机器人课程教学的反思

苏冬梅，刘洁晶



机器人课程教学的反思

苏冬梅a，刘洁晶b

(衡水学院 a. 数学与计算机科学学院；b. 教务处，河北 衡水053000)

我国机器人教学起步比较晚．机器人课程的开出极大地激发了学生的学习兴趣和创新热情，提高了学生的钻研和探索精神．但机器人教学仍属于新鲜事物，还面临着产品缺乏规范、机器人价格颇高、师资匮乏、由竞赛驱动等问题．要想改变这一现状，提高教学质量，教学反思是不可或缺的教学手段．通过对机器人教学的反思，可以培养学生的创新能力，提高学生的动手能力，培养学生的团结合作精神以及为社会培养应用型的人才．

机器人；机器人课程；教学；反思；应用型人才

近年来，机器人与我们的学习生活越来越紧密，也越来越受到人们的关注．开设机器人课程可以拓宽大学生的知识面，提高学生的学习兴趣，对提高大学生的综合素质以及应用型人才培养有着很重要的现实意义．因为机器人课程本身具有创新性、综合性、实践性、开放性、探究性等特点，这些特点可以使我们在机器人教学过程中能很好地提高学生的动手动脑和创新能力，也可以发掘机器人文化的教学价值和教学功能，对学科发展有着很好的促进作用．

1 机器人教学的基本情况

机器人学科是一个知识涵盖面比较广的交叉学科，它融合了机械、电子、自动化、材料、计算机技术等学科，是科学技术发展的前沿．在机器人教学过程中，通过充分的自主体验，可以培养和提高学生的动手动脑能力，思维创造能力，开拓创新能力，团体协作能力[1]．我国开展机器人教学研究的历史并不是很长，目前正处于探索起步阶段，机器人教学各种理论知识和实践教学并不成熟．

在现实生活中，机器人无处不在，并非很神秘，且给我们的生活带来了极大的方便和乐趣．并不是在高科技实验室和科幻电影里才出现，也并不是具有与人类形态相似的才称为机器人，机器人的种类众多，它已经走进了工厂，走进了家庭、走进了各个领域，同时也走进了大学校园，也将逐渐揭开神秘的面纱．在教学中，学生通过对机器人的实际方案研究、策划、动手设计、组装和编程，在探索和动手实践中，增加了学生对机器人的理性和感性认识，更增强了学生对机器人的动手和操控能力，改善了学习方式和学习态度．机器人是目前极富挑战性的新技术和融合了多种学科知识的新学科．大学生好奇心强，而且极具强烈求知欲望，通过机器人教学，学生会对机器人技术和文化产生浓厚的兴趣，而且会将这种兴趣逐步扩展到对其它学科知识的探索中去．兴趣是创新探索的动力，在学习探索上每名学生是有差别的，主要差别是个性和兴趣．如果学生对机器人具有浓厚的学习兴趣，那么探索知识便会成为一种自觉的行为和乐趣．

2 开展机器人教学存在的问题

机器人教学在国内外的发展中很迅猛，但是在其发展过程中，体系尚未形成，机器人教学还暴露出很多不容我们忽视的问题．

2.1 产品缺乏规范

目前，机器人产品不胜枚举，多数产品自成体系，编程软件互不兼容，且产品之间开放度低[2]．国内生产机器人产品的公司大约30家，但是这些国内机器人产品绝大多数没有教学理念的支持，导致不能在教学应用中产生良好的效果[3]．机器人教学相关的教材不多，且质量不高．机器人教学的大多数以产品的说明书或者是用户指南为主，缺少专家对课程教学的参与和指导．并且，目前我国还没有统一专门的教材，实用性的教材也不是很多[4]．

2.2 机器人价格颇高

目前阻碍机器人教学发展的一个重要原因是机器人教学器材费用昂贵，比如一套乐高9797的套装包括nxt控制器、光电传感器、触碰传感器、超声波传感器、声音传感器、马达和零部件等就五六千元，即使简单的机器人也是由对外界环境感知的传感器模块、机器人大脑的控制模块和用于机器人执行机构的驱动装置模块组成．一个传感器和驱动装置的价格基本是100元左右，控制模块单片机价格在150元左右，组装成一个简单的机器人也需要1 000左右[5]．组装机器人的硬件设备购买、部件的管理与维护等，也都需要庞大的开销．现有的实体机器人价格也比较昂贵，动辄数万元．

