獨(dú)立學(xué)院機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)課程探索論文
摘要：機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)的目的在于培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的應(yīng)用型人才，本文重點(diǎn)介紹獨(dú)立學(xué)院在開展機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)課程的設(shè)計(jì)的討論，目的在于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立自主學(xué)習(xí)的能力，對(duì)機(jī)器人自主感知，分析處理數(shù)據(jù)，判斷與決策等方面知識(shí)有一定了解。
關(guān)鍵詞：獨(dú)立學(xué)院；機(jī)器人；創(chuàng)新設(shè)計(jì)；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(yǎng)模式改革實(shí)施方案》，探索應(yīng)用型人才的協(xié)同培養(yǎng)機(jī)制，促進(jìn)我校的轉(zhuǎn)型發(fā)展，鼓勵(lì)廣大教師積極開展教學(xué)改革的研究與實(shí)踐，切實(shí)提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，南京大學(xué)金陵學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱金陵學(xué)院）開展了2014年度校級(jí)教學(xué)改革研究項(xiàng)目的申報(bào)立項(xiàng)工作。2014年度教學(xué)改革研究項(xiàng)目主要圍繞應(yīng)用拓展課程建設(shè)，以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課、新型實(shí)訓(xùn)課為立項(xiàng)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(xùn)課，既不同于傳統(tǒng)意義上的實(shí)習(xí)課，也不等同于開放實(shí)驗(yàn)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(yǎng)學(xué)生文化素質(zhì)和職業(yè)素養(yǎng)的探究性新型實(shí)踐訓(xùn)練課[1]。與傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)不同，新型實(shí)訓(xùn)課旨在通過知識(shí)融合的平臺(tái)，引導(dǎo)學(xué)生參與性、探究性的學(xué)習(xí)，自然實(shí)現(xiàn)從“要我學(xué)”到“我要學(xué)”的轉(zhuǎn)變，并在更高的層面上實(shí)現(xiàn)知識(shí)與技能的整合，從而提升學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)。信息科學(xué)與工程學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱信工學(xué)院）智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室機(jī)器人團(tuán)隊(duì)在多年從事機(jī)器人相關(guān)課程教學(xué)、機(jī)器人競(jìng)賽、基于機(jī)器人的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目以及以機(jī)器人為主題的畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，總結(jié)和積累了很多寶貴經(jīng)驗(yàn)，正式提出并成功申報(bào)了《機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)》這一校級(jí)重點(diǎn)課題。
1課程簡(jiǎn)介
機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)的目的在于培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的應(yīng)用型人才，將機(jī)器人方面的理論知識(shí)及專業(yè)知識(shí)，通過實(shí)踐項(xiàng)目的形式直觀地展示出來，讓學(xué)生在校期間能充分地接觸機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)踐，將信工學(xué)院各專業(yè)的核心技術(shù)通過機(jī)器人平臺(tái)有機(jī)融合在一起，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生申報(bào)項(xiàng)目、組織管理和實(shí)施項(xiàng)目的能力，培養(yǎng)學(xué)生撰寫技術(shù)文檔和學(xué)術(shù)論文的能力，培養(yǎng)學(xué)生的就業(yè)和工作的能力和素養(yǎng)，以期達(dá)到提升學(xué)生的綜合素質(zhì)的效果。結(jié)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(shí)的學(xué)習(xí)、素質(zhì)的培養(yǎng)和實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系起來，為后期建設(shè)實(shí)踐創(chuàng)新基地打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[2]。本課程嚴(yán)格樹立以學(xué)生為本、知識(shí)傳授與能力培養(yǎng)并舉、素質(zhì)提高與協(xié)調(diào)發(fā)展并重的教學(xué)觀念，以創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心，以實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練為基本要求，注重團(tuán)隊(duì)合作和實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)[3]。