葛海浪 ， 唐友亮 ， 李光宇 ， 張 錦 ， 李守軍

（宿遷學院機電工程學院，江蘇 宿遷 223800）

0 引言

20世紀80年代，許多西方企業(yè)就指出了大學教育存在著研究與應用脫離、過分強調(diào)理論教育而輕視實踐教學，以及缺乏專業(yè)化和更新等問題[1]。后來的教育者努力尋找正確的教學模式，以期培養(yǎng)的學生能夠滿足行業(yè)的實際需求。這一過程先后經(jīng)歷了行為學派、認知學派和建構主義學派。建構主義學派強調(diào)教學方法應以學習者為中心，鼓勵學習者的積極參與。而基于項目式學習（Project-based learning，PJBL）正屬于建構主義學派的一種方法，它認為探究問題是學生有效學習的本質(zhì)，通過讓學生參與項目的方式來改善學習效果，開發(fā)相關技能[2]。

機器人技術融合了機械、自動化、傳感器、控制、大數(shù)據(jù)、機器視覺、計算機及人工智能等多種先進技術[3]。這一技術在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、服務業(yè)、國防、軍事、航空航天及醫(yī)療等眾多領域有著越來越多的應用[4-5]。當前社會對掌握機器人理論尤其是有機器人實踐經(jīng)驗的人才的需求越來越大，然而“機器人”課程的人才培養(yǎng)還是以傳統(tǒng)工科的理論教學為主，使得學校培養(yǎng)的機器人人才無法滿足企業(yè)的需求。作為地方應用型本科院校，宿遷學院開設了“機器人”實踐課程，以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新和實踐能力[6]。對“機器人”實踐課程進行改革，培養(yǎng)滿足社會需求的應用型本科人才是高校教師所面臨的重要課題。

1 “機器人”實踐課程特點

“機器人”實踐課程目前逐步成為高校機械及自動化專業(yè)的重要實踐課程之一，對于培養(yǎng)學生的實踐和創(chuàng)新能力具有重要意義[7]。在過去20年的傳統(tǒng)教學方法中，我國的“機器人”實踐課程教育存在重理論講授、輕課后實踐，重理論推導、輕實踐創(chuàng)新的問題。這使得學生的理論知識學得比較多，但是對于怎么應用這些理論知識卻不甚清楚，最終使得學生的創(chuàng)新能力和動手能力沒有得到充分提高，根據(jù)目標任務系統(tǒng)性地分析問題、解決問題的能力也比較弱。由于機器人相關實驗設備比較貴、操作復雜、后期維護保養(yǎng)花費高、軟件更新慢等問題，導致在“機器人”實踐課程的教學中，實踐教學基本都是演示論證性實踐，所有人的實踐任務和過程都是統(tǒng)一的，學生沒有獨立思考和創(chuàng)新的過程，學生的實踐創(chuàng)新能力自然無法得到有效提高[8]。因此，對“機器人”實踐課程的教學改革已經(jīng)迫在眉睫。

本“機器人”實踐課程的教學改革采用項目式教學法，根據(jù)實驗室不同的機器人相關設備，給各個課程實踐小組分配不一樣的任務，讓學生根據(jù)任務自行開發(fā)相關的機器人設備，根據(jù)最終實現(xiàn)任務功能的多少對學生進行評分，對于提高學生的實踐積極性、創(chuàng)新能力、分析解決問題能力有很大的幫助，教學改革效果顯著[9]。

2 實踐平臺和任務確定

2.1 實踐平臺的介紹

Bobac智能移動機器人，是深圳元創(chuàng)興科技有限公司推出的智能移動機器人，如圖1所示。Bobac是一款室內(nèi)服務機器人的學習和研究平臺，它搭載了上下兩層控制器以及服務機器人所需的所有傳感器，預裝了ROS機器人操作系統(tǒng)，提供了完整的教學課程方案，為“機器人”課程實踐教學提供了一個開放、簡潔、低成本、模塊化的綜合機器人平臺。

圖1 Bobac智能移動機器人

2.2 任務確定

項目式教學法需要項目任務的多樣性，足夠的項目任務才能從根本上實現(xiàn)培養(yǎng)學生能力的目的。對于項目任務，根據(jù)實驗室現(xiàn)有的Bobac智能移動機器人，教師可確定一批具有創(chuàng)新性的題目，比如對智能移動機器人進行軟件設計、硬件設計、行走算法設計、slam算法設計、特定功能實現(xiàn)等題目。各項目小組自由選擇題目，比如可以選擇“slam算法設計”作為題目，不同小組的任務盡量不要相同。水平較高的小組可以選擇較難的題目，水平一般的小組可以選擇相對簡單的題目。

3 教學改革

3.1 項目式教學法

在開展“機器人”課程實踐時，教師發(fā)布實踐項目任務要求，各小組根據(jù)任務要求設計移動機器人功能實現(xiàn)的方案路線、模塊選擇、動作設計與編程，組內(nèi)研討項目任務的難點問題，共同提出解決思路。然后，每個小組成員分配明確的任務，各個任務相關，成員之間必須緊密合作，努力完成自己的任務。學生根據(jù)自己的水平和興趣選擇項目任務，用這種項目任務驅動學習，可以大大激發(fā)學生的學習興趣。

基于實踐教學和項目式教學法的教學特點，教師沒有確定的評分標準來對整個班級的學生進行精確打分。具體評分時，教師根據(jù)學生的平時表現(xiàn)、實踐綜合能力、團隊表現(xiàn)、項目難度以及機器人功能的實現(xiàn)程度對學生進行綜合評分。

3.2 結合學科競賽開展實踐教學

當前，很多實踐課程的題目都是很多年不變的，學生參加實踐的熱情不斷降低，為了解決這一問題，可以把“機器人”課程實踐教學與機器人相關的學科競賽相結合。機器人相關的學科競賽要求完成的任務都是不斷更新也是最貼近機器人實際需求的，這可以讓學生接觸當下機器人發(fā)展的最前沿技術和市場上最急需解決的技術難題，學生參與“機器人”課程實踐的熱情高漲。教師發(fā)布機器人競賽任務后，指導學生根據(jù)要求完成競賽的準備工作，教師根據(jù)學生的準備情況、完成競賽任務進度對學生進行綜合評價，挑出最優(yōu)秀的1~3組學生去參加機器人學科競賽，這樣一來，促進了學生創(chuàng)新能力的進一步提高。

4 結語

把Bobac智能移動機器人應用到“機器人”課程實踐教學中，會綜合用到“機械原理”“機械設計”“C語言”“電子電路”“測試技術”“單片機與接口技術”“控制工程基礎”等課程知識，而且設置的實踐項目任務沒有標準答案，一切都是開放式的，只有類似任務是否完成、完成的質(zhì)量怎么樣這樣的指標。學生在項目任務的驅動下，在完全開放的 環(huán)境中根據(jù)自己的興趣選題，不斷地進行自主性的探索、調(diào)試、改進、優(yōu)化，遇到各種問題時，學生都會自發(fā)地去查閱各種書籍、資料以及咨詢老師。在這個過程中，營造起了很好的學習和研究氛圍。經(jīng)過“機器人”實踐課程的學習，學生的自主學習能力、創(chuàng)新能力、溝通能力、學習興趣得到了很大的提高。事實證明，應用Bobac智能移動機器人對“機器人”實踐課程進行的教學改革具有很好的效果，是培養(yǎng)學生實踐創(chuàng)新能力的一條有效途徑。