森林工程专业的机器人技术基础课程改革研究

历美岑，辛 颖

(东北林业大学工程技术学院，黑龙江哈尔滨 150040)



森林工程专业的机器人技术基础课程改革研究

历美岑，辛 颖*

(东北林业大学工程技术学院，黑龙江哈尔滨 150040)

摘要机器人技术基础是东北林业大学工程技术学院森林工程专业的选修课，是机械、电子、控制、检测、通信和计算机相关知识的有机融合。笔者结合森林工程专业的办学定位，分析该课程在森林工程教学中的作用和现状，从教学内容、教学方法、课程学习评价等方面，提出了机器人技术基础的课程改革办法。这些改革办法的实施不仅培养了学生分析问题、解决问题的能力，还适应了社会发展对复合型人才的需求，也提高了整个课程的教学效果和教学质量。

关键词机器人技术基础；课程改革；森林工程

森林工业机器人的研究在我国林业生态工程建设和经济发展中具有十分重要的地位，已完成的国家“863”项目“林木球果采集机器人”“伐根清理机器人”和“旋切智能定心上木机器人”等已经得到应用[1]。随着机器人技术的迅速发展，机器人技术方面的基础知识不仅是森林工程专业对学生进行能力培养的重要内容之一，而且逐步成为森林工程专业综合实践课程的良好载体。

机器人技术基础是森林工程专业的专业选修课，是机械、电子、控制、检测、通信和计算机知识的有机融合。该课程注重将机器人基础理论与应用相结合，力求反映国内外机器人研究领域的新进展。开设该课程的目的是让学生能够获得有关机器人的基本理论、知识和技能，结合实际案例，使学生能自行设计简单的机器人系统，进而锻炼学生的工程实践能力[2]，培养学生的创新设计能力[3]，提高学生的综合设计能力[4]，为今后从事森林工程专业相关机械装备工作、机器人设计与维护和攻读硕士学位打下坚实的基础。笔者就机器人技术基础在森林工程教学中存在的问题，从教学内容、教学方法和课程学习评价3个方面的改革入手，以培养学生的实践能力为导向，提出课程改革的方案，并在教学实践中进行了尝试。

1教学目标

1.1使学生获得机器人的理论知识学生通过机器人技术基础课程可以学到关于机器人运动学、机器人动力学、机器人控制、机器人轨迹规划、传感器等理论知识。对这些机器人方面基础知识的掌握有助于学生进行更深入的学习。

1.2培养学生的实践能力和创新能力学生掌握理论知识后，更应该注重实践能力和创新能力的培养。机器人技术基础课程涉及很多实验内容，需要学生动手操作，以锻炼学生的实践能力。该课程要求学生在学习完成后，可以自行设计出简单的机器人系统，在此过程中锻炼了学生的创新能力，进而提高了学生的综合设计能力。

1.3为学生以后从事相关工作打下基础森林工程的毕业生中有部分会选择机械类的工作，因其学习了机器人的基础知识和综合设计内容，已经具备从事相关工作的基本能力。所以，学生通过对该课程的学习，掌握了机器人技术的理论知识，并通过实验环节提高了综合设计能力，这两个方面都为学生以后从事相关工作打下了坚实的基础。

2教学现状

2.1教学手段不够完善学生接受信息的途径不断增多，不同阶段学生的特点也不同。机器人技术不断发展，知识也在不断更新，这些因素都给教师的授课方式提出了更高的要求，需要不断更新和完善教学方法。因此，探索新的教学方法势在必行。

2.2相应的课程网站建设不足在互联网如此发达的时代，很多学生会从互联网获取学习资源。该课程在网络建设方面并没有对应的网站或网上资源，不能实现学生和教师的资源共享。为了加强教学资源共享，完善教师和学生的网上互动答疑、讨论，提高学生的学习效率，与机器人技术基础课程相对应的网站建设是十分必要的。

2.3教学研究力度不够教师对该课程的研究力度直接决定了学生的知识接受程度，而目前教师对于该课程的研究力度的现状就是缺乏高水平的教研论文，这就对授课教师提出了更高的要求。授课教师应该通过外出学习等方式加深对该课程的研究，发表出高水平的教研论文来提高对该课程的研究水平，进而给学生带来更好的学习体验。

