论文部分内容阅读
摘要：机器人是一个多学科高度交叉的新兴前沿领域，在智能科学与技术专业的教学改革和学生综合素质培养上发挥着举足轻重的作用。国内许多高校都开展了与机器人相关的实验教学和课外活动。但是，如何围绕机器人来构建多元化的实践创新培养体系，真正利用好机器人这一平台，是一个值得关注的问题。
关键词：机器人;实验室;建设
我国的高等工程教育从20世纪50年代起，采用的基本上是科學主导工程的理念。目前，由国家中长期科技发展规划提出的“中国创造”等宏伟目标驱动，国内很多高校正在积极推动工程教育回归工程（动手、实践、创新）运动，通过培养学生动手能力和工程实践能力，达到创新实践教育所提出的目标。建设机器人工程实践创新实验室（以下简称机器人实验室）就是这一理念的具体实践。
一、机器人工程实践创新实验室建设思路
机器人作为一种比较典型的机电一体化的产品，不仅涉及电子、机械等基础学科，还涉及自动控制和计算机技术等比较高级的学科知识，这就直接导致了机器人这一类型的产品具有理论性和实践性都十分强的特点。而机器人工程实践创新实验室建设的具体思路，总结如下：首先就是将机器人作为教师教学和学生学习对象，通过项目的方式展开相关理论或实践知识的教学，在教学过程中使学生能够掌握各种知识的实际应用，从而提高学社会能够的实践能力、创新能力，最后达到培养出具有充分的工程实践经验、创新能力强的、能够适应社会需要的毕业生。而机器人工程实践创新实验室作为一个十分重要的平台，还可以激发学生对于学习的兴趣和热情，使学生对自己的能力和不足都有一个正确的认识，从而能够更有针对性地做出改正。
二、机器人实验室建设原则
（1）设计理念的先进性：为了保证机器人实验室的先进性，必须考虑“模块化、可重构、全开放、标准化”的设计理念，通过工业总线将各个机器人功能模块连接成统一的整体，符合“分布式控制”、“分布式计算”、“模块化、标准化”的发展趋势。
（2）强大的实用性：由于采取模块化、标准化、全开放的设计理念，可以把复杂的机器人控制系统划分为多个简单的功能组合。学生学习时深入浅出，由易到难，适应本科低年级、本科高年级、研究生等不同阶段的教学与研究需要。
（3）配置的合理性：机器人实验室配备的相关实验和创新实践设备必须适当合理，既能覆盖本科及研究生教学，又能适用于不同层次的教学任务。
三、机器人实验室建设目标和特点
机器人实验室的主要建设目标如下。
（1）在不改变现有教学体系和大纲的前提下，通过机器人实践和创新实验室的建设，逐步将工程教育由“科学主导工程”转变为“工程教育回归工程”的培养方式。为社会培养实用人才，包括创新型人才和工程操作型人才，提高就业水平;使学生能将获得的理论知识运用到工程实践中。
（2）机器人技术的创新实践教育包括学生自主创新活动和课堂竞赛等形式，让学生通过在机器人载体上的亲手实践，提高其对课堂知识理解的深度与准确性。
（3）通过参与主流的机器人竞赛，使学生在竞赛中运用工程和科学知识，并且与其他队伍交流、竞争，达到锻炼学生工程素质、培养学生工程创新思想，树立学校和所在专业品牌形象的目的。机器人竞赛是工程教育回归工程理念的最好的锻炼平台，可以促进“教学、科研、竞赛”三方面的良性循环和整体学科实力的螺旋式上升。
（4）本实验室还可以作为学生课程设计和毕业设计的支撑平台。
三、机器人工程实践创新实验室建设内容
（1）以基础课程和专业课程为基础展开的实验教学
机器人工程实践创新实验室的建设也可以作为课程教学的教室，并且还可以为学生提供很好的实验环境和条件。首先，教师在教学相关的理论之前，就可以向学生展示与理论应用相关的机器人构型，通过代码开放、蛇形机器人、标准化机械狗等展示，使学生对于该门学科有一个基本的了解。之后在实验教学当中，可以结合具体的例子将基础课程和专业课程有效的结合起来，进一步提高教学的效果。
（2）以实际为根本展开项目式教学
