机器人嵌入式系统课程教学方法探索

上海工程技术大学机械与汽车工程学院 上海 201620

随着机器人、物联网、智能控制等领域的技术飞速发展，嵌入式系统在各行业的应用日益普，国内外各大高校都积极开设了嵌入式课程。嵌入式系统的课程体系涉及到计算机、电子、通信、自动化控制等多学科，软硬件结合，综合性强，不同学校的授课侧重点不尽相同，该课程的理论教学和实践教学还处于不断地探索和磨合阶段。本文针对应用型本科院校的机器人方向嵌入式系统课程，开展教学方法探讨，提出了几点实践教学方法，在应用中也取得了一定效果。

一、机器人嵌入式系统课程教学现状

嵌入式系统的主要特点是软、硬密切结合，面向应用，涉及的学科知识领域众多，综合性强，有着明显的工程技术特点，根据不同的专业，不同的培养目标，应该有不同的教学重点和教学方式。机器人嵌入式系统课程教学多采用典型ARM教学实验设备，以基本理论原理和实验操作系统案例为教授方式，最终以实验报告和期末理论考试作为考核的主要依据。这些基本符合当前的课程教学需求，但面对高素质工程应用型人才的培养目标，目前教学中还存在若干亟待解决的问题：

(1)教学方法过于传统，实验教学环节薄弱、对学生创新能力培养不够。存在重视理论教学、轻视实践环节；重视知识传授、轻视能力培养的问题。

(2)教学内容过于传统，不符合新形势下的行业需求。实践教学中大多数采用的嵌入式系统实验箱，也无法突出机器人方向的应用特点。

(3)课程考核方式单一。传统的笔试与实验报告的考核方式，对学生的创新能力培养有限，也无法真实地反映学生的实践操作能力。

因此，为实践“面向现代化，面向世界，面向未来”的工程教育思想，有必要对本科生的机器人嵌入式系统课程进行教学方法探索与改革。

二、机器人嵌入式系统课程教学方法的改进与探索

本文以“实践为主，理论融入实践”的教学方法，开展对机器人嵌入式系统课程的教学探索，遵循学生专业能力培养的基本规律，以机器人嵌入式系统的实际应用为导向，做到理论与实践一体化。机器人嵌入式系统课程应保证完整的嵌入式课程结构体系，突出机器人方向应用实例，构建适应专业需求的基础理论框架模式；采用实践为主的教学方式，通过项目引导式教学丰富课堂，通过鼓励学科竞赛丰富课余生活，全方位培养学生的创新实践能力。

(1)实践教学为主、理论融入实践。机器人嵌入式系统课程本身具有应用性特点，加强实践性教学环节在整个课程内容体系中的比例，实践性教学环节与理论性教学环节相辅相成，互为补充、互为检验，缺一不可。实践性教学以增强学生对课堂知识的理解为主要目的，帮助学生把知识获取与实践操作相结合，通过实践性教学培养学生的团队精神及创新能力。

(2)实践方式多样化。嵌入式系统课程的实践教学应向多元化发展，包括但不限于演示实验、练习试验、项目实践等等。本文探索总体项目式教学方法，以机器人工程应用实例为主，包括基础性实验与综合性实验，以基于ARM的6自由度机械手臂为实践教学工具，使学生完成MCU学习、电机控制、运动控制和机械臂物理姿态的控制开发等实验实训内容。基础性实验在传统嵌入式实验的基础上与时俱进，包括对机器人行业中常用的嵌入式软件、硬件环境的认知和简易程序的设计。综合性实验将嵌入式开发板与工业机械手臂相结合，使学生实践嵌入式系统在工业机器人中的应用，加深对机器人嵌入式系统相关理论知识的理解，同时培养学生的实际动手能力。

教学不仅在课堂上，更要重视和鼓励大学生参加有影响力的嵌入式设计比赛或机器人设计竞赛等创新活动。构建教学竞赛共享实践平台，例如，购置嵌入式开发板、工业机械手臂组件、6自由度机械手臂开发模块等等，通过设定机械手臂不同操作任务，让学生在各平台上进行编程使平台完成预期动作，实现机器人嵌入式系统教学平台和竞赛资源共享。以赛促教，教赛结合，提高学生的创新精神和实践能力。

(3)考核方式多样化。课程的考核目的是为了评价学生对知识的掌握能力及获取状态，单纯的传统笔试难以考核学生实践及创新能力，不适合嵌入式系统课程的最终考核。与实践教学方式的多元化相对应，考核方式也应该实行多样化。根据课程内容进行分步骤分层次的过程化考核，“笔试+操作”或者“演示+答辩”的方式更能全方面考核学生对知识的掌握能力和实践能力，甚至相关学科竞赛的参赛经历也可酌情增加分数，如此全方位多样化的考核方式更能反映学生在这类实践应用性课程中的能力达成度。

三、总结

本文以提高学生的综合素质为培养目标，针对应用型本科院校机器人方向嵌入式系统课程的教学方法进行探索，提出以“实践教学为主、理论融入实践”的教学思路，探索总体项目式教学方法，通过多样化的实践方式开阔学生眼界，用以赛促教、教赛结合方式，提高学生的创新精神和实践能力，并给出实践教学的多样化考核方式检验学生的实践创新能力。