機器人教學中培養學生創新、實踐能力的方式探索①

王偉，馮鮮

[摘 要] 主要以機器人教學培養學生創新、實踐能力的方式探索為重點進行闡述，結合當下能力培養目標，從實現多專業集成、構建復合型師資團隊、開展學生社團建設、構建機器人技術創新實訓基地等方面進行深入探索，主要目的在于增強學生創新能力與實踐能力，以期為學生的日后發展提供有利條件。

[關 鍵 詞] 機器人；實踐教學；創新能力；實踐能力

[中圖分類號] G642 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）01-0112-02

創新為我國社會發展的主要推力，為了保證社會發展的需求，各個高校加大了對應用創新型人才培養的力度，以期實現推動社會快速發展的目的。因此，探索創新教學方法，保障創新理論與教育需求得以滿足，增強學生的創新思維與創新意識，是當前教學體系優化的新要求。在高校教育中，增強學生的創新理念與實踐能力等綜合素養，是當前各個高校需要關注的重點問題。

一、機器人教學的有關概述

（一）課程目的

機器人教學為一門新興課程，它是基于機器人所創建的平臺，通過軟件開發與硬件拓展來展開教學活動。對于機器人的開發與學習，存在諸多需要亟待解決的問題，如，人機關系、軟件編程等，學生只有充分掌握工作原理與硬件結構，才能使其運用能力得以增強。提升機器人教學質量是增強機器人利用率的根本，有利于為機器人創新提供有利條件，以免出現“輕創新”的現象，導致學生思維創造力的發揮受影響。

（二）教學內容

機器人技術為一行綜合性較強的科目，它同諸多學科都有所關聯，如電子、通信、機械等，其是光機電典型的融合體。機器人教學并不存在固定的教學模式，其教學過程主要以綜合實踐為主。高校在實訓環節增加機器人相關知識點的教授與實踐，通過小組合作的方式來增強學生的應用技能，使每位學生都能滿足社會發展所需。依據在項目制作環節中所遇到問題布設一些具有挑戰性的題目來引發學生思考。學生在編程、組裝等過程中獲取相關知識點，在保證學生自身知識體系的同時，還提高了學生的協作能力與動手能力等。在實際教學中會因場地與設備因素的限制，學生需精心設計、統籌規劃，合理應用自身創造力與想象力。機器人的學習其實質為探究性學習，在教學活動中要求教師與學生共同設計目標，再依據該目標展開深入研究。

二、機器人教學所應用的教學模式

（一）創設教學情境

在實際教學中，教師需要應用現代化的教學方法，創設與教學內容相符的情境，該情境可以為問題情境，如教師可以先給學生播放機器人滅火的視頻，讓學生思考機器人是怎樣找到火源的，通過提出具有啟發性的問題，來激發學生求知欲；也可設計一些有助于學生理解教學內容的情境。為了切實提高學生的創新意識，任課教師最好能夠將創新目標融入情境創設中，使學生能夠在具體目標下進行探究，從而在認真觀察中獲得感性認識，之后再提出相應的問題。

（二）開展小學合作學習

教師在進行教學以前，可以先將班級內部學生分為若干個小組，通過小組探討的方式，來提高學生學習興致，加強機器人教學效果。教師可以向學生布設一個任務，讓學生以小組為單位進行討論，當討論結束以后，每個小組指派一個代表對自己小組成果進行口頭匯報，所要匯報的內容包含作用、名稱以及創新理念，以及在制作中所遇的問題與對應優化措施等；之后展開班級整體討論，進行討論的方式可以有很多種，如口頭、演示等。在交流驗證中，要鼓勵學生發表自身的見解，勇于提出質疑，進而得出正確結論。

（三）合理布設問題

教師可以通過布設一個問題，來讓學生進行自主研究，所布設的問題需依據每位學生的年齡特點與學習狀況來設計，并且要保證課題的層次性，如此才能滿足學生間的個體性差異，保障學生整體學習質量，切實規避掉一些不必要的麻煩，這不但能提高機器人教學質量，還能增強學生學習的自信心。當學生闡述完自己的觀點后，相關專業教師需要對其進行合理評價，在保證公平公正的同時，確保學生的自信心不受打擊。教師在總結環節需要幫助學生對有關知識點進行有效梳理，保障每位學生都能全面掌握。

三、機器人教學中的能力培養目標

（一）提高學生的創新能力

當學生掌握了機器人的硬件之后，便能通過設計、組裝以及軟件編程等方式，來實現控制機器人，整體過程需由每個學習小組獨立完成，這樣能夠使學生從被動學習轉變為主動學習，進而增強學生問題分析與優化能力。學生能夠自行選擇知識點，同理論知識點相結合進行實踐。學生經過分析發現，能夠應用諸多方法去設計機器人，利用不同算法編程，這對發揮學生潛能具有積極作用，并且還能培養學生創新能力、設計能力以及實踐能力，進而為創新教育提供有利條件。除此之外，在組裝機器人套件時，從設計、材料選擇、模型編制等環節，都需要學生獨立完成，這能夠切實增強學生的獨立性與自主性。

