張晉通

摘要：機(jī)器人是一個多學(xué)科高度交叉的新興前沿領(lǐng)域，在智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的教學(xué)改革和學(xué)生綜合素質(zhì)培養(yǎng)上發(fā)揮著舉足輕重的作用。國內(nèi)許多高校都開展了與機(jī)器人相關(guān)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課外活動。但是，如何圍繞機(jī)器人來構(gòu)建多元化的實(shí)踐創(chuàng)新培養(yǎng)體系，真正利用好機(jī)器人這一平臺，是一個值得關(guān)注的問題。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人;實(shí)驗(yàn)室;建設(shè)

我國的高等工程教育從20世紀(jì)50年代起，采用的基本上是科學(xué)主導(dǎo)工程的理念。目前，由國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃提出的“中國創(chuàng)造”等宏偉目標(biāo)驅(qū)動，國內(nèi)很多高校正在積極推動工程教育回歸工程（動手、實(shí)踐、創(chuàng)新）運(yùn)動，通過培養(yǎng)學(xué)生動手能力和工程實(shí)踐能力，達(dá)到創(chuàng)新實(shí)踐教育所提出的目標(biāo)。建設(shè)機(jī)器人工程實(shí)踐創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室（以下簡稱機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室）就是這一理念的具體實(shí)踐。

一、機(jī)器人工程實(shí)踐創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)思路

機(jī)器人作為一種比較典型的機(jī)電一體化的產(chǎn)品，不僅涉及電子、機(jī)械等基礎(chǔ)學(xué)科，還涉及自動控制和計算機(jī)技術(shù)等比較高級的學(xué)科知識，這就直接導(dǎo)致了機(jī)器人這一類型的產(chǎn)品具有理論性和實(shí)踐性都十分強(qiáng)的特點(diǎn)。而機(jī)器人工程實(shí)踐創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的具體思路，總結(jié)如下：首先就是將機(jī)器人作為教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)對象，通過項(xiàng)目的方式展開相關(guān)理論或?qū)嵺`知識的教學(xué)，在教學(xué)過程中使學(xué)生能夠掌握各種知識的實(shí)際應(yīng)用，從而提高學(xué)社會能夠的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力，最后達(dá)到培養(yǎng)出具有充分的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、創(chuàng)新能力強(qiáng)的、能夠適應(yīng)社會需要的畢業(yè)生。而機(jī)器人工程實(shí)踐創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室作為一個十分重要的平臺，還可以激發(fā)學(xué)生對于學(xué)習(xí)的興趣和熱情，使學(xué)生對自己的能力和不足都有一個正確的認(rèn)識，從而能夠更有針對性地做出改正。

二、機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室建設(shè)原則

（1）設(shè)計理念的先進(jìn)性：為了保證機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的先進(jìn)性，必須考慮“模塊化、可重構(gòu)、全開放、標(biāo)準(zhǔn)化”的設(shè)計理念，通過工業(yè)總線將各個機(jī)器人功能模塊連接成統(tǒng)一的整體，符合“分布式控制”、“分布式計算”、“模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化”的發(fā)展趨勢。

（2）強(qiáng)大的實(shí)用性：由于采取模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、全開放的設(shè)計理念，可以把復(fù)雜的機(jī)器人控制系統(tǒng)劃分為多個簡單的功能組合。學(xué)生學(xué)習(xí)時深入淺出，由易到難，適應(yīng)本科低年級、本科高年級、研究生等不同階段的教學(xué)與研究需要。

（3）配置的合理性：機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室配備的相關(guān)實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)踐設(shè)備必須適當(dāng)合理，既能覆蓋本科及研究生教學(xué)，又能適用于不同層次的教學(xué)任務(wù)。

三、機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室建設(shè)目標(biāo)和特點(diǎn)

機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的主要建設(shè)目標(biāo)如下。

（1）在不改變現(xiàn)有教學(xué)體系和大綱的前提下，通過機(jī)器人實(shí)踐和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，逐步將工程教育由“科學(xué)主導(dǎo)工程”轉(zhuǎn)變?yōu)椤肮こ探逃貧w工程”的培養(yǎng)方式。為社會培養(yǎng)實(shí)用人才，包括創(chuàng)新型人才和工程操作型人才，提高就業(yè)水平;使學(xué)生能將獲得的理論知識運(yùn)用到工程實(shí)踐中。

