机器人控制技术课程教学改革的探索与实践

来源 :高教学刊 | 被引量 : 0次 | 上传用户:w9iij9ijwhr
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘  要:为了满足国家与社会发展需求,自迈入21世纪后,各高校均不同程度地进行教学改革,也由此在教育领域掀起了一股改革热潮,正是因为这股热潮的兴起,才引申出机器人控制技术课程教学改革,使得机器人控制技术课程教学改革成功更具可能性。就目前来看,机器人控制技术课程教学改革仍旧处于探索与实践的初级阶段,有必要对其进行研究和分析。基于此,文章围绕机器人控制技术课程教学改革进行深入的探索与实践,提出改革各项建议,以供参考与借鉴。
  关键词:机器人控制技术课程;教学改革;探索;实践
  中图分类号:G642        文献标志码:A         文章编号:2096-000X(2021)21-0126-04
  Abstract: In order to meet the needs of national and social development, since the beginning of the 21st century, various colleges and universities have carried out teaching reforms to varying degrees. As a result, there has been a wave of reforms in the field of education. It is precisely because of the rise of this wave that the rise the introduction of the robot control technology course teaching reform has made the robot control technology course teaching reform more possible. From the current point of view, the teaching reform of the robot control technology course is still in the preliminary stage of exploration and practice, and it is necessary to research and analyze it. Based on this, in this article, we will conduct in-depth exploration and practice around the teaching reform of the robot control technology course, and put forward various suggestions for the reform for reference and reference.
  Keywords: robot control technology course; teaching reform; exploration; practice
  機器人控制技术是一门集合电子、控制、机械等于一身的专业基础课,这门课程比较有发展前景,也正因如此,才会吸引了越来越多的学生进行学习与实践。想要让教学质量、育人水准跟上时代发展要求及标准,就需要从课程教学改革入手;想要让课程教学改革更科学、更合理,就需要进行系统研究、统筹分析。由此引申出本论文的研究主题,让本论文的研究更具意义与价值。
  一、机器人控制技术课程教学现状及教学改革实施方案制定
  (一)机器人控制技术课程教学现状
  就目前来看,机器人控制技术课程教学中存在诸多问题,如重理论轻实践、对学生创新精神和探索能力的培养不足等等,具体如下:
