基于机器人专业第二课堂的知识图谱研究

摘要：将机器人第二课堂教育作为培养高校机器人专业学生素养的一项重要技术手段，是解决我国高校机器人教育教学发展中所存在问题的一条新途径。机器人第二课堂涉及机器人学科竞赛，机器人相关创新创业，相关社团活动的组织，激发学生学习主动性的同时也是专业教育的重要补充手段。本文梳理本校第二课堂中教师的教学方法，学生所学知识理论以及取得的学习效果，形成知识图谱，为其他高校的机器人第二课堂教育提供经验借鉴。

关键词：第二课堂;学科竞赛;知识图谱

0引言

机器人专业，分为机器人的应用与设计研发两个方向。应用方向主要从事工业机器人工作站设计、装调与改造，机器人自动化生产线的设计、应用及运行管理以及非工业机器人的应用等相关岗位，具有较强综合职业能力的高素质应用型专门人才。设计研发方向主要是从事机器人相关的软硬件研发，涉及机器人的外观结构设计，控制软件的开发，运动理论及控制算法的研发等相关岗位，需要具备较强的科学、技术、工程、艺术、数学的理论知识与应用能力。武汉商学院在

2017年招收了第一届机器人工程专业的本科生，为进一步提升人才培养质量，丰富教学策略，在对国内外已有机器人相关课程教学大纲进行深入研究的基础上，对机器人专业的第二课堂进行实践探索。

1.专业特点

1.1专业课程设置

机器人专业第一课堂是指学校针对本专业学生开设的常规课程，其依据教学大纲设置课程之间的逻辑关系。机器人工程专业基础课程包括：高级语言程序设计、电路分析、机械设计基础、模拟电子技术、数字电子技术、、微机原理及接口技术、电机与电气控制技术、单片机原理及其应用、机械制造基础、PLC原理与应用、机器人技术基础等，涵盖机械、自动化、计算机等专业的基础课程。机器人工程专业核心课程：机器人控制技术、机器人传感器技术、工业机器人仿真技术、机器人计算机编程、机器视觉技术、图像处理技术等，涉及智能制造和人工智能的专业课程。

机器人专业第二课堂就是指在第一课堂外的时间进行的与第一课堂相关的教学活动。从教学内容上看，它源于教材又不限于教材;它无需考试，但又是素质教育不可缺少的部分。第二课堂能够培养学生与人相处、与人合作的能力，这对于提高学生综合素质、引导学生适应社会、促进学生成才就业，具有特别重要的意义。其课程设计体系涵盖“思想政治素养、公益志愿服务、社会实践能力、创新创业能力、校园文化活动、学科竞赛”六大平台;动态运用体系通过搭建管理平台，形成标准化的校园管理体系。

1.2第二课堂背景

国外研究人员对机器人教育的研究视角较广，涉及机器人课程本身的探讨、学生各类能力的培养、教学模式的建构以及创客教育的引入等。从总体上来看，国外的高等教育更加重视第二课堂教学来激发学生学习乐趣，结合第一课堂共同提升学生的综合素质。创新创业教育是多学科融合的教育，不同于以往的专业教育，教育体系是创客教育的核心，高校政策和师资建设是创客教育的两翼。创客教育为一种新兴的教学模式，其课程体系、教学评价、实验设计、师资力量等多个方面的理论建设都还带加强。国内相关学者对机器人教学内容简单固化等问题，提出了机器人课程实践的新方案，强调在高校开展机器人创客教育与学科竞赛的重要性，并取得了较理想的教学效果。

2第二课堂开展措施

2.1学科竞赛

学科竞赛是推动教育改革，促进学科专业建设，培养应用型人才的重要方式，是培养学生创新精神和实践能力的重要途径。近年来我国机器人相关的学科竞赛快速发展，目前进入教育部学科竞赛A类赛事榜单的机器人竞赛有：全国大学生机器人大赛-RoboMaster. RoboCon. RoboTac、中国机器人大赛暨RoboCup机器人世界杯中国赛、中国机器人及人工智能大赛、RoboCom机器人开发者大赛、中国高校智能机器人创意大赛。以上机器人赛事，我校重點参加其中3项，并在比赛中取得过一等奖3项，三等奖以上若干项的成绩。大力发展学科竞赛，丰富机器人专业第二课堂，达到促教、促学、促创的目的，搭建产教融合的新平台。

2.2创新创业

目前A类赛事中创新创业比赛有：中国国际“互联网+”大学生创新创业比赛、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、“挑战杯”中国大学生创业计划大赛、全国大学生创新创业训练计划年会展示、中国大学生服务外包创新创业大赛、“学创杯”全国大学生创业综合模拟大赛。以上创新创业赛事我校参加过2项，取得的金奖2项，铜奖以上成绩多项。通过鼓励学生参加创新创业比赛可以有效地促进交流，开拓思维，提升能力。

