以任务驱动为导向的机器人学课程教学探索

李克讷* 王温鑫 马玉如 贺之祥 曾卓维

（广西科技大学电气电子与计算机科学学院 广西·柳州 545006）

0 前言

随着“中国制造2025”规划的发布，机器人产业被列为重点发展对象，并且机器人技术已成为衡量国家科技创新和高端制造水平的重要指标[1]。为推进以新技术、新业态、新模式和新产业为代表的建设与发展，机器人工程专业的筹建将成为国家中长期发展的人才培养与储备的重中之重。机器人学是机器人工程专业的核心课程，它是一门多学科高度交叉的前沿学科。为了适应当前社会发展所需的应用型、技术型以及复合型人才的培养目标，对机器人学课程教学进行改革创新是一项重要的任务。本文对现有的教学理念进行更新，拟采用“以任务为主线、教师为主导、学生为主体”的“任务驱动”教学模式[2]进行优化教学，着力解决机器人工程专业教学中的突出问题。

1 课程教学中的挑战

机器人学内容丰富，包含了机器人的发展概况和基础理论知识，但其作为机器人工程专业的必修课程在教学过程中也面临着诸多挑战，具体主要表现在以下几点：

第一，授课内容较为理论。教学内容主要包括机器人的发展简介、机器人机构、机器人位姿的数学描述与关节坐标变换、机器人运动学、机器人动力学以及机器人的路径规划等[1][3]。对于大三学生来说，课程知识容量大，广度大，因此在有限的课时内对上述教学内容进行学习会有较大的难度，也容易对产生畏惧心理。

第二，教学模式单一。传统教学主要是以“知识点”构筑知识体系的“教师讲学生听”被动教学模式。这种授课模式教学效率高，但要求学生有很高自律性，能积极主动做好课前预习，课堂需认真听讲，课后能独立完成作业和复习。然而，对于自律性和理论知识基础较弱的地方二本院校，极少学生能做到课前预习，导致整体教学效果不佳。

第三，缺乏实战经验。机器人学的理论知识主要以关节坐标变换和动力学等内容为基础，极具数学抽象性和逻辑性，较难理解，从而对学生的实践和创新能力带来影响。

综上所述，机器人学的传统教学模式很难满足新时代环境下的人才需求。因此，结合应用型本科的办学定位，积极探索适用于机器人学课程的教学模式对于培养创新人才和提高学生就业竞争力具有重要的意义。

2 课程教学探索

任务驱动法（TBL）是一种将学生活动定为教学中心的教学法，它主要是通过教师的任务设计和安排，指导学生进行自主的探究学习[4]。国外对任务教学法是非常关注的，随着不断的深入探索和研究，任务驱动教学法的应用在逐步扩大，从学科教育，到医学教育，再扩展到信息技术的课堂教育、语言教育、职业教育技能等[5]，这些应用领域反映了该方法针对表达性和操作性知识具有提高教学的效果。我国关于任务驱动教学法的研究相对于国外起步较晚，但对该法也引起了足够的重视和关注。目前国内各个高校的各个专业教学也都在不断探索和研究任务教学法的应用和实践。因此，本文尝试在机器人学课程中引入任务驱动教学以激发学生的学习兴趣，提高课程教学效果。根据以上研究，得出如下具体的课程教学改革思路。

2.1 教学模式

以学生为主体，建构以任务驱动教学的教、学、做为一体的教学方法。在教学模式上，采用课上教学和课下教学。

（1）对于课上教学，摒弃传统的灌输式教学，采用混合多元化的课堂教学模式，实行启发性、互动性、参与性于一体的教学方法，利用“理论＋习题＋讨论”的组织形式，推进实施任务驱动教学。首先教师应针对学校以及学生整体的实际情况，兼顾机器人知识的深度以及广度在理论知识教学方面进行适当的取舍。其次采用随堂测验的方式，将理论知识隐含在任务中，从而引导学生迅速切入任务行动，及时掌握知识要点。最后可参考翻转课堂的教学模式[6]，学生以团队的形式，在课堂上展开讨论，师生间进行释疑、解惑、探究等互动活动。在课程结束时，教师可检查学生的成果，并进行相应的打分。

（2）对于课下教学，由于机器人学是一门实践性很强的课程，因此可构建全方位多层次的实践与创新教学新模式。鼓励学生充分利用自己所学知识参加与机器人相关的实践活动或积极与毕业设计导师进行联系，参与导师相关课题项目，另外学院也积极组织参加相应的机器人竞赛，使其能够学以致用。

构建课上课下的开放式教学，不仅能够提高学生的思维能力，激发学生求知欲，培养学生的沟通交流能力和团队协作精神，还能通过实践活动加深对理论知识的理解和吸收。

2.2 作业形式

采用“课前任务型＋随堂练习＋小组讨论＋课后作业”的多元化作业形式。课堂任务型主要是通过教师事先根据课程知识点布置的融合趣味性、实用性和可操作性的任务以驱动学生提前了解基本概念和分析方法；适量的随堂练习可及时让学生理解和巩固所学知识点；小组讨论任务可让同学们相互之间讨论课堂知识的重点和难点，并形成更深刻的理解；课后作业则布置典型习题，以便教师能及时对学生所学知识点进行查缺补漏，还可适当的设置仿真型作业和设计型作业，以此加强学生的开放思维训练，增强学生对抽象的理论知识的理解。随堂练习和课后作业可通过线上的形式发布给学生，相比传统的答题方式和批改方式更加的快捷方便。

2.3 答疑方法

答疑解惑是教学活动中不可缺少的一个重要环节。科技的进步给师生交流带来很大的便利，老师通过QQ、微信等即时通讯软件可随时随地给学生进行解答。另外，教师在课堂也鼓励学生多提问题，通过这种随堂交流可使学生对于问题的描述以及老师对于问题的解答会更加的清晰，减少误会的产生。针对典型问题，教师可以不直接告知学生明确的答案，可采用引导的方式，循序渐进的让学生有充分的思考空间，通过自我的理解，知识点会掌握得更加牢固可靠。

2.4 考核方式

课程考核是衡量学生课程学习效果、教师教学质量的重要标准。可在平时的考勤、作业表现和期末考试成绩的传统考核方式上考虑增加课堂的测验情况、课堂讨论问题的表现情况以及参加机器人比赛情况的评价。通过这种多种情况相结合方式进行考核，一方面给予学生一定的学习压力，促进学生提高学习效率，另一方面可以为机器人大赛提供人才支持，提高学生的实践动手能力，达到理论与实践相结合的目的。

3 总结

对机器人学的教学进行探索是一项任重而道远的任务，也是提升教学质量，提高当代学生创新创意能力的重要抓手。本文对传统的机器人学课程的教学模式进行分析和研究，将“任务驱动”教学运用在教学模式、作业形式、答疑方法以及考核方式的优化和调整上，以此增强师生间的交流，营造良好的课堂氛围，同时为学生提供多元化的学习空间，引导学生加深理论知识学习，积极参与实践活动，进而提升学生的学习能力、动手能力。在今后的教学工作中，需要不断的从中汲取经验，改进教学方法，提高教学质量。