机器人教学中培养学生创新、实践能力的方式探索①

    王伟，冯鲜

    [摘 要] 主要以机器人教学培养学生创新、实践能力的方式探索为重点进行阐述，结合当下能力培养目标，从实现多专业集成、构建复合型师资团队、开展学生社团建设、构建机器人技术创新实训基地等方面进行深入探索，主要目的在于增强学生创新能力与实践能力，以期为学生的日后发展提供有利条件。

    [关 键 词] 机器人；实践教学；创新能力；实践能力

    [中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2018）01-0112-02

    创新为我国社会发展的主要推力，为了保证社会发展的需求，各个高校加大了对应用创新型人才培养的力度，以期实现推动社会快速发展的目的。因此，探索创新教学方法，保障创新理论与教育需求得以满足，增强学生的创新思维与创新意识，是当前教学体系优化的新要求。在高校教育中，增强学生的创新理念与实践能力等综合素养，是当前各个高校需要关注的重点问题。

    一、机器人教学的有关概述

    （一）课程目的

    机器人教学为一门新兴课程，它是基于机器人所创建的平台，通过软件开发与硬件拓展来展开教学活动。对于机器人的开发与学习，存在诸多需要亟待解决的问题，如，人机关系、软件编程等，学生只有充分掌握工作原理与硬件结构，才能使其运用能力得以增强。提升机器人教学质量是增强机器人利用率的根本，有利于为机器人创新提供有利条件，以免出现“轻创新”的现象，导致学生思维创造力的发挥受影响。

    （二）教学内容

    机器人技术为一行综合性较强的科目，它同诸多学科都有所关联，如电子、通信、机械等，其是光机电典型的融合体。机器人教学并不存在固定的教学模式，其教学过程主要以综合实践为主。高校在实训环节增加机器人相關知识点的教授与实践，通过小组合作的方式来增强学生的应用技能，使每位学生都能满足社会发展所需。依据在项目制作环节中所遇到问题布设一些具有挑战性的题目来引发学生思考。学生在编程、组装等过程中获取相关知识点，在保证学生自身知识体系的同时，还提高了学生的协作能力与动手能力等。在实际教学中会因场地与设备因素的限制，学生需精心设计、统筹规划，合理应用自身创造力与想象力。机器人的学习其实质为探究性学习，在教学活动中要求教师与学生共同设计目标，再依据该目标展开深入研究。

    二、机器人教学所应用的教学模式

    （一）创设教学情境

    在实际教学中，教师需要应用现代化的教学方法，创设与教学内容相符的情境，该情境可以为问题情境，如教师可以先给学生播放机器人灭火的视频，让学生思考机器人是怎样找到火源的，通过提出具有启发性的问题，来激发学生求知欲；也可设计一些有助于学生理解教学内容的情境。为了切实提高学生的创新意识，任课教师最好能够将创新目标融入情境创设中，使学生能够在具体目标下进行探究，从而在认真观察中获得感性认识，之后再提出相应的问题。

    （二）开展小学合作学习

    教师在进行教学以前，可以先将班级内部学生分为若干个小组，通过小组探讨的方式，来提高学生学习兴致，加强机器人教学效果。教师可以向学生布设一个任务，让学生以小组为单位进行讨论，当讨论结束以后，每个小组指派一个代表对自己小组成果进行口头汇报，所要汇报的内容包含作用、名称以及创新理念，以及在制作中所遇的问题与对应优化措施等；之后展开班级整体讨论，进行讨论的方式可以有很多种，如口头、演示等。在交流验证中，要鼓励学生发表自身的见解，勇于提出质疑，进而得出正确结论。

    （三）合理布设问题

    教师可以通过布设一个问题，来让学生进行自主研究，所布设的问题需依据每位学生的年龄特点与学习状况来设计，并且要保证课题的层次性，如此才能满足学生间的个体性差异，保障学生整体学习质量，切实规避掉一些不必要的麻烦，这不但能提高机器人教学质量，还能增强学生学习的自信心。当学生阐述完自己的观点后，相关专业教师需要对其进行合理评价，在保证公平公正的同时，确保学生的自信心不受打击。教师在总结环节需要帮助学生对有关知识点进行有效梳理，保障每位学生都能全面掌握。

    三、机器人教学中的能力培养目标

    （一）提高学生的创新能力

    当学生掌握了机器人的硬件之后，便能通过设计、组装以及软件编程等方式，来实现控制机器人，整体过程需由每个学习小组独立完成，这样能够使学生从被动学习转变为主动学习，进而增强学生问题分析与优化能力。学生能够自行选择知识点，同理论知识点相结合进行实践。学生经过分析发现，能够应用诸多方法去设计机器人，利用不同算法编程，这对发挥学生潜能具有积极作用，并且还能培养学生创新能力、设计能力以及实践能力，进而为创新教育提供有利条件。除此之外，在组装机器人套件时，从设计、材料选择、模型编制等环节，都需要学生独立完成，这能够切实增强学生的独立性与自主性。

