學，讓高效課堂“活”起來。

四、提升應用型本科院校教育中機器人類課程的有效途徑

教師是學生在學校中可以依靠并信賴的存在，是學生未來的耕耘者和引路人。教師主持課堂秩序和營造課堂氛圍，既要培養好學生的想象力，又必須同時兼顧好機器人在其中的合理運用，這離不開教師學富五車的知識儲備與科學的教學理念，更要高校的教師共同努力、堅持不懈。筆者認為，要在教學中更好地發揮機器人的作用，可以從以下幾個方面著手。

（一）熟知學生定位，給予學生自主“想象”的空間

在教學過程中，不難發現有這么一個現象，部分學生課上不愛與教師交流，并且小心翼翼、行動謹慎。這不僅在于他們不愿意表達或是不喜與人溝通，還由于他們懼怕自己講錯話，擔心言行不正確而會遭到教師指責。這些思想是不能促進課堂教學的，且作用也微乎其微。在整個機器人類課程的教學實施環節中，學生對機器人的掌握程度常常與學生在實際生活中的經歷息息相關，學生在教室制造、編程、調試機器人的整個過程，也為他們提供了一次完整的體驗科學實驗過程的機會。教師要充分把握這個過程，掌控每一個教學環節，在教學過程中適當啟發學生，順利完成課堂教學的重點和難點的突破。所以，教師必須拋棄以往的傳統教學方法，給學生營造一種自然開放的教學氛圍，使學生可以在參與探究時毫無心理壓力，充分表現自己的思想和看法。在此期間，教師要做到耐心認真，面對學生提出的問題，教師要耐心指導，盡力解決學生的疑問。

（二）增加有趣的課堂活動，激發學生學習熱情

按照不同的群體制訂不同的教學計劃對教師的教學工作很有必要，選擇課程教學方案并設計相關教學實踐，由此充分調動學生的學習積極性。因為教師往往面對的是不同的學習者，他們具有不同的個性、不同的學習方法，又或者是具有不同程度的知識。因此，教師在課堂過程中應通過借助豐富多彩的課堂活動，啟發學生發散性思考，讓有各種興趣的學生也可以加入其中，從而激發學生的熱情。例如，在學校內設立與機器人相關的社團活動，讓機器人深入每個學生的日常生活；設置機器人競賽，通過這種學習方法，讓學生能夠獨立完成編輯各類小程序，獲得成功的喜悅，激發了學生對程序學習的興趣。為增強競賽效果，教師可以給表現好的團隊一定的獎勵，在學生隊伍內營造“評、比、學”的氛圍。

（三）強化團隊合作，讓“每一個都不落下”

機器人類課程教學多以小組形式展開，在學習或競賽過程中，學生需要不斷地溝通磨合，最后達成統一的意見。這個過程極大地增強了學生溝通合作的能力。要使學生獨立，就要為其提供自由的思想空間，與學生一起討論交流促使他們的知識體系更加完善，在學習方法上相互學習借鑒，不同想法相互碰撞。針對學生不愿與教師溝通的現狀，可以促進學生之間的學習探討，選擇適合學生的方法。因此，教師在教學過程中可以適當地組織團隊協作。

（四）引進課程目標達成度分析，細化機器人類課程評分標準，促進課程的改革創新

機器人類課程是實驗性較強的科目，引進課程目標達成度分析［4］，有助于細化機器人課程評分，從而促成機器人類課程建設。筆者所授課程“機器人技術基礎”“人工智能與機器學習”和研究生課程“機器人學”“模式識別與機器學習”都屬于典型的機器人類課程，包括理論、實驗、項目設計和編程，目標達成度評價包括平時考核、實驗考核、項目考核、編程考核和期末考試等部分，直接考核學生對知識的掌握程度及對專業知識的掌握情況，對學生的實際學習成果進行評價，分析課程目標達成度結果。當課程目標達成度低于期望值時，應該及時有所調整并進行必要的改進；當課程目標達成度高于期望值時，應總結經驗、反復驗證，形成能夠進行推廣的機器人類課程教學模式。

結語

機器人教育順應了時代的發展，是新時代發展的產物，也是教育信息化發展下的新型教育形式。在人工智能日益普及的社會背景下，不僅應用型本科院校開辦了機器人專業，一批教育機構也獲得教育部認可，開展機器人教育，輔助國家辦學，在國際機器人比賽獲得優異成績，讓世界看到我國機器人教育發展的良好態勢。筆者提出的以上意見能夠在實踐中得到運用，本文教學途徑體系將有助于機器人工程專業人才實踐能力和學生自我學習能力的提高。

（課題組成員：吳歡娣、許春霞、廖高華）

參考文獻

［1］姚威，胡順順.美國新興工科專業形成機理及對我國新工科建設的啟示：以機器人工程專業為例［J］.高等工程教育研究，2019（5）：48-53+87.

［2］熊根良，萬偉民，張華，等.新工科背景下機器人本科專業人才培養模式初探：以南昌大學機電學院為例［J］.教育教學論壇，2019（31）：132-136.

［3］魏長赟，廖華麗，王婷婷.新工科背景下研究型高校機器人工程專業課程體系建設與探究［J］.教育教學論壇，2019（23）：87-88.

［4］胡瑞，許春霞，熊吉，等.基于OBE理念以達成度為導向的機械原理課程教學模式構建研究［J］.江西科學，2022，40（1）：154-157+164.

Research on Teaching of Robot-Related Courses in Applied Undergraduate Colleges

WANG Hong-xinga， WU Huan-dib， XU Chun-xiaa， LIAO Gao-huaa

（a. School of Mechanical Engineering， b. Library， Nanchang Institute of Technology， Nanchang， Jiangxi 330099， China）

Abstract： Education is the top priority of a country’s development， and the development of universities represents the quality and level of education in a country. In recent years， artificial intelligence has been increasingly applied to various fields such as healthcare， education， and military， bringing great convenience to humanity. Compared to academic undergraduate education， applied undergraduate education has played a positive role in meeting the needs of China’s economic and social development， and the demands for high-level applied talents， and promoting the popularization of higher education in China. Faced with the rise and widespread application of artificial intelligence technology， workers in the applied undergraduate education industry should seize the opportunity， change traditional educational concepts， innovate teaching methods， and promote the reform and development of applied undergraduate education. This paper first analyzes the progressiveness of robot-related teaching research project and the teaching significance of the robot-related courses in the applied undergraduate education. Finally， this article explores ways to improve the teaching quality of this course， hoping to inspire relevant workers.

Key words： applied undergraduate education; robot-related courses; teaching significance; achievement analysis; teaching approach