  1. 教学重理论轻实践。这个问题和现状在日常教学中体现得尤为明显和突出,教师过多地将精力放在了动力学建模、传感、动力学分析等理论知识教学上,轻视了实践教学,长此以往,必然会导致高校学生的实践能力逐步下降,会让培养出来的人才呈现“眼高手低”的弊端,不利于被企业接受和认可。除此之外,也不利于让学生实现理论、实践协调发展,对于学生创新能力和探索能力的培养,可谓是重要阻碍,将对学生一生造成影响。
  2. 学生兴趣不浓郁。机器人控制技术课程是一门比较严谨、枯燥的课程,如果教师没有落实趣味引导,必然会浇灭学生学习之初的热情和兴趣。除此之外,随着学习的深入,学生接触的复杂理论公式会越来越多,如果是在基础未打牢的基础上进行学习,很容易让学生看不到学习希望,必然会导致学生的学习兴趣大幅度下降,从而产生学习上的厌恶、抵触等负面情绪,教学效果只会越来越差。
  3. 教学与实际脱节。如果教材内容多年未做更新,是很容易出现这类问题的,只因社会在发展、科技在进步,教学内容未做调整与改变,并不代表外在环境与发展未发生改变,有时仅一年的时间,机器人相关领域研究就可获得较大进展,如果高校学生长期接触与学习那些滞后的知识与内容,是不利于他们日后就业并体现个人价值的,无形中也会造成教学资源的严重浪费,急需改变。
  总的来看,目前机器人控制技术课程教学落实于机器人技术发展已是不争的事实,只因机器人控制技术课程教学中还存在大大小小的问题,以上为教学中常见的问题,还有一些细微问题并未阐述,还需相关教师在解决课堂教学中问题的同时,制定完善与健全的课程教学改革实施方案,从而为机器人控制技术课程教学改革的成功提供有力支持。
  (二)机器人控制技术课程教学改革实施方案制定
  将机器人控制技术课程教学中的常见问题了解完毕后,切勿急躁与盲目地开展机器人控制技术课程教学改革,当下最重要的任务,是将机器人控制技术课程教学改革实施方案制定周全与合理,以此来提升机器人控制技术课程教学改革的成功率。   为制定更为详尽、周全的教学改革实施方案,建议相关教师从教学方法、教学内容、教学实践等几方面入手,做到全方位的改革与调整,进而使得机器人控制技术课程教学焕然一新,激发学生的学习兴趣,从而带动教学质量与育人水准的提升。待实施方案制定完成后,要进行反复琢磨,还可与其他教师进行讨论并积极汲取其他教师提出的建议和意见,确保制定的改革方案切实可行。在一些需要校方协助的方案中,更要与高校领导达成观念上的一致并获取实质性的资源帮助,为今后培养优秀的合格人才做好铺垫。
  二、机器人控制技术课程教学内容改革
  教学内容是改革的重点,只因教学内容关乎学生的知识层次、后续实践能力的高低,所以,才需要重点对待。有关机器人控制技术课程教学内容改革,可从以下几方面入手:
  (一)教学内容的加“宽”与加“深”
  具体说来,机器人控制技术这门课程是一个涉及多种学科的课程,要想真正让学生学透、学全,就需要将教学内容有意识地加“宽”与加“深”。一方面,拓宽教学的基本理论知识范围,可让学生对该门课程有一个全方面的了解,而不是思维被局限在某一个狭小范围内,可有效提高学生的见识与认知。除此之外,还可利用宽泛知识的填充,进一步巩固学生的知识基础,从而为后续成长和进步奠定坚实基础。所以说,要在拓宽教学内容过程中,融入动力学、运动学、坐标变换、机器人控制等多领域、多学科的知识;另一方面,要适当地加入学科前沿最具代表性的研究结论,进一步增强机器人控制技术课程教学深度,以此来开阔学生的学习视野、探索范围并培养学生的真知灼见,可有效激发学生的探索欲望、学习兴趣,可让高校学生的学习效率事半功倍。
  (二)教学内容的更新
  教学内容要定期进行更新,这是非常重要的。教学内容就是学生成长与成才的“营养”,“营养”如果跟不上,很容易让学生输在起跑线上,建议教学内容一年更新一次或两年更新一次。值得注意的是,教学内容的更新要涉及方方面面,如果动力学技术有了新的突破,需要将重点内容纳入到新的教材中;如果机器人控制领域有了新的突破,就需要总结精华将其纳入新的教材中等等,从而让学生的思维与时俱进。
