关于基于水下机器人项目式教学的探讨

郑心武　韩建文

【摘 要】海洋是一个巨大的资源宝库，开发蓝色国土，拓展生存和发展空间，将成为全球经济发展的趋势。同时海洋领域的相关人才需求和要求也越来越高。如何有效地加强对当代大学生综合素质与创新能力的培养，以适应信息时代的人才需求，是近年来的一个热门话题，相关的教学改革也进行得如火如荼。本校也在积极的向海洋方向转型。本课题就针对项目式教学方式，通过带领学生开发水下机器人项目，让学生在切身参与到项目的开发过程中提高自己，达到教学的目的。

【关键词】水下机器人；项目式教学

中图分类号： TP242 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）26-0083-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.26.035

Discussion on teaching based on underwater robot project

ZHENG Xin-wu HAN Jian-wen

（Hainan Tropical Ocean University，Sanya Hainan 572022，China）

【Abstract】The ocean is a huge treasure house of resources， and developing blue land and expanding living and development space will become the trend of global economic development. At the same time， the demand and demand for relevant talents in the Marine field is also higher and higher. How to effectively strengthen the cultivation of the comprehensive quality and innovation ability of contemporary university students to meet the needs of talents in the information age is a hot topic in recent years，and relevant teaching reform is also in full swing. The school is also making a positive transition to the ocean.This project aims at the project-type teaching method. By leading students to develop the underwater robot project，students can improve themselves in the process of participating in the project development and achieve the purpose of teaching.

【Key words】Underwater robot；Project teaching

1 項目的可行性

中国提出加速迈向海洋方向强国战略的步伐。一经提出，举国响应。基于对形势的分析和学校的综合发展方向，提出了“关于水下机器人在项目式教学中的应用”的课题。同时基于课题，搜集和整理大量的相关资料，分析项目可行性。

“预先善其事，必先利其器”，探索的过程需要工具，将工具真正运用到教学中，“授人以渔”，教会学生怎样使用工具、为什么选择这个工具。同时，课本的内容相对枯燥，融合智能设备激发学生兴趣。地处海南，学校积极向海洋方向转型。采用开设新的专业和加强已有的海洋类专业的策略加速发展，最重要的是能为学生提供的设备和专业能力。完善的设备为学生良好开展实践活动和提升综合学习力奠定基础。

2 方案设计

所谓的“项目式教学”，是指教学过程中通过将一个相对独立的现实项目从信息采集、方案设计、组织与实施、效绩评定等步骤组成一个动态的学习系统。

2.1 项目教学具体实施

2.1.1 划分小组

为保证学生学到技能，提高实验器材的利用率，使得参与的同学综合能力都能得到提高，提高学生的团队协作能力，激发学生的竞争性，采取每周以技能竞赛的方式来促进学生学习，先对学生进行分组（7-8人/组），对于所训练项目划分至每一个小组，在规定时间内达到项目教学的目标后，再对小组之间的项目进行调换，使得学生都能够充分的了解掌握项目。

2.1.2 选取组长

为更好的掌握各个同学的学习情况，将会对每个小组选取小组长，对于小组长得选择标准是：实践操作中的优秀者，有集体荣誉感，有责任心的同学。使其能及时地反馈小组的学习情况，带领小组成员认真对待学习项目和定期做出项目汇报，并能及时向老师反馈所存在的学习问题，使得老师能对教学方案及时调整。

2.1.3 小组讨论与汇报

讨论与交流能使学生对自身的学习成果的展示和自我认知，为使每个学生更好的充分掌握所学的知识，进行每周一次的小组交流讨论，以老师组织，小组长带领的方式，进行各小组与其它小组之间进行讨论。在每周讨论，提前让小组长总结该小组所学的知识和小组成员所存在的知识问题进行总结，使其现在课堂上进行汇报，当遇到多组存在同样的问题，老师便可以进行指导和解惑。

2.1.4 教学指导

为使教学更加顺利的展开，应对学生做出相应的教学指导，在项目教学开展的前期为学生普及基本的水下机器人的设计方案和海洋知识的普及，以此提高对项目的前期了解和加深学生对项目的兴趣，

