研究生《机器人学》课程理论与实践教学改革探索

徐国政 王强

摘 要：机器人学是一门多学科高度融合且与众多前沿技术紧密相关的综合性学科。随着机器人技术的发展，亟待高校培养机器人方面的专业技术人才。为满足社会对机器人专业人才的需求，近年来国内众多高校陆续由最初开设机器人课程到现在设立机器人专业、成立机器人学院，但是随着信息技术及人工智能技术的迅速发展，《机器人学》课程的理论、实践教学内容及教学方法需要进一步改革，以适应新时代社会对机器人技术人才的培养需求。

关键词：机器人学，课程改革；理论与实践

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1673-9132（2018）30-0005-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2018.30.001

机器人技术是融合了机械、电子、传感器、控制、计算机、人工智能等许多学科的知识，涉及当今许多前沿领域的新技术。近年来，随着人工智能技术、数字化制造技术与移动互联网之间创新融合步伐的不断加快，全球机器人产业的发展正呈现出新的态势。南京邮电大学作为一所电子信息特色高校，近年来《机器人学》课程授课学生已经由原来面向自动化学院逐渐扩大至全校主干工科学院，特别是在南京邮电大学机器人信息感知与控制研究所及机器人创新实践基地辐射作用下，取得了较好的成绩。笔者结合南京邮电大学的办学特色，针对研究生《机器人学》课程理论与实践教学，从教学内容、教学方法、考核方式及初步成效三个方面，给出了初步改革与探索方案，以适应新时代社会对机器人技术人才的培养需求。

一、教学内容改革

传统《机器人学》课程内容大多涉及机器人学基础理论（机构运动学、动力学）、运动规划、机器人传感器、机器人控制、机器人应用等几个模块[1]。随着近年来信息技术及人工智能技术的迅速发展，上述教学内容已经不能很好地满足现代信息社会研究生培养目标需求。针对南京邮电大学未开设机械类专业以及电子信息化办学特色，结合南京邮电大学机器人信息感知与控制研究所研究方向及校级机器人创新实践基地特色，自动化学院机器人教学团队近年来对本科生及研究生的《机器人學》课程教学大纲进行重新修订，就研究生《机器人学》课程而言，重新修订后的研究生《机器人学》课程突破了传统机器人学课程教学框架，主要围绕“机器人信息感知”“机器人控制”“人机交互”以及“机器人应用”四个模块展开。课程教学内容改革主要体现在以下几个方面：首先，不再讲述机器人学基础理论；其次，在机器人信息感知模块，在引入最新机器人新型传感器基础上，弱化机器人传感器工作原理及方法介绍；再次，在机器人控制模块，弱化控制基础理论，引入机器人控制系统典型应用案例；最后，在引入最新人工智能研究成果基础上，新增机器人人机交互模块。

二、教学方法改革

传统《机器人学》课程教学主要以采取教师课堂讲、学生听的灌输式教学方式，教学内容与工程实际结合不紧密，落后于机器人技术的快速发展，缺乏对学生创新精神和探索能力的培养[2]。此外，由于机器人相关设备价格昂贵，学生动手实践学习机会少，严重制约了学生理论与实践相结合能力的培养。为在一定程度上解决上述理论和实践教学过程中存在的不足，南京邮电大学自动化学院机器人教学团队充分利用机器人信息感知与控制研究所实验设备，以及校级机器人创新实践基地资源，从以下几个方面对课程理论及实践教学进行改革探索：首先，教学与科研相结合，结合教学团队教师所研究不同类别机器人，以其应用为主线，讲述理论教学内容。具体地，结合教学团队教师所研究的工业机器人及服务机器人（医疗、家庭服务、教育），针对性地分别讲述课程教学内容四个模块（信息感知、控制、人机交互、应用），较好地克服了传统《机器人学》课程独立讲述教学模块内容的局限；其次，开展研讨式教学[3]，课前将课内要讲述内容按照机器人信息感知、控制、人机交互及应用四个模块分发给学生，学生课后充分查阅相关教学模块内容的最新资料，制作成多媒体课件后在课堂内互相研讨；最后，构建虚拟仿真、机器人实体、虚实结合的机器人实践教学体系，充分利用南京邮电大学网络与控制国家级虚拟仿真中心、机器人信息感知与控制研究所机器人实验平台、机器人创新实践基地及教学团队自制机器人虚实交互控制实验平台，通过虚拟仿真、机器人实体及虚实交互等多种实践教学方式，为学生提供全方位的实践学习机会。

三、考核方式和初步成效

考核作为教学评价的重要手段，对教师教学和学生学习具有重要的导向作用。研究生阶段教学不再是单纯以学生获得较高卷面成绩作为培养目标，而是通过学习与实践，储备一定理论知识，并能运用所学知识解决相关实际问题。因此，重新修订后的研究生《机器人学》课程，其考核方式不再采用传统的卷面闭卷考试方式，而是采用了加权考核的评价模式。该模式主要由课堂教学模块研讨、实践教学实践能力及课后专题三个模块加权组成，前两者各占25%，后者占50%，其中，课后专题在整个课程开始之前即告知学生具体要求，主要包括三个方面：主题与机器人相关、结合学生研究兴趣、简易作品（硬件或软件）或论文报告。特别地，通过课后专题的考核方式，不但锻炼了学生将所学知识运用于实际问题解决的能力，还培养了学生课题调研、文献查阅及论文撰写这一研究生必备的能力。

四、结语

针对南京邮电大学《机器人学》课程教学过程中存在的问题，笔者在分析现代社会对机器人专业技术人才需求特点基础上，结合学校办学特色，分别从课程理论与实践教学内容、教学方法及考核方式三个方面，进行了初步的改革和探索，前期实践表明课改取得了初步成效。

参考文献：

[1] 雷静桃，刘亮，张海洪.“机器人学”课程教学改革与实践[J].实验室研究与探索，2013，32（5）：179.

[2] 韩建海，刘延斌，库祥臣.“机器人学”课程教学改革与实践[J].中国电力教育，2013（8）：81.

[3] 战强，王东月.《机器人学》课程教学改革探讨[J].北京航空航天大学学报（社会科学版），2010，23（2）：117.