  除此之外,教学内容的更新还需建立在不同学科、知识比例划分清晰基础上,要侧重教学内容的结构,控制好各个领域知识点的占比范围,做到不同专业的不同侧重。如针对机电类学生,就应该在教材内容中倾向结构设计,要更多涉及动力学、运动学内容;针对自动化类学生,就需要在其教材内容中倾向和侧重控制系统设计、轨迹规划算法等内容。以此类推,切实做到具体问题具体分析,让学生真正学好应该学好的知识。
  值得注意的是,教学内容要更贴合实情、具有学习实际意义,不要将大量的篇幅和篇章用来描述概念化内容,要多加入些更具实际应用的实践内容,确保学生在毕业后能够运用到实际工作中,大大提升学生学习的有效性。高校和相关专业教师都需在这方面加强关注和重视,切实让学生觉得该专业的学习有意义、有价值。
  (三)注重教学内容的趣味性
  教学内容是学生学习的主要内容,学生对于教材的依赖比重仍然明显和突出,如果一味地在教材内容中穿插难懂、枯燥的论点,过不了多久,学生就会失去学习兴趣和学习新鲜感,即使是全身心投入学习的学生,也会大部分沦为学习的“奴隶”,而非真正爱学、想学。为了避免该问题的出现,教师要加强对教学内容趣味性的重视程度,最好将重要论点与论据匹配更易让学生感兴趣的内容,使得重要知识点能够被学生充分“消化吸收”,也确保学生能够越学越有兴趣,激发培养学生的学习热情。
  与此同时,还要适当地降低教学内容的复杂性,使得改革后的教材更具吸引力,吸引学生主动、积极进行学习,相信学生的学习效率会大幅度提升。
  三、机器人控制技术课程教学方法改革
  课程教学方法关乎机器人控制技术课程教学质量和学生学习成效,要多在机器人控制技术课程教学方法改革上下苦心,以此来为学生的创新精神与探索能力的培养提供助力和支持。
  (一)引进研讨式教学方法
  实践表明,传统教学模式下的灌输教学方法已经被时代淘汰,已经不能满足当下学生的学习需求,也不能协助教师较好地完成教学任务,所以说,要摒弃这类传统教学方法,引进更多的创新与有效的教学方法,研讨式教学方法则是诸多创新教学方法中的一种。
  这种教学方法的实施需要遵循一定的原则,且需要做好以下几个方面的工作:
  首先,教师要对教学中涉及的各种理论进行提炼,这样既可节约教学精力与时间,又可让学生在最短的时间内学到最多的东西,可谓一举两得。当然,在深入理论中进行探究与摸索,是摆在教师面前的一项艰巨任务,还需教师将这项任务完成得顺利与圆满。值得注意的是,教师切勿在理论教学完毕后迅速松懈下来,在学生群体中验证学生的理解程度,也是非常重要的,确保学生能真正掌握基础理论。
  其次,教师要适当地编辑整理一些机器人控制技术课程的重要参考文献,作为学习的参考资料交给学生,让学生的学习成果得到丰富和健全,并要求学生进行一定数量的课外阅读,以此保证学生的学习效果处在合理范畴内。
  (二)开展课堂辩论式教学活动
  机器人控制技术一直是讨论的热点和争议的焦点,在日常教學过程中难免牵扯出一些存有争议的社会问题,如“Alpha GO Zero以100:0的成绩战胜李世石等围棋高手”这一现状,就可引申出“智能机器人是否会超越人类并控制人类”的社会问题,一旦遇到这类问题,教师切不可浪费这一教学资源,应组织学生进行讨论和辩论,让学生真正切切地走进该领域,进而产生新的感悟,利于激发学生对机器人控制技术课程学习的兴趣。另外,也可借此机会,逐步让学生从被动学习过渡到主动学习,使得学生逐渐走出“死读书”的学习格局,进而实现灵活学习,有利于激活学生思维并萌生新观点。
  (三)强化实践教学   在以往较长一段时期内,机器人控制技术课程教学都处于“重理论轻实践”的“包围圈”中,这不利于学生日后就业并体现个人价值。为此,想要实现学生理论知识与实践能力的协同发展,就需要强化实践教学,有助于培养学生的创新精神和探索能力,也有助于挖掘学生的内在潜力并促进学生快速进步与成长。以下为强化实践教学的具體手段:
  首先,要充分利用高校资源,创设机器人控制技术教学实验基地。实验基地的创设对于机器人控制技术专业学生而言有着重要意义,利于学生走出课堂加深对机器人外部结构、内部系统的了解,利于学生边实践边印证理论,也有利于学生在理论的指导下开展实践,可有效增强学生的动手和实践能力,好处不言而喻。与此同时,要购置教学与实践所用的机器人,构建能同时满足机器人课程实验教学和教师从事机器人轨迹规划算法研究的机器人综合实验平台,这对培养及提高学生的动手实践能力与创新能力有着诸多好处。但是,实验基地的创设需要依托校方资源,需要获得校方的鼎力支持,阻力较大,还需要相关教师竭力争取。
