深入完善“智能机器人”实践课程体系，促进实践教学

王旭仁　何　花　周　全　刘丽珍

摘要：实践教学是培养学生实践能力，培养创新、创业人才的重要教学环节。“智能机器人”是一门实践性非常强的工科专业课，它的实践性教学设计思想是通过各种手段增加学生参加实践的机会，培养学生的实际工作能力。本文主要论述了“智能机器人”课程实践教学的实施方法、手段和发展方向，教学的实际结果表明，学生对该课程的实践教学是欢迎的，教学效果也比较显著。

关键词：计算机应用；实践教学；智能机器人

中图分类号：G642文献标识码：B

突出学生实践能力的培养是工科专业教育重要和显著的特征。加强对工科专业课程的实践教学研究，有助于教育培养目标的实现。实践教学要改变过去一味对学生“灌”的教法，树立学生主动学习的兴趣和意识，突出学生实践能力的培养。湖南大学孙宗禹认为，当前应重构实践教学体系，因为实践是创新的基础，所以应该彻底改变传统教育模式下实践教学处于从属地位的状况。这不仅能使学生掌握扎实的基本知识与技能，而且对提高学生的综合素质大有好处。

1实践教学

1.1实践教学的含义

“实践”一词在中国的广为流传，是在唯物史观在中国被确立为主流思想以后。尤其是1978年《实践是检验真理的唯一标准》一文发表后，“实践”成为中国大陆使用频率最高，最为人们耳熟能详的词语之一，通常与“理论”对应使用。因此，实践教学首先是一个与理论教学相对的教育术语。有的学者认为，实践教学是指在教学计划内，以培养学生的创新精神和能力为主而独立设置的实践教学环节，同时，也包括列入选修课或课外科技活动的实践教学环节；前苏联著名教学论专家赞科夫在总结他持续16年对教学与发展问题进行实验研究的著作《教学论与生活》一书中指出：“科学的教学论应建立在研究教学的实践及其改造的基础之上，这是无可争论的真理。对实践的研究可有各种不同的形式，既可研究并概括教师的先进经验，也可进行实验，而实验是为了查明效果和解释‘现成的经验，有时是为了创造新的经验等等。”由这些论述可以看出，实践教学与理论教学既有密切联系，又有相对独立性。它对提高学生的综合素质，培养他们的创新精神与实践能力有着理论教学不可替代的特殊作用。

1.2实践教学的形式

实践教学的形式多种多样，包括实验、实习、社会实践、课程设计、比赛、学年论文、毕业论文等，不同类型的实践教学环节在教学计划中的地位、顺序、时间分配等方面要符合培养目标的要求，和相关课程相匹配。一是要追踪课程内容的更新；二是要加强对学生创新思维和综合能力的培养。

1.3实践教学的重要性

教育部《关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见(征求意见稿)》(教高司函(2004)259号)指出，高等学校应着眼于国家发展和人的全面发展需要，坚持知识、能力、素质协调发展，注重能力培养，着力提高大学生的学习能力、实践能力和创新能力。

2“智能机器人”的课程特点

2.1“智能机器人”的课程特点

“智能机器人”是我校智能科学与技术、计算机非师范专业高年级学生的一门重要的专业课程，涉及的学科范围包括力学、机器人拓扑学、机械学、电子学与微电子学、控制论、计算机、生物学、人工智能、系统工程等诸多课程。因此是一门理论性、实践性和综合性很强的课程，也是培养学生具有机械设计能力、可以直接解决实际问题的课程。

“智能机器人”实践教学体系主要包括实验教学和课程设计两部分。要真正学好本课程，除了理论课外，更重要的是将知识应用于实践。

2.2实践教学基础

(1)讲授机器人课程

教学小组已经多次为智能科学与技术、计算机师范和非师范专业高年级本科生开设机器人课程，具备进行实践课程建设的理论基础和指导思想。并进行了“智能机器人”课程建设。

(2)单独开设“智能机器人”实践课程

从2008年春季学期开始，为了重视实践课程的开展，独立开设了1学分的“智能机器人”实践课程，共18学时。彻底改变“智能机器人”实践教学处于从属地位的状况，对“智能机器人”实践课程体系的建设起到重要支撑作用。

(3)配置机器人实验设备

信息工程学院机器人实验室购买了广茂达机器人、南京工业大学的示教——再现机器人、机器人足球小型组机器人等设备以及Matlab软件，为开设机器人实验提供了良好的实验设备和环境。

(4)开展机器人实验课程在上述实验条件的基础上，授课小组为智能科学与技术、计算机师范和非师范专业已经开设过累计4学期以上的实验，积累了实践教学的经验。

(5)开展机器人实验科研

在已有设备的基础上，积极指导学生开展学生科研和申请校级实验室项目3项，指导学生参加Robtic机器人足球小型组比赛。我校学生在2007年Robtic机器人足球小型组比赛中获得大学组第六名。拓展学生动手能力，培养学生探索精神。