2.3 师资匮乏

机器人课程融合了人工智能、机械、计算机技术、电子、传感器、自动化技术等多个学科的知识，涉及很多前沿领域的技术，是新技术发展的重要课程．机器人课程影响力大，辐射面广，对不同专业的学生都有积极的带动作用．机器人教学在我国才刚刚起步，还没有形成专门的机器人教学体系，师资严重匮乏．机器人教学要求教师要具备多学科知识背景，具备培养学生创新思维的能力，因而对教师有着较高的要求，涉足机器人教学活动并有所建树的教师较少．“他山之石，可以攻玉”．教师可通过外出培训，积极参加各种教研沙龙和网络教研活动，向优秀的团队和教师交流学习，汲取精华，不断增强教师的实践能力．通过教师主体意识、责任感、创新精神和主体能动性的提升带动教师的课程开发能力、教学实践能力的发展[6]．

2.4 驱动方式单一

目前机器人教育课程与学科整合经验较少，教学理论研究匮乏．机器人教学课程并非围绕日常的教学活动开展，主要是由各式各样的机器人竞赛所驱动，这样研究人员都集中在机器人比赛规定制定和比赛相关产品规格的研究上，造成的直接后果是对比赛规则了解比较透彻，而教学研究成果较少，最终导致在机器人教学过程中缺乏有效的理论知识支撑，难以深入到日常教学活动中[7]．机器人教学是紧紧围绕着机器人竞赛开展，教师对所用的机器人产品和所参与的比赛规则掌握得比较透彻，而对机器人教学应该具备的相关知识结构不是很清楚，因此机器人课程教学发展明显滞后于机器人比赛的发展．

3 机器人教学中的反思

在机器人的教学中，经常反思的是，为什么要开这门课？在学习中要让学生有什么收获？如何才能培养学生的学习兴趣？达到什么样的培养目标？国家、社会、学校、教师、学生如何受益，这是教学中的最基本的环节，也是必不可少的环节，通过教学反思，机器人教学必须注重以下几点：

3.1 培养学生的创新能力

学生有丰富的想象力和无限的创新力．对大学生创新能力的培养要始终贯穿于日常的教学活动中，并非是参加创新竞赛时才开始重视和培养．在学生完成教学活动任务后，让学生进行思维发散能力的训练[8]．比如进行以交通为主题的机器人设计，让学生进行自主分组设计、规划、讨论，学生自主进行车辆形状以及交警机器人的建构、程序的编写．学生还可以通过学习研究撰写介绍机器人的名称、功能、创新点，机器人能够实现的动作，设计的原理及过程的小论文进行展示，得到应有的训练和长进．学生设计的机器人作品各式各样，学生通过自评、互评对展示的作品进行评价，这个过程，让学生了解了其他学生不同的思维方法和想法，取长补短，从而更好地改进和完善了设计作品．在机器人教学中培养了学生创新能力、科技能力，而且也能增强了学生科技创新的意识和动力[9]．

3.2 提高学生的动手能力

对于任何学习，亲自做是最好的学习方法，机器人教学更要注重实物机器人演练，增强学生的感性认识和动手能力．比如：空中四旋翼机器人课程，学生通过在模拟器上掌握四旋翼飞行的基本技巧和技能，将一些兴趣浓、动手能力强的学生选拔进学校的社团兴趣小组，参加各类空中机器人的竞赛．让学生的创意和动手能力在实体空中机器人上得到体现．学生在学习过程中，对机器人的研究产生了浓厚的兴趣，为日后提高机器人的科研水平和应用水平起到了促进作用．

在教学活动中，过程性经验往往不是“言传”就能使学生体会，我们必须具有“三分设计，七分调试”的理念，让学生亲手设计、制作、调试机器人．在设计过程中，学生决定机器人的构建、造型；在制作的过程中，让学生选择机器人需要的零器件，再让学生将零器件设法组装在一起，这样，学生更好地完成了自己的设计，并将设计的机器人达到了最佳效果．学生通过在电脑上进行相关软件的编程，通过多次反复的试验、调试，不断地进行改进和完善，最后实现了最优的试验效果．在试验过程中，学生可以得到很多方面的锻炼．无论是技术还是理论，无论是学生还是老师，都增长了才干，增加了自信，为应用型本科院校专业发展打下了良好的基础．