  其次,可积极促成校外科研院所或机器人公司与高校的合作关系,为学生提供解决实际问题的机会。这是对社会资源的有效运用,需要建立在双方互利的基础上,可借鉴西方发达国家或知名高校在这方面的先进经验,从而在互惠互利的基础上,为更多学生提供和打造实践机会,确保学生的上升通道不被堵塞。
  最后,要调整教学安排和教学时长,为实践教学腾出更多时间和空间,确保每一位学生都有参与实践活动的机会,利于学生发现个人特长及潜力,从而致力于问题的解决,进而达到学以致用的目的。可组织与承办各类学科竞赛,鼓励学生参加,将其所学知识运用到学科竞赛中,以此培养学生的科研能力和创造能力。另外,要根据学生的兴趣将实践活动模块化,使得学生有机会发挥自身特长,那么,实践目的即可达成。
  (四)运用TBL提高实践环节的教学质量
  TBL最早可追溯到20世纪80年代,最早应用于医学领域教学过程中,后续才逐渐成为备受推崇的教育方法。具体来说,TBL就是将简单的问题上升到实际的专业任务,学生参与其中并致力于任务的完成,在这个过程中收获知识、经验与灵感,实现对所学知识的验证和巩固,在机器人控制技术课程教学中可起到积极的推动作用,可保障课堂教学质量。为此,教师要合理地将TBL运用到实践环节,让学生的学习效率快速提升。
  TBL的核心理念是让学生围绕任务来进行学习,在机器人控制技术课程中运用是十分合理与合适的,但是在改革实践过程中,需要关注到几个关键问题:
  第一,教师的教学切勿脱离大纲,要结合大纲要求设计实践环节中的教学任务,建议将全班学生进行分组,确保每位学生都有获得亲自实践的机会;第二,每一小组在教师指导下,根据实践教学任务编写实验方案,实现分配任务的目的,让每一位学生都有事做、充分得到锻炼,利于小组在充分的配合和合作下顺利完成任务;第三,注重在实践环节中成员协作能力的培养,这也是TBL教学法所重视和强调的,进而确保课堂秩序合理与稳定,更要确保学生在合作中收获知识、经验和快乐;第四,注重实践过程中的信息交流,教师需要做到密切观察学生的一举一动,更要注意到实践过程中的信息交流,在必要的时候,可以进行引导和协助,确保小组任务顺利完成,确保学生学习效率达到预期效果。
  四、机器人控制技术课程教学考评方式改革
  考评在以往备受忽视和冷落,大多会沦为形式化、表面化工作,也是造成机器人控制技术课程育人质量迟迟得不到提高的重要原因。在全新时代,还需重点对机器人控制技术课程教学考评方式进行改革,以此形成学生进步与成才进程中的无形压力和推动力,尽最大可能让学生在该领域取得一定成绩与成就。
  具体而言,就是改变传统的闭卷考试方式,调整为“以项目为中心的考试模式”,需要在第一节课堂中向学生阐述和介绍本学期的课程项目,项目的制作贯穿整个课程教学过程,课程结束时完成项目,并提交一份报告。
  报告撰写需要遵循一定的规则和原则,如论文题目需要自拟,锻炼学生的自主能力,并要求学生拟题贴合课程,切勿跑题。另外,可鼓励学生结合自身兴趣对某一方面进行深入探究,如机器人设计、机器人外观、新型结构等等。当然,也可结合自己未来的研究方向进行撰写,撰写权利充分赋予学生,但是在撰写过程中,必要的框架和内容必须存在,如前言、背景、研究意义、总结等,且报告的字符数要应超过3000字符,这是最基本的要求。
  在学生全身心投入报告撰写前,相关教师要将报告的评分标准告知学生,让学生能够在撰写过程中更具倾向性、侧重点。一般而言,评分标准如下:概念正确与合理,占10%;独立完成内容,占15%;论述的系统性、完善性,占25%;研究最后加入自己的见解与建议等,占50%。可结合这个标准,对学生的报告进行科学评分。与此同时,针对多个学生协作完成报告的情况,可加入面试环节,从而进一步确定各自完成的工作量并明确在团队中的价值和作用,使得团队中的每位成员的成绩更具真实性和公平性。之后,课程总成绩的判定可根据以下公式,即日常成绩30%(出勤+作业=20%,实验=10%)+报告70%。
