开展机器人教育 培养创新能力

王成军，沈豫浙

安徽理工大学 机械工程学院，安徽 淮南 232001

开展机器人教育 培养创新能力

王成军，沈豫浙

安徽理工大学 机械工程学院，安徽 淮南 232001

机器人教育是学校培养学生创新能力的综合平台，是高校教育教学改革的一个切入点，也是学校创新教育的一种重要形式。笔者结合多年学习、研究机器人以及从事机器人教学的实践经验，探索了我国高等院校开展机器人教育活动的有效途径和方法，并介绍了安徽理工大学机器人教育的具体实践和效果。

机器人教育；创新教育；创新能力；工程素质

一、机器人教育

狭义的机器人教育是指以机器人相关知识和制作技能为对象的教育，包括专业理论知识教育、机器人实践教育和机器人科技竞赛等；而广义的机器人教育概念则是指所有学习、利用机器人的相关知识和技术，进行教育效果和师生劳动方式优化的理论与实践活动。

机器人教育是培养学生创新能力的综合平台，开展机器人教育是高校教育教学改革的一个切入点，也是学校创新教育的一种重要形式。它能以较少的投入（包括人力、物力、财力、时间等)取得较大的教育效果（主要指学生的知识获得、技能形成、情感培养等），从而优化教与学的效果；同时，采用机器人这种教学工具，能改善教学方式与方法，减轻师生的工作强度，缩短工作时间，提高工作效率[1]。

机器人的出现为学校创新教育提供了一个崭新的平台，几乎没有一种技术平台比智能机器人更适合创新素质教育。学校不仅可以把机器人作为一种科学教育的工具，用于提高学生的科学素养，还可以根据自己的实际情况开设机器人相关课程，开展各种机器人教育，普及机器人知识，以各种机器人活动来推动机器人教育的开展，培养满足社会和科技发展需要的机器人相关人才。

二、开展机器人教育的有效途径和方法

1.开设机器人相关课程，补充机器人专业知识

机器人课程可以选修课、必修课和实验课等多种形式开设，为学生补充有关机器人的专业知识。机器人课程的难度从低到高设置，为不同年级、兴趣和特长的学生提供相应的选择空间和学习平台。课程内容应包括机器人的发展历史、机器人基本理论、机器人术语、机器人传感技术、机器人机械结构设计、机器人控制和机器人数学基础等内容，同时，所开设的理论课程必须辅助以相应的实验课程来补充，增加学生动手操作的机会。

2.制定合理的课程评价和考核办法

机器人课程不同于其他传统课程，它是一门跨专业、高度综合的新兴技术课程，具有明显的学科交叉性和实践性。所以其课程评价和考核办法也应该和其他传统课程有所区别。机器人课程的评价要注重学生在活动过程中的自我反思，多样化的评价方式有助于全面反映学生在课程中所获得的知识以及知识的灵活运用情况。评价可以根据学生的课程学习、实验与设计项目的完成情况，也可根据学生的实质性成果来进行[2]。

除了一些基于基本理论知识的常规考核外，还应该侧重于实际动手操作和创新制作方面的考核。如基本器件和模块的组装、测试、调试、策略规划、程序编写和测量，以及根据某些设想完成的机器人系统构建和创新制作实践环节的考核等。概括起来，机器人课程考核主要包括专业知识、程序编写、调试与测量、创新制作四个部分，其中专业知识考核采用传统的试卷考核的办法，程序编写、调试与测量需要在机器人实验室选择相应的机器人实验平台完成，而创新制作需要学生自己动手搭建机器人系统，完成结构件的设计与制作，最终成绩和效果以一个实质性的成果形式体现。

3.开设机器人实验，为学生创设自主发挥空间

机器人实验是对机器人专业知识理论学习的最好的补充，还可以增强专业课程学习的目的性、针对性和学习热情，也一直深受学生的欢迎。开展机器人教育，就必须开设多种形式的机器人实验，为学生提供机器人系统模块配置、模块设计、程序编写、系统调试和创新制作等实践平台和环境，特别是那些难度系数比较高的开放性和创新性实验，可以以项目的形式开展，由于每一个项目都没有标准的和唯一的答案，学生们需要不断的探索和研究，因而也有一个可以任其自由发挥的空间，这对培养学生解决工程实际问题所必需的工程素质、创新能力和实践能力是一个最佳的锻炼途径和方法。

4.开展机器人竞赛活动

开展各种机器人展示和竞赛活动是一项很好的科技创新活动，也是普及机器人教育的一个重要途径。它不但能够有效地激发学生的学习和研究的兴趣，而且还是一项综合了机械、电气、计算机、自动控制和数学等多学科的知识的综合性训练。对提高学生的语言表达能力、独立分析问题和解决问题的能力、综合运用专业知识的能力、自学能力以及团队协作能力等都是一个比较理想的途径。

