“机器人控制技术”教学改革实践

李晓航 鲁敦科 王晓军 王曰英

摘 要 为了解决学生在其学习过程中出现的学习动力不足和学习目标不明确等问题，在《机器人控制技术》课程的教学改革实践中，作者提出以优化教学内容、改进教学方式和手段、改善实践条件、完善课程评分体系和考核方式等方法，从而激发学生学习的自主性和积极性。通过加强理论与实践相结合，激发学生对本课程的学习兴趣，从而提高学生学习效率和课程教学质量。

关键词 机器人控制技术 教学改革 教学质量

中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2019.03.023

Abstract In order to solve the problems of students' lack of learning motivation and unclear learning objectives in their learning process， the author proposes some methods to solve this problem. In the teaching practice and reformation of "Robot Control Technology" course， we use optimize teaching content， improve teaching methods， improve practical conditions， improve the curriculum scoring system and assessment methods to stimulate students' autonomy and enthusiasm. By strengthening the combination of theory and practice will help to stimulate student's interest in this course and improve students' learning efficiency and the quality of course teaching.

Keywords robot control technology； teaching reformation； teaching quality

0引言

目前我國的工业机器人需求量在亚洲排行第三，考虑到我国不断深化产业结构调整，加快建设现代工业发展体系以及劳动力资源匮乏等因素，未来我国对机器人的需求量将会进一步增加，市场的扩展速度也会加速上升。机器人相关的领域引起国家的高度重视，因此我校自动化系新增了一门特色专业课程——机器人控制技术。

机器人控制技术是我校自动化控制专业的一门重要的前言学科，考虑到这门课程涉及领域广、数学理论强、与其他学科交叉性强等特点，学生在学习这门课程之前需要掌握线性代数、模拟电子技术、传感器检测技术、现代控制理论等知识。本文从分析“机器人控制技术”的教学现状以及进行教学改革的意义入手，通过优化教学内容、改进教学方式和手段、改善实践条件，从而提高本课程的教学质量与学生的学习效率。

1课程特点及教学目标

1.1 课程特点

机器人控制技术这门课主要介绍机器人的发展历史，基本原理，结构组成，应用领域及未来的发展趋势。重点介绍了有关机器人技术的基础理论，穿插地介绍了当前机器人的一些应用领域，如特种机器人、仿生机器人、探索机器人和轮式机器人等。最后介绍了当前国内外机器人的发展趋势与差距，开阔学生的眼界，激发学生对机器人控制技术的兴趣。通过课堂教学使学生初步掌握机器人控制技术、了解主要机器人的发展情况，掌握基本原理与方法，为未来开展机器人技术研究与开发奠定基础。

1.2 教学目标

机器人控制技术课程的教学目标是要求学生掌握机器人的运动学和动力学基础、智能控制和自动化控制基础、机器人轨迹规划、机器人位置和力的混合控制和传感器理论基础等，学生在充分掌握理论知识的同时，还需要拥有较强的解决实际问题的能力，从而使学生可以学以致用而不是只会纸上谈兵，也不会因为理论知识学习的不够深入而导致难以继续深入和探索未来的方向。

2 教学现状分析

目前我院的自动化专业开设“机器人控制技术”课程被安排在大三上学期开课，总学时为32课时。通过调查研究，将教学过程存在的问题归纳为以下四个方面。

2.1 教学内容陈旧

机器人控制是一门快速发展的新领域，迄今为止仅有几十年的时间，很多新的思想、技术、方法和应用层出不穷，这导致机器人控制技术教材的更新速度难以追随学科发展的速度，以至于教材内容缺乏科研创新，不能很好地反映学科的发展。难以了解和接触到新的研究领域和热门研究方向，将在一定程度上影响学生的好奇心和学习兴趣。

2.2 教学方法单一，侧重理论推导

机器人课程涉及内容较多，知识点之间关系比较繁杂，国内教材主要讲述一些基本原理和应用，导致教学内容上过多注重理论知识的讲解，且动力学、运动学、轨迹规划掺杂过多的公式推导，学生会因计算难度大，导致其兴趣不高，最终严重影响教学质量。

2.3 实践教学安排过少，学生动手能力受到制约

由于机器人造价比较高，受实验设备的制约，实践教学环节很难展开，使得实践性教学的力度不够大，学生只满足于概念理论与计算，对这门实践性很强的课程缺少直观感受，不能提高学生的动手能力和实验分析能力。

2.4 成绩考核方式传统

课程成绩是考察学生知识掌握情况与学习效果的重要方式。传统的机器人控制技术课程考核采用闭卷考试的方式进行，学生如果想该课程获得高分，通常只需死记硬背书本中的知识点，在期末考试中便可应对，然而学生的实际动手能力却无法在考试成绩中体现。因此，这种传统的考核方法不仅无法客观地反映出学生的学习情况与解决问题的能力，更无法准确地评估学生的综合素质素养和创新实践能力。