    （二）增强学生协作能力

    机器人构建与组装需要项目小组协作完成，成员间的密切配合是不可缺少的，同学间的互相交流需学习，有助于激发潜藏的创造力，拓宽思路，提高学生的团队意识与小组协作能力。

    （三）提升学生设计编程能力

    任课教师需要进行适当的引导，让学生设计任何能够想到的模型与产品，通过亲自构建、组装以及驱动模型，来实现增强学生问题分析与优化能力的目的。

    （四）锻炼学生动手能力

    目前诸多毕业生欠缺实践力。因受教育观念、办学宗旨以及培养模式等因素影响，许多学生比较注重理论知识学习，未给予实践能力高度重视，进而导致毕业生无法满足社会发展所需，面临就业难的困境。通过机器人比赛或是实践教学项目来进行锻炼，学生能够切实从单一的理论转为理论结合实际，进而提升大学生的实践能力。

    四、培养学生创新能力与实践能力的有效手段

    （一）以机器人技术为载体实现多专业集成

    机器人技术为电子、计算机、机械等多领域知识交叉融合所产生的前沿技术，集成创新与利用创新是机器人技术的主体，含有十分丰富的教育资源。为了促进社会不断发展，各个高校所开展的教学活动需与社会发展相同步。高校教师就如何以机器人竞赛为平台建立以学生为主的管理、创新能力训练结构展开深入探索。机器人竞赛是一种新兴的创新活动，为培养广大学生的创新力提供了新契机，通过开展机器人竞赛，能够切实激发学生潜在的创新意识与实践能力。

    （二）组建复合型师资队伍

    为切实满足当代社会发展的需求，各个高校需构建复合型师资队伍。如，某A大学在2013年所举办的机器人大赛，该学校的学生皆跃跃欲试，该大赛成为挖掘人才的主要平台，在2012年底该学校组建了机器人技术创新队伍，对机器人竞赛进行全面指导，负责指导的教师来自于各个高校，如，机电工程学院、信息技术学院、汽车工程学院等，队伍成员皆分工合作，负责对参加机器人大赛的学生提供机器人加工制作、算法设计、硬件设计、软件设计、传感检测、规划设计、驱动控制以及模型构建等全方位指导。为基于机器人技术为中心的大学生提供创新能力培养渠道，进而为推动高校发展提供有效依据。在组建师资团队时，需明确指导教师选拔原则：第一，必须保证思想积极，具有较强的组织协调能力；第二，经常组织学生进行课外科技活动；第三，具有丰富的工程实践经验与较强的科研能力；第四，乐于付出，不计较名与利、得与失，在学校中有优良的口碑。

    （三）激发学生兴趣，建设学生社团

    兴趣是学习最好的老师，高校教师在实际教学中，可以多引用一些新兴的教学方法，如学案导学、分层教学等，通过新兴的教学模式能够切实提高学生的学习能力。待学生的知识体系得到完善以后，教师可以组织学生参加一些实践活动，通过分组进行对比，可以考虑通过对优秀的小组适当加分的方式来调动学生参与实践活动的积极性，此种方法能够切实改变长期以来受传统教学模式所影响的学习方式，使学生不再在教师的要求下学习，而是能够积极踊跃地参与到教师所组织的机器人教学活动中，同时也可通过举办一些比赛类活动，来激发学生的上进心。依据某A大学在2013年所举办的机器人大赛，在高校中可以通过构建机器人技术小组，将其逐渐转变为机器人竞赛训练队伍的方式，通过打造一支专业的创新实践队伍，来带动其他学生学习，从而达到自我提升的目的。在学院团委与机器人技术创新队伍的正确引导下，可以指导学生组建技术组织，如机器人技术应用俱乐部。随着时间的推移，经过学院部各个部门的推广与宣传，如在礼堂开展讲座活动等，会使该团队不断壮大，这对提升学生学习机器人技术创新意识具有积极作用。

    （四）构建实训基地，增强学生的实践力与创新力

    通过开展机器人技术竞赛活动，有助于培养高校学生的创新力与实践力，为了培养更多优质人才，学校需给予该专业高度重视，拨付一些专项资金与场地提供支持。学校通过构建机器人实训基地来切实增强学生的实践力。构建的机器人实训基地需要具有一定规模与性能，需保证满足培养社会发展所需的应用创新型人才的要求，所以机器人实训基地需要由诸多部分构成，如机器人设计部、结构组建部、电路加工室、软硬件设计室等，保障机器人规划、安装、制作等皆能有序进行，从而保障机器人项目组在一个良好的硬件环境中。除此之外，对精度要求较高的部件、复杂部件以及电路板等，可以通过与企业协作的方式。凡是进入实训基地的成员，需严格按照学校规定进行操作，可以通过构建一个管理机制，来约束学生行为，进而为培育应用创新型人才奠定基础。融和机器人实际结构特点，将学生划分为不同小组，如软件技术组、机构技术组、电子技术组等，依据学生创新能力的培养方案，通过对历届学生成长规律进行分析与总结，来编制各小组学习计划表。根据职业要求，来编制实验室设备管理方案以及学生考勤管理机制等，同步建设硬件机制与软件机制，充分发挥机器人技术竞赛的作用。

    综上所述，基于机器人创新与竞赛活动开展的教学，能够切实调动学生的学习兴趣，从而培养学生的创新力与实践力，这对学生日后发展具有推动作用。由于教育体系的变动，使得当前社会发展对人才的需求由最初的专业技能转变为综合素养，因此高校教师在开展机器人教学活动时，需加大对学生综合能力的培养，进而为社会输送更多应用创新型人才。

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