獨立學院機器人創新設計實訓課程探索論文

摘要：機器人創新設計實訓的目的在於培養具有創新精神的應用型人才，本文重點介紹獨立學院在開展機器人創新設計實訓課程的設計的討論，目的在於培養學生獨立自主學習的能力，對機器人自主感知，分析處理數據，判斷與決策等方面知識有一定了解。

關鍵詞：獨立學院；機器人；創新設計；課程

爲深入貫徹《南京大學金陵學院“431”產學研深度融合人才培養模式改革實施方案》，探索應用型人才的協同培養機制，促進我校的轉型發展，鼓勵廣大教師積極開展教學改革的研究與實踐，切實提高人才培養質量，南京大學金陵學院（以下簡稱金陵學院）開展了2014年度校級教學改革研究項目的申報立項工作。2014年度教學改革研究項目主要圍繞應用拓展課程建設，以創新創業課、新型實訓課爲立項重點，紮實推進教學改革的研究與實踐。新型實訓課，既不同於傳統意義上的實習課，也不等同於開放實驗課，是一種新型的、綜合的、基於更廣闊學科背景的，綜合培養學生文化素質和職業素養的探究性新型實踐訓練課[1]。與傳統的驗證性實習實訓不同，新型實訓課旨在透過知識融合的平臺，引導學生參與性、探究性的學習，自然實現從“要我學”到“我要學”的轉變，並在更高的層面上實現知識與技能的整合，從而提升學生的職業素養。資訊科學與工程學院（以下簡稱信工學院）智能機器人實驗室機器人團隊在多年從事機器人相關課程教學、機器人競賽、基於機器人的創新創業項目以及以機器人爲主題的畢業設計過程中，總結和積累了很多寶貴經驗，正式提出併成功申報了《機器人創新設計實訓》這一校級重點課題。

1課程簡介

機器人創新設計實訓的目的在於培養具有創新精神的應用型人才，將機器人方面的理論知識及專業知識，透過實踐項目的形式直觀地展示出來，讓學生在校期間能充分地接觸機器人創新設計實踐，將信工學院各專業的核心技術透過機器人平臺有機融合在一起，培養學生髮現問題、分析問題和解決問題的能力，培養學生申報項目、組織管理和實施項目的能力，培養學生撰寫技術文檔和學術論文的能力，培養學生的就業和工作的能力和素養，以期達到提升學生的綜合素質的效果。結合金陵學院學生的特點以及信工學院的軟硬件條件，探索建立新型概念課的方法和方式，把知識的學習、素質的培養和實際應用聯繫起來，爲後期建設實踐創新基地打下堅實的基礎[2]。本課程嚴格樹立以學生爲本、知識傳授與能力培養並舉、素質提高與協調發展並重的教學觀念，以創新思維和創新能力培養爲核心，以實驗技能訓練爲基本要求，注重團隊合作和實際應用設計[3]。本課程面向信工學院所有專業學生開放，旨在讓不同專業的.學生組成一系列團隊，按照公司執行的機制讓學生學習新知識和鍛鍊各項技能。課程強調不同專業學生間的相互學習，強調項目申報、組織管理和實施的能力，希望達到畢業設計導師喜歡、碩士生導師想要、工作單位認可的效果。本課程是一門教學與實踐相結合、學習與工作相融合、專業知識與技能技巧相協調、傳統教育與新型教育相交融的新型實訓課程。本課程充分借鑑英國Essex大學先進的教學理念和教學方式，具有強烈金陵學院特色，適用於應用型本科學校。預期效果及目標：透過本課程的學習，學生可以達到以下一項以上成果。（1）部分學生可以在畢業前發表至少一篇學術論文；（2）部分學生可以申請到江蘇省大學生創新創業訓練計劃；（3）部分學生可以參加省級以上學科競賽；（4）部分學生可以申請到實用新型專利；（5）部分學生可以獲得國內一流高校（如北京大學工學院）或者科研院所（中科院瀋陽自動化研究所）短期交流學習機會；（6）部分學生可以獲得到一流公司的實習機會。同時，獲得本課程成績良好以上者，能夠成爲我院承擔畢業設計的各位導師最青睞的學生，能夠在考研複試時輕鬆贏得面試官的認可，能夠在找工作時顯示出明顯優於別人的競爭力。當然，爲了保證教學效果，本課程每學期承擔的總人數一般限制在40以下。

2課程體系設計

本課程分爲基礎部分和進階部分。基礎部分以機器人基礎教學爲主，以機器人競賽平臺爲背景，講解機器人競賽相關的入門知識，以此來選拔學生。實驗教材建議各部分指導老師參考各類機器人技術手冊來編寫講義。表1列舉了基礎實驗內容，隨着課程的進一步開展可以繼續進行豐富和修改。筆者主要負責武術擂臺部分的教學和團隊的指導。本課程由機器人團隊多名教師共同承擔。不同的項目分別由相應的老師負責講授，分別對全體學生介紹信工學院各專業各門課程在機器人技術中的應用情況，並講授機器人創新設計所需要的基本知識和基本技能，介紹我院以及兄弟院校學生在參加機器人競賽中所用到的技術；介紹機器人創新設計所需要用到的工具及其使用方法、各種軟件以及使用方法、硬件電子電路基礎知識、編程技巧以及智能四輪小車的設計與控制、機器魚運動控制等內容[6]。項目驅動教學環節將所有學生分成5組，每組學生控制在5-12人，由指導教師團隊擬定5-10個具有一定創新性的機器人設計項目，由學生團隊自主選題，也可以由學生根據智能機器人實驗室的機器人設備自主設計項目，分組後每位指導老師負責一個團隊，以項目組織實施的方式對學生進行指導和管理。在學生學時方面，前8周所有學生一起上課，第9周開始分成5組，每位老師負責一個項目，由學生自主選擇項目，每位老師負責的學生控制在5-12人。從第9周開始，學生的上課時間和上課形式可以在不違反學校教學規章制度的前提下，大膽探索和勇於嘗試，力求在實踐中探索出一條具有強烈金陵學院特色的教學方法和教學手段。原則上，學生實際全身心投入課程的時間遠遠超過27學時。

