以机器人为平台大学生实践创新能力培养体系的研究与实践

以机器人为平台大学生实践创新能力培养体系的研究与实践

董爱梅

以机器人为平台大学生实践创新能力培养体系的研究与实践

董爱梅山东理工大学机械工程学院

【摘要】机器人技术是近年来发展起来的一门新兴学科，它综合了多学科的知识，可锻炼学生实践创新能力，能够满足培养宽口径、高素质、复合型人才的需要。本文提出了以机器人为平台，研究在课程体系（课堂教学、实验教学、课程设计、毕业设计等）改革、科技竞赛、科研开发等方面如何培养学生实践创新能力。

【关键词】机器人实践创新能力改革

【中图分类号】G642【文献标识码】A【文章编号】1006－9682（2009）05－0080－02

【Abstract】Robotictechnologyisdevelopedinrecentyears,combingthemulti-disciplinaryknowledge,trainingstudentstopracticeinnovation,meetingthetrainhigh-quality,complextalentneeds.Thispaperstudieshowtopracticestudentscultivatinginnovationinthecurriculum（teaching,laboratoryteaching,curriculumdesign,graduatedesign,andsoon）reform,scienceandtechnologycompetitions,scientificresearchanddevelopmentwiththerobotasaplatform.

【Keywords】RobotPracticeinnovationReform

一、前言

21世纪的高等教育，应以培养具有基础理论扎实、知识面宽、创新能力强、综合素质高的应用性、复合性人才为发展方向；以新的教育教学理念改革人才培养模式；以时代对人才的需求转变教学观念、更新教学内容、探索教学手段，这样才能跟上时代发展脉搏，培养出具有创新精神和实践能力的高级工程技术人才。

近年来，机器人作为机械学、电子学、计算机技术、人工智能等学科的典型载体，被广泛作为我国高校教学和研究的选题之一，机器人赛事也方兴未艾。为了适应我国素质教育改革的潮流和创造型人才的培养需求，培养出既有创造性思维又有较强的动手能力的学生。为了加速推进全面素质教育改革进程，激发在校学生学习和动手实践的积极性，我们提出了以机器人为平台，研究学生实践创新能力培养体系的课题。

二、国内外现状分析

作为信息技术教育中重要的分支——机器人教育，不仅是综合知识的平台，而且也是锻炼动手能力、培养创新能力等综合素质的优秀平台。欧美国家对其相当重视，都已经制定出了全国范围的发展规划。

目前，国内已有部分高校研制开发出了较为成型的机器人教学研究设备，例如哈尔滨工业大学、清华大学等。清华大学以进口的MOTOMAN-SV3X小型工业机器人和国产的数控运动平台为基础，构建了开放式机构实验台，并规划和设计了一些基于发现式教学方法的实验，为学生发挥自己的创造力和想象力提供了一个开放的实验平台。另外，还有许多高校也正投入到相关产品的研发工作中，相信不久会有更多相应的产品问世。

根据国家科技部对国家重点实验室建设的指导思想及建设目标，结合世界机器人技术的发展趋势，面向国民经济发展与国家安全的重大需求，紧紧围绕机器人技术与系统这一主题，国内各高校如哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、北京邮电大学等都成立了机器人研究所，有些已经建成为国家重点实验室。

山东理工大学是一所以理工为主的多科性省属重点大学，学校以教学为中心，坚持“高质量地培养高素质人才”的办学思想，不断深化教育教学改革，初步形成了“厚基础、宽口径、强能力、高素质”的人才培养模式，被山东省教育厅确定为教育教学综合改革最早的试点学校。建设智能机器人实训中心，以先进机器人技术自主创新研究平台、提升该领域创新能力、促进学科建设与发展为目的，以建设具有国内影响的机器人领域高层次优秀人才培养与凝聚基地，积极开展高水平学术交流与合作为己任，力争在机器人技术与系统方面建成具有国内重要影响的重点实验室。

三、课题实践过程

实践性教学包括科研开发、课外科技活动、产品创新、实验教学、课程设计、毕业设计、认识与生产实习等，其核心任务是培养学生具有创造性思维理念与综合实践能力，这是学生就业与发展的基石；是学生从校门跨入社会的桥梁纽带；是学校培养出高质量工程技术人才的重要保证。本课题紧紧围绕“以机器人为平台，以提高学生实践创新能力为主线，以培养出社会急需的技术人才为目标”的思想，重点突出实践教学与能力培养相结合；科学新技术与工程实践应用相结合，探索出人才培养与提高创新能力的路子。主要从以下几方面入手：

1．课程教学方面

以机械电子工程学生为试点，大力开展与机器人技术相关的课程教学，广泛征求有关专家意见并汲取兄弟院校在此方面提供的宝贵经验，结合创新目的在机械电子工程本科教学计划中设置“机器人技术及应用”相关理论课程。在“传感器技术”、“机电一体化系统设计”等课程中添加专门章节介绍机器人相关技术。充分利用各种教育资源，采取多种教学手段，如多媒体技术、仿真技术现场演示，从中穿插旨在培养学生动手操作能力的机器人组装、调试等内容。

2．实验教学方面

废除陈旧的实验，减少验证性实验，增设综合性、设计性、创新性实验。以理论和实践相结合的形式，在实验课中，鼓励学生“大胆实践”，各种传感器、电路板的制作和焊接完全自己动手，机械传动机构尽可能熟练拆装。学生加深对机器人技术涉及的多学科门类的了解。3．课程设计方面

将机器人开发平台引入课程设计中，让学生能够大胆提出设计思想，在平台的基础上进行结构改造、控制系统设计，单片机扩展、编程等项目，从而实现控制目的。

4．毕业设计方面

向毕业班学生开放此平台，鼓励他们在毕业设计中尽可能发挥自己的聪明才智，搞出一些有显著创新特色的项目。提出以智能机器人为开发平台的相关设计课题，根据学生各自的特点，可分成机构设计组、功能扩展组、软件设计组，几个组相互协调，齐头并进。给予一定的资助，能把学生的设计成果以创新产品形式制造出来。

5．科技竞赛方面

根据机器人技术涉及学科门类多、知识领域广的特点，同时也为了使更多的同学了解机器人科学，定期进行机器人课外活动，定期举办机器人讲座，在全校范围内组织机器人大赛，开设机器人比赛论坛，为机器人爱好者开辟一个发表新见解、交流新思想的窗口。

6．科研方面

让大学生参与到老师的机器人相关的科研项目中，为学生参与科研活动提供平台，可以使学生较早进入科研状态，对培养学生的科学创新意识极为有益。

四、效果分析

经过一年的实践，充分调动了教师和学生的积极性，提高了学生创新实践能力。学生掌握了机器人结构设计，控制系统设计、编程，传感器应用等技术，提高了综合应用知识的能力、分析与解决问题的能力、创新实践能力，符合高等教育“培养具有创新精神和实践能力的高级工程技术人才”的培养目标，能够满足培养宽口径、高素质、复合型人才的需要。