同时，我校在大学生创新创业项目上每年还有立项扶持，学校申报校级创新创业项目数量逐年递增，近三年来累计申请创业项目近千项，已有80余项创新创业项目被立项为国家级大学生创新创业项目。

2.3社会实践

大学生社会实践是在校大学生利用课余时间，步入社会进行社会接触，提高个人能力，触发创作灵感，完成课题研究，发挥自己的聪明才智以求和社会有更大的接触，对社会做出贡献的活动。本校社会实践分为平时社会实践和暑期社会实践。平时社会实践的主要形式有学生社团对口社区、中小学，以机器人社团为例对口周边小学，每周组织学生科技服务，为小学生上机器人兴趣课;暑期社会实践有进企业实习，从事专业相关工作，进社区科技服务等。

3.知识图谱

机器人专业的知识本体是知识图谱的框架和抽象模型，组成了图谱的最底层结构，好比一栋大楼建设所需的砖瓦。其第一课堂的知识图谱是以课程图谱、专业图谱、学科图谱三个层级设立，而第二课堂的知识图谱应以学科竞赛、创新创业、社会实践三个并行单元设立，其中穿插的学习资源，也同时进行必要的教学活动和实践活动。

机器人第二课堂的开展应是三者相辅相成，循序渐进。在学生大一阶段主要开展学科竞赛活动，点燃学生专业兴趣;大二阶段学科竞赛与社会实践可同时开展，也可以将学生分流;大三大四阶段，学生掌握了学科知识和取得一定社会经验后，再开展创新创业，对毕业生创业就业帮助更大。

学科竞赛中主要是占主导的知识点是实践环节，其知识内容涵盖机器人专业多门专业课程的核心要点。经过对本校学科竞赛20名参与学生的调查，及1年内机器人竞赛的30份参赛申报书等文件的整理，统计发现，在机器人竞赛中实践相关词汇占比更高，其常见词汇如表1所示，其中电机（舵机）是所有竞赛机器人不可或缺的零部件，排在高频词汇之首，其次是代码，传感器也在机器人竞赛中被大量使用。

创新创业中的主要知识点涉及管理学、市场营销学、大学生创新创业等课程，主要知识点词汇包括：公司、法人、营业执照、税务、市场、盈利模式等。社会服务中主要知识点词汇涉及社区服务、志愿者、科技扶贫等，该类词汇不在机器人专业课程中，但在通识课中有囊括。

通过第二课堂知识点的整理可使知识结构的可视化，通过图形、图表等视觉表征手段，呈现机器人专业词汇的内在联系，更能方便学习者对专业的认知与建构。运用STEAM教育理念，对机器人第二课堂的知识技能，授课方式和实现过程进行分析，如表2所示。

4.結语

基于机器人专业第二课堂的知识图谱，能够探测学生在学科竞赛、创新创业等活动中对各知识点的应用状态，能够精准定位单个学生的专业薄弱点。虽然知识图谱在机器人的教育中具有广阔的应用前景，但其在高校的专业教育的应用层面，目前仍处于起步阶段。还需要深入研究，整理专业的大数据，建立更大的学科平台，加快知识图谱在机器人专业中的更广阔的应用。

参考文献

[1]国务院.新一代人工智能发展规划[EB/OL].[2019-06-10].http：//www.gov.cn/zhengce/content/2017-07/20/content_5211996.htm.

[2]任函，孙为.知识图谱在智能教学系统中的应用[J].开封教育学院学报，2017（6）：171-173.

[3]李菲茗，叶艳伟，李晓菲，史丹丹.知识追踪模型在教育领域的应用：2008-2017 年相关研究的综述[J].中国远程教育，2019（1）：1-6.

[4]杨国龙.国内机器人教育研究综述[J].中国教育信息化，2019（07）：36-41.

[5]陈晓伟. 基于中文知识图谱的问答系统的设计与实现[D].电子科技大学，2019.

[6]郝久月，樊志英，汪宁，王欣.基于知识图谱的警用安保机器人大数据分析技术研究[J].警察技术，2018（03）：17-19.

[7]瞿福存.着力培养学生创新创业能力的第二课堂建设与实践[J].教育教学论坛，2018（09）：4-5.

基金项目：2019湖北省教育科学规划项目（项目编号：2019GB086）。

作者简介：陈鑫（1988—），男，湖北武汉，硕士，讲师/工程师。研究方向：机器人仿真/运动控制。