獨立學(xué)院機器人創(chuàng )新設計實(shí)訓課程探索論文
摘要：機器人創(chuàng )新設計實(shí)訓的目的在于培養具有創(chuàng )新精神的應用型人才，本文重點(diǎn)介紹獨立學(xué)院在開(kāi)展機器人創(chuàng )新設計實(shí)訓課程的設計的討論，目的在于培養學(xué)生獨立自主學(xué)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(guān)鍵詞：獨立學(xué)院；機器人；創(chuàng )新設計；課程
為深入貫徹《南京大學(xué)金陵學(xué)院“431”產(chǎn)學(xué)研深度融合人才培養模式改革實(shí)施方案》，探索應用型人才的協(xié)同培養機制，促進(jìn)我校的轉型發(fā)展，鼓勵廣大教師積極開(kāi)展教學(xué)改革的研究與實(shí)踐，切實(shí)提高人才培養質(zhì)量，南京大學(xué)金陵學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)金陵學(xué)院）開(kāi)展了2014年度校級教學(xué)改革研究項目的申報立項工作。2014年度教學(xué)改革研究項目主要圍繞應用拓展課程建設，以創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)課、新型實(shí)訓課為立項重點(diǎn)，扎實(shí)推進(jìn)教學(xué)改革的研究與實(shí)踐。新型實(shí)訓課，既不同于傳統意義上的實(shí)習課，也不等同于開(kāi)放實(shí)驗課，是一種新型的、綜合的、基于更廣闊學(xué)科背景的，綜合培養學(xué)生文化素質(zhì)和職業(yè)素養的探究性新型實(shí)踐訓練課[1]。與傳統的驗證性實(shí)習實(shí)訓不同，新型實(shí)訓課旨在通過(guò)知識融合的平臺，引導學(xué)生參與性、探究性的學(xué)習，自然實(shí)現從“要我學(xué)”到“我要學(xué)”的轉變，并在更高的層面上實(shí)現知識與技能的整合，從而提升學(xué)生的職業(yè)素養。信息科學(xué)與工程學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)信工學(xué)院）智能機器人實(shí)驗室機器人團隊在多年從事機器人相關(guān)課程教學(xué)、機器人競賽、基于機器人的創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)項目以及以機器人為主題的畢業(yè)設計過(guò)程中，總結和積累了很多寶貴經(jīng)驗，正式提出并成功申報了《機器人創(chuàng )新設計實(shí)訓》這一校級重點(diǎn)課題。
1課程簡(jiǎn)介
機器人創(chuàng )新設計實(shí)訓的目的在于培養具有創(chuàng )新精神的應用型人才，將機器人方面的理論知識及專(zhuān)業(yè)知識，通過(guò)實(shí)踐項目的形式直觀(guān)地展示出來(lái)，讓學(xué)生在校期間能充分地接觸機器人創(chuàng )新設計實(shí)踐，將信工學(xué)院各專(zhuān)業(yè)的核心技術(shù)通過(guò)機器人平臺有機融合在一起，培養學(xué)生發(fā)現問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，培養學(xué)生申報項目、組織管理和實(shí)施項目的能力，培養學(xué)生撰寫(xiě)技術(shù)文檔和學(xué)術(shù)論文的能力，培養學(xué)生的就業(yè)和工作的能力和素養，以期達到提升學(xué)生的綜合素質(zhì)的效果。結合金陵學(xué)院學(xué)生的特點(diǎn)以及信工學(xué)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(xué)習、素質(zhì)的培養和實(shí)際應用聯(lián)系起來(lái)，為后期建設實(shí)踐創(chuàng )新基地打下堅實(shí)的基礎[2]。本課程嚴格樹(shù)立以學(xué)生為本、知識傳授與能力培養并舉、素質(zhì)提高與協(xié)調發(fā)展并重的教學(xué)觀(guān)念，以創(chuàng )新思維和創(chuàng )新能力培養為核心，以實(shí)驗技能訓練為基本要求，注重團隊合作和實(shí)際應用設計[3]。本課程面向信工學(xué)院所有專(zhuān)業(yè)學(xué)生開(kāi)放，旨在讓不同專(zhuān)業(yè)的學(xué)生組成一系列團隊，按照公司運行的機制讓學(xué)生學(xué)習新知識和鍛煉各項技能。