开放机器人实验室对学生能力培养研究

李林喜等

摘 要：

机器人实践教学实验室是提高学生实际动手能力、培养学生创新思维、创新能力的重要基地。阐述了开放机器人实验室目的和意义、开放方法和模式，旨在为深化实践教学体系与教学模式的改革探路。在实际教学过程中，发挥学生自主创新能力、实际操作能力、分析解决问题的能力，使学生科研创新实践的综合素质得到明显提高是当前工程训练的主要目标。

关键词：

开放；机器人；实验室

中图分类号：F24

文献标识码：A

文章编号：16723198（2014）06009901

1 引言

我国高等教育人才培养的主要目标：培养学生的理论联系实际能力、自主创新能力、实践动手能力及操作能力。工程训练中心是高校的主要实践基地，可以进行实习教学、开展科学活动、培养学生创新能力、实践能力、提高学生的综合素质，以及提高实践动手能力的重要基地。目前，工程实践训练教学已经成为各大高校教学不可缺少的实践内容。内蒙古工业大学至2007年以来，建立了工程训练中心机器人创新实践基地，逐步加大对该实验室投入力度，加快实验室的软、硬件环境的建设速度，为大多数学生提供工程实践锻炼的机会。在传统的教学实践中，因为实验课时少，传统的课堂教学管理模式，在培养学生能力方面没有发挥其应有的作用。为此，课题组在机器人实验室经过不懈的努力，逐步在开放上做出更多的探索和研究，尽快找到有效的开放形式，为提高实践教学效果发挥应有的作用。本文以我校工程训练中心机器人创新实践教学为研究对象，为学生提供开发的实习基地为实践手段，从根本上提高了学生的创新实践能力，为适应社会发展做出贡献。

2 机器人实验室教学概况

机器人技术是一门高度综合，专业跨度大的学科，它包含了计算机、自动控制、传感器、通信和人工智能等学科，是光机电一体化的综合应用。机器人教学过程也是一个综合实践的过程。机器人教学实验环节中及时地增加新兴智能机器人的知识内容，课外教学过程以兴趣小组的形式加以提高和巩固，此外，再加上参加各种机器人竞赛，使学生实时地了解该专业的发展方向，为适应未来社会发展早做准备，同时也为原有的传统实验教学模式增添了新的发展方向。机器人具有人的特性，学生可以通过程序设计来实现机器人的智能控制。教学过程中会有器材及场地的限制，通常需要老师和学生共同安排、就地取材、专心设计，构思新创意，较大地挖掘学生的想象力与创造力，追求出科学完美的设计方案。机器人学习实际就是探索研究性学习，课堂上学生们都会完成自己和教师共同讨论出的设计任务，根据这一目标由学生自己进行创新性扩展性探究活动。很多时候创造源于突发奇想，学生可以做出不懈的尝试，不断的调试与改进，大胆地添加新的尝试，注重每一个设计细节，将机器人调节至理想的智能状态。

2.1 开放机器人实验室的目的与意义

机器人实验室的开放，实际就是为学生创造一个开放性的实践环境，学生可以在课余时间来这里动手做一些课题探讨。近年来，内蒙古工业大学机器人创新实验室每年都会参加固定的机器人比赛，通过这个比赛，学生可以有目的的做一些理论和实践相结合的项目，从而提高自己的创新实践能力。此外，可以弥补传统教学模式的不足：首先，可以增加学生实践的机会，学生在课堂上没有充分掌握的知识技能，可以在实验室不断练习，反复验证，使学生动手能力和解决问题能力得到增强；其次，可以调动学生学习的热情和主动性，充分注重学生个性的发展，给予学生较大的自主权，充分发挥了学生的自主创新的能力；第三，可以较大限度地利用实验室资源，减少实验室资源的闲置时间；第四，可以培养学生的团队合作精神。学生可以自由组合合作人员，有分工也有合作，依靠项目小组成员相互协作与积极配合来完成设计作品项目，锻炼学生个人的团队精神和协作能力。

2.2 开放实验室的主要对象

我们每年在校内举行一次机器人大赛，以此成立机器人兴趣小组。兴趣小组成员一般从大一到大四都有，我们实行高年级带低年级同学，这样新加入的同学能够很快能够了解制作流程。兴趣小组成员可以在课余时间来这里做项目，比如每年的亚太机器人大赛，给定比赛题目，让学生自己设计，自己加工制作，编制程序最后完成整个比赛项目，学生从中能够锻炼自己的综合创新实践能力。

2.3 开放机器人实验室的模式

开放机器人实验室的模式主要采取半开放和完全开放的模式。半开放即教师指导模式，这种模式主要是针对刚加入机器人兴趣小组的成员进行指导。对他们进行机器人知识的讲解和软件开发的指导，如果是参加比赛的同学还有进行比赛规则和开发的讲解。完全开发模式主要针对机器人兴趣小组老成员，他们可以在业余任何时间来做项目。机器人实验室可以给学生提供相关的硬件和软件开发平台，实验室老师会定期来实验室进行指导，或者通过兴趣小组qq群进行指导。

3 开放机器人实验室对学生能力的培养

3.1 培养学生独立开展科研能力

在机器人套件搭建创新实践过程中，从拟定需设计的项目开始，包括外形的搭接、器材的选择、开始搭建模型到编写程序驱动，都需要学生自主实施完成，有利于培养他们独立开展科研的能力。

3.2 培养学生团队合作互助能力

小组成员有分工也有合作，机大家积极配合才能完成设计作品项目，成员间互相讨论和学习，有利于开阔思路，集思广益，激发灵感，锻炼学生个人的团队精神和协作能力。

3.3 培养学生逻辑思维能力

机器人课程包括硬件搭接制作和软件编程俩方面，而软件编程需要学生以较短的程序实现复杂的任务，这就要求学生有较强的逻辑思维能力。通过教师的前期指导，教会学生如何编制程序，学生通过自主编制逻辑程序达到控制机器人的目的。

3.4 培养学生科技创新的能力

学生需要独立地完成机器人的制作过程，从方案设计开始到具体实施步骤，在设计过程中，就锻炼了学生的独立分析问题和解决问题的能力。机器人的设计可以采用很多不同的方法，通过比较不同算法流程，找到最有算法，极大地发挥了学生的个人潜能。

4 开放机器人实验室的实践效果

近年来，内蒙古工业大学工程训练中心力行教学改革，建立了开放性的实验教学课程体系，为学生营造了自主创新的学习环境，取得了不错的成绩。至2008年以来获得了很多奖项，学生在比赛过程中除了可以锻炼实践能力、分析问题、解决问题能力之外，比赛过程中的随机应变，解决突如其来问题的能力也有很大的提高。很多同学在比赛过程中被企业相中签约的也不少。还有的同学通过努力得到了保研的资格。

5 结语

机器人创新实验室的开放优于传统实验教学，展示了未来高校实验教学的发展方向。因此，机器人实验室的开放是高校教学改革的发展趋势，它能够激发学生学习的主动性和热情，极大地发挥学生的个性特点，已经成为高素质、适应时代需求、高尖端人才培养的摇篮。通过参加机器人比赛等实践活动，学生一开始就接触了工程实际问题，初步了解了工程师应具备的各方面能力；有利用提高学生的工程意识，对学生尽早制定职业规划起到了积极的推动作用。

参考文献

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