（二）增強學生協作能力

機器人構建與組裝需要項目小組協作完成，成員間的密切配合是不可缺少的，同學間的互相交流需學習，有助于激發潛藏的創造力，拓寬思路，提高學生的團隊意識與小組協作能力。

（三）提升學生設計編程能力

任課教師需要進行適當的引導，讓學生設計任何能夠想到的模型與產品，通過親自構建、組裝以及驅動模型，來實現增強學生問題分析與優化能力的目的。

（四）鍛煉學生動手能力

目前諸多畢業生欠缺實踐力。因受教育觀念、辦學宗旨以及培養模式等因素影響，許多學生比較注重理論知識學習，未給予實踐能力高度重視，進而導致畢業生無法滿足社會發展所需，面臨就業難的困境。通過機器人比賽或是實踐教學項目來進行鍛煉，學生能夠切實從單一的理論轉為理論結合實際，進而提升大學生的實踐能力。

四、培養學生創新能力與實踐能力的有效手段

（一）以機器人技術為載體實現多專業集成

機器人技術為電子、計算機、機械等多領域知識交叉融合所產生的前沿技術，集成創新與利用創新是機器人技術的主體，含有十分豐富的教育資源。為了促進社會不斷發展，各個高校所開展的教學活動需與社會發展相同步。高校教師就如何以機器人競賽為平臺建立以學生為主的管理、創新能力訓練結構展開深入探索。機器人競賽是一種新興的創新活動，為培養廣大學生的創新力提供了新契機，通過開展機器人競賽，能夠切實激發學生潛在的創新意識與實踐能力。

（二）組建復合型師資隊伍

為切實滿足當代社會發展的需求，各個高校需構建復合型師資隊伍。如，某A大學在2013年所舉辦的機器人大賽，該學校的學生皆躍躍欲試，該大賽成為挖掘人才的主要平臺，在2012年底該學校組建了機器人技術創新隊伍，對機器人競賽進行全面指導，負責指導的教師來自于各個高校，如，機電工程學院、信息技術學院、汽車工程學院等，隊伍成員皆分工合作，負責對參加機器人大賽的學生提供機器人加工制作、算法設計、硬件設計、軟件設計、傳感檢測、規劃設計、驅動控制以及模型構建等全方位指導。為基于機器人技術為中心的大學生提供創新能力培養渠道，進而為推動高校發展提供有效依據。在組建師資團隊時，需明確指導教師選拔原則：第一，必須保證思想積極，具有較強的組織協調能力；第二，經常組織學生進行課外科技活動；第三，具有豐富的工程實踐經驗與較強的科研能力；第四，樂于付出，不計較名與利、得與失，在學校中有優良的口碑。

（三）激發學生興趣，建設學生社團

興趣是學習最好的老師，高校教師在實際教學中，可以多引用一些新興的教學方法，如學案導學、分層教學等，通過新興的教學模式能夠切實提高學生的學習能力。待學生的知識體系得到完善以后，教師可以組織學生參加一些實踐活動，通過分組進行對比，可以考慮通過對優秀的小組適當加分的方式來調動學生參與實踐活動的積極性，此種方法能夠切實改變長期以來受傳統教學模式所影響的學習方式，使學生不再在教師的要求下學習，而是能夠積極踴躍地參與到教師所組織的機器人教學活動中，同時也可通過舉辦一些比賽類活動，來激發學生的上進心。依據某A大學在2013年所舉辦的機器人大賽，在高校中可以通過構建機器人技術小組，將其逐漸轉變為機器人競賽訓練隊伍的方式，通過打造一支專業的創新實踐隊伍，來帶動其他學生學習，從而達到自我提升的目的。在學院團委與機器人技術創新隊伍的正確引導下，可以指導學生組建技術組織，如機器人技術應用俱樂部。隨著時間的推移，經過學院部各個部門的推廣與宣傳，如在禮堂開展講座活動等，會使該團隊不斷壯大，這對提升學生學習機器人技術創新意識具有積極作用。

（四）構建實訓基地，增強學生的實踐力與創新力

通過開展機器人技術競賽活動，有助于培養高校學生的創新力與實踐力，為了培養更多優質人才，學校需給予該專業高度重視，撥付一些專項資金與場地提供支持。學校通過構建機器人實訓基地來切實增強學生的實踐力。構建的機器人實訓基地需要具有一定規模與性能，需保證滿足培養社會發展所需的應用創新型人才的要求，所以機器人實訓基地需要由諸多部分構成，如機器人設計部、結構組建部、電路加工室、軟硬件設計室等，保障機器人規劃、安裝、制作等皆能有序進行，從而保障機器人項目組在一個良好的硬件環境中。除此之外，對精度要求較高的部件、復雜部件以及電路板等，可以通過與企業協作的方式。凡是進入實訓基地的成員，需嚴格按照學校規定進行操作，可以通過構建一個管理機制，來約束學生行為，進而為培育應用創新型人才奠定基礎。融和機器人實際結構特點，將學生劃分為不同小組，如軟件技術組、機構技術組、電子技術組等，依據學生創新能力的培養方案，通過對歷屆學生成長規律進行分析與總結，來編制各小組學習計劃表。根據職業要求，來編制實驗室設備管理方案以及學生考勤管理機制等，同步建設硬件機制與軟件機制，充分發揮機器人技術競賽的作用。

綜上所述，基于機器人創新與競賽活動開展的教學，能夠切實調動學生的學習興趣，從而培養學生的創新力與實踐力，這對學生日后發展具有推動作用。由于教育體系的變動，使得當前社會發展對人才的需求由最初的專業技能轉變為綜合素養，因此高校教師在開展機器人教學活動時，需加大對學生綜合能力的培養，進而為社會輸送更多應用創新型人才。

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