課程強調不同專(zhuān)業(yè)學(xué)生間的相互學(xué)習，強調項目申報、組織管理和實(shí)施的能力，希望達到畢業(yè)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(mén)教學(xué)與實(shí)踐相結合、學(xué)習與工作相融合、專(zhuān)業(yè)知識與技能技巧相協(xié)調、傳統教育與新型教育相交融的新型實(shí)訓課程。本課程充分借鑒英國Essex大學(xué)先進(jìn)的教學(xué)理念和教學(xué)方式，具有強烈金陵學(xué)院特色，適用于應用型本科學(xué)校。預期效果及目標：通過(guò)本課程的學(xué)習，學(xué)生可以達到以下一項以上成果。（1）部分學(xué)生可以在畢業(yè)前發(fā)表至少一篇學(xué)術(shù)論文；（2）部分學(xué)生可以申請到江蘇省大學(xué)生創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)訓練計劃；（3）部分學(xué)生可以參加省級以上學(xué)科競賽；（4）部分學(xué)生可以申請到實(shí)用新型專(zhuān)利；（5）部分學(xué)生可以獲得國內一流高校（如北京大學(xué)工學(xué)院）或者科研院所（中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所）短期交流學(xué)習機會(huì )；（6）部分學(xué)生可以獲得到一流公司的實(shí)習機會(huì )。同時(shí)，獲得本課程成績(jì)良好以上者，能夠成為我院承擔畢業(yè)設計的各位導師最青睞的學(xué)生，能夠在考研復試時(shí)輕松贏(yíng)得面試官的認可，能夠在找工作時(shí)顯示出明顯優(yōu)于別人的競爭力。當然，為了保證教學(xué)效果，本課程每學(xué)期承擔的總人數一般限制在40以下。
2課程體系設計
本課程分為基礎部分和高級部分�；A部分以機器人基礎教學(xué)為主，以機器人競賽平臺為背景，講解機器人競賽相關(guān)的入門(mén)知識，以此來(lái)選拔學(xué)生。實(shí)驗教材建議各部分指導老師參考各類(lèi)機器人技術(shù)手冊來(lái)編寫(xiě)講義。表1列舉了基礎實(shí)驗內容，隨著(zhù)課程的進(jìn)一步開(kāi)展可以繼續進(jìn)行豐富和修改。筆者主要負責武術(shù)擂臺部分的教學(xué)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(xué)生介紹信工學(xué)院各專(zhuān)業(yè)各門(mén)課程在機器人技術(shù)中的應用情況，并講授機器人創(chuàng )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(xué)生在參加機器人競賽中所用到的技術(shù)；介紹機器人創(chuàng )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(chē)的設計與控制、機器魚(yú)運動(dòng)控制等內容[6]。項目驅動(dòng)教學(xué)環(huán)節將所有學(xué)生分成5組，每組學(xué)生控制在5-12人，由指導教師團隊擬定5-10個(gè)具有一定創(chuàng )新性的機器人設計項目，由學(xué)生團隊自主選題，也可以由學(xué)生根據智能機器人實(shí)驗室的機器人設備自主設計項目，分組后每位指導老師負責一個(gè)團隊，以項目組織實(shí)施的方式對學(xué)生進(jìn)行指導和管理。在學(xué)生學(xué)時(shí)方面，前8周所有學(xué)生一起上課，第9周開(kāi)始分成5組，每位老師負責一個(gè)項目，由學(xué)生自主選擇項目，每位老師負責的學(xué)生控制在5-12人。從第9周開(kāi)始，學(xué)生的上課時(shí)間和上課形式可以在不違反學(xué)校教學(xué)規章制度的前提下，大膽探索和勇于嘗試，力求在實(shí)踐中探索出一條具有強烈金陵學(xué)院特色的教學(xué)方法和教學(xué)手段。原則上，學(xué)生實(shí)際全身心投入課程的時(shí)間遠遠超過(guò)27學(xué)時(shí)。
3課程的教學(xué)方式
