利用机器人制作推进自动化专业课程改革初探

2022-11-17

在大力提倡素质教育的今天, 如何通过有效途径提高学生的创新能力一直是教育界探讨的话题之一, 实施课程改革, 确立新的课程建设目标, 整合课程设置, 改革课程内容是推进素质教育、提高学生的创新能力的关键所在。随着机器人的出现和发展, 为自动化专业课程改革和创新素质教育提供了一个崭新的平台。

1 机器人制作是自动化专业课程改革的有力手段

传统的教学方法中, 重理论、轻实践, 导致实践教学薄弱。自动化专业知识更新快, 现有课程知识老化, 滞后于新理论的发展。教师教学中忽略了专业课程前后的联系, 造成学生没有专业体系概念, 知识点凌乱。部分教师比较注重课程的衔接, 会着重提出, 但由于缺乏实践操作, 没有接触过工业现场, 学生往往也就左耳进右耳出了, 达不到预期效果。做毕业设计的时候, 拿到题目不知从何下手, 不会运用专业知识。这也影响到学生的就业问题, 有些学生常常是一问三不知, 简单的知识点都没有建立起来, 更不知道学过的课程都有什么用, 造成在就业竞争中缺乏竞争力。

智能机器人融合了机械、电子、自动控制、传感器、计算机软硬件和人工智能等众多先进技术, 通过研究设计、制作、调试, 可以激发学生的想象力, 培养学生的设计能力、创新能力、动手能力、合作精神和跨专业的综合应用能力。把机器人制作作为自动化专业课程改革和素质教育的切入点非常适合, 利用大学生对机器人制作的兴趣, 将培训、设计、制作、调试和竞赛与其涉及到的自动化专业课程紧密地结合起来, 将实践融入到课本知识地传授中, 把多门相关学科有机的结合起来, 以此达到对自动化专业课程进行改革和对学生进行素质教育的目的。

2 机器人制作与自动化专业课程的结合方式

根据我校自动化专业本身的实际情况和多年参加全国大学生电子竞赛积累的经验, 在机器人制作方面制定了“两步走”的方案。先做“买”的, 即引进国内外成熟的硬件产品, 编制自己开发的一些动作和视觉等控制软件, 完成预订的目标;最后, 进行自我设计开发机器人。

机器人制作几乎涉及到自动化专业的全部专业课程, 包括:电路、电子技术、控制理论、单片机、DSP (数字信号处理器) 、传感器、计算机语言、计算机控制、电机拖动基础等等。机器人制作是一个系统工程, 需要参与者能够把握总体设计方案, 再进行合理分解, 变成一个个具有针对性的问题分别解决。这就要求参赛同学能全面掌握与机器人设计相关的知识, 并有目的地提高自己在某方面的设计动手能力, 才能圆满地完成系统分解出来的子问题, 和其他小组协作完成整个机器人的设计制作。由于涉及到的专业课程从大二一直延续到大四, 这在与相关课程的结合上提出了一定的要求, 我们具体实施的方法如下。

(1) 建立机器人制作中心。购买成套的机器人开发套件为学生实践提供载体, 并利用现有的实验设备设计开发与机器人制作相关的实验项目, 供专业教学实验时使用。

(2) 培养学生的兴趣, 激发学生参与的积极性。在全校开展机器人制作的宣传活动, 开放机器人制作中心让学生参观;组织观看全国机器人比赛, 让学生了解机器人比赛的赛制规定、比赛内容;开展机器人讲座, 介绍机器人制作的过程, 和相关专业知识的联系。

(3) 在专业课程的教授过程中结合机器人制作。首先是对教师进行培训, 要求教师熟悉机器人制作过程, 有一定的动手能力, 掌握所授课程在机器人制作中的应用。其次, 根据课堂教学内容适当引入机器人制作的问题, 提高学生的学习兴趣, 加深对课本内容的理解掌握。最后, 结合课程特点和已有实验设备开发与机器人制作相关的实验项目, 在实验过程中培养学生应用知识的能力。

(4) 将机器人制作内容作为课程设计。针对三年级学生的课程设计, 设计机器人制作方案, 以项目开发的形式让学生全面掌握所学知识, 并能灵活应用。

(5) 选拔能力强的学生进行集中培训, 参加机器人比赛。

3 利用机器人制作进行自动化专业课程改革的成效

自动化专业课程大都配备了实验室, 购买了成套的实验装置。实验中却出现学生参加积极性不高、敷衍了事的现象。主要原因是:课程实验大多是验证性、仿真性的, 学生只是机械地重复或完全按指导书的实验步骤来做, 要求学生独立思考的环节很少。

通过将机器人制作与专业课程结合, 设计与机器人制作相关的课程实验和课程设计, 解决了学生学习兴趣不浓, 知识点相对独立、综合能力差, 实践能力不强, 缺乏创新能力的问题。经过几年的摸索实践, 机器人制作这种有创新性的动手实践, 激发了学生的想象力, 培养学生的设计能力、创新能力、动手能力和自动化专业的综合应用能力。通过针对各门课程的课程实验和实习教学, 以较少的教育投入提高学生对专业知识的掌握水平, 不但在数次电子设计大赛中取得了优异的成绩, 同时也增强自动化专业学生在就业中的竞争力。