（2）機(jī)器人技術(shù)的創(chuàng)新實(shí)踐教育包括學(xué)生自主創(chuàng)新活動和課堂競賽等形式，讓學(xué)生通過在機(jī)器人載體上的親手實(shí)踐，提高其對課堂知識理解的深度與準(zhǔn)確性。

（3）通過參與主流的機(jī)器人競賽，使學(xué)生在競賽中運(yùn)用工程和科學(xué)知識，并且與其他隊(duì)伍交流、競爭，達(dá)到鍛煉學(xué)生工程素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生工程創(chuàng)新思想，樹立學(xué)校和所在專業(yè)品牌形象的目的。機(jī)器人競賽是工程教育回歸工程理念的最好的鍛煉平臺，可以促進(jìn)“教學(xué)、科研、競賽”三方面的良性循環(huán)和整體學(xué)科實(shí)力的螺旋式上升。

（4）本實(shí)驗(yàn)室還可以作為學(xué)生課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計的支撐平臺。

三、機(jī)器人工程實(shí)踐創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)內(nèi)容

（1）以基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程為基礎(chǔ)展開的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

機(jī)器人工程實(shí)踐創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)也可以作為課程教學(xué)的教室，并且還可以為學(xué)生提供很好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和條件。首先，教師在教學(xué)相關(guān)的理論之前，就可以向?qū)W生展示與理論應(yīng)用相關(guān)的機(jī)器人構(gòu)型，通過代碼開放、蛇形機(jī)器人、標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械狗等展示，使學(xué)生對于該門學(xué)科有一個基本的了解。之后在實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中，可以結(jié)合具體的例子將基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程有效的結(jié)合起來，進(jìn)一步提高教學(xué)的效果。

（2）以實(shí)際為根本展開項(xiàng)目式教學(xué)

項(xiàng)目式教學(xué)就是將整個教學(xué)課程中的知識體系都細(xì)分為若干個教學(xué)項(xiàng)目，學(xué)生通過小的項(xiàng)目的學(xué)習(xí)或者是參與來完成學(xué)習(xí)的方法，掌握知識和提高自身的能力水平。項(xiàng)目式教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)是可以避免傳統(tǒng)教學(xué)方式的弊端，比如系統(tǒng)性和整體性，強(qiáng)調(diào)學(xué)生動手實(shí)踐能力。

（3）創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)可以分為課程導(dǎo)入階段、基礎(chǔ)項(xiàng)目階段、深度項(xiàng)目階段課程設(shè)計階段。導(dǎo)入階段指的就是通過機(jī)器人的展示吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生初步了解實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容，為今后的深入學(xué)習(xí)做準(zhǔn)備。基礎(chǔ)項(xiàng)目階段指的是通過項(xiàng)目式教學(xué)的方式，綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)知識，達(dá)到綜合應(yīng)用的目的。深度項(xiàng)目指的是引導(dǎo)學(xué)生實(shí)踐或參與項(xiàng)目，最終達(dá)到鍛煉學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐以及鞏固基礎(chǔ)知識的目的。最后就是課程設(shè)計階段，即為學(xué)生的課程設(shè)計提供一個有效的平臺。

（4）師資力量

可以說師資力量是決定機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的根本，主要是因?yàn)闄C(jī)器人實(shí)驗(yàn)室和實(shí)際教學(xué)都離不開教師的指導(dǎo)，在建設(shè)機(jī)器人工程實(shí)踐創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室時，需要教師具備一定的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)和機(jī)器人教學(xué)的知識和能力。因此對于師資力量的配備具有以下的要求：

1）專職教師

專職教師主要工作是教學(xué)授課以及知道學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用。因此對于專職教師的要求是具有機(jī)械、電子或者是自動化相關(guān)學(xué)科的背景，并且對于機(jī)器人技術(shù)和理論應(yīng)用有一定的了解。專職教師的人數(shù)控制在1～2個之間就足夠了。

2）實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師

實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師的作用主要是指導(dǎo)學(xué)生的實(shí)踐動手操作，并起到答疑解惑的作用。對于實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師要求不是很高，只要具有相關(guān)專業(yè)背景或者參加過機(jī)器人的競賽的高年級本科生、研究生就可以了。

結(jié)語

機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的多元化建設(shè)是我校實(shí)踐教學(xué)改革的一次有益嘗試 ， 激發(fā) 了學(xué)生科技研發(fā)的興趣和愛好， 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和團(tuán)隊(duì)合作精神， 同時也為活躍校園科技 ， 培養(yǎng)科技創(chuàng)新人才提供了一個有益的平臺。

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