课程思政在“机器人学”课程中的应用探索

林旭梅　朱文杰　唐旭　朱广辉

[摘 要] 课程思政改革是目前高等教育改革的重要内容，“机器人学”作为机器人专业的核心课程，探索课程思政教育在“机器人学”课程中的应用，对于构建新工科背景下机器人领域相关专业全过程育人的教学模式具有重要意义。以“机器人学”课程思政教学改革为中心，从育人的角度讨论课程价值，通过整理课程知识点，深入挖掘课程中的思政元素，使思想政治教育与专业课程教育融为一体，实现知识传播与价值引领的统一，使全员育人、全程育人、全方位育人教学模式得以有效运行。

[关键词] 机器人学;课程思政;教学探索;新工科

[基金项目] 2019—2022年山东省教育厅教学改革项目“新工科背景下研究生机器人技术开发课程的改革与研究”（2019096）;2020—2021年产学合作协同育人项目“新工科背景下研究生机器人技术的改革与研究”（202002018006）;2020—2022年山东省教育厅项目“地方高校面向新工科专业的创新人才培养体系研究与实践”（Z202011）

[作者简介] 林旭梅（1970—），女，安徽桐城人，博士，青岛理工大学信息与控制工程学院教授，硕士生导师，主要从事机器人控制、自动化专业相关领域的研究;朱文杰（1980—），男，山东淄博人，博士，青岛理工大学信息与控制工程学院副教授，硕士生导师，主要从事电机学研究;唐 旭（1988—），男，山东沂源人，博士，青岛理工大学信息与控制工程学院讲师，主要从事电机学研究。

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）11-0109-04 [收稿日期] 2021-08-09

2016年12月，习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上的讲话中强调：“要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人，努力开创我国高等教育事业发展新局面。”[1]2020年5月，为扎实推进新工科建设再深化，教育部决定在高校建设一批未来技术学院，旨在加快高校体制机制创新，培养未来科技创新的领军人才[2]。机器人专业作为新工科中一门融合控制技术、机械原理、电力电子、传感技术与人工智能等多学科专业知识的综合性学科，其相关领域的人才目前有巨大的需求缺口[3]。“机器人学”作为机器人领域的基础课程，探索思想政治教育在该课程中的应用，把学生培养成爱国、励志、求真和力行的社会主义建设者和接班人势在必行。

一、课程简介

“机器人学”是机器人领域的基础理论知识，在“机器人学”课程的授课教材中，美国斯坦福大学John J. Craig教授主编的《机器人学导论》及中南大学蔡自兴教授主编的《机器人学基础》的教材应用广泛[3]。我校“机器人学”教材以机械手为主要的控制对象，详细介绍了机器人运动学、动力学、传感器等机器人控制的基础知识，以及机器人轨迹规划等综合性技术。通过“机器人学”课程的学习，使学生系统掌握机器人的设计、控制、编程等基础理论知识，具备分析、评价、优化机器人领域问题所需的專业基本能力;掌握发现问题、分析问题的思路，具备识别与表达机器人设计中复杂工程问题的能力，以及运用“机器人学”专业知识，通过改进或创新等方式提出设计思路与解决方案，综合应用所学知识解决机器人领域复杂问题的能力。此外，机器人是展现人工智能研究的最佳平台，通过在智能机器人上复现人工智能研究成果，可以将人工智能的最新研究成果完美地展现出来，使人工智能的研究得到越来越多的关注和认同，促进社会科学技术的发展。

二、“机器人学”课程思政改革的必要性

在先进制造业中，工业机器人已经成为不可替代的重要装备，亦代表了一个国家的制造业水平和科技水平。我国目前正处于产业转型升级的关键时期，以工业机器人为中心的机器人产业，将是我国实现降低产业成本、突破环境制约问题的重要选择，因此高校要致力于培养兼具理想信念、职业素养和社会责任的大批机器人相关专业的人才。传统的工科专业，如作为机器人领域基础的电力电子、机械等专业，在教学过程中一般存在比较严重的重“理”轻“文”现象，即教学过程更加注重培养学生对知识和技术的理解和使用，较少考虑培养学生的文化软实力。如果长期处于这种传统的理工科思维模式下，或许可以增强学生的逻辑思维能力，把学生培养成“一专多能”的应用型技术人才[4]。但是学生一定会对抽象的社会理论表现得比较冷漠，缺少相应的人文情怀与社会情怀，其行事准则也会倾向于工具理性[5]，进而容易加剧自然科学与人文社会科学之间的分离。由此可见，在新工科背景下，在专业课的教学过程中通过有效的思想政治教育工作把思想政治教育融入教学的各个环节，培养学生的职业素养、人生观念、社会责任，把学生培养成德才兼备、全面发展的高素质人才势在必行[6]。