本課程面向信工學(xué)院所有專業(yè)學(xué)生開放，旨在讓不同專業(yè)的學(xué)生組成一系列團(tuán)隊(duì)，按照公司運(yùn)行的機(jī)制讓學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)和鍛煉各項(xiàng)技能。課程強(qiáng)調(diào)不同專業(yè)學(xué)生間的相互學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)項(xiàng)目申報(bào)、組織管理和實(shí)施的能力，希望達(dá)到畢業(yè)設(shè)計(jì)導(dǎo)師喜歡、碩士生導(dǎo)師想要、工作單位認(rèn)可的效果。本課程是一門教學(xué)與實(shí)踐相結(jié)合、學(xué)習(xí)與工作相融合、專業(yè)知識(shí)與技能技巧相協(xié)調(diào)、傳統(tǒng)教育與新型教育相交融的新型實(shí)訓(xùn)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(qiáng)烈金陵學(xué)院特色，適用于應(yīng)用型本科學(xué)校。預(yù)期效果及目標(biāo)：通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以達(dá)到以下一項(xiàng)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(qǐng)到江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃；（3）部分學(xué)生可以參加省級(jí)以上學(xué)科競(jìng)賽；（4）部分學(xué)生可以申請(qǐng)到實(shí)用新型專利；（5）部分學(xué)生可以獲得國內(nèi)一流高校（如北京大學(xué)工學(xué)院）或者科研院所（中科院沈陽自動(dòng)化研究所）短期交流學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)；（6）部分學(xué)生可以獲得到一流公司的實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)。同時(shí)，獲得本課程成績(jī)良好以上者，能夠成為我院承擔(dān)畢業(yè)設(shè)計(jì)的各位導(dǎo)師最青睞的學(xué)生，能夠在考研復(fù)試時(shí)輕松贏得面試官的認(rèn)可，能夠在找工作時(shí)顯示出明顯優(yōu)于別人的競(jìng)爭(zhēng)力。當(dāng)然，為了保證教學(xué)效果，本課程每學(xué)期承擔(dān)的總?cè)藬?shù)一般限制在40以下。
2課程體系設(shè)計(jì)
本課程分為基礎(chǔ)部分和高級(jí)部分�；A(chǔ)部分以機(jī)器人基礎(chǔ)教學(xué)為主，以機(jī)器人競(jìng)賽平臺(tái)為背景，講解機(jī)器人競(jìng)賽相關(guān)的入門知識(shí)，以此來選拔學(xué)生。實(shí)驗(yàn)教材建議各部分指導(dǎo)老師參考各類機(jī)器人技術(shù)手冊(cè)來編寫講義。表1列舉了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，隨著課程的進(jìn)一步開展可以繼續(xù)進(jìn)行豐富和修改。筆者主要負(fù)責(zé)武術(shù)擂臺(tái)部分的教學(xué)和團(tuán)隊(duì)的指導(dǎo)。本課程由機(jī)器人團(tuán)隊(duì)多名教師共同承擔(dān)。不同的項(xiàng)目分別由相應(yīng)的老師負(fù)責(zé)講授，分別對(duì)全體學(xué)生介紹信工學(xué)院各專業(yè)各門課程在機(jī)器人技術(shù)中的應(yīng)用情況，并講授機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)所需要的基本知識(shí)和基本技能，介紹我院以及兄弟院校學(xué)生在參加機(jī)器人競(jìng)賽中所用到的技術(shù)；介紹機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)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(chǔ)知識(shí)、編程技巧以及智能四輪小車的設(shè)計(jì)與控制、機(jī)器魚運(yùn)動(dòng)控制等內(nèi)容[6]。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)環(huán)節(jié)將所有學(xué)生分成5組，每組學(xué)生控制在5-12人，由指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)擬定5-10個(gè)具有一定創(chuàng)新性的機(jī)器人設(shè)計(jì)項(xiàng)目，由學(xué)生團(tuán)隊(duì)自主選題，也可以由學(xué)生根據(jù)智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的機(jī)器人設(shè)備自主設(shè)計(jì)項(xiàng)目，分組后每位指導(dǎo)老師負(fù)責(zé)一個(gè)團(tuán)隊(duì)，以項(xiàng)目組織實(shí)施的方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)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周開始分成5組，每位老師負(fù)責(zé)一個(gè)項(xiàng)目，由學(xué)生自主選擇項(xiàng)目，每位老師負(fù)責(zé)的學(xué)生控制在5-12人。