�。�1）本課程教學(xué)方法與手段靈活多變，包含課堂講授、實(shí)驗教學(xué)、項目驅動(dòng)教學(xué)等環(huán)節，其中課堂教學(xué)中重點(diǎn)采用案例教學(xué)法，為適應我院學(xué)生的基礎，所舉的例子盡量采用院往屆學(xué)生在機器人競賽、江蘇省大學(xué)生創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)訓練計劃、課程設計、畢業(yè)設計中的作品以及用到的方法，并通過(guò)播放視頻與制作動(dòng)畫(huà)等形式加強學(xué)生的理解；實(shí)驗教學(xué)環(huán)節注重與理論知識的結合，力求通過(guò)實(shí)驗進(jìn)一步解釋理論知識，讓學(xué)生通過(guò)切身體會(huì )進(jìn)一步鞏固知識；項目驅動(dòng)環(huán)節力求模擬公司的運行機制，讓以“工作”的方式執行課程任務(wù)，以達到把知識的學(xué)習、素質(zhì)的培養和生產(chǎn)實(shí)踐聯(lián)系起來(lái)的效果[7]。在講完相應的`理論課之后，根據比賽項目的分工，本項目組五位老師分別帶領(lǐng)一部分學(xué)生，開(kāi)展項目式教學(xué)，為了完成比賽項目，學(xué)生需要自主查閱相關(guān)資料、根據自身優(yōu)勢進(jìn)行分工、并且按照一定的方式開(kāi)展合作，以保證整個(gè)項目的順利推進(jìn)。為了取得較好的效果，有的學(xué)生自己去請教其他專(zhuān)業(yè)課老師，有的跑到相關(guān)企業(yè)進(jìn)行咨詢(xún)，有的跑到其他學(xué)校進(jìn)行取經(jīng)，基本上可以模擬公司的運行機制。
�。�2）鑒于場(chǎng)地和設備的限制，為了達到更好的教學(xué)效果，本實(shí)訓課程要求學(xué)生總數限制在40左右，即在項目驅動(dòng)環(huán)節，每位老師最多指導兩個(gè)課題的項目，人數限制在5-12人。
�。�3）教學(xué)方法、作業(yè)、考試等教改舉措教學(xué)方法與傳統的課程有較大改革，尤其是在項目設計環(huán)節，指導教師相當于合同中的甲方，學(xué)生相當于乙方，但是指導教師除了擔任甲方的職責之外，還需要對學(xué)生因材施教，主動(dòng)發(fā)現每個(gè)學(xué)生的特點(diǎn)及特長(cháng)，對其進(jìn)行引導與指導，使其充分發(fā)揮自己在團隊中的作用。這里還強調學(xué)生間的相互學(xué)習，本課程授課對象應該來(lái)自信工學(xué)院每個(gè)專(zhuān)業(yè)，學(xué)生的學(xué)習過(guò)程不再單純是向老師學(xué)習，還應該注重主動(dòng)向同組同學(xué)學(xué)習相近專(zhuān)業(yè)知識，這種學(xué)習方式對于學(xué)生來(lái)講會(huì )減輕壓力，往往具有很好的效果。作業(yè)也與傳統的課程有較大區別，為了突出分工，引導不同的學(xué)生發(fā)揮自己的特長(cháng)，每個(gè)人的作業(yè)形式可以有所不同，根據本課程的創(chuàng )新考核方式（達到相關(guān)指標者可以申請免考），每個(gè)同學(xué)可以自主選擇作業(yè)形式，作業(yè)形式可以是撰寫(xiě)一篇學(xué)術(shù)論文、申請江蘇省大學(xué)生創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)訓練計劃、參加省級以上學(xué)科競賽、申請實(shí)用新型專(zhuān)利等。
4總結
本課程旨在打破教育部白皮書(shū)的課程框架，建立新型概念課，把知識的學(xué)習、素質(zhì)的培養和生產(chǎn)實(shí)踐聯(lián)系起來(lái)，為培養具有創(chuàng )新精神的應用型人才構建新平臺。2016年，我校成功開(kāi)設了本課程，受限于場(chǎng)地和硬件條件，在近200名報名同學(xué)中篩選出了60名同學(xué)進(jìn)行授課。本課程建設的目標是給學(xué)生提供一種模擬公司運行的機制和環(huán)境，以設計產(chǎn)品為導向，以項目課題為目標，學(xué)生在對于機器人自主感知，分析處理數據，判斷與決策等方面知識有一個(gè)系統了解基礎上，讓學(xué)生在學(xué)習中體會(huì )工作的流程，熟悉項目的運作流程，在設計中增強自主學(xué)習的能力，在團隊中掌握分工協(xié)作與交流溝通的技巧，在答辯時(shí)積累結題的經(jīng)驗以及撰寫(xiě)報告的方法，培養學(xué)生發(fā)現問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，培養學(xué)生申報項目、組織管理和實(shí)施項目的能力，培養學(xué)生撰寫(xiě)技術(shù)文檔和學(xué)術(shù)論文的能力，培養學(xué)生的就業(yè)和工作的能力和素養，以期達到提升學(xué)生的綜合素質(zhì)的效果。
作者:謝鵬飛 夏慶鋒 張燕 鄒發(fā)光 單位:南京大學(xué)金陵學(xué)院機器人實(shí)驗室
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