3课程改革办法

课堂理论知识的讲授可以使学生的认识、能力、技能等得到全面发展。为了使学生更好地接受课程相关知识，授课教师在教学过程中采用了多样化的教学方法，完善了教学方式，更新了教学内容。例如该课程会在整个教学过程中采用案例式的教学手段，结合SCARA型教学机器人样机和森工特种机器人，对机器人进行系统讲解。这些具体的参照模型都会使学生在学习中收获更好的学习效果。教师从运动学建模、运动学分析、运动规划等方面，分别以实际案例结合每章的设计项目问题对SCARA机器人进行系统、详细的讲解。教师在教学过程中还采用了交互式提问、类比等方式，这些方法不仅可以鼓励学生独立思考、大胆质疑，发现问题和解决问题，加强分析讨论，还可以培养学生研究型学习的理念。

3.1教学方法改革

3.1.1采用案例式、讨论式教学方法。教师对机器人技术基础课程的授课内容和方式进行了改革与创新实践，在授课过程中，注重知识的更新，增加机器人的热点知识，让学生能够掌握机器人的最新动态。在教学过程中，教师采用案例教学法、讨论式教学法等，采用课堂讲授、讨论、自学等多样化教学方法与多环节考评方法相结合，将森工特种机器人作为讲授的案例，将森林工程的专业内容与课程进行良好的融合。这种现代化教学手段可以更好地激发学生的学习主动性。

3.1.2实施立体化教学，积极进行数字化资源建设。教师在课程中实施了理论课程、实践教学、网络助学、课外研学四位一体的立体化教学模式。以理论教学为先导，理论课结束之后紧接着安排研究型、开放型的综合性实践环节，开展与课程相关的网络助学与课外研学活动，使得课程教学得到拓展和延伸。基于慧鱼创意模型的机器人技术基础实验教学改革项目的实施，为机器人教学[5-9]与实验教学方法改革[10-11]奠定了良好的基础，为学生的个性化发展提供了空间。授课教师充分利用现代化教学手段，开发CAI课件和网络教学，以提高机器人技术基础课程的教学质量。数字化教学资源设计与应用是精品课程教学的重要保障。在课程建设过程中，主讲教师积极进行课程网络建设，将课程教学资源全部上传网络，包括教学录像、教学课件、教学大纲、习题等，为学生线上学习提供了很大的便利，调动了学生学习的积极性。

3.1.3完善师资队伍，提高整体教学水平。森林工程教学团队在教学方法上首先采取了“以老带新，以新促老”的方法，提高了课程组的整体水平；其次，定期组织教学经验交流，通过集体备课和定期交流的方式，学习教学技巧，提升整体授课效果；再次，组织教师观摩教学，相互听课，及时指正教学中存在的问题和不足，促进青年教师教学水平的提高；最后实行了集体备课制度，使授课教师明确讲课的内容，熟悉和掌握每一个教学环节的要求和标准。

3.2教学内容改革

3.2.1重新设计课程内容，完善课程体系。机器人技术基础是为森林工程及相关专业开设的一门重要的专业选修课。随着现代林业技术和机器人技术的发展，课程内容和体系也必随之改革和发展。机器人控制技术课程的培养目标是锻炼学生的工程实践能力，培养学生的创新设计能力，提高学生的综合设计能力，而这些能力的培养需要贯穿于教学的全过程。所以森林工程教学团队删除了那些在教学内容上为了保证课程系统性和理论完整性而安排的古典、抽象或深层次的知识内容，及时把教学改革和教学研究成果及学科最新发展成果引入理论教学与实践教学。在教学过程中，应创造条件让学生了解国内外先进的机器人产品，以启发创造性思维和激发创造欲望；让学生对典型的机器人进行结构、功能和控制原理分析，以便深入了解机器人；将所有章节的重点和难点均从案例中摘取出来，进行实例讲解，用一个案例将所有的重点难点串到一起，在降低学习难度的同时加强知识学习的连贯性；让学生对已有的机器人系统提出改进措施并进一步实现，形成一个完整、合理的培养过程。

