王揚威 陳柏等

摘 要：新生研討課是面向大學新生的研討性課程，有利于營造良好的學術氛圍，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和探索精神。在國內，新生研討課是一種新的教學形式，對于課程的教學模式還屬于嘗試和探索階段。通過機器人與生物機械課程的教學研究，分析了課程的教學模式和教學效果，對該類課程的教學模式進行了有益的探索。

關鍵詞：新生研討課；教學模式；探索

新生研討課（Freshman Seminar）起源于20世紀初的美國大學，到了上世紀70年代，已經發(fā)展成面向大學新生廣泛開設的研討性課程。2002年，統(tǒng)計數(shù)據顯示美國的大學和學院中，向學生開設新生研討課的學校超過94%。2003年，清華大學在國內率先推出了面向大一學生的研討課，課程由知名教授開設，學生可跨專業(yè)選修。隨后，國內高校紛紛開始設立研討課，著力于培養(yǎng)大學生的研究能力和創(chuàng)新意識。大學新生進入學校后，面臨著學業(yè)和生活的雙重考驗，一方面要適應獨立處理個人的生活，另一方面要適應大學的教學方式，改變高中階段的學習習慣。部分學生無法較好地實現(xiàn)由高中到大學的過渡，致使自己的學習成績一落千丈，并且嚴重打擊了自己的信心，甚至影響了自己的生活態(tài)度。新生研討課的最初目的是幫助學生適應大學生活，建立一個和諧融洽的學習氛圍，培養(yǎng)學生的學習興趣和融入環(huán)境的能力。大學中的“填鴨式”教學和以教師為主導的傳統(tǒng)教學模式嚴重扼殺了學生的創(chuàng)新性和學習興趣。為了改變這種狀態(tài)，國內大學開始倡導小班新生研討課，力求從學生進入大學開始就養(yǎng)成良好的學習習慣。

本文以機器人與生物機械新生研討課為例，針對新生研討課的教學模式進行探討，力求探索出能夠有效激發(fā)學生學習興趣、調動學生學習的主觀能動性、提高學生的創(chuàng)新能力和學術思維的有效方法，并構建和諧的師生關系。

一、課程的教學目的和意義

隨著科技的迅猛發(fā)展，機器人已經在人類社會中發(fā)揮著越來越重要的作用。機器人與生物機械新生研討課的教學目的是通過介紹機器人和生物機械領域的最新發(fā)展和未來應用領域，激發(fā)學生對機器人技術的興趣，引導學生的創(chuàng)新思維，提高學生的學術素養(yǎng)。通過該課程的學習，提高獨立思考問題和解決問題的能力，讓學生養(yǎng)成自主學習和以問題為導向的學習能力，建立融洽的師生關系。

二、課程的教學模式

課程的教學過程中，突出研究性教學主旨的同時，充分考慮該課程主要面向大一新生中培優(yōu)班學生的特點，采用由淺入深的以問題為導向的教學模式，將課程分為四個部分：機器人技術的歷史與發(fā)展、智能機器人與醫(yī)療機器人、仿生機器人與生物機械、機器人結構。

機器人技術的歷史與發(fā)展部分側重于對機器人技術的發(fā)展和研究現(xiàn)狀進行介紹，利用大量的圖片和視頻吸引學生的注意力，并通過具體應用領域的介紹，讓新生對機器人產生濃厚的興趣，充分調動學生的求知欲。課堂上教師通過機器人技術給人類社會帶來的重大改變，引導學生對機器人的工作原理、控制技術等學術問題產生興趣，并以學生的問題為導向，逐步介紹機器人的相關技術，讓學生了解機器人是一種綜合了多種學科知識的機電一體化產品。通過師生之間的討論，探討和設想機器人技術的未來發(fā)展。

智能機器人與醫(yī)療機器人部分側重于通過講解具體的機器人實例，來引導學生對機器人的功能、結構、控制技術等問題展開深入的學習和探討。課堂上教師首先播放一段工業(yè)機器人在汽車生產線上的應用，并啟發(fā)學生探究工業(yè)機器人的運動和控制方式，學生針對相關技術提出了疑問，教師和學生一起分析相關資料，讓學生在自主學習和討論中了解工業(yè)機器人的分類、構型和控制等重要知識。接著教師借助于“達·芬奇”手術機器人的實際手術視頻，向學生介紹機器人技術在醫(yī)療領域的成功應用，手術機器人在運動精度和控制方式上與工業(yè)機器人相比有更高的要求。機器人技術引入醫(yī)療領域后，可以實現(xiàn)醫(yī)生的遠程操作控制，讓遠隔萬里的醫(yī)生可以為病人實施手術，而使用介入式醫(yī)療機器人可以實現(xiàn)微創(chuàng)手術，這些先進技術提高了人類的醫(yī)療水平。最后，師生共同對家用智能機器人進行設計研究，培養(yǎng)學生對機電一體化產品的設計思維和能力。