项目式教学就是将整个教学课程中的知识体系都细分为若干个教学项目，学生通过小的项目的学习或者是参与来完成学习的方法，掌握知识和提高自身的能力水平。项目式教学的优点是可以避免传统教学方式的弊端，比如系统性和整体性，强调学生动手实践能力。
（3）创新实验课程教学
创新实验课程教学可以分为课程导入阶段、基础项目阶段、深度项目阶段课程设计阶段。导入阶段指的就是通过机器人的展示吸引学生的学习兴趣，引导学生初步了解实验课程的内容，为今后的深入学习做准备。基础项目阶段指的是通过项目式教学的方式，综合运用所学的专业知识，达到综合应用的目的。深度项目指的是引导学生实践或参与项目，最终达到锻炼学生创新实践以及巩固基础知识的目的。最后就是课程设计阶段，即为学生的课程设计提供一个有效的平台。
（4）师资力量
可以说师资力量是决定机器人实验室建设的根本，主要是因为机器人实验室和实际教学都离不开教师的指导，在建设机器人工程实践创新实验室时，需要教师具备一定的机器人实验和机器人教学的知识和能力。因此对于师资力量的配备具有以下的要求：
1）专职教师
专职教师主要工作是教学授课以及知道学生的实践应用。因此对于专职教师的要求是具有机械、电子或者是自动化相关学科的背景，并且对于机器人技术和理论应用有一定的了解。专职教师的人数控制在1～2个之间就足够了。
2）实验指导教师
实验指导教师的作用主要是指导学生的实践动手操作，并起到答疑解惑的作用。对于实验指导教师要求不是很高，只要具有相关专业背景或者参加过机器人的竞赛的高年级本科生、研究生就可以了。
结语
机器人创新实验室的多元化建设是我校实践教学改革的一次有益尝试 ， 激发 了学生科技研发的兴趣和爱好， 培养学生的创新精神和团队合作精神， 同时也为活跃校园科技 ， 培养科技创新人才提供了一个有益的平台。
参考文献
[1]刘雅林.“大成智慧”教育思想在中学生机器人活动中的运用[J]. 湖南农业大学学报（社会科学版.素质教育研究），2007（03）.
[2]李良琦.加强企业联合，促进行业交流——记《机器人技术与应用》编委会成立[J]. 机器人技术与应用，2005（01）.
[3]阎世梁，张华，肖晓萍，王银玲，熊开封. 高等工程教育中的机器人教育探索与实践[J]. 实验室研究与探索， 2013（08）.
关键词：机器人;实验室;建设
我国的高等工程教育从20世纪50年代起，采用的基本上是科學主导工程的理念。目前，由国家中长期科技发展规划提出的“中国创造”等宏伟目标驱动，国内很多高校正在积极推动工程教育回归工程（动手、实践、创新）运动，通过培养学生动手能力和工程实践能力，达到创新实践教育所提出的目标。建设机器人工程实践创新实验室（以下简称机器人实验室）就是这一理念的具体实践。
一、机器人工程实践创新实验室建设思路
机器人作为一种比较典型的机电一体化的产品，不仅涉及电子、机械等基础学科，还涉及自动控制和计算机技术等比较高级的学科知识，这就直接导致了机器人这一类型的产品具有理论性和实践性都十分强的特点。而机器人工程实践创新实验室建设的具体思路，总结如下：首先就是将机器人作为教师教学和学生学习对象，通过项目的方式展开相关理论或实践知识的教学，在教学过程中使学生能够掌握各种知识的实际应用，从而提高学社会能够的实践能力、创新能力，最后达到培养出具有充分的工程实践经验、创新能力强的、能够适应社会需要的毕业生。而机器人工程实践创新实验室作为一个十分重要的平台，还可以激发学生对于学习的兴趣和热情，使学生对自己的能力和不足都有一个正确的认识，从而能够更有针对性地做出改正。
二、机器人实验室建设原则
（1）设计理念的先进性：为了保证机器人实验室的先进性，必须考虑“模块化、可重构、全开放、标准化”的设计理念，通过工业总线将各个机器人功能模块连接成统一的整体，符合“分布式控制”、“分布式计算”、“模块化、标准化”的发展趋势。
（2）强大的实用性：由于采取模块化、标准化、全开放的设计理念，可以把复杂的机器人控制系统划分为多个简单的功能组合。学生学习时深入浅出，由易到难，适应本科低年级、本科高年级、研究生等不同阶段的教学与研究需要。