3.2.2将教室搬到实验室，积极开展现场教学。结合课程特点，在讲授机器人结构、机器人运动学和动力学等知识时，由教师带领学生走进机器人实验室，让学生结合具体机器人进行实际分析。通过具体案例的讲授与学生的实际分析，激发了学生的学习兴趣，使理论与实践知识能够很好地结合，使学生对知识点的掌握更加牢固。东北林业大学森林工程实验教学中心的机器人实验平台开设了机器人设计型、创新型实验，这些实验都注重创新实践环节，通过这些实验可以有效提高学生的实际动手能力、分析和解决工程问题的能力。

3.2.3开发设计型、研究型实验，为学生提供理论联系实际的平台。在对传统实验进行分析的基础上，授课教师对实验的内容、方法和模式等进行了改革，将教学实验重点放在设计型与研究型实验的开发和建设上，因为这类实验可以充分发挥学生的主观能动性和调动学生学习的积极性。主讲教师已对慧鱼机器人的教学应用进行了多年研究，指导近10篇本科毕业论文研究慧鱼机器人的实验方案，且实验方案已经比较成熟。因此，在机器人技术基础课程实验中增加设计型、创新型的慧鱼机器人实验是十分合理并可行的。慧鱼机器人实验等这类设计型、创新型实验的加入会充分调动学生实验的积极性，引导学生由被动走向主动学习，培养其动手能力，锻炼分析问题和解决问题的能力。

3.3课程学习评价改革为了更加科学、合理地完成学生成绩的考核工作，有效提高教学质量和学生学习效果，特制订了该课程的考核原则：总成绩由平时成绩+实验成绩+阶段考试成绩+期末成绩构成。将学生分成小组，开展课外研学活动。计划同步于课堂讲授内容，为学生布置一些相关的题目，让学生利用课余时间和网络资源查阅资料，了解相关的技术和研究进展，每组结合课程内容要完成一个研究汇报，并在课堂上讲解，学生与教师共同参与讨论，该项作为平时成绩之一。在阶段考试和期末考试中，重点考察学生分析和解决问题的能力。

4结语

机器人技术基础在森林工程专业中的教学作用不可忽视。学生通过对该课程的学习，不仅掌握了机器人相关的理论和技能，而且在一定程度上锻炼了实践能力和创新能力，总体上提高了综合设计能力，更为今后从事机器人或其他机械相关工作打下了坚实的基础。教学督导员、学院领导、学院系主任等多次对该课程组织听课，认为该课程教师的教学态度认真，课前准备充分，教学内容充实，注重学生分析问题、解决问题能力的培养，师生互动性强，使课堂从单纯的知识型教学向注重工程实践能力培养转变，与此同时，学生关于机器人方面的知识和能力也得到了显著提升，学生学习的积极性和创造性得到了调动，期末成绩也得以大幅度提升。

参考文献

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基金项目东北林业大学重点课程建设项目资助。

作者简介历美岑(1994- )，女，黑龙江鸡西人，硕士研究生，研究方向：森林工程。*通讯作者，副教授，博士，从事森林工程研究。

收稿日期2016-04-20

中图分类号S-01；S 77

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)15-257-02

Course Reform of Basic of Robot Technology Based on Forest Engeering

LI Mei-cen，XIN Ying*

(College of Engineering and Technology, Northeast Forestry University, Harbin, Heilongjiang 150040)

AbstractBasic of Robot Technology is an elective course of students in forest engineering, College of Engineering and Technology, Northeast Forestry University. And it is the organic integration of machinery, electronics, control, detection, communication and computer. According to the orientation of forest engineering, we analyzed the role and status of this course in teaching forest engineering, and then proposed the curriculum reform measures for Basic of Robot Technology from the aspects of teaching content, teaching methods and course evaluation. The implementation of these reform measures not only cultivated students' ability to analyze and solve problems, but also adapted to the needs of social development of compound talents, and also improved the teaching effect and teaching quality of the whole course.

Key wordsBasic of Robot Technology; Course reform; Forest engineering