徐國政 王強(qiáng)

摘 要：機(jī)器人學(xué)是一門多學(xué)科高度融合且與眾多前沿技術(shù)緊密相關(guān)的綜合性學(xué)科。隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，亟待高校培養(yǎng)機(jī)器人方面的專業(yè)技術(shù)人才。為滿足社會對機(jī)器人專業(yè)人才的需求，近年來國內(nèi)眾多高校陸續(xù)由最初開設(shè)機(jī)器人課程到現(xiàn)在設(shè)立機(jī)器人專業(yè)、成立機(jī)器人學(xué)院，但是隨著信息技術(shù)及人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展，《機(jī)器人學(xué)》課程的理論、實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法需要進(jìn)一步改革，以適應(yīng)新時代社會對機(jī)器人技術(shù)人才的培養(yǎng)需求。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人學(xué)，課程改革；理論與實(shí)踐

中圖分類號：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-9132（2018）30-0005-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2018.30.001

機(jī)器人技術(shù)是融合了機(jī)械、電子、傳感器、控制、計算機(jī)、人工智能等許多學(xué)科的知識，涉及當(dāng)今許多前沿領(lǐng)域的新技術(shù)。近年來，隨著人工智能技術(shù)、數(shù)字化制造技術(shù)與移動互聯(lián)網(wǎng)之間創(chuàng)新融合步伐的不斷加快，全球機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展正呈現(xiàn)出新的態(tài)勢。南京郵電大學(xué)作為一所電子信息特色高校，近年來《機(jī)器人學(xué)》課程授課學(xué)生已經(jīng)由原來面向自動化學(xué)院逐漸擴(kuò)大至全校主干工科學(xué)院，特別是在南京郵電大學(xué)機(jī)器人信息感知與控制研究所及機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐基地輻射作用下，取得了較好的成績。筆者結(jié)合南京郵電大學(xué)的辦學(xué)特色，針對研究生《機(jī)器人學(xué)》課程理論與實(shí)踐教學(xué)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式及初步成效三個方面，給出了初步改革與探索方案，以適應(yīng)新時代社會對機(jī)器人技術(shù)人才的培養(yǎng)需求。

一、教學(xué)內(nèi)容改革

傳統(tǒng)《機(jī)器人學(xué)》課程內(nèi)容大多涉及機(jī)器人學(xué)基礎(chǔ)理論（機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)）、運(yùn)動規(guī)劃、機(jī)器人傳感器、機(jī)器人控制、機(jī)器人應(yīng)用等幾個模塊[1]。隨著近年來信息技術(shù)及人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展，上述教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)不能很好地滿足現(xiàn)代信息社會研究生培養(yǎng)目標(biāo)需求。針對南京郵電大學(xué)未開設(shè)機(jī)械類專業(yè)以及電子信息化辦學(xué)特色，結(jié)合南京郵電大學(xué)機(jī)器人信息感知與控制研究所研究方向及校級機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐基地特色，自動化學(xué)院機(jī)器人教學(xué)團(tuán)隊(duì)近年來對本科生及研究生的《機(jī)器人學(xué)》課程教學(xué)大綱進(jìn)行重新修訂，就研究生《機(jī)器人學(xué)》課程而言，重新修訂后的研究生《機(jī)器人學(xué)》課程突破了傳統(tǒng)機(jī)器人學(xué)課程教學(xué)框架，主要圍繞“機(jī)器人信息感知”“機(jī)器人控制”“人機(jī)交互”以及“機(jī)器人應(yīng)用”四個模塊展開。課程教學(xué)內(nèi)容改革主要體現(xiàn)在以下幾個方面：首先，不再講述機(jī)器人學(xué)基礎(chǔ)理論；其次，在機(jī)器人信息感知模塊，在引入最新機(jī)器人新型傳感器基礎(chǔ)上，弱化機(jī)器人傳感器工作原理及方法介紹；再次，在機(jī)器人控制模塊，弱化控制基礎(chǔ)理論，引入機(jī)器人控制系統(tǒng)典型應(yīng)用案例；最后，在引入最新人工智能研究成果基礎(chǔ)上，新增機(jī)器人人機(jī)交互模塊。