在开展的中期，指导学生进行模块的难点的攻坚的讲解和组织学生对项目开展的情况进行总结。在开展的后期，对各小组开展的不足进行指出并进行额外知识的扩展，在开阔学生的思路和对项目进行优化，使得项目教学内容不断丰富，学生的项目能力得到进一步地提升。

2.2 项目教学内容

2.2.1 海洋應用知识的普及

对于水下机器人的应用方面进行知识的普及，包括海洋机器人的背景知识、发展进程、应用场景、涉及学科、未来趋势等方面知识进行知识普及，使得学生在开展项目前对整个水下机器人进行一定的了解，使得学生在前期学习时时能有目的性地对项目进行展开，在后期时能对项目进行基于背景和应用场景的自主扩展。

2.2.2 实践能力的培养

水下机器人的项目是一个涉及学科广，知识较多的项目，当学生在开展学习时，不仅需要了解机器的整体架构的组装、单片机和PLC的实际应用，还需要进行地面站的自主学习使用，这是对学生的自主实践能力地锻炼，在项目开展时，教师只是作为一个组织者，而实际项目的开展者则是学生，机器如何组装？代码如何调试？组件如何修改？性能如何优化？电路如何设计？等等问题都是由学生自主去学习解决，提高学生对知识的渴望和自主的动手能力。

2.2.3 团队协作能力的培养

一个项目的顺利完成，应是由小组多个成员一同学习，互相分工、共同努力的成果。在项目教学时，小组之间互相讨论、成员之间互相学习、各自分工，相互协同是项目教学开展意义的一部分，为培养面向社会、面向企业的大学生，团队协作能力是必须要具备的能力，对于每一个团队都需要一名领导者而对于学生而言就是他们的小组长·，让学生学习如何作为一个团队，而不是作为个人去进行项目开展。

3 存在的问题

大学的课程体系侧重于传统学科知识的传承，课程之间壁垒严重，新兴学科、边缘学科、交叉学科和前沿学科数量严重不足。同时，部分教师局限于封闭式，独立式的思维关系，在教学过程中仅仅强调知识的灌输、教学方法单一。

当前国内高校部分学生缺乏大胆创新的精神以及自主学习的能力，局限于课本知识所教授的定律，而不思破旧立新，深层次探索，这在很大程度上局限了创新的提升。

例如在水下机器人的水密实验中，最初检测只是在电子仓可能漏水的地方放置漏水检测纸，为了提高检测效率和部件的绝缘性，学生提出了改进措施，如设计漏水报警模块，通过上位机软件实时反馈信号辨别是否漏水；在接合处放置橡胶密封圈等方法来加强水密性。

水下机器人主要由水面设备部分和水下设备部分组成，首次接触无人遥控潜水器，在和学生进行组装、调试、测试及拓展过程中遇到很多问题。网络上的资料不完整，自身知识的局限性和其它问题在整个过程中层出不穷。但在多次调试和测试下，克服很多技术、环境等的因素，无人遥控潜水器现下水测试良好。下一步计划拓展更多模块到机身，在搭载过程中还会遇到很多困难，但最终都会迎刃而解。

4 取得成果

目前课题已经完成水下机器人的组装、调试、测试，正在筹备进一步的模块扩展和实际应用到学生项目式教学中。课题处于初级阶段，暂时还没有投入正式使用和二次开发参加竞赛。计划完成模块扩展和初步应用到项目式教学中后，将水下机器人与现有项目相结合作为项目功能扩展。在此基础上，将水下机器人作为一个独立的开发方向，对海域环境进行更加细致、深入的研究。

5 结束语

通过营造一种问题、机遇创造的知识传播与创新性学习的新型关系，鼓励学生敢于突破思维定式的障碍，学会独立思考。摒弃固定的思维模式和教条的标准答案，在开放性环境下进行自主式的探索和研究。

通过实验教学将抽象理论实际化、具体化，帮助学生理解和掌握水下机器人的关键技术，并学会在实际的环境中加以应用和进行一定的扩展。解决了只注重理论验证性实验的教学模式，而把重心放在培养学生的工程实践能力和创造性思维能力上，尽量多地提供综合性设计实验以提高学生的综合素质。课题依托船舶与海洋工程控制系统实验室提供的实验平台，开设了水下机器人的动力推进系统设计等特色实验。

鼓励学生在现有实验项目下进行大胆创新，开拓新的实验项目和课题，形成一系列多层次、递进式的教学实验内容。