  要清楚地明白,报告撰写的目的是让学生深入研究,并以此巩固基础知识、产生新感悟和新体会。这个过程中,教师的帮扶是有限的,需要学生自己去翻阅和查找资料,需要自己进行总结和梳理,可将学生的被动学习转变为主动学习,同时为下一阶段的毕业设计论文撰写打下基础。当然,每年都会产生一批质量较高的优秀报告,还需学生进行借鉴、研究和学习,对学生学好机器人控制技术课程并撰写更优质报告有着诸多好处。
  五、机器人控制技术课程教学实践效果测评改革
  学期课程教学实践效果测评也需进行适当的改革,以此来为日后教学工作的开展提供依据。可在每学期机器人控制技术课程结束后制定课程的调查问卷,明确参与评价的学生数量,让学生参与到评价中,改掉以往由专业教师或领导进行评价的单一方式,进一步提升评测的真实性、公正性。参与该类课程的学生,要对教学内容、教学方法、实践效果等进行评价,鼓励学生提出自身建议或意见。在调查问卷中,可将分数比例进行调整,整体可按照百分制来实施,最终总结与得出该学期的机器人控制技术课程教学实践效果,以报告的形式呈报,为后续课程教学改革的实施提供重要依据,同时要做好相关报告的保管工作。   教师要结合最终报告结果,分析该学期机器人控制技术课程教学中出现的问题,并着手进行解决,以此不断提高教学效率、学生学习成效。
  六、结束语
  综上所述,机器人控制技术课程是一门集合电子、控制、机械等于一身的专业基础课程,在未来有较为宽广的发展前景,除了让学生了解与认知前沿的科技并掌握相关知识和技能,还可培养学生的设计能力、创新能力、动手能力、探究能力等等,对于高校学生而言,有着较多益处。但是想让学生真正学好这门课程存在较多阻碍,需要高校积极制定与落实机器人控制技术课程教学改革各项方案和措施,以此将机器人控制技术课程教学焕然一新,激发与培养学生的学习兴趣、学习欲望,将学生的被动学习模式转变为主动学习模式,方可达到教育教学理想预期,方可为国家和社会培育一批批优秀且合格的人才!
  参考文献:
  [1]夏扬.面向小学生的micro:bit支互绝机器人教学项目设计与开发[D].重庆:重庆师范大学,2019.
  [2]陈安.中职学校Arduino机器人教学项目设计与应用研究[D].金华:浙江师范大学,2019.
  [3]李芳,曹晓静,钟映春,等.《机器人入门》课程的教学模式探索[J].大众科技,2018,20(6):117-119.
  [4]王书宾.小学Scratch机器人教学项目设计与开发[D].北京:中央民族大学,2018.
  [5]谷明信,鲁鹏.应用型本科院校机器人学课程教学改革探索[J].产业与科技论坛,2020,19(4):191-192.
  [6]刘相权,李启光.机器人学课程教学改革的探索与实践[J].教育教学论坛,2018(10):126-128.
  [7]王才东,王良文,李一浩.机器人学课程教学改革的探索与实践[J].中国现代教育装备,2015(21):52-54.
  *基金项目:2019年广东省高等教育教学改革项目“新工科背景下深化产教融合聚焦智能制造现代产业学院人才培养体系建设的探索和实践”(编号:586);2019年广东省教学质量与教学改革项目“自动化省级重点专业、测控技术省級教学团队”(教学团队No.75);2018年东莞理工学院质量工程项目“自动化重点专业建设”(编号:201802005)、“测控技术教学团队”(编号:201802016)
  作者简介:任斌(1975-),男,汉族,河南周口人,博士,教授,研究方向:机器人、自动化装备、智能控制等。
其他文献
摘 要:有机化学实验是高校环境工程、食品科学与工程、中药学等专业的基础性实验课程,有利于培养学生的科研能力和创新能力。为提高有机化学实验的教学质量,文章分析了实验教学中存在的不足,并以学生为主体,对实验教学的教学内容、学生自身、教学方法、考核方式等方面提出一些建议,探索更科学、更有效的实验教学方式,为创新人才的培养提供经验与参考。  关键词:创新人才;有机化学实验;教学改革  中图分类号:G642