三、教学内容中课程思政的应用

（一）课程知识体系的构成

在整个机器人系统的学习过程中，除了自动化专业的传统课程与机器人技术的理论知识密切相关外，“机器人导论”“机器人控制”“机器人传感器与检测技术”“机器人机械基础”“机器人视觉”等专业课程，也是教学不可或缺的重要部分[7]。这些课程所讲解的知识包含了从机器人本身的机械结构到机器人的运动控制的方方面面，图1为“机器人学”体系内容。

在“机器人学”的教学过程中，重点讲解的是坐标变换、运动学、动力学、轨迹规划、机器人控制等方面的知识。坐标变换是机器人定位与地图创建、机器人导航和机器视觉等相关课程及研究的基础。“机器人学”的运动学部分包括正运动学和逆运动学两部分。运动学部分的相关内容是机器人控制系统的理论基础。机器人动力学部分则是研究机器人运动与力之间的联系，动力学部分的知识是机器人仿真和驱动系统设计的基础。机器人控制方面的相关内容主要包括机器人的控制系统设计、采用李亚普诺夫定理证明机器人控制系统稳定性及机器人的力控制[8]。图2为“机器人学”的主要内容。

（二）思想政治教育元素探索

早在春秋时期，中国就已出现机器人雏形。据史料记载，制造达人鲁班曾惹鲁母生气，鲁母因此茶饭不思，鲁班很是着急。为了哄母亲开心，鲁班废寝忘食，花费两天时间用木材制造了一只大鸟。《墨子》中记载：“成而飞之，三日不下。”说的就是木鸟上天后，飞了三天三夜都没落地。三国时期，诸葛亮充分利用齿轮原理制作了自动机械木牛流马;南北朝时期，祖冲之制作了利用铜制齿轮传动机构的指南车;汉末魏晋时期，用齿轮传动记载距离的自动装置记里鼓车等都包含了大量的机器人原理。通过向学生讲述这些古代的与机器相关的发明及其背后的故事，一方面让学生感受到我国古代劳动人民的智慧，增强学生的文化自信;另一方面促进学生对我国机器人思想及制作的悠久历史的了解与学习，激发学生的民族自豪感，提高学生对机器人相关知识的学习兴趣。在授课过程中，增加中华民族传统文化中的哲学理念[9]，培养学生对传统文化的认同，以及为实现民族伟大复兴而奋斗的信念。

在授课过程中通过潜移默化的方式实现理论教学与思想政治教学的有效融合。在“机器人学”的具体学习过程中，有许多复杂难懂的公式，如齐次坐标变换矩阵T、速度雅可比矩阵J和雅可比矩阵JT等。教师在授课时，讲述各矩阵的推演过程及矩阵公式背后的故事，如著名数学家雅可比推演雅可比矩阵时所付出的努力及其科研经历、奋斗历程、卓越成就与高尚品德。在整个过程中，潜移默化地培养学生不畏困难、严谨求实的专业素养。

在介绍机器人领域的最新研究成果时，既要关注国外机器人的技术发展，也要重点介绍国内的最新技术，从而拓宽学生的眼界，使学生对所学知识有一个全面的了解，培养学生的创新思维。在实际教学中增加一些机器人教学的实际案例，如“嫦娥五号”“奋斗者”。在航空航天制造领域，工业机器人不仅要完成典型的点胶、焊接、喷涂、热处理、搬运、装配及检测等作业，还要进行钻孔、铆接、密封、修整、复合材料铺敷、无损探伤等特种作业任务。“北斗”导航系统、登月计划，以及嫦娥五号的顺利回归、蛟龙号的深海探索等都应用了大量的机器人领域的技术。教师通过在课堂上讲述这些工程实际与科学成果，既完成了对专业知识的传授，也使学生更加了解中国的科技发展，引领学生认识所学的知识对国家工程建设、科学研究等的重要作用，进而使学生逐步建立专业荣誉感及社会责任感，完善自身的人生观和价值观，从而把个人价值与社会价值相结合，用自己所学的专业知识为国家建设做贡献。图3为思想政治教育与课程的融合过程。

四、教学过程中思想政治教育的应用

（一）发挥教师在教学过程中的主动性

授课教师是思想政治教学的实施者，是思想政治教学的一线，也是高校实现立德树人根本任务的关键。教师自己的个人特质会不由自主地影响授课和教学，因此教师自身的大视野会引领学生的大视野，教师自身的大格局会引领学生的大格局，教师自身的严谨与专注会引领学生的严谨与专注。所以教师既要加强自身的思想政治教育，使自身具备相应的马克思主义理论知识，以及坚定的政治立场和过硬的政治素养，也要在传授知识的同时用自己的人格魅力影响学生，成为学生求学和为人的榜样，发挥自己的思想政治教育的主动性，潜移默化地提升学生的思想素养和道德情操。