不仅可以组织学生参加各省的机器人科技竞赛，还可以参加全国性的机器人竞赛，如机器人足球世界杯（RoboCup）、FIRA机器人足球赛、机器人灭火比赛、CCTV全国机器人电视设计大赛和一年一度的“广茂达杯”中国智能机器人大赛，以及国际级别的亚太大学生机器人大赛等机器人科技竞赛。更为重要的是要定期开展学校和学院级别的机器人科技竞赛，吸引更多的学生参与，才能为更高级别的比赛以及机器人研究和开发培养和选拔更多的后备人才。

5.加强校企合作，构建机器人产学研平台

机器人生产商是机器人教育的一个隐性推动者，在国内外，部分机器人课程的顺利实施都得益于机器人生产商，特别是教育机器人和竞赛机器人生产商的支持。机器人生产商为学校免费或有偿提供机器人产品；协助学校建立机器人实验室，开展机器人教学、研究，合作申请科研项目，合作开展相关技术研究和开发；为学校培养师资和学生；协助学校参加各种级别的机器人竞赛。正是因为他们的积极参与，和学校建立了很好的产学研关系，推动着机器人教育的不断发展。同时，由于高校的参与，也促进了企业产品的不断完善和升级，使得机器人产品在学校和企业得到更好的推广和应用，形成了一种比较理想的产学研合作方式。

三、我校开展机器人教育的做法和实践

智能机器人是一门跨专业和高度综合的新型学科，是典型的光机电一体化高度集成的产品，它综合应用了数学、力学、机械、电子、计算机、自动控制、数据通讯、人工智能、工程材料和网络技术等学科的最新技术和成果。由于它的先进性、知识密集性、技术集成、高度智能化和神秘感而倍受广大师生的青睐。2002年机器人引进我校时，立即引起学生的浓厚兴趣和广泛参与。首批引进的机器人系统成为激发学生创新热情和求知欲、培养创新能力和实践动手能力的最佳教学平台。我校机器人实验室也成为最受学生欢迎的实验室。

图1 机器人教育过程模型示意图

近年来，我校高度重视机器人教育，不断加大机器人教学和研究方面的投入，在机器人教育与科研方面已经形成了自己的特色，图1为我校的机器人教育过程模型的示意图。2004年，在借鉴国内外高校先进经验的基础上，我校机械学院建立了智能机械与机器人实验室，开展移动机器人、仿人形机器人、蛇形机器人、管道机器人和小型竞赛机器人的教学与研究。我们在2001，2002，2003，2004，2005级本科生的毕业设计等教学改革中进行机器人教育改革试点，在毕业设计题目中和先进制造技术等相关专业课程考核中增加机器人设计与创新制作方面的选题。在智能机械与机器人研究所老师们的指导下，这些同学相继完成了“24自由度仿人形机器人的设计”、“果树采摘机器人的设计”、“液压支架专用焊接机器人”、“仿生蜘蛛的设计与制作”、“管道除垢机器人”、“管外自动喷涂机器人的设计”等30多个课题。其中部分设计作品参加了全国大学生机械创新设计大赛和全国大学生过程装备实践与创新大赛，获得全国一、二、三等奖各1项，省级奖励10余项，申请专利3项。

学校采用了以研究促进教育的方式开展机器人教育，机器人研究所的研究人员共参与国家863计划项目和国家自然科学基金项目等有关机器人的项目10余项，发表了近20篇研究论文，取得了一批研究成果。这有效促进了我校机器人教育工作的开展。如今，我校已经把“智能机械与机器人”、“人工智能”和“机器人创新制作”等课程列入本科教学计划中。

目前，我校智能机械与机器人实验室除了可开展上述仿人形等机器人的教学、研究和实验外，还可以开展机器人灭火比赛、机器人足球比赛和趣味机器人比赛等机器人竞赛活动。我们每年都举办学院和学校级别的机器人大赛，每次都吸引机械、化工、计算机、地质和材料等多个专业的数百名选手参加。由于机器人教育的开展，学生对机器人创新制作和机器人竞赛兴趣非常高，这广泛激发了学生的学习热情和创新的动力，这不仅强化了他们对所学专业知识的理解，还拓宽了专业知识面，培养了创新设计能力和对跨专业知识的综合运用能力，从而使机器人教育成为学校开展创新教育的重要方法。2008年，笔者主持完成的教研项目“工科学生创新能力培养机制研究”获得了安徽省教学成果一等奖。

[1]万佑红，蒋国平.机器人教育与大学生创新能力培养的探索[J].电气电子教学学报，2005，(8)：7-8.

[2]王益，张剑平.美国机器人教育的特点及其启示[J].现代教育技术，2007，(11)：108-112.

[3]王成军.创造学[M].北京：人民军医出版社，2005.

Carrying out Robot Education and Cultivating Creative Ability

WANG Cheng-jun, SHEN Yu-zhe
Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001, China

Robot education is an integrated platform for university to cultivate students’ creative ability, a starting point of college teaching reform and a important form of university creative education. Combined with the experience of researching robot and robot teaching of the authors, this paper introduced the robot education concrete practice and effects of Anhui University of science and technology.

robot education; creative education; creative ability; engineering quality

G642

A

1006-9372 （2010）01-0109-03

2009-11-10。

王成军，男，讲师，主要从事创造学、智能机械与机器人等方面的教学和研究工作。