呂勇軍?祝尚臻?雷彥華?于宏濤

摘要：應用型本科院校培養(yǎng)的學生是以“應用”為目標、“創(chuàng)新”為特征的各行各業(yè)急需的具有行業(yè)特色的應用型人才。機器人教育為應用型本科院校培養(yǎng)具有創(chuàng)新與實踐能力的應用型人才提供了一個嶄新的平臺。借助該實踐平臺，學生的創(chuàng)造精神、實踐能力以及獨立分析問題和解決問題的能力可得到很好的培養(yǎng)與提高。

關鍵詞：機器人教育；創(chuàng)新；實踐；應用型

作者簡介：呂勇軍（1958-），男，山東牟平人，沈陽工程學院自動控制系，教授；祝尚臻（1979-），男，山東煙臺人，沈陽工程學院自動控制系，講師。（遼寧 沈陽 110136）

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）09-0014-02

應用型本科院校是指介于研究型高校和高職院校之間的一種高等教育的類別或類型，它是一種以應用型人才培養(yǎng)為主要任務和目標的辦學層次。應用型人才的概念是相對于專門學術研究型人才提出的，它以適應用人單位為實際需求，以大眾化教育為取向，面向基層和生產(chǎn)第一線，強調(diào)實踐能力和動手能力的培養(yǎng)。同時，在以解決現(xiàn)實問題為目的的前提下，使培養(yǎng)的學生有更寬廣或者跨學科的知識視野，注重知識的有用性，有創(chuàng)新精神和綜合運用知識的能力。應用型人才的培養(yǎng)，要考慮培養(yǎng)學生具有在創(chuàng)新中應用、在應用中創(chuàng)新的能力?？梢姡瑢眯捅究圃盒W生的創(chuàng)新和實踐能力的培養(yǎng)是十分重要的。

一、應用型本科院校大學生創(chuàng)新與實踐能力培養(yǎng)目標定位

應用型本科教育的辦學標準，是既要有一定的學術性，又要有一定的實踐性，而且以技術為定向。應用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)應突出以“應用”為目標、“創(chuàng)新”為主要特征。

1.實踐與綜合應用能力

應用型本科院校培養(yǎng)的人才應該是適應時代發(fā)展和技術進步要求的具有較強實踐能力的綜合人才。大學生在課堂上的學習往往只能獲取其理論部分，要真正掌握技術并熟練應用則必須通過充分的實踐。所以，學校應為學生提供更多的技術實踐機會，培養(yǎng)和提高學生的技術應用能力和問題解決能力。

學生在學校學習的過程，通常是按照基礎課、專業(yè)基礎課和專業(yè)課這樣分類，一門一門課程來學習。然而，實際工作中則是一個將所學知識綜合應用的過程。如何使學生掌握這種綜合能力，具備將所學知識應用于實踐中去的應用能力，是目前教學工作中一個亟待解決的問題。

2.創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力

創(chuàng)新是一個民族的靈魂，是國家興旺發(fā)達不竭的動力。所謂創(chuàng)新人才就是具有創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的人才。

目前，高等學校的教育中仍然存在“應試教育”下形成的“滿堂灌”、“填鴨式”等教學方法，教學形式單一、死板，束縛了學生思維的發(fā)展、個性的塑造及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，造就了大量只會考試的人才。在現(xiàn)代高等學校的教學過程中，應借助于特定的教學內(nèi)容和方法，鼓勵學生充分發(fā)揮自己的想象力和主觀能動性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力。

應用型本科院校培養(yǎng)的人才應具備集成創(chuàng)新與引進消化吸收再創(chuàng)新能力。集成創(chuàng)新與引進消化吸收再創(chuàng)新是指在已有技術的基礎上創(chuàng)新，這類創(chuàng)新往往是漸進式的。培養(yǎng)面向社會實踐的應用型創(chuàng)新人才，更加注重默會知識的傳授。默會知識是高度個體化、難以形式化或溝通、難以與他人共享的知識。默會知識的獲得更多地是依賴實踐教育。實踐教育，是指圍繞教育教學活動目的而開展的、學生親身體驗的實踐活動。它既包括為認識和探索自然規(guī)律、掌握技術知識而開展的科學實驗和生產(chǎn)實習等必要的驗證性實驗，也包括為解決實際的生產(chǎn)和社會問題，提高創(chuàng)新能力而開展的研究性、探索性、設計性、綜合性實踐活動。

3.團體意識和合作共事能力

現(xiàn)代社會，人們相互間的依存關系更為密切，社會分工更為細密；同時，人們之間只有通過相互的友好合作和交流才能更快更多地獲得知識和信息。因此，良好的合作意識和團隊精神，是現(xiàn)代人應具備的基本素質(zhì)。這種素質(zhì)對大學生將來進入社會、做好工作是十分重要的。

