以任務(wù)驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)向的機(jī)器人學(xué)課程教學(xué)探索

李克訥* 王溫鑫 馬玉如 賀之祥 曾卓維

（廣西科技大學(xué)電氣電子與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院 廣西·柳州 545006）

0 前言

隨著“中國(guó)制造2025”規(guī)劃的發(fā)布，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)被列為重點(diǎn)發(fā)展對(duì)象，并且機(jī)器人技術(shù)已成為衡量國(guó)家科技創(chuàng)新和高端制造水平的重要指標(biāo)[1]。為推進(jìn)以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新模式和新產(chǎn)業(yè)為代表的建設(shè)與發(fā)展，機(jī)器人工程專業(yè)的籌建將成為國(guó)家中長(zhǎng)期發(fā)展的人才培養(yǎng)與儲(chǔ)備的重中之重。機(jī)器人學(xué)是機(jī)器人工程專業(yè)的核心課程，它是一門多學(xué)科高度交叉的前沿學(xué)科。為了適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)發(fā)展所需的應(yīng)用型、技術(shù)型以及復(fù)合型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，對(duì)機(jī)器人學(xué)課程教學(xué)進(jìn)行改革創(chuàng)新是一項(xiàng)重要的任務(wù)。本文對(duì)現(xiàn)有的教學(xué)理念進(jìn)行更新，擬采用“以任務(wù)為主線、教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體”的“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”教學(xué)模式[2]進(jìn)行優(yōu)化教學(xué)，著力解決機(jī)器人工程專業(yè)教學(xué)中的突出問題。

1 課程教學(xué)中的挑戰(zhàn)

機(jī)器人學(xué)內(nèi)容豐富，包含了機(jī)器人的發(fā)展概況和基礎(chǔ)理論知識(shí)，但其作為機(jī)器人工程專業(yè)的必修課程在教學(xué)過程中也面臨著諸多挑戰(zhàn)，具體主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

第一，授課內(nèi)容較為理論。教學(xué)內(nèi)容主要包括機(jī)器人的發(fā)展簡(jiǎn)介、機(jī)器人機(jī)構(gòu)、機(jī)器人位姿的數(shù)學(xué)描述與關(guān)節(jié)坐標(biāo)變換、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、機(jī)器人動(dòng)力學(xué)以及機(jī)器人的路徑規(guī)劃等[1][3]。對(duì)于大三學(xué)生來說，課程知識(shí)容量大，廣度大，因此在有限的課時(shí)內(nèi)對(duì)上述教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)會(huì)有較大的難度，也容易對(duì)產(chǎn)生畏懼心理。

第二，教學(xué)模式單一。傳統(tǒng)教學(xué)主要是以“知識(shí)點(diǎn)”構(gòu)筑知識(shí)體系的“教師講學(xué)生聽”被動(dòng)教學(xué)模式。這種授課模式教學(xué)效率高，但要求學(xué)生有很高自律性，能積極主動(dòng)做好課前預(yù)習(xí)，課堂需認(rèn)真聽講，課后能獨(dú)立完成作業(yè)和復(fù)習(xí)。然而，對(duì)于自律性和理論知識(shí)基礎(chǔ)較弱的地方二本院校，極少學(xué)生能做到課前預(yù)習(xí)，導(dǎo)致整體教學(xué)效果不佳。

第三，缺乏實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。機(jī)器人學(xué)的理論知識(shí)主要以關(guān)節(jié)坐標(biāo)變換和動(dòng)力學(xué)等內(nèi)容為基礎(chǔ)，極具數(shù)學(xué)抽象性和邏輯性，較難理解，從而對(duì)學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力帶來影響。

綜上所述，機(jī)器人學(xué)的傳統(tǒng)教學(xué)模式很難滿足新時(shí)代環(huán)境下的人才需求。因此，結(jié)合應(yīng)用型本科的辦學(xué)定位，積極探索適用于機(jī)器人學(xué)課程的教學(xué)模式對(duì)于培養(yǎng)創(chuàng)新人才和提高學(xué)生就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要的意義。

