《工業(yè)機器人》課程教學(xué)改革探索

【摘 要】本文結(jié)合《工業(yè)機器人》的課程特點，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考評方式三方面分析了目前該課程教學(xué)存在的問題，并分別提出了具有建設(shè)性的改革方案，部分方案在過去兩年的教學(xué)工作中進行實踐，取得了良好的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)機器人 教學(xué)方法 實驗

【中圖分類號】TP242.2 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）03-0301-01

1 引言

《工業(yè)機器人》是一門多學(xué)科交叉的綜合性學(xué)科，無論在基礎(chǔ)理論方面，還是在實踐應(yīng)用方面，其發(fā)展速度都十分驚人。通過學(xué)習(xí)《工業(yè)機器人》這門課，使學(xué)生掌握工業(yè)機器人技術(shù)和工業(yè)機器人設(shè)計的基本知識；培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識解決該專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的實際問題的能力。目前高?！豆I(yè)機器人》課程教學(xué)大綱一般是20世紀(jì)90年代制定的，十幾年來沒有變化，這種情況顯然不符合中國新時期對大學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)的要求，教學(xué)改革勢在必行。筆者將以中國高等教育改革的主導(dǎo)思想為指導(dǎo)，結(jié)合其他院校教學(xué)改革的先進經(jīng)驗，同時借鑒發(fā)達國家高等院校教學(xué)的新理念，對《工業(yè)機器人》的教學(xué)改革提出一些改革方案

2 教學(xué)內(nèi)容的改革

本文主要從以下兩個方面進行分析：

2. 1 教學(xué)內(nèi)容的拓展

進一步拓寬所講授的基本理論知識的范圍。由于受到各種條件的限制，高校一般只為學(xué)生講授有限的機器人基本理論知識，這顯然不夠。扎實而深厚的基礎(chǔ)理論知識是今后進行科學(xué)研究和從事實際工作的前提，因此，有必要在所涉及的部分基礎(chǔ)理論知識的基礎(chǔ)上，加大講授其他基礎(chǔ)理論知識的力度。就《工業(yè)機器人》這門課程而言，坐標(biāo)變換、運動學(xué)、動力學(xué)、機器人控制等都是需要講授的關(guān)鍵內(nèi)容。另一方面，應(yīng)當(dāng)補充當(dāng)前機器人領(lǐng)域具有代表性的處于學(xué)科前沿的最新研究成果。通過這些年的授課經(jīng)歷，筆者深刻感受到，學(xué)生們對美國和日本等機器人發(fā)達國家的最新研究和試驗成果非常感興趣，如果能夠在這方面內(nèi)容上有所拓展，必將激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程的興趣，提高學(xué)習(xí)效果。

此外，在教學(xué)內(nèi)容上不應(yīng)只是平鋪直敘地介紹一些基本理論，這不利于激發(fā)學(xué)生們的靈感和創(chuàng)造性，而應(yīng)注重教學(xué)與科研的有機結(jié)合，講授內(nèi)容應(yīng)具有一定的探索性。就《工業(yè)機器人》這門課程而言，筆者往往把自己的科研項目和研究成果融入教學(xué)內(nèi)容中，使基本理論的講授更加豐富，具有實用性[4-5]。

2.2 加強實驗教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力

教師偏重理論知識的講解，而忽略了學(xué)生實際能力的鍛煉。一方面，由于機器人實驗設(shè)備較其他教學(xué)設(shè)備昂貴，使得該門課程的實驗環(huán)節(jié)很難展開； 另一方面，課程即使開設(shè)實驗環(huán)節(jié)，由于設(shè)備數(shù)量的限制，也很難保證學(xué)生獨立操作，更不用說獨立設(shè)計軌跡、實現(xiàn)機械臂位置或軌跡跟蹤控制等算法驗證，無法充分調(diào)動學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性。因此，實驗教學(xué)環(huán)節(jié)對于進一步鞏固學(xué)生對基本概念和理論的理解，特別是培養(yǎng)其動手解決實際問題的創(chuàng)新能力至關(guān)重要，加強實踐環(huán)節(jié)迫在眉睫。高校需要充分利用現(xiàn)有資源，創(chuàng)建研究生《工業(yè)機器人》教學(xué)實驗基地，或者積極與校外科研院所或機器人公司建立協(xié)作關(guān)系，為學(xué)生提供解決實際問題的機會。

