机器人创新实践课程改革研究与实践

贾翠玲 李宗学 郭长青

摘 要：依据CDIO的项目培养目标，根据机器人创新实践课程的特点，将课堂教学与项目教学有机结合，制定了符合高校现状的项目实施优化方案；通过合理地组织、规划和实践，顺利地完成了教学任务。实践证明，该项目达到了CDIO的培养目标，取得了良好的教学效果。为该课程基于项目式教学的可持续发展奠定了理论基础并提供了物质条件，为其他课程项目式教学的开展提供了参考和借鉴。

关键词：机器人；创新实践；教学改革

中图分类号：G4

文献标识码：A

文章编号：16723198（2015）19015602

1 引言

随着现代大型生产自动化水平的日益加强，企业对人才需求尤其是工科类学生的要求也越来越高，不仅要求牢固掌握本专业相关知识，还要熟悉各种仪器设备的控制系统的设计、开发等相关技能。当前，由于我国高等院校在传统的教育模型下培养出的学生不能很快胜任所聘任的工作岗位，使得很多高校不得不对传统的培养模式进行大幅度的改革。为此，内蒙古工业大学在实训基地工程训练中心开设了“机器人创新实践”这门实践课程，引入了CDIO项目式教育培养模式。从目前的教学效果来看，随着该课程的不断深入和推广，得到了很多学生和用人单位的好评和认可。

CDIO的意思是构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），最早是由美国麻省理工学院、瑞典皇家工学院、瑞典查尔摩斯工业大学和瑞典林雪平大学共同建立的基于工程的教育改革模式。该项目式教学法主要锻炼学生的个人能力、团队合作能力、工程系统能力以及掌握基础知识能力，使学生在这四个层面达到预定目标是该项目式教学法的主要目标。CDIO项目式教学改革是为学生提供一种工程背景，在实际生产环节中对产品从最初的构思-产品设计-产品实现-产品运行的条件下，使学生能够掌握扎实的工程基础知识；自主研发新产品和新系统的开发与运行；深刻理解工程技术的研究与发展对社会的重要性和战略影响。

2 课程方案的制定及具体实施过程

2.1 课程方案的制定

为提高教学效果，授课教师事先了解各个专业学生的专业基础学科，根据各班所学专业的特点以及实验教学硬件设施的现状，对机器人课程教学大纲进行了较大幅度的调整，将CDIO项目教学模式融入到课堂教学过程中。新旧大纲学时安排对比如表1所示。

由表1新旧大纲的对比可以看出，学时分配在教学过程中进行了很大的调整，在保证重点知识授课学时的基础上，增加了学生项目制作时间和讨论环节。这样既有利于培养学生的实际动手能力又能给学生一定的思考空间，从而积累解决问题的经验，保证项目的顺利进行且高质量地完成。

为了达到预期的培养目标，充分调动学生的学习主动性、积极性以提高授课质量，结合机器人创新实践课程的特点制订了具体的实施方案。具体项目流程如图1所示。

图1 课程实施步骤

2.2 课程实施过程

课程具体实施过程包括团队分组、项目确定、硬件搭建设计、软件编程驱动、调试运行、验收等环节。

（1）团队分组。由授课教师根据平时学生成绩以及男女比例等进行分组，通常3人为一个小组，每组选取一人作为组长，主要负责项目的顺利进行。

（2）项目确定。首先由教师介绍硬件作用、使用方法及注意事项；然后要求学生至少提出两种方案的设计（包括硬件搭建的外形和将来实现的动作）；最后由指导教师和学生共同确定最后的方案。

（3）硬件搭建設计。由教师提供硬件包括设备驱动控制器、配线以及必须的其它配件等，学生根据事先确定的设计方案自行搭建外形。本环节可以考察学生的动手能力、整体构思能力及团队合作能力等。

（4）软件编程驱动。对搭建出来的硬件进行软件编程驱动，既可以检验硬件安装是否正确，也可以对搭建的项目进行智能驱动，设计有创意的动作以及实现机器人的自动控制。

（5）调试运行。机器人套件搭建完成、软件编制驱动后，各组成员自行检测、调试各自的项目，解决项目进行过程中出现的问题，教师在此过程中可以给予适当的指导。

（6）项目验收。要求每组学生边讲解边现场操作演示，指导教师给予综合点评。

3 项目式教学法的研究意义

以项目为导向的机器人创新实践教学方法的研究意义有如下几条：

（1）以机器人技术为载体的项目式教学法对于提高学生的学习积极性和学习目的性，提高实践和创新能力，增强就业竞争力有显著的效果。

（2）对培养创新型人才提供了一个渠道，藉此可以总结、遴选出有效措施和方法，以利于传统高校对创新型人才培养方案的坚持和推广。

（3）开拓了一条对探索创新人才培养的新途径和新渠道，能借此寻找出一种新思路、新方法，有利于推动创新人才培养工作能够更上一个新台阶。

4 总结

CDIO项目式教学在“机器人创新实践”课程中的应用和推广，能够很好地解决了传统教学模式与实际生产企业用人需求脱节的问题。由于在教学过程中加入了实际生产过程中项目制作的因素，很好地激发了学生的学习主动性，同时培养了学生的分析问题、解决问题的能力，增强了学生的团队合作意识和人与人之间的沟通能力。实践证明，该项目式教学方法推动和促进了机器人创新实践课程的改革，具有重要的指导意义。

参考文献

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