2 課程教學(xué)探索

任務(wù)驅(qū)動(dòng)法（TBL）是一種將學(xué)生活動(dòng)定為教學(xué)中心的教學(xué)法，它主要是通過教師的任務(wù)設(shè)計(jì)和安排，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主的探究學(xué)習(xí)[4]。國(guó)外對(duì)任務(wù)教學(xué)法是非常關(guān)注的，隨著不斷的深入探索和研究，任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的應(yīng)用在逐步擴(kuò)大，從學(xué)科教育，到醫(yī)學(xué)教育，再擴(kuò)展到信息技術(shù)的課堂教育、語言教育、職業(yè)教育技能等[5]，這些應(yīng)用領(lǐng)域反映了該方法針對(duì)表達(dá)性和操作性知識(shí)具有提高教學(xué)的效果。我國(guó)關(guān)于任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的研究相對(duì)于國(guó)外起步較晚，但對(duì)該法也引起了足夠的重視和關(guān)注。目前國(guó)內(nèi)各個(gè)高校的各個(gè)專業(yè)教學(xué)也都在不斷探索和研究任務(wù)教學(xué)法的應(yīng)用和實(shí)踐。因此，本文嘗試在機(jī)器人學(xué)課程中引入任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高課程教學(xué)效果。根據(jù)以上研究，得出如下具體的課程教學(xué)改革思路。

2.1 教學(xué)模式

以學(xué)生為主體，建構(gòu)以任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)的教、學(xué)、做為一體的教學(xué)方法。在教學(xué)模式上，采用課上教學(xué)和課下教學(xué)。

（1）對(duì)于課上教學(xué)，摒棄傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)，采用混合多元化的課堂教學(xué)模式，實(shí)行啟發(fā)性、互動(dòng)性、參與性于一體的教學(xué)方法，利用“理論＋習(xí)題＋討論”的組織形式，推進(jìn)實(shí)施任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)。首先教師應(yīng)針對(duì)學(xué)校以及學(xué)生整體的實(shí)際情況，兼顧機(jī)器人知識(shí)的深度以及廣度在理論知識(shí)教學(xué)方面進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜∩?。其次采用隨堂測(cè)驗(yàn)的方式，將理論知識(shí)隱含在任務(wù)中，從而引導(dǎo)學(xué)生迅速切入任務(wù)行動(dòng)，及時(shí)掌握知識(shí)要點(diǎn)。最后可參考翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式[6]，學(xué)生以團(tuán)隊(duì)的形式，在課堂上展開討論，師生間進(jìn)行釋疑、解惑、探究等互動(dòng)活動(dòng)。在課程結(jié)束時(shí)，教師可檢查學(xué)生的成果，并進(jìn)行相應(yīng)的打分。

（2）對(duì)于課下教學(xué)，由于機(jī)器人學(xué)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，因此可構(gòu)建全方位多層次的實(shí)踐與創(chuàng)新教學(xué)新模式。鼓勵(lì)學(xué)生充分利用自己所學(xué)知識(shí)參加與機(jī)器人相關(guān)的實(shí)踐活動(dòng)或積極與畢業(yè)設(shè)計(jì)導(dǎo)師進(jìn)行聯(lián)系，參與導(dǎo)師相關(guān)課題項(xiàng)目，另外學(xué)院也積極組織參加相應(yīng)的機(jī)器人競(jìng)賽，使其能夠?qū)W以致用。

構(gòu)建課上課下的開放式教學(xué)，不僅能夠提高學(xué)生的思維能力，激發(fā)學(xué)生求知欲，培養(yǎng)學(xué)生的溝通交流能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，還能通過實(shí)踐活動(dòng)加深對(duì)理論知識(shí)的理解和吸收。

