机器人技术基础课程改进措施探索与实践

郑坤明，周德强，张秋菊，陈海卫

（1.江南大学 机械工程学院，江苏无锡 214122；2.江南大学 江苏省食品先进制造装备技术重点实验室，江苏无锡 214122）

机器人技术基础是江南大学面向机械电子工程专业与机器人工程专业本科生开设的一门重要的专业自主课程，旨在培养学生学习机器人的机理和组成，使学生能够运用所学知识，结合机器人技术实验等其他实验环节，建立机电一体概念，在头脑中建立起机器人系统设计的基本理论和方案实施框架，初步达到能设计经济性、实用性机器人的目的，为今后从事机电领域的科学研究、设计开发和技术管理奠定基础，能够针对机电一体化装备特定需求，完成部件设计[1-5]。该课程可使机械电子工程专业与机器人工程专业的本科生系统地将高等数学、线性代数、机械原理、机械设计、控制工程理论等基础课与专业基础课有机地联系在一起，并为最终的职业规划奠定坚实的基础[6-10]。

但是，经过本课程的实际教学活动，笔者发现现有的课程教学方法与教学内容并不能很好地跟随机器人专业最前沿的发展轨迹，教学方法与教学内容需要进一步完善与改进。所以，本文分析了机器人技术基础课程在实际教学活动过程中存在的问题，并在此基础上，提出改进措施，以期提高该课程的教学水平与教学质量。

1 机器人技术基础课程教学存在的问题

1.1 培养重点不明确

作为一门重要的专业课程，机器人技术基础集成了高等数学、线性代数、机械原理、机械设计、控制工程理论、C 语言程序设计等多门学科的知识，囊括的内容多而复杂。而且，目前的课程体系侧重全部理论知识的培养，可能导致本专业的学生在学习中对课程的重点模糊不清，抓不到重点。从课程的最终考查结果分析，有相当一部分学生可能对课程内容理解有偏差，亦不能很好地把握课程的培养目标、重点与难点。

1.2 前沿性与趣味性有所欠缺

目前，机器人技术基础课程以讲解基本数学理论为主[11]，以实验实践为辅，各培养环节缺乏有机联系，教学培养方案陈旧，未很好地跟随机器人专业最前沿的发展轨迹。另外，由于很多基础知识已在前期进行了学习，可能导致学生不够重视该课程，学生学习兴趣与学习热情需进一步激发，课程的趣味性有待提高。

1.3 考核方式需改进

机器人技术基础课程的成绩由理论考试和实验实践两部分组成，在总分中占比分别为70%与30%，由于机器人实验实践环节在综合考核成绩中所占比例不高，导致学生往往缺乏对机器人实验分析能力与实践操作能力的重视，而机器人实验分析能力与实践操作能力是当前机械电子工程专业与机器人工程专业本科生最为缺乏且亟待培养的能力之一[12-14]。因此，机器人技术基础课程的考核方式及各培养环节所占的比例应该适当调整，以达到有效提高学生实验分析能力与实践操作能力的目的。

2 机器人技术基础课程改进措施探索与实践

面对当前机器人技术基础课程实际教学存在的问题，笔者经过反思与探索，提出以下三个方面的改进措施。

2.1 明晰课程特色，突出课程重点

在课程开始阶段，教师应向学生清楚地表述课程的特色与培养重点是理论知识与实验实践能力并举，使学生充分认识到除了学习机器人技术基础理论知识外，实验分析能力与实践操作能力的培养也十分重要，理解学习好课程的方式方法，突出重点与难点章节。教师以实际案例教学为主，适当缩减简单知识点，着重讲解重点与难点，逐步分析，将师生互动、学生交流、实验实践操作等环节有机融合，启发学生真正理解掌握机器人技术基础课程的重要理论知识、实验分析能力与实践操作能力，清楚机器人技术基础的课程特色。教师利用实际案例，统一理论与实践框架，培养学生的感性与理性认知，最终培养学生的理论知识掌握能力、实践操作能力、分析问题与解决问题的能力。

2.2 改进教学方案，提升课堂的前沿性与趣味性

为达到激发学生学习兴趣与学习热情的目的，教师改进教学方案，提升课堂前沿性与趣味性是正确途径：将多媒体技术、实验实践与理论知识讲授有机融合，基于章节内容，整理制作研究过的机器人物理样机与机器人相关前沿热点资料，讲授多媒体课件，与典型机器人实验实践有机统一，使学生更直观更轻松地掌握机器人技术基础课程的重要知识点。具体的课堂教学方案制定如表1 所示。

表1 课程教学方案

2.3 重视实践能力培养，改进考核方式

配合前期机器人技术基础知识的学习，合理设计实验实践方案，具体如下，实验1：机器人综合实验，以上肢外骨骼康复机器人、MotoMAN SV3 机器人、移动式机器人、柔索型并联5 自由度书法机器人等机器人为实验对象，介绍机器人机械结构、控制方式、工作和设计原理等，进一步巩固机器人数理基础、构型设计、DH 参数等知识点。实验2：机器人操作实验，以六自由度模块化机器人为对象，让每一个学生参与操作机器人，完成点点定位、空间直线及空间任意平面圆弧操作，进一步巩固机器人运动学、轨迹规划、控制等知识点。实验3：机器人模块小车搭建，学生动手实践，完成小车趋光跟踪、避障行走等功能，进一步巩固机器人传感器、路径规划等方面的知识点。实践方案的设计着重突出机器人专业实践经验的重要性，理论与实践并举，加大机器人技术基础中实践环节所占比例，以期切实锻炼学生的实践能力。

3 结束语

针对机器人技术基础课程在实际教学过程中存在的培养重点不明确、前沿性与趣味性欠缺、考核方式需改进等难题，本文详细论述了问题关键，并提出了具体的改进措施。根据实际的教学反馈，本文提出的改进措施能够进一步明晰课程培养重点，跟随机器人前沿热点，提高课程的趣味性，并提高考核方式的合理性。此外，机器人技术基础课程属于专业课程，囊括的内容多而复杂，且实践性很强，所以在教学中应与其他相关课程融会贯通，理论与实践相结合，逐步培养学生的逻辑思维和分析思考能力。