民办高校机器人教育的实践与思考.doc

民办高校机器人教育的实践与思考 一机器人教育 1机器人技术与机器人教育 机器人技术是一门跨专业，高度综合的新兴学科，它综合了应用数学、力学、机械、电子、计算机、自动控制、传感器、通信和人工智能等学科的最新成就，是机电一体化的典型应用。机器人教育是指以机器人为主要教学内容或教学工具而开展的教与学活动，这些活动是在具体实践的过程中逐步完成的，其核心基础是人工智能技术在教育中以物化、人性化、智能化的形式加以利用1。与传统教育平台相比，机器人教育具有前沿性与综合性并存、理论性与实践性融合、实用性与趣味性并重的特质2。 2教育机器人与机器人教育 教育机器人是以激发学生学习兴趣、培养学生综合能力为目标的机器人成品、套装或散件。以教育机器人为载体的机器人教育可以有效地激发学生的学习兴趣，在“做中学”的教学形式下培养学生的科学素质、工程素质和工程技能。 教育机器人的出现为学校创新教育提供了一个崭新的平台，几乎没有一种技术平台比智能机器人更适合创新素质教育。相对于工业用机器人等，教育机器人成本较低，开展机器人教育能够以较少的教育投入（包括人力、物力、财力、时间等）取得较大的教育效果（主要指学生的知识获得、技能形成、情感培养等），从而优化了教与学的效果3；教育机器人的开放性和可扩展性，利于学生创新性思维的培养；同时，采用机器人这种教学工具，能改善教学方式与方法，减轻师生的工作强度，缩短工作时间，提高工作效率4。 3民办高校教育教学改革与机器人教育 第一，求生存、谋发展，改革的内动力强。机器人教育作为一种新兴的教育教学模式，以其知识性、实践性、趣味性、创造性、探究性、协作性等所体现出的高性价比，正逐步成为高等院校相关学科教育教学改革的一个重要方向。可以说，民办高校改革发展的内在需求以及机器人教育的高性价比，决定了该类院校必将会把机器人教育作为相关学科教育教学改革的重点来抓。 第二，起步晚、包袱少，改革的适应性强。我国民办高校起步较晚，迄今只有十余年的历史，不少学校正处于“凝练办学理念、突出办学特色”的阶段，机器人教育作为一种新兴的、独具特色的优质教育教学模式，在一定程度上与之契合；同时，民办高校办学时间相对较短，其具有包袱少、束缚少的优势，对于各类新兴事物的接纳性、适应性会更强、更快。所以，民办高校所处的发展阶段、本身包袱少束缚少的特点，使得大力、快速引进机器人教育成为可能。 第三，重实践、强能力，办学定位的需求强。民办高校作为应用型本科院校，其人才培养目标定位在应用型人才方面，以培养一线生产实际需要的实际人才为教学目标，强调实践性、参与性与体验性等非认知性目标3。机器人教育作为一种前沿性与综合性并存、理论性与实践性融合、实用性与趣味性并重的优质教育教学平台，其在培养学生实践应用能力方面的优势能和民办高校的人才培养目标很好融合，成为民办高校有关专业人才培养的重要手段。 二我校机器人教育的做法与实践 1因“才”施教，设计教学 第一，巧用知识性，融机器人教育于专业课程教学。机器人技术具有知识密集性的特点，综合性很强，可以很好地和很多专业课的知识点融合。例如在嵌入式系统应用、单片机原理、c语言程序设计等课程的理论教学中，适时引入了一些机器人设计、控制案例，并提供案例效果视频，发挥机器人教育的趣味性特点，激发学生的学习热情、提高学生的学习兴趣。 第二，活用实践性，融机器人教育于课程设计环节。实践性是机器人教育的一个重要特点，十分利于应用到综合性强、实践性要求高的课程设计中。由于机器人本身的趣味性，让学生在“做中学”、“玩中学”的模式中，实践能力、动手能力、学以致用的能力得到提高。 第三，发挥创造性，融机器人教育于课外科技活动。教育机器人部件设计上，一般遵循开放性和可扩展的原则，这有利于发挥学习者天马行空的想象力。我院信息工程系成立学生兴趣小组、科技创新工作室，由专业课教师指导有兴趣的学生进行机器人制作开发，充分发挥学生的创造性。 第四，贯穿趣味性，加强机器人教育趣味性设计。机器人教育的生命力在于其趣味性，在教育教学活动中，趣味性的设计是充分发挥教学效果的关键所在。在实际的教育教学过程中，针对不同机器人的硬件特点，设计出跑圈、壁障、走迷宫、遥控、搬运等功能的机器人，实践证明这些颇具趣味性的设计，在实际的教育教学中发挥了积极的作用。 2因“材”施教，教学设计 因“才”施教，主要是根据机器人教育的特点来设计（或辅助）教育教学形式，而因“材”施教，则是根据教育对象学生的特点来进行教学设计。