摘 要:生物制品生产技术课程是近年来我国部分高等院校生物类专业的重点核心课程之一。为了促进学生掌握生物制品生产技术所必需的理论知识和专业实践技能,结合自身专业优势和区域特色,培养出适合区域地方经济社会发展所需要的应用型高素质生物技术专业人才,文章从课程教学团队建设、教学内容优化、教学方式方法创新、产学研合作与开展、网络教学平台搭建、课程评价制度建立六方面对生物制品生产技术课程进行了改革与探索,逐步
摘 要:目的:探讨基于CBL的模拟培训混合教学模式在临床麻醉学本科教学中的应用价值。方法:选择2018年6月-2020年6月在蚌埠医学院第一附属医院麻醉科实习的68名本科学生作为研究对象,依照随机数字法分为实验组和对照组。实验组34人采用基于CBL的模拟培训混合教学模式进行授课;对照组采取传统教学方法。最终以基础理论考试、技能操作考核、调查问卷和回访的方式比较两组学生学习效果。结果:两组学生入科实
摘 要:近年来,随着我国信息技术和科技水平不断进步,互联网已成为人们日常生活中不可或缺的一部分,为人们的生活提供了更多便利。同时,加强计算机网络安全防范,提升网络用户的安全意识,也成为人们广泛关注的话题。文章阐述了计算机网络安全简述和计算机网络安全存在的问题,聚焦计算机网络安全的防范对策展开讨论,为计算机网络安全研究提出建议。  关键词:计算机;网络安全问题;防范对策  中图分类号:TP393
摘 要:“双万计划”是推动中国高等教育内涵式发展的核心工程,受到国内高校高度重视。与其他专业相比,管理类专业拥有较大的入围机会,拥有建设新文科的先天优势。然而,从已经公布的结果看,省属理工类高校管理类专业的表现并不突出,整体实力达不到“双万”标准,学科交叉的优势没有转化为胜势。对此,省属理工类高校管理类专业必须直面如何适应人工智能时代问题、案例教学的条件支撑问题、产学研协同问题,明确专业定位、规范
摘 要:装配式建筑是一种新型建筑结构体系,因其具备标准化、工厂化及信息化等特征,不但能够提高工程施工质量,而且能够减少人力、物力及财力等方面的投入,降低建筑工程施工难度,在建筑工程中得到了广泛应用,并已成为未来建筑业发展的必然趋势。BIM技术集成了数字技术与信息技术,将BIM技术引入装配式建筑中,能够实现建筑工程仿真模拟,搭建可视化模型。文章阐述了BIM技术在装配式建筑工程中的运用,分析了通过BI
摘 要:为了探明采空区位置,消除采空区对后期生态环境修复的影响,结合地质条件、地表可见塌陷坑、地球物理特性和高密度电阻率法的优势,在调查区开展了对采空区的勘探工作。通过认真分析采集的数据和反复推断,最终查明调查区内的采空区分布,同时也验证了高密度电阻率法在老煤窑采空区勘探中的可行性和适用性。  关键词:高密度电阻率法;采空区;煤矿  中图分类号:TD82 文献标识码:A
摘 要:在新冠肺炎疫情的影響下学生居家学习,线上教学工作全面展开。文章通过总结医学细胞生物学线上教学的一些具体做法,探索线上教学的经验,做到既能让学生完成课程学习,又能激发学生学习的兴趣和独立思考能力。此外,在进行成绩评定时,充分考虑线上教学的特点,初步建立多元化成绩评定体系。  关键词:医学细胞生物学;线上教学;成绩评定  中图分类号:G642 文献标志码:A 文章编号:2096-00
摘 要:随着数值模拟技术的发展,数值试验已成为第三种科学研究方法,探究如何将数值试验技术引入高校学科教学显得尤为重要。文章通过岩土工程领域的常用软件RFPA对页岩进行了力学特性和破裂损伤过程分析,充分证实了RFPA可以极大地促进学生对岩土工程课程理论的理解,且其操作简单方便,在岩土工程领域应用较广。因此,将其引入到高校学科教学中符合高校教学研究要求,并将推动高校科研建设的发展。  关键词:RFPA
摘 要:课程思政是改进高校大学生思想政治教育的开放教学体系,目的是为了实现立德树人。旅游生态学是生态学专业的专业限选课程,理论性、实践性和综合性较强。课程团队围绕专业课程体系的建设内容,从课程思政教育目标、实施措施等方面着手,将社会主义核心价值觀、生态文明理念、乡村振兴战略、绿色发展、主体功能区规划等融入课程教学过程以及课程考核等环节,从而将思政教育与专业课程教学有机结合,为进一步推进高校专业课程