王旭仁　何　花　周　全　劉麗珍

摘要：實踐教學是培養(yǎng)學生實踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)人才的重要教學環(huán)節(jié)?！爸悄軝C器人”是一門實踐性非常強的工科專業(yè)課，它的實踐性教學設計思想是通過各種手段增加學生參加實踐的機會，培養(yǎng)學生的實際工作能力。本文主要論述了“智能機器人”課程實踐教學的實施方法、手段和發(fā)展方向，教學的實際結果表明，學生對該課程的實踐教學是歡迎的，教學效果也比較顯著。

關鍵詞：計算機應用；實踐教學；智能機器人

中圖分類號：G642文獻標識碼：B

突出學生實踐能力的培養(yǎng)是工科專業(yè)教育重要和顯著的特征。加強對工科專業(yè)課程的實踐教學研究，有助于教育培養(yǎng)目標的實現(xiàn)。實踐教學要改變過去一味對學生“灌”的教法，樹立學生主動學習的興趣和意識，突出學生實踐能力的培養(yǎng)。湖南大學孫宗禹認為，當前應重構實踐教學體系，因為實踐是創(chuàng)新的基礎，所以應該徹底改變傳統(tǒng)教育模式下實踐教學處于從屬地位的狀況。這不僅能使學生掌握扎實的基本知識與技能，而且對提高學生的綜合素質大有好處。

1實踐教學

1.1實踐教學的含義

“實踐”一詞在中國的廣為流傳，是在唯物史觀在中國被確立為主流思想以后。尤其是1978年《實踐是檢驗真理的唯一標準》一文發(fā)表后，“實踐”成為中國大陸使用頻率最高，最為人們耳熟能詳?shù)脑~語之一，通常與“理論”對應使用。因此，實踐教學首先是一個與理論教學相對的教育術語。有的學者認為，實踐教學是指在教學計劃內，以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和能力為主而獨立設置的實踐教學環(huán)節(jié)，同時，也包括列入選修課或課外科技活動的實踐教學環(huán)節(jié)；前蘇聯(lián)著名教學論專家贊科夫在總結他持續(xù)16年對教學與發(fā)展問題進行實驗研究的著作《教學論與生活》一書中指出：“科學的教學論應建立在研究教學的實踐及其改造的基礎之上，這是無可爭論的真理。對實踐的研究可有各種不同的形式，既可研究并概括教師的先進經(jīng)驗，也可進行實驗，而實驗是為了查明效果和解釋‘現(xiàn)成的經(jīng)驗，有時是為了創(chuàng)造新的經(jīng)驗等等。”由這些論述可以看出，實踐教學與理論教學既有密切聯(lián)系，又有相對獨立性。它對提高學生的綜合素質，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神與實踐能力有著理論教學不可替代的特殊作用。

1.2實踐教學的形式

實踐教學的形式多種多樣，包括實驗、實習、社會實踐、課程設計、比賽、學年論文、畢業(yè)論文等，不同類型的實踐教學環(huán)節(jié)在教學計劃中的地位、順序、時間分配等方面要符合培養(yǎng)目標的要求，和相關課程相匹配。一是要追蹤課程內容的更新；二是要加強對學生創(chuàng)新思維和綜合能力的培養(yǎng)。

1.3實踐教學的重要性

教育部《關于進一步加強高等學校本科教學工作的若干意見(征求意見稿)》(教高司函(2004)259號)指出，高等學校應著眼于國家發(fā)展和人的全面發(fā)展需要，堅持知識、能力、素質協(xié)調發(fā)展，注重能力培養(yǎng)，著力提高大學生的學習能力、實踐能力和創(chuàng)新能力。

2“智能機器人”的課程特點

2.1“智能機器人”的課程特點

“智能機器人”是我校智能科學與技術、計算機非師范專業(yè)高年級學生的一門重要的專業(yè)課程，涉及的學科范圍包括力學、機器人拓撲學、機械學、電子學與微電子學、控制論、計算機、生物學、人工智能、系統(tǒng)工程等諸多課程。因此是一門理論性、實踐性和綜合性很強的課程，也是培養(yǎng)學生具有機械設計能力、可以直接解決實際問題的課程。

“智能機器人”實踐教學體系主要包括實驗教學和課程設計兩部分。要真正學好本課程，除了理論課外，更重要的是將知識應用于實踐。

2.2實踐教學基礎

(1)講授機器人課程

教學小組已經(jīng)多次為智能科學與技術、計算機師范和非師范專業(yè)高年級本科生開設機器人課程，具備進行實踐課程建設的理論基礎和指導思想。并進行了“智能機器人”課程建設。

(2)單獨開設“智能機器人”實踐課程

從2008年春季學期開始，為了重視實踐課程的開展，獨立開設了1學分的“智能機器人”實踐課程，共18學時。徹底改變“智能機器人”實踐教學處于從屬地位的狀況，對“智能機器人”實踐課程體系的建設起到重要支撐作用。

(3)配置機器人實驗設備

信息工程學院機器人實驗室購買了廣茂達機器人、南京工業(yè)大學的示教——再現(xiàn)機器人、機器人足球小型組機器人等設備以及Matlab軟件，為開設機器人實驗提供了良好的實驗設備和環(huán)境。

(4)開展機器人實驗課程在上述實驗條件的基礎上，授課小組為智能科學與技術、計算機師范和非師范專業(yè)已經(jīng)開設過累計4學期以上的實驗，積累了實踐教學的經(jīng)驗。