3深入完善“智能机器人”实践课程体系

我们一方面完善机器人实验课程体系，在常规实验教学中培养学生的创新能力和实验动手能力，使项目研究成果促进实验教学质量的提高，进一步改革实验教学。另一方面，在进行实验教学时即可根据学生的特点和能力进行个性化教学和培养，在掌握基本技能的同时充分发挥学生的能动性和主体性，培养学生的创新思维和创新能力。

3.1实验教学研究

在实验课程体系建设过程中，注重实验的选择和比较，形成完善的实验手册。传统的实验教学是使学生掌握相关的实验方法和技术，并利用这些方法对理论课的内容进行验证，加深和巩固理论知识。这些固然重要，但却在客观上造成了学生缺乏思考的后果，对于培养学生的科研能力和创新精神极为不利。因此，完善机器人实验课程的宗旨是，既要让学生能够掌握有关的技术，锻炼学生的动手能力，又能够开发学生科学研究的潜力，锻炼和培养他们的创造力。

3.2基于硬件设备的实验内容研究

首先，利用已有的实验设备——广茂达能力风暴大学版机器人和创新模块、南京工业大学的示教——再现机器人、机器人足球小型组机器人等设备，进行机器人的控制系统实验、感觉系统实验、机器人离线编程实验、机器人轨迹规划等实验改革，按照“由浅入深、循序渐进”的方式编写程序，使学生对机器人课程知识的融会贯通，让学生学会提出问题、分析和解决问题，不断提高实践能力和创新能力。

图1是某个学生小组花了5个实验课时，利用广茂达能力风暴大学版机器人和创新模块所搭建的“三自由度自动加工机床”，学生们从实践中检验了所学的理论，体验到成功的喜悦!

3.3基于Matlab软件的实验内容研究

Matlab是一种编程语言，科学计算功能强大。在国外，

尤其是美国，早在八十年代末期，各著名大学已开设MATLAB课程。本项目添加了利用Matlab软件进行的实验设计，解决机器人数学问题，即对机器人学中的空间描述和变换、操作臂运动学、操作臂逆运动学、速度和静力、操作臂动力学、操作臂的机械设计等数学问题进行实验建设，利用Matlab的Robotics工具箱检查运行结果，并引导学生对实验结果进行讨论，激发学生学习机器人理论的兴趣，克服他们对数学的恐惧。

3.4课程设计研究

进行课程设计研究，把课程设计引入到机器人课程实验中来。课程设计是真正将所学知识应用于实践的一次检验。教师鼓励学生几人一组，对某一感兴趣的机器人课题进行调研，用所学知识进行改进，自行创新设计。例如，在“智能机器人”实验课程上，学生每两人或三人为一小组，给出课程设计的提纲，每组完成后进行答辩和演示，其他小组进行提问，答辩的问题涉及从总体方案到计算等，学生走到讲台上讲自己的构想，包括评价自己设计的不足，还可能怎么创新等，最后进行总体评价。因此，课程设计是培养学生能力，特别是创新能力的好机会。

3.5评价标准研究

改变以前根据几个实验报告或数据给成绩的单一实验评分方法。在实践的每一个环节，包括提出问题、解决问题、答辩、演示、问题解答等，都对每个学生的能力有所评价，在指导过程中考察学生的设计水平，在答辩过程中发掘学生的发现问题、解决问题的能力，建立能真实反映学生实践水平的评价标准。

3.6灵活多样的实践学习方式

由于“智能机器人”实践内容较多、实验难度较高，仅仅18课时的实验时间是远远不够的。因此，除了在学校统一安排实验课时外，每周安排固定时间开放实验室，欢迎学生在开放时间内继续完成没有做完的实验或者进行自主实验设计等，同时安排老师指导。

机器人技术的发展日新月异，为了让学生了解新技术的发展状况和水平，我们安排学生参观机器人展览，亲眼观看机器鱼、机器狗、仿人机器人等产品，旁听与机器人技术相关的学术会议，提高学生对机器人技术发展的感性认识，提高学生对机器人课程的热爱程度。

其他实践学习方式还包括参加机器人竞赛、进行机器人毕业设计、进行机器人专业实习等。

4结论

通过“智能机器人”实践课程建设，我们将建立完善的机器人实验课程体系，包括实验教学改革研究、完善基于硬件设备的机器人实验建设、基于Matlab的机器人实验建设、机器人课程设计建设以及实践评价标准建设，从而促进机器人实践教学发展，使学生对机器人课程知识融会贯通，让学生学会提出问题、分析和解决问题，不断提高实践能力和创新能力；使学生的创新思维和创新能力不断提高，促进实践教学的发展。