谈《机器人学》课程教学与大学生创新教育

刘云平

南京信息工程大学信息与控制学院，江苏南京 210044

谈《机器人学》课程教学与大学生创新教育

刘云平

南京信息工程大学信息与控制学院，江苏南京 210044

大学生创新能力的高低在很大程度上决定国家未来的创新力和竞争力，其创新能力培养是现代高校的一项重要任务。针对机器人学课程的教学内容特点，及其在大学生创新教育中的地位和作用，本文探讨了通过机器人学教学方式提高大学生的在该领域内的创新能力和创新思维。使大学生充分发挥自己的能动性和主动性，从而提高大学生综合素质和培养质量。

机器人学；大学生；创新教育

引言

创新是一个国家发展的不竭动力, 其中大学生是最活跃的创新思维群体之一。大学生是国家重要的人才资源之一，他们创新能力的高低很大程度上影响着我们国家在国际社会中创新力、竞争力的地位。近些年来，随着我国的高校的合并与扩展规模的迅猛发展，很多综合性大学都在远离市中心扩建了规模较大的新校区，使得教师的宿舍与学校教室相距很远，很多教师只能在上课的时候才能与学生进行沟通和交流课程的内容，而在课堂上，教师更多关注于专业知识的传授，忽略了培养学生创新意识和创新思维，这样培养出来的学生大部分只是循规蹈矩的完成学习工作，不能发挥自身充分的能动性和创造性。因此，研究课程教学与大学生创新教育相结合方面成为当前高校教学急需解决的重要问题之一。机器人的发明、创造及应用推动了整个工业生产的发展和科学研究的进步，因此机器人学在教育领域具有重要的地位和作用。机器人学课程涉及多学科领域，具有很高的知识性和技术性。在工科院校开设该课程，可以使得大学生能够充分结合工程领域、理论与实践相关知识，而且可以提高大学生在相关领域内的创新性思维及动手能力。

1、机器人课程教学内容

机器人是整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的高级产物。机器人学这门课程涉及机构学、运动学、动力学、系统结构、传感技术、控制技术、行动规划和应用工程等多学科内容。十九世纪六十年代，随着工业自动化及计算机相关技术的迅速发展，机器人技术进入了迅速发展时期，出现在很多工业、生活领域。特别是在很多危险的环境或人类无法胜任的场合，机器人得到了很好的应用，比如高强度的生产车间、对人类身体有害的工作环境、海洋开发、航天探索等领域。

2、机器人学在大学生创新教育中的重要作用

机器人学的研究推动了人工智能思想的发展。机器人的运动规划和规划监督执行等问题的研究，推动了机器人学的发展和进步。机器人技术综合了机械设计、信息传感技术、自动化技术、智能控制等多学科领域的技术，其理论知识除了包括机械本体的设计理论外，还包括视觉、触觉、听觉等传感和信息相关理论技术，以及计算机编程语言和智能控制等方面的理论。因此在高校积极探索培养高素质创新型人才的途径和方法中，机器人方面的学习和研究能够提高学生的综合素质及创新素质。特别是近几年来，各大高校开展了机器人设计方面的竞赛，大学生通过积极地参与比赛，增强了他们自主学习的兴趣，使得学生将机械设计、自动控制、智能控制、信息技术等方面的知识得到了综合运用，大大提高了他们的创新思维和自主创新能力。因此，机器人学方面的学习和相关竞赛的平台建设，对大学生创新素质培养及推动机器人技术的发展都具有非常重要的理论和现实意义。

3、提高大学生创新能力的措施

3.1 提高大学生的学习兴趣

机器人学这门课程的授课主要是关于机械设计、运动学和动力学建模、计算机仿真、自动化及职能控制等方面的理论知识。传统的教学方式是主要是课堂教学及部分实验教学，这种方式比较容易掌握机器人相关的理论知识。但对于一些针对的提高性课程，这种教学方式很难提高大学生的自主创新能力和培养他们的创新思维。因此，教师在讲述该课程的基础理论知识的同时，应当注意培养学生的学习兴趣，结合实际及教师自身的科研经历从理论结合实际的角度进行讲解，使得学生能够产生对于了解该领域技术的愿望，激发他们的主观能动性。而不是仅仅从机器人的运动学、动力学、控制等本身的理论出发去讲述。