(5)開展機器人實驗科研

在已有設備的基礎上，積極指導學生開展學生科研和申請校級實驗室項目3項，指導學生參加Robtic機器人足球小型組比賽。我校學生在2007年Robtic機器人足球小型組比賽中獲得大學組第六名。拓展學生動手能力，培養(yǎng)學生探索精神。

3深入完善“智能機器人”實踐課程體系

我們一方面完善機器人實驗課程體系，在常規(guī)實驗教學中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和實驗動手能力，使項目研究成果促進實驗教學質量的提高，進一步改革實驗教學。另一方面，在進行實驗教學時即可根據(jù)學生的特點和能力進行個性化教學和培養(yǎng)，在掌握基本技能的同時充分發(fā)揮學生的能動性和主體性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。

3.1實驗教學研究

在實驗課程體系建設過程中，注重實驗的選擇和比較，形成完善的實驗手冊。傳統(tǒng)的實驗教學是使學生掌握相關的實驗方法和技術，并利用這些方法對理論課的內容進行驗證，加深和鞏固理論知識。這些固然重要，但卻在客觀上造成了學生缺乏思考的后果，對于培養(yǎng)學生的科研能力和創(chuàng)新精神極為不利。因此，完善機器人實驗課程的宗旨是，既要讓學生能夠掌握有關的技術，鍛煉學生的動手能力，又能夠開發(fā)學生科學研究的潛力，鍛煉和培養(yǎng)他們的創(chuàng)造力。

3.2基于硬件設備的實驗內容研究

首先，利用已有的實驗設備——廣茂達能力風暴大學版機器人和創(chuàng)新模塊、南京工業(yè)大學的示教——再現(xiàn)機器人、機器人足球小型組機器人等設備，進行機器人的控制系統(tǒng)實驗、感覺系統(tǒng)實驗、機器人離線編程實驗、機器人軌跡規(guī)劃等實驗改革，按照“由淺入深、循序漸進”的方式編寫程序，使學生對機器人課程知識的融會貫通，讓學生學會提出問題、分析和解決問題，不斷提高實踐能力和創(chuàng)新能力。

圖1是某個學生小組花了5個實驗課時，利用廣茂達能力風暴大學版機器人和創(chuàng)新模塊所搭建的“三自由度自動加工機床”，學生們從實踐中檢驗了所學的理論，體驗到成功的喜悅!

3.3基于Matlab軟件的實驗內容研究

Matlab是一種編程語言，科學計算功能強大。在國外，

尤其是美國，早在八十年代末期，各著名大學已開設MATLAB課程。本項目添加了利用Matlab軟件進行的實驗設計，解決機器人數(shù)學問題，即對機器人學中的空間描述和變換、操作臂運動學、操作臂逆運動學、速度和靜力、操作臂動力學、操作臂的機械設計等數(shù)學問題進行實驗建設，利用Matlab的Robotics工具箱檢查運行結果，并引導學生對實驗結果進行討論，激發(fā)學生學習機器人理論的興趣，克服他們對數(shù)學的恐懼。

3.4課程設計研究

進行課程設計研究，把課程設計引入到機器人課程實驗中來。課程設計是真正將所學知識應用于實踐的一次檢驗。教師鼓勵學生幾人一組，對某一感興趣的機器人課題進行調研，用所學知識進行改進，自行創(chuàng)新設計。例如，在“智能機器人”實驗課程上，學生每兩人或三人為一小組，給出課程設計的提綱，每組完成后進行答辯和演示，其他小組進行提問，答辯的問題涉及從總體方案到計算等，學生走到講臺上講自己的構想，包括評價自己設計的不足，還可能怎么創(chuàng)新等，最后進行總體評價。因此，課程設計是培養(yǎng)學生能力，特別是創(chuàng)新能力的好機會。

3.5評價標準研究

改變以前根據(jù)幾個實驗報告或數(shù)據(jù)給成績的單一實驗評分方法。在實踐的每一個環(huán)節(jié)，包括提出問題、解決問題、答辯、演示、問題解答等，都對每個學生的能力有所評價，在指導過程中考察學生的設計水平，在答辯過程中發(fā)掘學生的發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，建立能真實反映學生實踐水平的評價標準。

3.6靈活多樣的實踐學習方式

由于“智能機器人”實踐內容較多、實驗難度較高，僅僅18課時的實驗時間是遠遠不夠的。因此，除了在學校統(tǒng)一安排實驗課時外，每周安排固定時間開放實驗室，歡迎學生在開放時間內繼續(xù)完成沒有做完的實驗或者進行自主實驗設計等，同時安排老師指導。

機器人技術的發(fā)展日新月異，為了讓學生了解新技術的發(fā)展狀況和水平，我們安排學生參觀機器人展覽，親眼觀看機器魚、機器狗、仿人機器人等產(chǎn)品，旁聽與機器人技術相關的學術會議，提高學生對機器人技術發(fā)展的感性認識，提高學生對機器人課程的熱愛程度。

其他實踐學習方式還包括參加機器人競賽、進行機器人畢業(yè)設計、進行機器人專業(yè)實習等。

4結論

通過“智能機器人”實踐課程建設，我們將建立完善的機器人實驗課程體系，包括實驗教學改革研究、完善基于硬件設備的機器人實驗建設、基于Matlab的機器人實驗建設、機器人課程設計建設以及實踐評價標準建設，從而促進機器人實踐教學發(fā)展，使學生對機器人課程知識融會貫通，讓學生學會提出問題、分析和解決問題，不斷提高實踐能力和創(chuàng)新能力；使學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力不斷提高，促進實踐教學的發(fā)展。