李海波　奚崢皓

摘 要 隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，機器人視覺技術(shù)作為人工智能技術(shù)中的一個重要內(nèi)容，其課程教學(xué)的及時更新，對于鞏固和提升學(xué)生的綜合能力起著重要的作用。本文結(jié)合目前機器視覺技術(shù)課程存在的問題，從課程的教學(xué)方案、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面做了初步的改革探索研究，以期能夠為教學(xué)質(zhì)量的提升提供一些新的思路，使培養(yǎng)的學(xué)生能夠更好地滿足社會的需求，同時能夠提升學(xué)生的創(chuàng)造能力與工程實踐能力。

關(guān)鍵詞 機器人視覺技術(shù) 教學(xué)改革 改進策略

中圖分類號：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2021.02.022

Reform and Exploration of Robot Vision Technology Course

LI Haibo， XI Zhenghao

（College of Electrical and Electronic Engineering， Shanghai University of Engineering Science， Shanghai 201620）

Abstract With the development of artificial intelligence technology， robot vision technology is an important content of artificial intelligence technology. The timely update of its course teaching plays an important role in consolidating and improving the comprehensive ability of students. This article combines the existing problems of the current machine vision technology courses， and makes preliminary reform and exploration research on the teaching plan， teaching content and teaching methods of the course， hoping to provide some new ideas for the improvement of teaching quality， so that the trained students can better meet the needs of society， and at the same time can improve students' creative ability and engineering practice ability.

Keywords robot vision technology， teaching reform， improvement strategy

0 引言

隨著人工智能產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，機器人視覺技術(shù)作為人工智能技術(shù)的一個重要內(nèi)容也必將得到更廣泛的應(yīng)用。目前，機器人視覺技術(shù)已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到了應(yīng)用，比如基于機器人視覺技術(shù)的智能定位系統(tǒng)[1]、柔性分揀及抓取[2]、檢測及避障[3]、跟蹤及測量[4]、環(huán)境感知等應(yīng)用。因此，機器人視覺技術(shù)也成為自動化、計算機及相關(guān)專業(yè)學(xué)生的一門重要專業(yè)課。機器人視覺技術(shù)課程是一門與實際結(jié)合較緊密的課程[5]，但在平時教學(xué)中主要是闡述基本理論算法，實驗仿真及模擬較少，使得學(xué)生往往難于掌握較抽象的相關(guān)理論。專業(yè)課主要是培養(yǎng)和提高學(xué)生專業(yè)知識與專業(yè)技能的課程，這就要求學(xué)生既要掌握基本專業(yè)理論與專業(yè)知識，了解本專業(yè)發(fā)展的前沿技術(shù)與趨勢，又要具有在本專業(yè)范圍內(nèi)解決一般問題的能力。如果學(xué)生對本課程的專業(yè)知識及理論不能很好的理解，那么他們對學(xué)習(xí)的熱情和學(xué)習(xí)效果就會大打折扣，嚴(yán)重影響學(xué)生對專業(yè)知識的掌握程度及解決實際專業(yè)問題的能力。

目前，雖然部分課程在講授過程中意識到了存在的問題，做了相關(guān)的實驗課安排，但仍然存在一定的問題。首先，課程內(nèi)容主要集中在較早的圖像處理實驗，內(nèi)容簡單，與目前的實際應(yīng)用需求匹配度不高。其次，雖然實驗室配備了計算機等硬件設(shè)備，但對于軟件及相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)框架的更新往往執(zhí)行不到位，由于機器人視覺技術(shù)發(fā)展速度較快，需要做及時的軟件及系統(tǒng)框架更新才能跟上實際應(yīng)用需求，達到培養(yǎng)學(xué)生具備社會發(fā)展需要的專業(yè)技能要求。本文結(jié)合以往教學(xué)經(jīng)驗對這門課程的建設(shè)做了探索性的研究。