高校在培養(yǎng)學生的過程中，應盡量為學生創(chuàng)造具有團隊合作過程的教學環(huán)境，以課程為載體，以團隊活動為方式，培養(yǎng)學生的合作意識和團隊精神。教師和學生之間、學生和學生之間的協(xié)商、對話、交流和合作，充滿整個學習和研究過程，這不僅影響課題研究成果，重要的是它將對學生合作意識和能力的培養(yǎng)產(chǎn)生積極影響。

二、構建機器人創(chuàng)新教育平臺

機器人是人類上許多創(chuàng)造和發(fā)明的結晶，它把人的智慧與機器融為一體，是人類所發(fā)明的最完美的工具之一。機器人正在向我們走來，它將成為人類的一個重要組成部分。隨著機器人的不斷發(fā)展，機器人教育也得到了越來越多的高校的重視。

日本機器人教育水平和機器人文化普及水平是世界上最高的國家之一，不僅每所大學都有高水平的機器人研究會，而且每年定期舉行機器人設計和制作大賽。這些大賽加速了日本機器人文化的普及，培養(yǎng)了大批創(chuàng)新人才和機器人研究與應用人才。美國高校對機器人教育也十分重視，它的發(fā)展主要呈現(xiàn)出兩個趨勢：一方面，美國越來越多的高校開設了機器人相關的課程；另一方面，機器人作為課程的學習平臺，已經(jīng)應用于高校其他課程中。

我國近年來機器人教育得到普遍關注，大學生開始走出國門，參加多項國際機器人大賽并取得了較好的成績。但創(chuàng)新教育和機器人教育的普及與國外高校相比還很落后。

借鑒國內(nèi)、國外高校機器人教學的經(jīng)驗，我們建設了機器人創(chuàng)新教育平臺。它既能夠作為電子技術、傳感器技術、嵌入式技術及控制原理等課程的學習平臺，還可以作為學生的創(chuàng)新設計平臺。通過在該平臺上的教學和實踐，提高了學生的學習興趣，加深了學生對所學課程的理解，加強了學生的綜合設計能力，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新精神，提高學生的實踐與創(chuàng)新能力。

1.搭建機器人硬件平臺

實驗室購買了深圳德普施的智能寶貝車和六爪爬行機器人，還購買了多種智能車全套散件及激光、紅外、攝像頭、振動、傾角、編碼器等各種傳感器。另外，我們還專門設計了幾款適合于機器人功能實驗的開放式控制板，這些控制板具有多種傳感器接口、控制電機接口及通信接口，形成了機器人綜合實驗平臺。在該平臺上可以進行機器人的運動控制、機器人的避障、趨光機器人、聲音控制機器人、循跡機器人及機器人的無線通信等實驗。

2.開設機器人相關理論課程

由于機器人技術自身的綜合性和機器人技術應用領域的廣泛性，導致機器人課程跨學科、交叉性的特點十分明顯。課程內(nèi)容涉及模擬電子技術、數(shù)字電子技術、嵌入式系統(tǒng)、控制系統(tǒng)設計、傳感技術、無線網(wǎng)絡、人機接口、機械結構、計算機程序結構、人工智能、動作規(guī)劃、3D繪圖模擬等多門課程。

由于專業(yè)課程體系的限制，我們在必要的專業(yè)課的基礎上，又開設了智能機器人原理和工業(yè)機器人兩門機器人相關的專業(yè)課。通過這兩門課程的學習，使學生盡可能掌握機器人相關的專業(yè)知識。

三、機器人教育為培養(yǎng)創(chuàng)新與實踐能力提供了一個嶄新的平臺

以機器人作為學生學習、實踐、綜合、創(chuàng)新的平臺，為學生提供開放性的實踐平臺和問題解決方案，學生可以用不同的方法達到同一目標，從而鼓勵學生主動探索、動手實踐，讓他們親身體驗抽象的理論如何變成了觸手可及的答案，享受成功的興奮?？梢詫W生進行創(chuàng)新思維訓練、團隊創(chuàng)新訓練、知識整合項目訓練等各種層次訓練。

1.學習和實踐平臺

機器人作為學習平臺，已經(jīng)應用于學生所學的課程中。我們分別在模擬電子技術、傳感器原理、單片機原理、伺服系統(tǒng)、智能機器人等課程中使用機器人作為學習平臺。

利用機器人學習平臺有以下幾個作用：

（1）培養(yǎng)學習興趣。以機器人作為學習平臺易引發(fā)學生的學習興趣，機器人教學是充滿趣味的“做中學”教學平臺。

（2）提供理解課程的情境。學生在學習過程中，各門課程都是獨立且相對抽象的，往往學生是只見樹木不見森林，只知所學，不知所用。在機器人平臺上學習，可以使抽象的概念變?yōu)榫唧w，并提供給學生以解決復雜問題的情境。例如，模擬電子技術課程中學到的運算放大器、比較器等單元電路，通過在機器人平臺上電路中的具體應用，使學生掌握了它們的用法。此時，它們不再是抽象的電路符號，而是一些具體的應用工具了。