3課程的教學方式

（1）本課程教學方法與手段靈活多變，包含課堂講授、實驗教學、項目驅動教學等環節，其中課堂教學中重點採用案例教學法，爲適應我院學生的基礎，所舉的例子儘量採用院往屆學生在機器人競賽、江蘇省大學生創新創業訓練計劃、課程設計、畢業設計中的作品以及用到的方法，並透過播放視頻與製作動畫等形式加強學生的理解；實驗教學環節注重與理論知識的結合，力求透過實驗進一步解釋理論知識，讓學生透過切身體會進一步鞏固知識；項目驅動環節力求模擬公司的執行機制，讓以“工作”的方式執行課程任務，以達到把知識的學習、素質的培養和生產實踐聯繫起來的效果[7]。在講完相應的理論課之後，根據比賽項目的分工，本項目組五位老師分別帶領一部分學生，開展項目式教學，爲了完成比賽項目，學生需要自主查閱相關資料、根據自身優勢進行分工、並且按照一定的方式開展合作，以保證整個項目的順利推進。爲了取得較好的效果，有的學生自己去請教其他專業課老師，有的跑到相關企業進行諮詢，有的跑到其他學校進行取經，基本上可以模擬公司的執行機制。

（2）鑑於場地和設備的限制，爲了達到更好的教學效果，本實訓課程要求學生總數限制在40左右，即在項目驅動環節，每位老師最多指導兩個課題的項目，人數限制在5-12人。

（3）教學方法、作業、考試等教改舉措教學方法與傳統的課程有較大改革，尤其是在項目設計環節，指導教師相當於合同中的甲方，學生相當於乙方，但是指導教師除了擔任甲方的職責之外，還需要對學生因材施教，主動發現每個學生的特點及特長，對其進行引導與指導，使其充分發揮自己在團隊中的作用。這裏還強調學生間的相互學習，本課程授課對象應該來自信工學院每個專業，學生的學習過程不再單純是向老師學習，還應該注重主動向同組同學學習相近專業知識，這種學習方式對於學生來講會減輕壓力，往往具有很好的效果。作業也與傳統的課程有較大區別，爲了突出分工，引導不同的學生髮揮自己的特長，每個人的作業形式可以有所不同，根據本課程的創新考覈方式（達到相關指標者可以申請免考），每個同學可以自主選擇作業形式，作業形式可以是撰寫一篇學術論文、申請江蘇省大學生創新創業訓練計劃、參加省級以上學科競賽、申請實用新型專利等。

4總結

本課程旨在打破教育部白皮書的課程框架，建立新型概念課，把知識的學習、素質的培養和生產實踐聯繫起來，爲培養具有創新精神的應用型人才構建新平臺。2016年，我校成功開設了本課程，受限於場地和硬件條件，在近200名報名同學中篩選出了60名同學進行授課。本課程建設的目標是給學生提供一種模擬公司執行的機制和環境，以設計產品爲導向，以項目課題爲目標，學生在對於機器人自主感知，分析處理數據，判斷與決策等方面知識有一個系統瞭解基礎上，讓學生在學習中體會工作的流程，熟悉項目的運作流程，在設計中增強自主學習的能力，在團隊中掌握分工協作與交流溝通的技巧，在答辯時積累結題的經驗以及撰寫報告的方法，培養學生髮現問題、分析問題和解決問題的能力，培養學生申報項目、組織管理和實施項目的能力，培養學生撰寫技術文檔和學術論文的能力，培養學生的就業和工作的能力和素養，以期達到提升學生的綜合素質的效果。

作者:謝鵬飛 夏慶鋒 張燕 鄒發光 單位:南京大學金陵學院機器人實驗室

參考文獻：

[1]吳波,陳琪.工程創新設計與實踐教程:創新設計及機器人實踐[M].電子工業出版社,2009.

[2]夏慶鋒,丁堯,萬凱.基於機器人競賽的應用型人才培養初探[J].電氣電子教學學報,2012,34(4):60-61.

[3]夏慶鋒,張燕,謝鵬飛,劉益新,鄒發光.獨立學院開展機器人競賽的探索與實踐[J].機器人技術與應用,2015(9):41-44.

[4]《創意之星InnoSTAR實驗指導書第一版》.北京博創尚和科技有限公司,2009.

[5]《創意之星InnoSTAR組裝指南》.北京博創尚和科技有限公司,2009

[6]蔡自興.機器人學基礎[M].機械工業出版社,2015.

[7]夏慶鋒,張燕,謝鵬飛.聽說讀寫譯綜合教學法在模電教學中的應用[J].電腦知識與技術,2015,11(2):135-137.

[8]張燕,夏慶鋒,謝鵬飛.基於LPC1768嵌入式系統實驗課程仿真平臺設計[J].電腦知識與技術,2015,11(2):223-225.