1 教學(xué)方案與教學(xué)內(nèi)容的改革

1.1 教學(xué)方案的改革

在人工智能技術(shù)迅猛發(fā)展的背景下，機器人視覺技術(shù)作為一門理論性與實踐性較強的課程，對于學(xué)生畢業(yè)后的求職就業(yè)具有重要的影響，也是檢測工程教育效果的一門重要課程。為了避免課程教學(xué)與社會實際需求脫節(jié)，教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置擬跟蹤社會上各科技公司的技術(shù)研發(fā)案例，采用理論知識加實際案例的形式進行教學(xué)。通過對實際案例算法程序的調(diào)試運行，使學(xué)生更深一步地理解相關(guān)的理論知識。理論知識是機器人視覺技術(shù)課程的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，相關(guān)的理論不僅僅局限于應(yīng)用到一種或一類算法案例中，而是在整個機器人視覺識別系統(tǒng)中都會得到廣泛的應(yīng)用。理論知識是視覺識別算法的支撐，通過實際案例復(fù)現(xiàn)理論知識的應(yīng)用效果，可以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情與參與實際應(yīng)用案例的積極性。

1.2 教學(xué)內(nèi)容的改革

傳統(tǒng)的機器人視覺技術(shù)教學(xué)缺乏實際案例應(yīng)用環(huán)節(jié)，以理論知識為主的教學(xué)加以簡單少量的程序驗證，學(xué)生學(xué)習(xí)熱情不高，感覺枯燥，很難得到較好的教學(xué)效果。因此，在后續(xù)的教學(xué)中，擬緊密結(jié)合人工智能技術(shù)的發(fā)展趨勢，追蹤機器人視覺技術(shù)與其他技術(shù)的交叉融合狀況，參與社會對相關(guān)技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用，使學(xué)生了解到相關(guān)技術(shù)的發(fā)展水平。通過增加實際應(yīng)用案例的教學(xué)，一方面可以幫助學(xué)生實現(xiàn)對相關(guān)理論算法的驗證，另一方面可以加深學(xué)生對相關(guān)理論基礎(chǔ)知識的理解與掌握。

對于課程教學(xué)內(nèi)容的安排設(shè)計，首先需要理解和分析機器人視覺工作的原理，立足于理論基礎(chǔ)知識通過案例體現(xiàn)其應(yīng)用效果，主要從兩個方面組織教學(xué)內(nèi)容。一方面是有針對性的重點介紹在機器人視覺技術(shù)中需要用到的理論基礎(chǔ)知識，節(jié)省學(xué)生的學(xué)習(xí)精力，重點集中到視覺算法的基本概念、設(shè)計思路，徹底理解相關(guān)算法的工作原理。由淺入深地介紹相關(guān)模型的建模、分析與應(yīng)用過程，實現(xiàn)理論知識與現(xiàn)實案例的過渡與連接。另一方面，在課堂教學(xué)過程中，應(yīng)特別注意將目前人臉識別等相關(guān)較成熟技術(shù)作為部分教學(xué)內(nèi)容在課堂教授，讓學(xué)生更容易直觀地感受到技術(shù)發(fā)展的力量，激發(fā)起他們學(xué)習(xí)的興趣。在教學(xué)過程中，需要注重理論知識與實際案例的關(guān)聯(lián)，這樣有利于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力與創(chuàng)造能力。在課時分配方面，應(yīng)注重理論知識與案例介紹的課時平衡，留有充足的課時讓學(xué)生熟悉相關(guān)案例的設(shè)計與建模方法，更好的理解所學(xué)的知識。

2 教學(xué)方法的實施與優(yōu)化

2.1 豐富立體的教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)內(nèi)容體現(xiàn)了課程的核心價值，也推進了教學(xué)內(nèi)容的改革。隨著各個學(xué)科與機器人視覺技術(shù)的交叉，應(yīng)密切關(guān)注機器人視覺技術(shù)的發(fā)展趨勢，為學(xué)生打開學(xué)習(xí)的視野。將學(xué)習(xí)的方法、基礎(chǔ)理論知識作為課程教學(xué)的起點，通過引入社會科學(xué)技術(shù)發(fā)展的前沿案例，建立以機器視覺理論為主線，前沿案例為輔的機器人視覺技術(shù)課程體系。以對最新成功應(yīng)用案例分析的方式深化學(xué)生對機器視覺理論的理解，根據(jù)實際教學(xué)效果反饋，不斷對教學(xué)內(nèi)容進行調(diào)整，達到更好的教學(xué)效果?？紤]到教材知識的更新總是要滯后一些，為了避免教學(xué)知識與知識的發(fā)展產(chǎn)生脫節(jié)問題，教師可以將自己的科研與教學(xué)內(nèi)容結(jié)合，作為補充，將科研中的新成果向同學(xué)們進行介紹，給同學(xué)們展示科研的目的和意義。此外，教學(xué)內(nèi)容不僅局限于相關(guān)理論知識及相關(guān)前沿案例，還要考慮到該課程對學(xué)生全面能力的培養(yǎng)，還要引入思政元素，向同學(xué)們介紹奮戰(zhàn)在機器人視覺技術(shù)一線的杰出工作者，介紹他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維態(tài)度、勤奮刻苦的工作精神，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思考方式及刻苦學(xué)習(xí)的精神。