3 教學(xué)方法的改進

在教學(xué)改革的理論研究和實踐中，專家和學(xué)者對研討式、啟發(fā)式、參與式以及TBA（Task-Based-Approach）教學(xué)等多種教學(xué)方法進行了深入研究和探索性實踐，極大地提高了中國部分高等院校的教學(xué)質(zhì)量。就《工業(yè)機器人》這門課程來講，筆者認(rèn)為，單一的教學(xué)方法難以滿足《工業(yè)機器人》教學(xué)改革的需要，建立研討式和TBA相結(jié)合的教學(xué)方法體系將會有助于提高教學(xué)質(zhì)量。

3.1 采用研討式教學(xué)方法培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

《工業(yè)機器人》課程內(nèi)容多，涉及學(xué)科廣，容易使學(xué)生感到雜亂，傳統(tǒng)的老師講、學(xué)生聽的灌輸式教學(xué)方法已不能滿足新時期研究生培養(yǎng)目標(biāo)的需要，改革勢在必行。鑒于《工業(yè)機器人》的學(xué)科性質(zhì)，運用目前國內(nèi)外比較流行的研討式教學(xué)方法比較適宜。在研討式教學(xué)過程中，教師是組織者，學(xué)生是積極的參與者，雙方共同以研究探討的形式完成課程教學(xué)任務(wù)。其目的就是使學(xué)生由被動的知識接受者轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥奶角笳?，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性。學(xué)生通過閱讀大量相關(guān)文獻來開闊眼界，及時了解機器人學(xué)科的發(fā)展動態(tài)，了解不同學(xué)者的不同思想和觀點，并對其進行比較。在這種過程中，能夠不斷培養(yǎng)學(xué)生積極探索和創(chuàng)新的能力。

3.2 采用TBA提高實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)質(zhì)量

20世紀(jì)80年代，TBA（Task？Based Approach）起源在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域開始實施的“基于問題的學(xué)習(xí)法（Problem—Based Learning）”。1993年，英國醫(yī)學(xué)委員會向國內(nèi)醫(yī)學(xué)本科生教育推薦了這種方法。TBA的核心理念是讓學(xué)生圍繞分配的任務(wù)來學(xué)習(xí)，它非常適宜《工業(yè)機器人》實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的改革。為了達到改革的最佳效果，教師要求注意以下幾個問題： 一是教師要編寫實驗大綱和實驗任務(wù)，為了保證實驗課的教學(xué)質(zhì)量，可以把學(xué)生分成若干小組，在不同的時間進行實驗，以保證每位學(xué)生都有實驗的機會； 二是根據(jù)實驗任務(wù)編寫實驗方案，分配好每一個學(xué)生的任務(wù)，任務(wù)的分配應(yīng)由老師與學(xué)生一起討論，任務(wù)的性質(zhì)和工作量要根據(jù)每位學(xué)生的實際條件來確定； 三是培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作精神，力求實驗的趣味性、競技性和實用性，促進團隊合作的效果。

4 考核方式的改革

課程考評方式猶如交通指揮棒，直接指明了學(xué)生的培養(yǎng)方向。《工業(yè)機器人》課程以往采用的是期末考試的方式，這種單一的考評方式已不能適應(yīng)新的教學(xué)要求，必須進行改革。筆者認(rèn)為，將期末考試變?yōu)樘峤粰C器人設(shè)計方案和裝配圖紙并答辯，要求學(xué)生提交符合制圖要求的機器人裝配圖紙，通過大型的機器人綜合設(shè)計過程，從而可以更有效地完成教學(xué)目標(biāo)，提高學(xué)生解決問題的能力，培養(yǎng)出適應(yīng)機器人技術(shù)發(fā)展要求的綜合型人才。

5 結(jié)束語

筆者結(jié)合在桂林電子科技大學(xué)《工業(yè)機器人》課程教學(xué)中的實踐，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考評方式三個方面提出了一些教學(xué)改革的建議和看法，部分改革方案已在教學(xué)實踐中進行了嘗試，取得了不錯的效果。但是，由于受實驗條件的限制，目前還未能進行實驗教學(xué)方面的實踐。

參考文獻：

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[2] 周字，陳一峰，張晶. 高職院校《工業(yè)機器人技術(shù) 課程教學(xué)改革的探索. 武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報. 2012（1）：98-99

[3]伍錫如. 工業(yè)機器人的研究現(xiàn)狀及趨勢.科技博覽. 2012（38）：423-423

[4] 戰(zhàn)強，王東月. 《機器人學(xué)》課程教學(xué)改革探討. 北京航空航天大學(xué)學(xué)報，2010，23（ 2） ： 117- 119

[5] 黃用，華李雪，梅莊未. 理工科高校《工業(yè)機器人》課程教學(xué)改革淺析. 科技信息，2012（21）：20-23