另一种很有效的方法是将学生分成几个课题研究兴趣小组，每个小组根据自己的兴趣爱好和特长，进行对当前的一些机器人技术进行讨论，然后分别作专题报告，并把该内容作为期末综合评分部分之一。通过这种方式使得学生主动地去了解和学习当前机器人技术的研究现状和未来的发展趋势。并通过课堂讨论的方式使得学生能够互相交流和学习，打破传统的一味的教师灌输的方式，使得学生提高了学习兴趣，而且发挥了他们自身的想象力，培养了他们独立思考的能力。

另外，以多个研究小课题的方式介绍机器人技术的研究的最新进展和成果。并提出该领域内的相关技术瓶颈问题，引导学生去积极的思考解决问题的方式和途径。让学生积极地参与到前沿技术的研究当中，激发他们对新技术学习的动力和兴趣。

3.2 打造培养大学生创新能力的平台

通过在学校举办大量的机器人比赛、创新设计大赛及专利设计大赛等，打造一个培养大学生创新能力、激发大学生的创新思维的综合平台。机器人设计大赛是高校学生最喜欢参加的科技竞技比赛之一，主要是由有经验的教师带队，指导大学生进行选题、设计、比赛，通过参加机器人设计大赛培养学生勇于创新、积极的思考，以及相互配合和团队合作的精神。比如机器人足球赛、机器人救援、机器人仿真技术等这些比赛的趣味性、创造性和对抗性的特点，大大激发了学生的比赛热情，并提高了他们的实践创新能力。

在比赛的过程中，学校和老师应当鼓励学生进行大胆的质疑，积极的思考和开展热烈的讨论，增强学生创新意识和大胆发表自己见解的信心。这样使得学生可以很好的培养学习兴趣，全身心地投入到设计比赛中。因此，机器人学课程的教学应该以课堂教学为基础，以机器人比赛为引导，整合多种教学方式，向学生传授与机器人相关的机械电子、传感器技术、自动化等多个学科的知识，创建一个综合的教学平台。

3.3 发挥多媒体网络教学的作用

多媒体教学形象直观的教学方式，使得本课程的学习变得丰富多彩而且有趣。通过教学课件的多种安排，从文字排版到色调搭配到动画演示，更为直观有效的传授了比传统的教学更多的信息，使得重点和难点知识变得更容易理解。比如，机器人运动学、动力学等相关内容，公式复杂、推导过程繁琐难懂，传统的教学方式很难让学生明白和理解，通过运动学和动力学的计算机仿真模拟，并阐述相关的参数的设置和作用，学生就很容易对相关的知识进行学习和理解。还有，现在方便的网络资源，使得学生可以很方便地查阅相关教学资料、研究现状、前沿技术等，大大提高了教学的效率，最大地节约了教学资源。

还有，在网上通过聊天通讯软件进行课后的交流，实现便捷的课后及时答疑，解决了教师不方便来学校进行辅导的局限性。大大方便了老师与学生之间的思想交流，学生可以将不懂的知识及时的反馈给老师。同时，大学生还可以通过精品课程网站学习名师的授课课件和录像，提高自学的能力；还可在网站上进行相关的课外的实训，有效的运用贯通已学的知识和技能，提高了学习效率和培养独立思考的能力。

4、结论

培养和提高大学生的创新能力和创新思维是高校的重要任务，因此学校和教师应当充分利用各种教学资源打造有利于创新人才成长的教学平台。机器人学课程在大学生的创新教育方面具有非常重要的地位和作用，教师必须提高在该课程方面的教学水平，研究提高大学生创新能力和创新思维的教学方式，培养学生的学习兴趣，提高学生学习的主观能动性，从而提高大学生的综合素质及教学培养质量。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.13.097