（3）配置的合理性：机器人实验室配备的相关实验和创新实践设备必须适当合理，既能覆盖本科及研究生教学，又能适用于不同层次的教学任务。
三、机器人实验室建设目标和特点
机器人实验室的主要建设目标如下。
（1）在不改变现有教学体系和大纲的前提下，通过机器人实践和创新实验室的建设，逐步将工程教育由“科学主导工程”转变为“工程教育回归工程”的培养方式。为社会培养实用人才，包括创新型人才和工程操作型人才，提高就业水平;使学生能将获得的理论知识运用到工程实践中。
（2）机器人技术的创新实践教育包括学生自主创新活动和课堂竞赛等形式，让学生通过在机器人载体上的亲手实践，提高其对课堂知识理解的深度与准确性。
（3）通过参与主流的机器人竞赛，使学生在竞赛中运用工程和科学知识，并且与其他队伍交流、竞争，达到锻炼学生工程素质、培养学生工程创新思想，树立学校和所在专业品牌形象的目的。机器人竞赛是工程教育回归工程理念的最好的锻炼平台，可以促进“教学、科研、竞赛”三方面的良性循环和整体学科实力的螺旋式上升。
（4）本实验室还可以作为学生课程设计和毕业设计的支撑平台。
三、机器人工程实践创新实验室建设内容
（1）以基础课程和专业课程为基础展开的实验教学
机器人工程实践创新实验室的建设也可以作为课程教学的教室，并且还可以为学生提供很好的实验环境和条件。首先，教师在教学相关的理论之前，就可以向学生展示与理论应用相关的机器人构型，通过代码开放、蛇形机器人、标准化机械狗等展示，使学生对于该门学科有一个基本的了解。之后在实验教学当中，可以结合具体的例子将基础课程和专业课程有效的结合起来，进一步提高教学的效果。
（2）以实际为根本展开项目式教学
项目式教学就是将整个教学课程中的知识体系都细分为若干个教学项目，学生通过小的项目的学习或者是参与来完成学习的方法，掌握知识和提高自身的能力水平。项目式教学的优点是可以避免传统教学方式的弊端，比如系统性和整体性，强调学生动手实践能力。
（3）创新实验课程教学
创新实验课程教学可以分为课程导入阶段、基础项目阶段、深度项目阶段课程设计阶段。导入阶段指的就是通过机器人的展示吸引学生的学习兴趣，引导学生初步了解实验课程的内容，为今后的深入学习做准备。基础项目阶段指的是通过项目式教学的方式，综合运用所学的专业知识，达到综合应用的目的。深度项目指的是引导学生实践或参与项目，最终达到锻炼学生创新实践以及巩固基础知识的目的。最后就是课程设计阶段，即为学生的课程设计提供一个有效的平台。
（4）师资力量
可以说师资力量是决定机器人实验室建设的根本，主要是因为机器人实验室和实际教学都离不开教师的指导，在建设机器人工程实践创新实验室时，需要教师具备一定的机器人实验和机器人教学的知识和能力。因此对于师资力量的配备具有以下的要求：
1）专职教师
专职教师主要工作是教学授课以及知道学生的实践应用。因此对于专职教师的要求是具有机械、电子或者是自动化相关学科的背景，并且对于机器人技术和理论应用有一定的了解。专职教师的人数控制在1～2个之间就足够了。
2）实验指导教师
实验指导教师的作用主要是指导学生的实践动手操作，并起到答疑解惑的作用。对于实验指导教师要求不是很高，只要具有相关专业背景或者参加过机器人的竞赛的高年级本科生、研究生就可以了。
结语
机器人创新实验室的多元化建设是我校实践教学改革的一次有益尝试 ， 激发 了学生科技研发的兴趣和爱好， 培养学生的创新精神和团队合作精神， 同时也为活跃校园科技 ， 培养科技创新人才提供了一个有益的平台。
参考文献
[1]刘雅林.“大成智慧”教育思想在中学生机器人活动中的运用[J]. 湖南农业大学学报（社会科学版.素质教育研究），2007（03）.
[2]李良琦.加强企业联合，促进行业交流——记《机器人技术与应用》编委会成立[J]. 机器人技术与应用，2005（01）.
[3]阎世梁，张华，肖晓萍，王银玲，熊开封. 高等工程教育中的机器人教育探索与实践[J]. 实验室研究与探索， 2013（08）.