從第9周開始，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(guī)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(qiáng)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(yuǎn)遠(yuǎn)超過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(yàn)教學(xué)、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)等環(huán)節(jié)，其中課堂教學(xué)中重點(diǎn)采用案例教學(xué)法，為適應(yīng)我院學(xué)生的基礎(chǔ)，所舉的例子盡量采用院往屆學(xué)生在機(jī)器人競(jìng)賽、江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)中的作品以及用到的方法，并通過播放視頻與制作動(dòng)畫等形式加強(qiáng)學(xué)生的理解；實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)注重與理論知識(shí)的結(jié)合，力求通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步解釋理論知識(shí)，讓學(xué)生通過切身體會(huì)進(jìn)一步鞏固知識(shí)；項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)力求模擬公司的運(yùn)行機(jī)制，讓以“工作”的方式執(zhí)行課程任務(wù)，以達(dá)到把知識(shí)的學(xué)習(xí)、素質(zhì)的培養(yǎng)和生產(chǎn)實(shí)踐聯(lián)系起來的效果[7]。在講完相應(yīng)的`理論課之后，根據(jù)比賽項(xiàng)目的分工，本項(xiàng)目組五位老師分別帶領(lǐng)一部分學(xué)生，開展項(xiàng)目式教學(xué)，為了完成比賽項(xiàng)目，學(xué)生需要自主查閱相關(guān)資料、根據(jù)自身優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分工、并且按照一定的方式開展合作，以保證整個(gè)項(xiàng)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(qǐng)教其他專業(yè)課老師，有的跑到相關(guān)企業(yè)進(jìn)行咨詢，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(yùn)行機(jī)制。
�。�2）鑒于場(chǎng)地和設(shè)備的限制，為了達(dá)到更好的教學(xué)效果，本實(shí)訓(xùn)課程要求學(xué)生總數(shù)限制在40左右，即在項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)，每位老師最多指導(dǎo)兩個(gè)課題的項(xiàng)目，人數(shù)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(tǒng)的課程有較大改革，尤其是在項(xiàng)目設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，指導(dǎo)教師相當(dāng)于合同中的甲方，學(xué)生相當(dāng)于乙方，但是指導(dǎo)教師除了擔(dān)任甲方的職責(zé)之外，還需要對(duì)學(xué)生因材施教，主動(dòng)發(fā)現(xiàn)每個(gè)學(xué)生的特點(diǎn)及特長(zhǎng)，對(duì)其進(jìn)行引導(dǎo)與指導(dǎo)，使其充分發(fā)揮自己在團(tuán)隊(duì)中的作用。這里還強(qiáng)調(diào)學(xué)生間的相互學(xué)習(xí)，本課程授課對(duì)象應(yīng)該來自信工學(xué)院每個(gè)專業(yè)，學(xué)生的學(xué)習(xí)過程不再單純是向老師學(xué)習(xí)，還應(yīng)該注重主動(dòng)向同組同學(xué)學(xué)習(xí)相近專業(yè)知識(shí)，這種學(xué)習(xí)方式對(duì)于學(xué)生來講會(huì)減輕壓力，往往具有很好的效果。作業(yè)也與傳統(tǒng)的課程有較大區(qū)別，為了突出分工，引導(dǎo)不同的學(xué)生發(fā)揮自己的特長(zhǎng)，每個(gè)人的作業(yè)形式可以有所不同，根據(jù)本課程的創(chuàng)新考核方式（達(dá)到相關(guān)指標(biāo)者可以申請(qǐng)免考），每個(gè)同學(xué)可以自主選擇作業(yè)形式，作業(yè)形式可以是撰寫一篇學(xué)術(shù)論文、申請(qǐng)江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃、參加省級(jí)以上學(xué)科競(jìng)賽、申請(qǐng)實(shí)用新型專利等。
4總結(jié)
本課程旨在打破教育部白皮書的課程框架，建立新型概念課，把知識(shí)的學(xué)習(xí)、素質(zhì)的培養(yǎng)和生產(chǎn)實(shí)踐聯(lián)系起來，為培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的應(yīng)用型人才構(gòu)建新平臺(tái)。2016年，我校成功開設(shè)了本課程，受限于場(chǎng)地和硬件條件，在近200名報(bào)名同學(xué)中篩選出了60名同學(xué)進(jìn)行授課。本課程建設(shè)的目標(biāo)是給學(xué)生提供一種模擬公司運(yùn)行的機(jī)制和環(huán)境，以設(shè)計(jì)產(chǎn)品為導(dǎo)向，以項(xiàng)目課題為目標(biāo)，學(xué)生在對(duì)于機(jī)器人自主感知，分析處理數(shù)據(jù)，判斷與決策等方面知識(shí)有一個(gè)系統(tǒng)了解基礎(chǔ)上，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中體會(huì)工作的流程，熟悉項(xiàng)目的運(yùn)作流程，在設(shè)計(jì)中增強(qiáng)自主學(xué)習(xí)的能力，在團(tuán)隊(duì)中掌握分工協(xié)作與交流溝通的技巧，在答辯時(shí)積累結(jié)題的經(jīng)驗(yàn)以及撰寫報(bào)告的方法，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生申報(bào)項(xiàng)目、組織管理和實(shí)施項(xiàng)目的能力，培養(yǎng)學(xué)生撰寫技術(shù)文檔和學(xué)術(shù)論文的能力，培養(yǎng)學(xué)生的就業(yè)和工作的能力和素養(yǎng)，以期達(dá)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(jī)器人實(shí)驗(yàn)室
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