3 教学改革探索与实践

针对“机器人控制技术”课程兼具理论学习与实践操作的教学要求这一特点，在教学过程中不能只要求学生熟练推导书本中的公式，否则可能导致学生因为复杂的计算过程而丧失学习兴趣；应当以引导学生自主学习为主，教师突出知识重点为辅，以求做到在学习的过程中可以深入浅出。在实践操作的过程中，教师可以结合已经讲解过的理论知识，帮助学生进一步理解掌握机器人控制的原理与意义。将动力学、传感器、轨迹规划、运动学、控制方法理论等相关知识有效和实践操作过程相结合，而不是要求学生按照已有的操作步骤按部就班地完成实验。综合以上分析，我们从以下四个方面进行教学改革，从而帮助学生提高学习效率与兴趣，增强学生的实践操作能力。

3.1 课前预习知识，课中进行知识交流

课前预习知识是教学过程中一个相当重要的环节，它将会影响课堂上的学习情况，能够使学生带着问题来学习，所以在这一阶段必须保证学生可以认真地完成课前预习任务。因此，在这阶段应提前布置任务让学生预习下堂课所讲的知识，让学生带着问题认真主动地完成预习作业；并且可以建议学生搜索一些相关文献阅读来拓宽他们的知识面。例如“机器人控制技术”第二章节主要讲解数理基础，对应的预习作业是“给一个指定的坐标系，让绕基坐标系的轴旋转90度，求变换所得的新坐标系”。

课中环节主要通过了解学生课前预习的情况，对学生遇到问题和难点进行重点讲解，使教师所讲的知识更加具有针对性，并通过随堂考核检验课前预习知识情况；或者将知识点划分，让学生以小组的形式组制作PPT汇报自己通过预习学习到了哪些知识，不仅可以提高学生在课堂上的参与度，而且可以加强学生之间的团结精神。

3.2 适当调整课程内容，做到与时俱进

目前机器人控制技术发展迅速，教材内容的更新速度难以跟随科技发展的步伐，教师在教学过程中需要对教材内容作适当的取舍和补充，对于一些过程較为复杂的数学公式推导可以对其进行简化，因为本科学生就业的方向不是做科研理论推导与分析，所以在讲授课程时应当着重突出最基本的概念定义和实际应用。此外应当补充新的热门技术知识与课堂内容相结合，做到与时俱进。通过介绍机器人行业最新的发展趋势，可以增强学生对当前主流技术发展的了解和兴趣。在教学的过程中，教师可以与学生交流自己目前科研应用到的相关原理和技术，并交流自己的研究经验和心得，不仅可以使学生了解自动化专业和机器人控制技术的前沿发展，而且可以掌握两者渗透融合的思路和方法，从而激发他们更大的学习动力。

3.3 改善实践条件，增加实验课时

机器人控制技术的实验课是教学规划中的重要环节之一，课程以培养学生的综合素质和创新能力作为目标，在加强学生对理论知识理解的同时，应当注重培养学生将所学知识和实践操作相结合的能力以及自主创新的能力，并且极大程度地增加学生对这门课程的学习兴趣。机器人控制技术课程中有些内容比较抽象，学生理解起来会有难度。在实验课中采取现场教学实践的方法，可以使学生克服厌恶心理，提高他们学习效率。

3.4 完善课程评分体系和考核方式

为了确保教学改革的顺利落实和更加完善地检验学生的学习效果，有必要对该课程的评分体系和考核模式进行改革。主要措施是改进和优化机器人控制技术课程的评分模式。通过闭卷考试、日常课后作业和课堂表现、实验课环节以及课程设计汇报的形式，按照一定的比例来对该课程进行考核。在课堂教学的考试环节重点考查学生对相关基础知识的掌握是否熟练，尽量避免考察只需记忆的机械题目。通过课前预习作业的完成情况和平时课堂上的表现来衡量学生自主学习的能力。实践操作环节主要考查学生的动手能力和合作精神。课程设计报告主要让学生在实践环节对课程进行总结，记录自己学习该课程过程中的收获以及遇到的问题，锻炼学生独立的分析、归纳和总结问题的能力。

4 结语

本文以“机器人控制技术”课程为依托，结合学校的实际情况，分析课程在教学过程中存在的问题，并以培养应用型人才为目标，提出了相应的教学改革措施。通过对课程理论内容的优化设置，对教学方式、教学内容及实践条件的不断改革创新，对课程评分体系和考核方式的完善，大大提高了学生的自主创新能力以及解决实际问题的能力，充分发挥了学生的主观能力性和教师的引导作用，为培养应用型人才奠定了良好的基础。

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