2.2 良好的教學(xué)策略

以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情為出發(fā)點，根據(jù)現(xiàn)實案例引導(dǎo)學(xué)生進行思考，可以形成部分內(nèi)容 “翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)模式，讓學(xué)生在實踐中發(fā)現(xiàn)問題，通過討論交流意識到理論知識的意義，從而能對工程實踐進行更好地理解。這種教學(xué)方式，不但可以提高學(xué)生自我成長的實踐能力，還能提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。教學(xué)過程中側(cè)重于學(xué)生的思考能力與動手能力培養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。課堂教學(xué)提倡師生互動，打破沉默式教學(xué)，設(shè)置討論知識點，讓學(xué)生積極參與到課堂討論中來，訓(xùn)練學(xué)生的思考與表達能力。如果學(xué)生對知識點理解出現(xiàn)偏差，教師可以對其進行糾正，使教學(xué)目標(biāo)與學(xué)生的表現(xiàn)趨向于一致。課堂教學(xué)過程中設(shè)置少量習(xí)題，增加學(xué)生對相關(guān)知識點的理解程度，同時可以獲得學(xué)生的學(xué)習(xí)效果反饋。為了使學(xué)生更深入地理解所學(xué)知識，補充項目牽引的教學(xué)方式，項目驅(qū)動教學(xué)有利于提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。[6]以實際工程項目為背景，結(jié)合案例需求，加深學(xué)生對相關(guān)知識的掌握，使學(xué)生有學(xué)以致用的直觀感受。

2.3 多維空間教學(xué)平臺

課程教學(xué)從多維度開展，使學(xué)生加深對機器人視覺理論的理解，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力。選用國外經(jīng)典教材，根據(jù)教材內(nèi)容制作圖文并茂的教學(xué)課件，直觀形象的介紹相關(guān)理論基礎(chǔ)知識，致力于從提高學(xué)生的興趣出發(fā)，使學(xué)生更好地完成對相關(guān)知識的掌握吸收。對于課程中部分迭代理論知識，采用板書推導(dǎo)的方式使學(xué)生充分理解蘊含在其中的邏輯規(guī)則。采用多媒體課件與板書互動的教學(xué)方式，集中學(xué)生的注意力，獲取最佳的教學(xué)效果。同時，利用學(xué)習(xí)通等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，建立內(nèi)容豐富的微課資源包，提供相關(guān)教學(xué)案例的示例代碼，供學(xué)生在課后有針對性地進行補充學(xué)習(xí)。此外，開放學(xué)院的實驗室，結(jié)合課堂教學(xué)，讓學(xué)生在實踐中對所學(xué)知識進行更好的領(lǐng)悟。實驗教學(xué)有利于培養(yǎng)高素質(zhì)工程技術(shù)人才，是理論聯(lián)系實際的重要教學(xué)手段。鼓勵學(xué)生在課余時間去實驗室動手實踐，增強學(xué)生的工程實踐能力。

3 小結(jié)

隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，機器人視覺技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，因此機器人視覺技術(shù)教學(xué)對于培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力具有重要的作用。對機器人視覺技術(shù)教學(xué)的改革，不僅可以改善傳統(tǒng)教學(xué)使學(xué)生感到枯燥乏味的弊端，而且還可以通過實際案例彌補與社會需求脫節(jié)的缺點，提高教學(xué)質(zhì)量，拓寬學(xué)生的視野。本文對機器人視覺技術(shù)的教學(xué)改革做了初步探討，分別從教學(xué)方案與教學(xué)內(nèi)容的改革、教學(xué)方法的實施與優(yōu)化等方面分析了教學(xué)改革的重要作用，致力于通過實際案例與理論知識結(jié)合的應(yīng)用教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力與創(chuàng)新能力，為培養(yǎng)高素質(zhì)工程人才打下堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻

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