在新工科教學(xué)體系改革中，課程建設(shè)與教學(xué)方法研究是實現(xiàn)新工科人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)。為此本文就大學(xué)工程類專業(yè)中教學(xué)“人機交互技術(shù)”這門學(xué)科為例，探討適應(yīng)新工科培養(yǎng)目標(biāo)的教學(xué)方法。

“人機交互技術(shù)”學(xué)科具有很強的學(xué)科交叉性，是人工智能領(lǐng)域機器人研究方向的研究熱點之一，被列為了支撐信息技術(shù)發(fā)展的科學(xué)基礎(chǔ)之一。理論聯(lián)系實踐，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力是高等院校在培養(yǎng)新型工程應(yīng)用型人才的重要目標(biāo)。強化項目實踐教學(xué)是實現(xiàn)新工科發(fā)展目標(biāo)的重要手段。

一、教學(xué)改革目標(biāo)與措施

“人機交互技術(shù)”具有綜合性強、應(yīng)用性和實踐性強的特點，是培養(yǎng)學(xué)生工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力一個重要載體。但目前傳統(tǒng)的教學(xué)模式教學(xué)內(nèi)容單一，綜合訓(xùn)練程度不夠，缺乏對人機接口技術(shù)理論知識的充分理解，實踐動手能力較弱，難于符合新工科的培養(yǎng)目標(biāo)。激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、強化學(xué)生掌握理論知識、解決工程應(yīng)用及培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力成為了新工科課程實踐教學(xué)改革中一個亟待解決的問題。

二、教學(xué)改革目標(biāo)與措施

1.教學(xué)改革目標(biāo)。以新工科人才培養(yǎng)中交叉學(xué)科課程建設(shè)為目標(biāo)，通過“理論教學(xué)與項目實踐”相結(jié)合的教學(xué)法的研究和探索，從本質(zhì)上改變傳統(tǒng)教學(xué)法中的實驗實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，改變只重視理論、內(nèi)容單一、工程應(yīng)用背景不強及不能獨立解決問題的薄弱環(huán)節(jié)。

在采用“理論教學(xué)與項目實踐”教學(xué)方法中培養(yǎng)學(xué)生具有如下幾方面的能力：完成項目解決方案的資料收集、閱讀、整理能力；人機接口課程的理論知識掌握與實踐應(yīng)用能力；工程實踐問題的提出、解決能力；綜合基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程知識運用能力；項目實施過程中軟件編程、硬件設(shè)計制造、儀器儀表的使用能力；項目實施相關(guān)技術(shù)文檔撰寫方面的能力；提高學(xué)生之間的技術(shù)交流和團隊協(xié)作能力。

2.項目實踐設(shè)計舉例。將項目分成四個階段：第一階段，提出工程實踐問題確立項目；第二階段，確定項目研究的目標(biāo)及研究方案及研究計劃；第三階段，項目實施過程（包括機械結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造、軟件編程、實驗調(diào)試）及技術(shù)文檔撰寫；第四階段，項目終期檢查（包括項目成果總結(jié)與回報）?！袄碚摻虒W(xué)與項目實踐”教學(xué)法實施過程及學(xué)生能力培養(yǎng)如圖1所示。

圖1 “理論教學(xué)與項目實踐”相結(jié)合教學(xué)法實施過程及學(xué)生能力培養(yǎng)

3.“理論教學(xué)與項目實踐”課程教學(xué)案例。基于CDIO （Conceive、Design、Implement、operate，即構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行）理念的項目驅(qū)動式教學(xué)模式。本文強調(diào)以項目驅(qū)動為主線，以教師基礎(chǔ)理論分塊講述為前提，以解決企業(yè)生產(chǎn)實踐問題為項目目標(biāo)，以教師為引導(dǎo)、學(xué)生為主導(dǎo)的理論知識與實踐相結(jié)合的創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式，提高學(xué)生解決企業(yè)生產(chǎn)實際問題的能力，同時提高學(xué)生團隊協(xié)作精神。為此，本文以基于手勢識別的無人機控制為人機交互技術(shù)課程教學(xué)的實踐項目，更大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲，充分發(fā)揮學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性，從而培養(yǎng)學(xué)生主動查閱資料、主動學(xué)習(xí)、分析生產(chǎn)實踐問題、解決問題的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)意識，培養(yǎng)科學(xué)探索及團隊協(xié)作精神。

基于手勢識別的無人機控制項目（案例）如圖2（P76）所示。

該項目讓學(xué)生用自己的身體（手勢）去控制無人機是機器人研究領(lǐng)域中人機交互（Human Robot Interaction， HRI）方向的一個基本項目。項目特點：①該項目能夠提升高校自動化類、機械類以及計算機類專業(yè)課程理論知識的綜合運用能力，具體體現(xiàn)如無人機結(jié)構(gòu)設(shè)計、力學(xué)與運動學(xué)分析、電機拖動與運動控制技術(shù)、電機驅(qū)動技術(shù)、傳感器技術(shù)、微機原理與接口技術(shù)、編程語言及應(yīng)用等；②該項目能培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，體現(xiàn)在無人機的設(shè)計、加工制造方面；③能夠激發(fā)學(xué)生的興趣、拓展視野，將機器人領(lǐng)域人機交互系統(tǒng)問題的科學(xué)研究融入到課程教學(xué)中；④項目需要多人協(xié)調(diào)、彼此合作才能完成，這能夠提高學(xué)生的團隊合作精神，還能培養(yǎng)學(xué)生具有項目承擔(dān)和負責(zé)的領(lǐng)導(dǎo)能力。

4.教學(xué)效果評估。課程教學(xué)效果評估采用問卷調(diào)查的方式進行，以華南農(nóng)業(yè)大學(xué)2013級公選課“人機交互技術(shù)”課程學(xué)生100人為樣本（其中每班50人）， A班用“理論教學(xué)與項目實踐”相結(jié)合的教學(xué)法，簡稱“教改班”，B班采取常規(guī)理論教學(xué)方法，簡稱“常規(guī)班”。兩班課堂教學(xué)都為32學(xué)時，其中A班 用16學(xué)時講述理論知識，用16學(xué)時討論項目方案及項目成果匯報；B班用28學(xué)時講述理論知識，4學(xué)時用于學(xué)生討論。A班課外課時比B班多兩倍。A班課外學(xué)時數(shù)為32學(xué)時，主要用于項目實踐；B班課外學(xué)時數(shù)為16學(xué)時，主要用來完成老師布置的課后作業(yè)。

圖2 項目方案圖

教學(xué)效果評估采用理論考試和學(xué)生問卷調(diào)查的形式，分別為表1和表2。理論考試主要考查學(xué)生兩部分能力：一是掌握基礎(chǔ)理論知識的能力，二是知識運用能力。結(jié)果表明A班教學(xué)效果好，能夠達到新工科教學(xué)目標(biāo)要求。

表1 課程理論知識考試情況分析表

表2 項目問卷調(diào)查

從上表可以看出，A班在教學(xué)評估設(shè)計中取得了很好的成績。

本文以“理論教學(xué)與項目實踐”相結(jié)合的教學(xué)法對我?！叭藱C交互技術(shù)”課程的進行教學(xué)改革和探索以及教學(xué)實驗，實驗證明該法滿足新工科教學(xué)目標(biāo)的要求。但需要指出的是，在項目實踐的設(shè)計上需要積累大量的教學(xué)經(jīng)驗才能更好地推動“理論教學(xué)與項目實踐”教學(xué)法的實施。

參考文獻：

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