仿生機器人與生物機械部分側重于介紹由生物靈感而研制的仿生機器人和借助于生物體的生物機械。教師首先介紹仿生機器人的分類，按照飛行、爬行和水下游動三種運動方式將仿生機器人進行分類，利用仿生機器人視頻讓學生了解目前最先進的仿生機器人和相關研究機構的最新成果。自然界的生物經過了上億年的進化，擁有自己獨特的運動方式和形態(tài)特征，從仿生學角度，仿生分為功能仿生、結構仿生和控制仿生等，通過問題的提出，引導學生由周圍的生物作為啟發(fā)，提出自己的仿生機器人設計思想，并通過資料收集和課題討論提出較為完善的仿生機器人方案。生物機械是現(xiàn)代生物學、醫(yī)學、工程學和信息控制技術相互交叉和融合的產物，研究人員致力于通過機械機構來實現(xiàn)生物的運動，但是受到材料和制造技術的限制，在功能上與生物還存在很大差距。生物機械是一種嶄新的概念，通過在生物體上附加生物控制系統(tǒng)的方式來實現(xiàn)，這種方式克服了生物壽命短、訓練周期長和易生病的缺點，同時解決了普通機械的質量大、功耗大和需要定期維護的問題。生物機械具有更好的環(huán)境適應能力，是仿生機器人發(fā)展的重要研究方向。在激發(fā)學生學習興趣的同時，給學生提出機器人設計要求，并對學生設計方案進行課題討論和分析。

機器人結構部分側重于具體深入的介紹能實現(xiàn)不同功能的機械機構及其控制方式。通過前面的學習，學生已經對機器人技術有了一定的了解，本部分教學的主要目的就是對典型的機器人運動機構和控制方式以及控制器進行講解。由于選修課程的學生都來自大一，并且來自全校不同的學院，相關的知識背景存在較大差異，教學以較為直觀的現(xiàn)場參觀開始，通過典型工業(yè)機器人、醫(yī)療康復機器人、仿生爬行機器人和仿生水下機器人等機器人的運動執(zhí)行機構的參觀和現(xiàn)場講解，使學生對機械傳動有了較深的認識。然后，教師針對機器人使用的典型機械結構的運動原理和設計過程中的關鍵問題結合PPT進行詳細講解，并通過與學生進行討論加深學生對于講授知識的理解。

課程的考核分為兩個部分：一部分是平時課堂的討論和回答問題，這部分占最后成績的30%；另一部分是課程的學習報告，這部分占最后成績的70%。教師在課堂討論和回答問題過程中，注重啟發(fā)和調動學生的積極性，對學生的表現(xiàn)進行綜合評價和記錄。在課程結束時，要求學生應用所學的知識完成一份學習報告，報告可以針對機器人研究的關鍵技術進行剖析和綜述，也可以設計一種機器人，并對其功能、結構和控制系統(tǒng)進行闡述。

三、新生研討課的教學效果

新生研討課是一類特殊的課程，其特殊性在于其課程更注重對于學生創(chuàng)新能力和自主學習能力的培養(yǎng)，體現(xiàn)了以學生為中心的教學理念。通過16個學時的教學，學生表現(xiàn)出了濃厚的學習興趣，對于機器人技術的相關知識有了一定的了解。學生普遍反映教學過程比較輕松，與教師之間能夠頻繁互動，通過以問題為導向的研討，更好地掌握了新知識。

作為針對大一新生的一門研討課，在課程中教師注重對學生學習方式的引導，課程結束后，學生逐步適應了大學課程的學習，掌握了研究性學習的基本方法。

四、新生研討課教學模式的思考與啟示

新生研討課是一門打破傳統(tǒng)教育模式的課程，課程的教學模式有其獨特的特點，通過該課程的教學實踐，對課程教學有了一定的思考和啟示。

1.課程班級情況

新生研討課的教學特點決定了課程必須以小班教學的方式進行，要保證教師和學生之間的充分溝通和交流，要求班級人數(shù)一般低于20人。課程主要注重以學生為中心，小班教學有利于師生之間的互動，有利于教師掌握每一個學生的特點，并開展個性化教學。

2.課程的教學內容

新生研討課要重點強調學生的中心地位，實現(xiàn)翻轉課堂，教學內容以研討性內容為主，同時因為課程面向的新生，教學內容偏重于能吸引學生的最新科技。通過機器人課程的教學，學生反饋的信息也表明，剛進入大學的新生對大學的新知識有著較高的期望，希望能學習到最新的知識，課程中的前沿學術問題更能引起學生的興趣，激發(fā)學生的學習愿望，提高學生自主學習的動力。

3.課程的教學形式和方法

新生研討課的目標是幫助新生融入大學生活、培養(yǎng)學生的自主學習能力和提高學術素養(yǎng)。為了幫助學生適應大學生活，課程的教學過程中強調學生學習方式的培養(yǎng)，并且注重學生之間的溝通，通過不同專業(yè)學生之間的相互討論，讓學生擴大社交范圍。目前，具有選修該類課程資格的學生僅限于培優(yōu)班的大一新生，學生具有較好的學習基礎，為了實現(xiàn)大學的精英教育，要通過引導和啟發(fā)，使學生認識到高科技給人類生活帶來的巨大改變，同時向學生灌輸最先進的學術思維，讓學生的學習能力和學術素養(yǎng)得到初步形成，為以后的科研工作打下良好的基礎。教學過程中的隨堂作業(yè)和大作業(yè)，一方面是對課程所學知識的鞏固和深入，另一方面是學生學習能力培養(yǎng)的重要手段，同時也是對學生學習效果的考核。

近年來，新生研討課在我國大學中開始逐步推廣，是高校精英教育的重要組成部分。新生研討課的廣泛開展是我國教育改革的重要舉措，是提高高等教育質量的重要手段。新生研討課受到我國教育規(guī)模、師資質量和課程安排等多種因素的制約，為了充分發(fā)揮新生研討課的作用，需要通過不斷的探索和實踐來尋找一條適合實際的道路。

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致謝：南京航空航天大學2013-2014年本科專業(yè)建設項目——機器人與生物機械（項目編號1303JG0504K），衷心感謝該項目給予我們在研究經費上的大力支持。

編輯 魯翠紅