3.3 培养学生的团结合作精神

机器人课程是一个综合性很强的学科，教学中机器人器材比其他理论学科知识更加具体形象，制作效果也是立竿见影，有助于学生自主探索．在常规的教学过程中，教师是提倡学生之间以小组的形式合作，但这种合作方式，通常是松散的，可有可无，合作只是一个形式，达不到最佳效果．但是在机器人制作、比赛和训练过程中，小组队员的合作必须十分默契，小组合作状态直接影响比赛成绩，集体的智慧是至关重要的，“三个臭皮匠，赛过诸葛亮”，有了良好的合作能力，对同一个项目多层面、多视角的研讨，可以多方面进行探索创新，团结合作对个人来说可以扬长避短，而且可以很好地增加同学之间的感情和全体同学的凝聚力．引导学生进行分组协作完成教学任务，是特定教学条件下的教学方式，通过分组进行学习，即满足学生的独立学习愿望，培养学生的个性；又能激发学生的合作学习，培养学生的合作意识和团队精神．可见机器人教学对学生团队合作精神的培养具有十分显著的作用．

3.4 为社会培养应用型人才

机器人教学以国防、军事为背景，以无人机、水下潜艇机设计为研究目标，以专业知识为依托，以某战事素材为素材，将多方面、多层、多领域的知识贯穿于教学中，既锻炼了学生的动脑、动手和思维能力，又培养了学生的团体合作和开拓创新意识，学生增强了爱国、爱家、爱学校的主人翁精神，对学校的学科发展也有了很大的推动作用，学生也都能全身心投入到学习中，收到了良好的效果，对学生的就业、创业也有了很好的促进作用，为学校、社会的应用型人才培养奠定基础．

[1] 苏冬梅,刘洁晶.谈素质体育与机器人运动[J].青春岁月,2014(11):264.

[2] 秦健,崔鑫治,李晓刚.我国机器人教育研究现状与我校校本课程建设[J].中国信息科技教育,2011(4):4-6.

[3] 葛文双,傅钢善,史婷.我国中小学机器人教育发展中的问题分析[J].中国教育信息化,2008(4):4-7.

[4] 李鸣华.机器人教育的教学设计[J].中国电化教育,2007(8):98-101.

[5] 刘志军,王振群.浅析中小学机器人教学[J].科技信息,2012(1):541.

[6] 雷静桃,刘亮,张海洪.“机器人学”课程教学改革与实践[J].实验室研究与探索,2013(5):179-182.

[7] 王佩.智能机器人的教学探索[J].中国电化教育,2009(2):95-96.

[8] 薛子云.浅谈机器人教学课程的理论研究与实践创新[J].职业科技,2011(8):98-99.

[9] 周俊波.机器人教学与大学生创新教育[J].中国科教创新刊,2013(11):14.

Reflection on Robot Teaching

SU Dong-meia, LIU Jie-jingb

(a. College of Mathematics and Computer Science, b. Office of Teaching Affairs, Hengshui University, Hengshui, Hebei 053000, China)

Robot teaching started relatively late in China. For students, the robot course has greatly inspired their interests in learning and innovating, and also improved their studying and exploring spirit. However, robot teaching is relatively new for us, and faced with the problems of lacking regulation in products, high price of robots, teacher shortage and being driven by the competitions. In order to change the situation which the robot teaching is facing, it is necessary to enhance the teaching quality and perform teaching reflection. By implementing teaching reflection in robot course, it is helpful in developing students' innovation ability, hands-on skill and cooperation spirit, and then more applied talents will be cultivated.

robot; robot teaching; teaching; reflection; applied talents

(责任编校：李建明 英文校对：李玉玲)

10.3969/j.issn.1673-2065.2015.01.030

G642

A

1673-2065(2015)01-0109-03

2014-09-23

衡水学院教学改革与研究项目(jg2014021)

苏冬梅(1989-)，女，河北景县人，衡水学院数学与计算机科学学院助教，农业推广硕士；

刘洁晶(1981-)，男，河北景县人，衡水学院教务处副教授，工程硕士．