省属高校《机器人学》课程建设的探索与思考

曾祥进+王海晖��

摘要：针对武汉工程大学智能科学与技术专业学生培养，通过对课程进行定位、调研和分析，阐述了机器人学课程建设的现状。其次，分析了目前机器人教学存在的问题，并给出了机器人学课程建设的思路与途径，最后，对机器人课程建设的目标进行了展望。

关键词：智能科学与技术专业；机器人学；教学改革

一、 机器人学课程的现状分析

我国在2004年批准设立智能科学与技术专业，后来陆续有几十所高校设立或培育智能科学与技术专业。武汉工程大学从2005年设立智能科学与技术专业。机器人比赛是武汉工程大学智能科学与技术专业的优势所在，十年间共拿到十二项世界冠军。因此，机器人学课程是智能科学与技术专业的核心课程，在专业培养方案设计中，我校就为本科生开设了这门课程。

国内很多大学开设了机器人学的课程。中南大学蔡自兴教授作为智能科学的奠基者和创始人，在中南大学信息科学与技术学院率先建设了机器人学精品课程。清华大学、北京大学、厦门大学、北京理工大学、中山大学、桂林电子科技大学、首都师范大学、北京科技大学等高校都在本科阶段或研究生阶段开设了机器人学课程。部分高校依托较强的科研实力，设立了相应的机器人研究所或研究室，如上海交通大学机器人研究所、华中科技大学智能控制研究所等，锻炼和培养了一批青年教师。在教材选择上，大部分高校采用中南大学蔡自兴教授或华中科技大学熊有伦院士的《机器人学》，在课时安排上，一般为24学时，讲述工业机器人的运动学和动力学建模；实验课时一般为8学时，有的高校根本不设实验课时。

武汉工程大学智能科学与技术专业在设立之初就开设了机器人学专业课程，由于学院无较强的科研实力作为依托，机器人学的课程教学和科研基本从零开始，在几届学生教学过程中，一直采取摸索的方式，导致教学效果和学生的学习兴趣不高。智能科學与技术专业的学生毕业后对专业和课程的认可度很低，最近武汉工程大学对毕业的06、07、08、09届学生做了网络问卷调查，智能专业认可度排名倒数。

针对上述问题，各高校采取了一些措施，如修改教学内容、增加实验学时、加强学生动手锻炼等，武汉工程大学也通过鼓励学生进入智能机器人湖北省重点实验室足球机器人队锻炼学生的动手能力、培养学生的兴趣等手段，进行了相应的一些探索。

以上这些举措都是有益的探索，并取得了一定的成效。但仍普遍存在以下问题：

教材内容陈旧，大部分高校仍用中南大学蔡自兴教授或华中科技大学熊有伦院士的《机器人学》教材，仅讲述工业机器人的运动学和动力学，对智能机器人如机器视觉应用、移动机器人路径规划、多智体多传感融合控制没有涉及。教学方法和教学手段单一，实践教学薄弱。

二、 目前机器人教学存在的问题

实践教学环节的设置与实施问题。如何科学、合理地设置贯穿大学四年的实践教学环节的问题，以及各个环节需完成的内容、达到的目标和实施方案的问题；如何解决对传统教学内容、教学方式进行改革的问题，以提高教学质量和学生能力培养。探索合理可行的教学方法和教学手段的问题。针对现阶段慕课、微课等现阶段主流教学手段，如何在有限的经费条件下，制作出高效的教学文件的问题，以及如何鼓励和引导教师积极参与这项工作，并能高效、有序、规范地组织和完成任务的问题。

教学团队建设的问题。教学团队建设是在课程建设中最容易被忽略的一环。我们需要把握教学内容建设，并实施教学方法的研究，来实现教学内容和教学方法的建设，在师资队伍的建设方面，特别需要提升年轻教师的专业知识，使教师增强教学水平，增强教学过程管理。