2.2 作業(yè)形式

采用“課前任務(wù)型＋隨堂練習(xí)＋小組討論＋課后作業(yè)”的多元化作業(yè)形式。課堂任務(wù)型主要是通過教師事先根據(jù)課程知識(shí)點(diǎn)布置的融合趣味性、實(shí)用性和可操作性的任務(wù)以驅(qū)動(dòng)學(xué)生提前了解基本概念和分析方法；適量的隨堂練習(xí)可及時(shí)讓學(xué)生理解和鞏固所學(xué)知識(shí)點(diǎn)；小組討論任務(wù)可讓同學(xué)們相互之間討論課堂知識(shí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，并形成更深刻的理解；課后作業(yè)則布置典型習(xí)題，以便教師能及時(shí)對(duì)學(xué)生所學(xué)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行查缺補(bǔ)漏，還可適當(dāng)?shù)脑O(shè)置仿真型作業(yè)和設(shè)計(jì)型作業(yè)，以此加強(qiáng)學(xué)生的開放思維訓(xùn)練，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)抽象的理論知識(shí)的理解。隨堂練習(xí)和課后作業(yè)可通過線上的形式發(fā)布給學(xué)生，相比傳統(tǒng)的答題方式和批改方式更加的快捷方便。

2.3 答疑方法

答疑解惑是教學(xué)活動(dòng)中不可缺少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。科技的進(jìn)步給師生交流帶來很大的便利，老師通過QQ、微信等即時(shí)通訊軟件可隨時(shí)隨地給學(xué)生進(jìn)行解答。另外，教師在課堂也鼓勵(lì)學(xué)生多提問題，通過這種隨堂交流可使學(xué)生對(duì)于問題的描述以及老師對(duì)于問題的解答會(huì)更加的清晰，減少誤會(huì)的產(chǎn)生。針對(duì)典型問題，教師可以不直接告知學(xué)生明確的答案，可采用引導(dǎo)的方式，循序漸進(jìn)的讓學(xué)生有充分的思考空間，通過自我的理解，知識(shí)點(diǎn)會(huì)掌握得更加牢固可靠。

2.4 考核方式

課程考核是衡量學(xué)生課程學(xué)習(xí)效果、教師教學(xué)質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)?？稍谄綍r(shí)的考勤、作業(yè)表現(xiàn)和期末考試成績(jī)的傳統(tǒng)考核方式上考慮增加課堂的測(cè)驗(yàn)情況、課堂討論問題的表現(xiàn)情況以及參加機(jī)器人比賽情況的評(píng)價(jià)。通過這種多種情況相結(jié)合方式進(jìn)行考核，一方面給予學(xué)生一定的學(xué)習(xí)壓力，促進(jìn)學(xué)生提高學(xué)習(xí)效率，另一方面可以為機(jī)器人大賽提供人才支持，提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，達(dá)到理論與實(shí)踐相結(jié)合的目的。

3 總結(jié)

對(duì)機(jī)器人學(xué)的教學(xué)進(jìn)行探索是一項(xiàng)任重而道遠(yuǎn)的任務(wù)，也是提升教學(xué)質(zhì)量，提高當(dāng)代學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)意能力的重要抓手。本文對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)器人學(xué)課程的教學(xué)模式進(jìn)行分析和研究，將“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”教學(xué)運(yùn)用在教學(xué)模式、作業(yè)形式、答疑方法以及考核方式的優(yōu)化和調(diào)整上，以此增強(qiáng)師生間的交流，營(yíng)造良好的課堂氛圍，同時(shí)為學(xué)生提供多元化的學(xué)習(xí)空間，引導(dǎo)學(xué)生加深理論知識(shí)學(xué)習(xí)，積極參與實(shí)踐活動(dòng)，進(jìn)而提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、動(dòng)手能力。在今后的教學(xué)工作中，需要不斷的從中汲取經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量。