机器人教学改革的发展研究

王春光 杨天时

（1.天津中德应用技术大学 天津 300000；2.吉林交通职业技术学院 吉林长春 130000）

人类的科学技术在20世纪到21世纪实现了跨越式发展。20世纪科学技术发展的重大成果之一为机器人的产生与机器人学科的构建。1962年，美国一家名为万能自动化（Unimation）的公司诞生了世界上第一台机器人。在50多年的时间中，机器人的发展经历了从无到有的过程，甚至已走进千家万户，在各国各领域及普通人民的家庭、工作与学习等多方面为人类服务。为了更好地迎接科技时代的到来，在世界各国机器人技术迅速发展的同时，我国诸多高校开始构建机器人教学的课程体系。机器人学属于多学科深度交叉的前沿学科，与其交叉的学科包括生物学、机械学、计算机科学与工程、人类学、人工智能、社会学、电子工程学等。为了对现有的教学理念进行更新，本文分析了机器人课程现有的教学现状，指出了现有教学过程中长久存在的一些问题，并给出具有可行性的相应改进措施，从而使学生在具备基础理论知识的基础上，具备较强的实际问题处理能力。

一、教学现状分析

机器人属于自动化的、可通过事先编排的程序自主完成任务的一种机器装置。机器人学科的先修课程包括机械设计、机械原理、理论力学、线性代数以及控制工程等，该课程要求学生具备一定的数学基础以及基本的知识储备。因此，学生在进行学科学习时往往会产生该学科涉及知识面较广、理论性较强的感受，进而在学习初期产生较大的挫败感，严重影响其后续的学习积极性。在机器人教学过程中，目前普遍存在的不合理之处主要有以下几点：

1.传统机器人学的课程设置繁杂且内容陈旧。传统的机器人教学中，教学的主要内容包括机器人学的数学基础、运动学、机械结构、动力学、雅克比矩阵、传感和控制、运动规划等基础知识。传统的基础内容对大多数学生来讲过于陈腐，教师往往未加入对学科前沿进展与最新成果的介绍。与此同时，在课程设置方面，机器人学各章节的内容相对独立，在有限学时内对上述教学内容的学习难度较大，大部分学生表示课程内容较为晦涩难懂。[1]

2.教学环节固定，偏重理论传授。机器人课程的原有教学方式主要为“填鸭式”教学，属于“教师-学生”单向教学模式，学生在课堂中无参与感，属于被动接受陌生知识的一方。在教学内容以理论性较强的知识为主的情况下，这对基础一般的学生而言学习难度较大，从而影响了整体教学质量。[2]

3.实践教学较少，且与课堂理论教学相关性较小。由于工业机器人的造价比较高，实验设备数量较为有限，课程在实践教学环节所受阻碍较大，课程设置中实践环节占比较小，且绝大多数为验证性实验，难以真正提高学生在机器人学上的实践能力以及创新能力。

综上所述，机器人学的传统课程设置、教学方式、教学内容及实践环节存在诸多问题，难以满足现阶段培养创新人才的需要。机器人学教学改革要集中在教学环节与实践占比方面，应引入新的教学模式，加入新的教学内容，为学生提供更合适的实验平台和方法。

二、教学改革探索与实践

1.改革传统理论教学，强调因材施教。传统的机器人学教学偏重于基础理论知识的讲解，对学生来说学习难度较大。在教学改革中，教师应针对学校的实际情况，兼顾知识深度以及广度，在理论教学方面进行适当取舍，在教学内容方面进行适当改良。具体而言，教师可将机械结构、工业机器人认知、运动学分析、数学基础、传感器和控制、示教编程等知识结合在传统教学内容中，对理论性较强的、公式推导占比较大的轨迹规划、动力学等内容进行适当删减，保留简单基础的内容。教学内容在改良后可分为理论基础教学、案例教学、实践教学三个部分。

2.改革传统教学方式，强调课堂互动。在课程内容的讲解上，教师可增加视频、案例、动画仿真软件等新型教学方式，积极与学生互动，让每位学生参与进课堂讨论环节，提高学生的参与感，调动学生的学习积极性。

3.改革传统教学环节，强调现场教学。机器人学课程中的抽象内容占比较大，因而学生的理解难度较大。在教学环节中，教师应增加实验教学课的比例，在实践中讲解理论，可以降低学生的理解难度，提高学习效率。[3]理论教学环节可主要集中在对机器人学的前沿发展、特点、应用等方面进行较为完善且容易入门的介绍，理论性较强的部分可适当删减或加以网络课程辅助，为感兴趣的学生提供相应学习渠道，实践教学环节要尽量以现场教学代替传统的课堂讲授，给予学生充分的动手机会，在案例教学部分则选取迁移性较强的经典案例，使学生更易理解。

4.搭建新型教学实验平台，丰富实践教学内容。课堂教学主要为理论知识方面的教学，而实践教学对学生的实际动手操作能力、自学能力、基本实践技能以及创新思维能力会有较大的提升，实践教学在机器人学的教学环节中属于重要的组成部分。学校应根据自身情况，结合现有实验条件，尽可能搭建新型的实用性较强的机器人学实验教学平台，从而落实机器人学的实践教学环节。[4]

5.改革传统考核方式，强调学生的学习过程。课程考核方式的改进可以结合期末考核与日常作业与实践，期末考核的重点可以集中在机器人学的基础理论知识方面，在总成绩中的占比不应过高。考核方式与考核部分的改革可以增加学生的学习积极性，从而提高整体教学的质量。

6.鼓励学生参与机器人相关的创新实践活动。在课程改革中，教师要注重对学生创新素养的培养，针对参与竞赛学生不同的兴趣点，鼓励他们参与机器人相关的竞赛，使其能够将课堂知识化为己用，发挥各自擅长的部分，通过创新实践加深对课堂内容的理解。[5]

三、结论

综上所述，本文将机器人学课程原有的教学模式与学校的实际情况相结合，对机器人学的现有课程进行分析，对课程教学环节进行了优化与调整，并在课堂中引入新型技术，极大地优化了原有的“教师-学生”单向教学模式，构建了机器人学新型实验平台，引导学生参与课堂、参与实践，极大地提升了学生的实践应用能力以及创新能力，为培养机器人学的创新型人才创造了良好的教学条件。