我校在教育教学实践中，根据学生特点，课内外、多渠道、多层次地为学生提供机器人教育的学习平台。例如，在课程设计教学环节中，会安排学生分组选题，然后会对选题进行任务分解，如可分解为硬件设计、机体设计、策略设计、硬件调试、软件调试、软硬件联调等等，学生根据自己的知识结构、兴趣特点有侧重地选择任务，协作完成。在课程设计中表现出较高兴趣和能力的学生，建议其参加课余兴趣小组，进一步为其提供发挥创造力的平台。另外，在毕业设计教学环节有关教师也会设计一些机器人方面的选题，供学生们选择。 3以研促教，教研相长 教学和科研是高等学校的两大支柱，它们相辅相成、相互促进、不可分离。科研为教学开辟培养创新性人才的环境，科技创新与人才培养相结合是大学的优势，科研是源，教学是流，两者共同构建高校的育人环境6。机器人教育教学的可持续发展，离不开有力的科研支持。在机器人教育这一块，我院有关教师针对教育机器人进行科研立项，研究成果及时应用到实践教学，保证每年相关教学内容有新意、有补充；在教学中发现的问题又为后续科研立项提供一些参考。另外在学生科技创新方面，学院还组织学生进行教育机器人方面的科研立项，这个过程中不仅能锻炼学生创新、科研能力，还能从一个侧面了解学生的兴趣点，利于机器人教育的研究。 4以赛促研，以赛促教 机器人技术的综合性以及机器人教育的趣味性、创造性等特点，很利于机器人竞赛活动的开展，反过来，机器人竞赛活动的开展又能促进教育机器人的研发和机器人教育教学的研究。我院自2012年来，定期在校内组织机器人设计大赛，普及机器人教育，在师生中营造良好的机器人教育氛围。特别值得一提的是2012年11月在深圳大学举办的2012中国教育机器人大赛中，我院参赛队获得特等奖一个、一等奖一个、二等奖一个。竞赛活动的开展，从我院实施的情况来看，有以下几个特点：第一，促进了教育机器人的研究，在比赛中各参赛队的创意，为后续的研究提供了一些参考；第二，丰富了教学，比赛的过程本身也是教学的过程，学生从方案设计，到机器人制作，到功能调试，再到临场参赛，整个过程中都有相关教师的指导，这整个过程就是一种开放式的教学形式；第三，普遍提高了相关学生的学习热情，促进了学生的学习；第四，增大了机器人教育的受众面，使得有兴趣而不在相关专业的学生也能参与进来。 三关于深化机器人教育的思考 1开设机器人课程 近年来，我院在机器人教育方面做了一些尝试，但尚未专门开设机器人方面的课程。今后可以通过公选课的形式普及机器人教育，让更多学生感受机器人教育的魅力。另外可以在有关专业的课程体系中增设机器人课程，如电信、自动化、测控、计算机、物联网、机电、机械等专业，机器人技术具有很强的综合性，所以可以针对不同的专业调整相应的授课重点，一定程度上也能促进学科融合。 2构建教育机器人实验、实训室 实践性是机器人教育的重要属性，相应的实践平台必不可少。当前我院机器人教育的实践平台多是相关教师针对特定专业、特定课程、特定知识点设计制作，尚不具备系统性和规模性。今后可以采取教师科研成果为主、企业成果引进为辅的形式，整合有关教师相关科研成果，投建机器人实验、实训室，并进一步加大教育机器人和机器人教育方面的科研投入，相应成果持续补充机器人实验、实训室的实践内容，适当引入一些企业的成果作为补充。由于相关成果主要是本校教师在针对本校学生的教学实践中取得的，相对于直接引进相关企业的科研成果，更具针对性和适应性，能更好地和本校的实践教学结合起来，性价比更高。实验室、实训室建成后采取开放式或预约开放式的管理模式，充分发挥其效能。 3构建机器人教育课外科研训练体系 课堂上的时间是有限的，教师在课内主要完成对学生的引导，要想让学生掌握、融汇相关知识并学以致用，必须充分发掘学生课外的时间。以学生课外科技活动为载体，对学生进行梯度化管理，分兴趣小组、研发小组、工作室等几个层面对不同年级、不同基础的学生进行分级管理训练，形成课外科研训练体系。在这个过程中，充分利用实验室、实训室的开放管理模式。 4构建产学研平台，加强校企合作 机器人生产商是机器人教育的一个隐性推动者，在国内外，部分机器人课程的顺利实施都得益于机器人生产商，特别是教育机器人和竞赛机器人生产商的支持。同时，由于高校的参与，也促进了企业产品的不断完善和升级，使得机器人产品在学校和企业得到更好的推广和应用，形成了一种比较理想的产学研合作方式7。 总之，机器人是人类创新技术和创新成果的载体，其发展空间不可估量。机器人教育以其诸多特性所体现出来的高性价比，将成为或正逐步成为我国高校相关学科教育教学改革的一个重要方向。