（3）強調(diào)課程之間相關性，初步建立系統(tǒng)概念。機器人平臺是多課程甚至是多學科綜合平臺，它能幫助學生理解各門課程之間的聯(lián)系，能讓學生學會綜合應用自己所學知識。例如，可以在這個平臺上利用傳感器技術、單片機技術、控制電機及控制原理等知識構成閉環(huán)系統(tǒng)，從而實現(xiàn)閉環(huán)控制。

（4）強化動手實踐。機器人學習平臺為學生提供了良好的實踐條件，學生在學完理論課的基礎上，可以利用它進行課程內(nèi)容的驗證、程序與硬件電路有機結合、相關知識的融合等實踐活動。

2.綜合訓練平臺

測控專業(yè)學生的畢業(yè)實習是在該平臺上進行的，它是一項典型的綜合訓練項目。整個實習過程是一個完整工程訓練，是學生綜合素質(zhì)提升的過程，也是工程意識培養(yǎng)和強化的過程。

在實習中，學生要完成機器人設計、組裝、焊板及調(diào)試，軟件編程及調(diào)試、撰寫實習報告等全部過程。設計過程每個學生要確定其機器人功能，根據(jù)功能選擇傳感器種類和型號；組裝過程要將整個機器人機械結構組裝起來，包括車體、驅(qū)動部分、轉(zhuǎn)向部分、傳感部分的安裝和調(diào)整；根據(jù)設計好的機器人功能，確定整機電路，焊接線路板并將電路調(diào)整到設定狀態(tài)；確定整機控制算法，編寫軟件程序并調(diào)試；整機測試，撰寫設計報告。

利用該平臺進行畢業(yè)實習，可激發(fā)學生的興趣與愛好，有利于提高學生自主學習的主動性、科研動手創(chuàng)新能力、團隊協(xié)作能力以及就業(yè)競爭能力。

3.創(chuàng)新實踐平臺

機器人為大學生創(chuàng)新實驗設計及參加科技競賽提供了創(chuàng)新實踐平臺。

為了加強大學生實踐、創(chuàng)新能力和團隊精神的培養(yǎng)，教育部委托高等學校自動化專業(yè)教學指導分委員會主辦每年一度的全國大學生智能汽車競賽——“飛思卡爾”杯全國大學生智能汽車競賽。我院在2009年首次派隊參加第四屆“飛思卡爾”智能車賽。參賽學生在沒有任何經(jīng)驗可以借鑒情況下，充分發(fā)揮了個人主觀能動性，同時團隊密切協(xié)作、精誠團結，圓滿完成了參賽作品的設計。在設計過程中，從硬件設計、調(diào)試、控制策略、算法到軟件編程等方面，完全是在自己的努力下完成的。通過此次參賽，學生們的創(chuàng)新意識、實踐動手能力以及工程意識都得到了極大的提高。最后參賽的兩支隊伍在比賽中分別獲得了東北賽區(qū)的二等獎和三等獎。在后來參加的第六屆“飛思卡爾”智能車賽和遼寧省首屆大學生“機器人擂臺賽”中也取得了優(yōu)異成績。

2011年沈陽工程學院首屆大學生創(chuàng)新實驗項目“語音控制智能車”是測控專業(yè)學生在該平臺上完成的。該項目在機器人平臺上拓展了語音識別、無線控制功能和自動尋跡功能，三種工作狀態(tài)通過語音指令來切換。該實驗項目的完成充分體現(xiàn)了學生實踐動手能力和創(chuàng)新意識，驗收時該項目得到專家的肯定。

四、結束語

機器人是人類創(chuàng)新能力和實踐能力的載體，是永無止境的研究課題。機器人教育為創(chuàng)新教育提供了廣闊的空間，是開發(fā)每個學生特長和潛能、培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)造性人才的好素材。通過機器人平臺的實踐活動，可以激發(fā)學生的學習興趣和求知欲望，使學生的學習從被動向主動轉(zhuǎn)化；可以培養(yǎng)學生的自學能力、選擇知識能力、創(chuàng)造精神、實踐能力以及獨立分析問題和解決問題的能力。因此，機器人教育是開展創(chuàng)新教育的重要方法，是提高學生綜合實踐能力的有效途徑。

參考文獻：

[1]戴敏，張志勝，史金飛.大學生創(chuàng)新與實踐能力培養(yǎng)的探索[J].東南大學學報（哲學社會科學版），2008，（6）.

[2]于金霞，張英琦.基于機器人競賽的大學生創(chuàng)新素質(zhì)教育[J].計算機教育，2010，（10）.

[3]張紅艷.創(chuàng)新人才培養(yǎng)之我見[J].武漢金融高等專科學校學報，2002，（6）.

[4]王益，張劍平.美國機器人教育的特點及啟示[J].現(xiàn)代教育技術，2007，（11）.

[5]李春華，等.發(fā)展機器人教育培養(yǎng)綜合型創(chuàng)新人才的研究與實踐[J].天津工程師范學院學報，2005，（12）.

（責任編輯：劉輝）