合理教材编写的问题。要实施优秀的课程教育，必须编写与时俱进的课程教材、实验教材等。在教师队伍繁重的教学科研压力下，如何对教学团队组织教材编写的问题。

引导学生积极参与、认真对待实践教学的问题。如何调动学生的积极性、激发学生的参与热情，使学生充分认识到面向科研能力培养的实践教学环节对其自身发展的重要性，而不是简单地理解为完成学业任务。课程建设最终服务于学生。如何对学生进行有效组织和有效管理的问题。如何激发学生对机器人学课程的兴趣问题。需采用新的组织模式和运行机制，以解决传统管理模式中存在的问题；需解决学生如何组建研究团队，由“单兵作战”向“团队协作”方式转变的问题。

如何防止课程建设流于形式，片面追求技术化等问题。在没有根据课程教学内容特点进行的组织教学，无论是否满足教学条件，如果只关注的形式，就会缺乏改革创新，引起片面追求教学的技术和形式。

三、 机器人学课程建设思路

在课程教学方法上，主要采用以下几种：小组讨论法；任务教学法；案例教学法；角色扮演法；多媒体教学法；建立慕课机制，利用现代教育网络，提升教学效率。适量削减课堂教学学时数，增加实验教学学时数（将大幅提高综合性、设计性实验比例），增加实践教学环节总周数。鼓励教师将科研成果进教材、进教案、进实验。在教学内容上，除运动学、动力学等基本内容外，加入视觉伺服控制应用，移动机器人（多智体）路径规划、多传感器融合控制等内容；结合自动控制原理课程，完整地讲述智能视觉 机器人的运动学位置建模（这部分是现有机器人学课程的主要内容）、标定、图像处理、视觉伺服控制器（后三点机器人学课程没涉及，但应用时需要）的设计等一整套的内容，使学生对机器人的应用有整体了解和认识。

针对机器人学课程教师工程实践能力薄弱，进行了以下改革和实践：一是制度化地定期安排专业教师到企业顶岗实践，参与企业的产品开发和生产过程；二是通过聘请企业技术人员（基地单位：深圳市鹰眼在线科技有限公司）担任兼职教师和在企业建立工程实践教育中心等，让企业技术人员参与培养过程；三是通过同合作高校英国茅茨里斯大学的联系，互相交流教学科研方法，提高国际化水平。

在教材编写方面，首先解决教师团队的分工问题，根据每位老师的研究重点方向或业务擅长，分配相应的章节编写。其次，教材编写的原则：第一，实用、有趣的材料；第二，给学生提供思考的空间和想象；注意各章节内容的衔接。

提升学生的课程学习兴趣。大学二年级开始组建若干个机器人学课题团队（每个团队4～5人），本年级学生全部参加，并实行动态管理。一个团队由1～2名教师负责，在教师的指导下开始进行课外科技活动和科研训练工作。定期举办讲座、交流会、报告会等形式，由专家和学生自己进行报告，从而开阔学生的视野，加强各团队之间、团队内部的学术交流，营造浓厚的学术氛围。设立大学生创新学分，对在各类科技活动和各类省市及国家层面中取得成果的学生给予创新学分。学生获得学位必须获得一定的创新学分，超过的创新学分还可以冲抵部分选修课程的学分。加强教师与学生的交流和反馈工作，每周开一次教师团队的交流会，及时发现问题，不断调整措施，保证这一工作顺利地开展。

四、 课程建设的目标

通过课程建设，培养和造就一批优秀青年教师，使他们有更好的成长空间和成长环境，最终在本课程领域造就几个具有广泛影响、学术造诣高的教学名师。此外，通过老师的带领和引导，使学生有较明确的学习目标，培养学生的学习能力和创新能力。

把建立省级精品课程——《机器人学》作为目标，从以下几个方面进行教学组织：合理的教学组织、教学体系、及教学安排；以创新人才培养来组织教学内容，采用先进的教学方法和手段；建立一直高水平的师资队伍和人才梯队，培养大批优秀的年轻教学老师。

改革人才培养模式，使学生的综合能力和综合素质得到很大的提高。以武汉工程大学智能科学与技术专业的全体学生为研究对象，通过课程建设，培养学生的科研能力，在探讨式、项目式教学过程中，提高学生发现问题、分析解决问题的能力，全面提高学生创新创业能力；通过教学内容的建设，培养学生团队协作、社会交往、勇攀高峰的精神；通过科研训练、参与教师的科研项目等方式，使学生能更多地了解社会的需求，增强学生实践动手能力，提高学生就业的竞争力和创业能力。

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