二、教學(xué)方法改革

傳統(tǒng)《機(jī)器人學(xué)》課程教學(xué)主要以采取教師課堂講、學(xué)生聽的灌輸式教學(xué)方式，教學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)際結(jié)合不緊密，落后于機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展，缺乏對學(xué)生創(chuàng)新精神和探索能力的培養(yǎng)[2]。此外，由于機(jī)器人相關(guān)設(shè)備價格昂貴，學(xué)生動手實(shí)踐學(xué)習(xí)機(jī)會少，嚴(yán)重制約了學(xué)生理論與實(shí)踐相結(jié)合能力的培養(yǎng)。為在一定程度上解決上述理論和實(shí)踐教學(xué)過程中存在的不足，南京郵電大學(xué)自動化學(xué)院機(jī)器人教學(xué)團(tuán)隊(duì)充分利用機(jī)器人信息感知與控制研究所實(shí)驗(yàn)設(shè)備，以及校級機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐基地資源，從以下幾個方面對課程理論及實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行改革探索：首先，教學(xué)與科研相結(jié)合，結(jié)合教學(xué)團(tuán)隊(duì)教師所研究不同類別機(jī)器人，以其應(yīng)用為主線，講述理論教學(xué)內(nèi)容。具體地，結(jié)合教學(xué)團(tuán)隊(duì)教師所研究的工業(yè)機(jī)器人及服務(wù)機(jī)器人（醫(yī)療、家庭服務(wù)、教育），針對性地分別講述課程教學(xué)內(nèi)容四個模塊（信息感知、控制、人機(jī)交互、應(yīng)用），較好地克服了傳統(tǒng)《機(jī)器人學(xué)》課程獨(dú)立講述教學(xué)模塊內(nèi)容的局限；其次，開展研討式教學(xué)[3]，課前將課內(nèi)要講述內(nèi)容按照機(jī)器人信息感知、控制、人機(jī)交互及應(yīng)用四個模塊分發(fā)給學(xué)生，學(xué)生課后充分查閱相關(guān)教學(xué)模塊內(nèi)容的最新資料，制作成多媒體課件后在課堂內(nèi)互相研討；最后，構(gòu)建虛擬仿真、機(jī)器人實(shí)體、虛實(shí)結(jié)合的機(jī)器人實(shí)踐教學(xué)體系，充分利用南京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與控制國家級虛擬仿真中心、機(jī)器人信息感知與控制研究所機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺、機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐基地及教學(xué)團(tuán)隊(duì)自制機(jī)器人虛實(shí)交互控制實(shí)驗(yàn)平臺，通過虛擬仿真、機(jī)器人實(shí)體及虛實(shí)交互等多種實(shí)踐教學(xué)方式，為學(xué)生提供全方位的實(shí)踐學(xué)習(xí)機(jī)會。

三、考核方式和初步成效

考核作為教學(xué)評價的重要手段，對教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)具有重要的導(dǎo)向作用。研究生階段教學(xué)不再是單純以學(xué)生獲得較高卷面成績作為培養(yǎng)目標(biāo)，而是通過學(xué)習(xí)與實(shí)踐，儲備一定理論知識，并能運(yùn)用所學(xué)知識解決相關(guān)實(shí)際問題。因此，重新修訂后的研究生《機(jī)器人學(xué)》課程，其考核方式不再采用傳統(tǒng)的卷面閉卷考試方式，而是采用了加權(quán)考核的評價模式。該模式主要由課堂教學(xué)模塊研討、實(shí)踐教學(xué)實(shí)踐能力及課后專題三個模塊加權(quán)組成，前兩者各占25%，后者占50%，其中，課后專題在整個課程開始之前即告知學(xué)生具體要求，主要包括三個方面：主題與機(jī)器人相關(guān)、結(jié)合學(xué)生研究興趣、簡易作品（硬件或軟件）或論文報告。特別地，通過課后專題的考核方式，不但鍛煉了學(xué)生將所學(xué)知識運(yùn)用于實(shí)際問題解決的能力，還培養(yǎng)了學(xué)生課題調(diào)研、文獻(xiàn)查閱及論文撰寫這一研究生必備的能力。

四、結(jié)語

針對南京郵電大學(xué)《機(jī)器人學(xué)》課程教學(xué)過程中存在的問題，筆者在分析現(xiàn)代社會對機(jī)器人專業(yè)技術(shù)人才需求特點(diǎn)基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)校辦學(xué)特色，分別從課程理論與實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及考核方式三個方面，進(jìn)行了初步的改革和探索，前期實(shí)踐表明課改取得了初步成效。

參考文獻(xiàn)：

[1] 雷靜桃，劉亮，張海洪.“機(jī)器人學(xué)”課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，32（5）：179.

[2] 韓建海，劉延斌，庫祥臣.“機(jī)器人學(xué)”課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].中國電力教育，2013（8）：81.

[3] 戰(zhàn)強(qiáng)，王東月.《機(jī)器人學(xué)》課程教學(xué)改革探討[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2010，23（2）：117.