基于任务驱动法的移动机器人视觉实训教学研究

2019-06-03郭崇光邓三鹏郑建华

装备制造技术 2019年2期

郭崇光，邓三鹏，郑建华

（1.天津职业技术师范大学机器人及智能装备研究所，天津300222；2.云南省玉溪技师学院，云南玉溪653100）

0 引言

当前机器人技术型人才的培养主要包括工业机器人技术和移动机器技术。在工科类职业院校中，工业机器人技术专业相对普遍，其课程体系与教学方法也相对比较完善。而移动机器人技术在专业建设和课程教学方面仍有不足。在移动机器人技术课程教学内容中，机器视觉技术占据着核心位置，像颜色识别，视觉测量和物体的追踪与标定等技术是移动机器人智能化的关键[1]。当下的移动机器人视觉实训课程实训教学平台多使用偏底层的C或C++程序语言进行编程控制，这对编程基础弱的学生来说入门较难[2]。设计了一种入门相对简单的竞赛型移动机器人视觉教学实训平台，该实训平台采用图形化编程的LabVIEW软件平台，其相对文本式编程简单，让学生专注于移动机器人视觉的学习。此外，移动机器人教学实训课程教学中，以老师为中心的指导式教学方法占据主导，指导式教学方法要求老师在课堂上进行每一环节的示范指导，这种教学方法不仅加重老师的工作量，也不利于学生自主性发挥[3]。本研究提出了一种以学生为主体的任务驱动式实训教学法。任务驱动式教学法以解决实际问题为目的，多层次全面分解课程内容，同时减少老师的干预，给予学生自主学习权，充分调动学生学习的积极性。

1 移动机器人视觉实训课程教学平台设计

设计的竞赛型移动机器人实训平台采用NI的myRIO1900控制器为核心（如图1所示），微软LifeCam网络高清摄像机作为视觉传感器，本体采用铝型材搭建，软件开发采用图形化编程的LabVIEW，LabVIEW软件开发工具内部有大量的例程模块与函数包，因此学生使用LabVIEW进行视觉数据的采集与处理分析变得简单快捷。

图1 移动机器人实训平台与myRIO控制器

在2017博诺杯移动机器人大赛和2018“一带一路”暨金砖国家技能发展与技术创新大赛移动机器人赛项中，该移动机器人作为比赛平台，学生不仅可以利用它进行各种条件下的视觉识别，还可以根据自己的想法进行改装，充分发挥自己的创造力[4]。

2 任务驱动法在视觉实训课程的研究

2.1 任务驱动教学法

任务驱动教学法源于教育家皮亚杰、维果斯基等人提出的建构主义教学理论。建构主义认为，知识的获取不是完全依靠教师，而是学习者借助其他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资料通过意义建构方式获得的[5]。任务驱动式教育理念改变了实训教学中教师的主导地位，以学生完成具体项目任务为学习动机，在实训教学中为学生创建解决问题的环境，帮助学生在解决问题中活化知识，充分体现了以学生为主体，学用结合的教学理念。

2.2 任务驱动教学的设计

任务驱动式教学法的具体教学流程如图2，先确定实训课程的教学目标和教学内容，把教学内容拆分成多个包含教学知识点的目标任务，学生以3～5人一组接受目标任务，然后进行组内讨论制定技术方案，最后执行。在整个过程中老师仅仅作为一个引导和顾问的角色，向学生解疑答惑。学生完成任务后，老师把小组任务完成情况与教学目表进行对比和评价。

图2 任务驱动式移动机器人视觉系统实训教学流程图

2.3 任务式教学内容

如表1，任务式教学内容源于趣味性的实际任务，每个实际任务包含要求学生掌握的知识内容，这样既可以体现移动机器人视觉技术的实训，又能把握实训课程的知识目标。

表1 任务式教学内容

2.4 考核与评价

对学生进行考核与评价有助于学生了解自身的知识技能水平，找出自身的不足并改进。老师可以通过考核与评价掌握课程进度，把握教学节奏，了解整个教学工作效率。任务驱动教学法所采用的评价主要有三种，第一是小组内评价，包括组内互评和自我评价，整个过程由老师作为监督；第二是学生平时学习的评价，主要有作业完成情况，迟到旷课早退记录等；最后根据学生任务完成情况进行评价。考核主要包括闭卷考核和实践操作考核，闭卷考核是整个实践操作的知识点，如正确操作事项、颜色识别编程内容等，实践操作考核是学生对每项任务的实践操作。如表2，选取了任务一的实践考核标准作为示例。