（二）教学方式中的思想政治教学探索

长期以来，高校在人才培养过程中过于侧重对学生专业知识和技能的培养，尤其是工科专业，把学生的专业知识、考试成绩作为评价学生的最高标准或唯一标准，甚至将其作为评判学生毕业素质的唯一标准。专业课教师在教学过程中单纯注重专业知识的传播，忽略了对学生道德素养的培养。学生在学习过程中只注重分数，不关心政治，同时自我意识较强。在这种简单地教师授课、学生听课、只看成绩的教学方式下，思想教育工作开展困难，效果也不明显，学生也容易反感课程，失去学习的兴趣。所以对传统的教学方式进行改革与探索势在必行。

1.需要建立完善的评价体系，改变当前唯成绩论的现状，既要对学生的知识水平进行评价，也要对学生的思想水平进行评价。由于思想政治教學是专业课教学中一种潜移默化的引导，思想水平的评价应该注重教学过程而非结果，相应的评价标准也应该是定性的而不是定量的。

2.变传统“填鸭式”教学为以学习者为中心的教学方式，从教师主动教转变为学生主动学，通过研讨、质疑、辩论的方式完成知识的学习。教师在授课时，选取一部分内容，让学生以分组的方式讨论学习，分析国内的工程实例，小组成员在课堂上展示，与教师和其他组同学进行讨论。在这种工程案例讨论的教学方式下，思想政治教育也可以自然地融入，因为质疑、讨论的过程，本身就是引领学生在面临问题时解决问题的方法、态度、价值观等方面的过程。通过这种方式，既使学生加深了对知识的理解和掌握，激发了学生的学习兴趣，启迪了科研思维，也完成了对学生价值观的塑造。

随着信息技术的迅速发展，高校学生在日常生活、学习、研究中会面临多元化的选择及各种各样的诱惑，因此高校在教学过程中形成系统的思想政治教育教学体系，通过正确的思想引导学生的行为，以及实现立德树人的根本任务已势在必行。本文论述了在“机器人学”课程教学过程中合理地将理论知识教学与思想政治教学融为一体，通过教学内容、教学方式等多方面的探索，在潜移默化中实现对学生的思想政治教育，以达到全员、全程、全方位的三全育人教学目标。

参考文献

[1]习近平.把思想政治工作贯穿教育教学全过程 开创我国高等教育事业发展新局面[N].人民日报，2016-12-09（1）.

[2]教育部办公厅关于印发《未来技术学院建设指南（试行）》的通知：教高厅函〔2020〕6号[A/OL].（2020-05-12）[2021-07-08].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/moe_742/s3860/202005/t20200520_456664.html.

[3]徐國政，王强.研究生《机器人学》课程理论与实践教学改革探索[J].学周刊，2018（30）：5-6.

[4]吴宝海，沈扬，徐冉.高校新工科课程思政建设的探索与实践[J].学校党建与思想教育，2020（21）：61-62+65.

[5]席燕辉，唐欣.探讨课程思政在模拟电子技术教学中的实践[J].教育教学论坛，2020（52）：65-66.

[6]杨昆，罗小兵，冯晓东，等.能源动力专业基础课程教学中开展“课程思政”的探索[J].高等工程教育研究，2019（S1）：116-118.

[7]李骏扬.理工科课程中的思政与情感[J].中国大学教育，2019（12）：20-23.

[8]张奇志，周亚丽.机器人学教学内容改革与实践[J].计算机教育，2019（18）：67-70.

[9]初文华，张健，李玉伟.理工科专业基础课程中的思政教育探索——以《水力学与泵》课程为例[J].教育教学论坛，2018（30）：32-33.

Exploration on the Application of Curriculum Ideological and Political Education

in the Course of Robotics

LIN Xu-mei， ZHU Wen-jie， TANG Xu， ZHU Guang-hui

（School of Information and Control Engineering， Qingdao University of Technology， Qingdao， Shandong 266520， China）

Abstract： Curriculum ideological and political education is an important part of the current higher education reform. Robotics as the core course of robotics specialty， exploring its application of curriculum ideological and political education is of great significance for constructing the whole process education teaching mode of relevant majors in the field of robotics under the background of Emerging Engineering Education. Centered on the ideological and political education of Robotics， this paper discusses the curriculum value from the perspective of educating students， arranges the curriculum knowledge points， deeply excavates the ideological and political elements， integrates the ideological and political education with the professional curriculum education， realizes the unity of knowledge dissemination and value guidance， and makes the teaching mode of “three-all education” operate effectively.

Key words： Robotics; curriculum ideological and political education; teaching exploration; Emerging Engineering Education