智能机器人实践课程自主创新能力培养研究.docVIP

智能机器人实践课程自主创新能力培养研究 　　摘要：针对智能科学与技术专业学生的知识特点和被动式教学模式，基于智能机器人实验课程的教学实践，通过分析课程教学目标、教学实验平台构建、实验题目设计、课程评价体系等方面，探讨如何在实践教学中加强学生对智能机器人设计和搭建以及进行自主创新实验的能力，为学生进入智能机器人这个炙手可热的职业领域打好基础。 　　关键词：智能机器人；实践课程；自主创新；教学模式 　　1背景 　　随着社会生产技术飞速发展，机器人的应用领域不断扩展。当前机器人的研究正处于第3代智能机器人阶段，即机器人可把各类传感器收集的信息展开融合，能较好地适应不断变化的工作环境，有非常强的学习、自洽和适应能力。可以说，智能机器人技术已经随着智能科学与技术的迅猛发展而成为现代信息技术和先进制造技术的典型代表，代表着一个国家高新技术发展的综合水平。对于智能科学技术系的学生来说，智能机器人是一个极有发展前途的就业领域，然而当前智能专业设置的课程与智能机器人技术的关联性尚显不足。智能科学与技术专业属于计算机科学与技术学科，学生有软件编程知识背景的优势，而自动化控制、机电、电子和脑认知科学方面的知识较为薄弱。多年以来，我国的高等教育模式都是以传授模式为主，学生在学习过程中处于被动接受状态，导致学生学习没有主动性和兴趣，缺乏实际动手能力的培养，对所学的知识不能活学活用，毕业后缺乏实际工作所需的创新技能和动手能力，因此学校必须开展实践创新教育，改革实践教学模式，合理建设智能机器人实验教学体系，培养学生的自主创新能力。 　　2智能机器人实践课程建设体系 　　2.1合理地建设实验平台 　　在智能机器人实践教学中，我们重点关注学生的个体特点和兴趣爱好，给学生更大的自主学习空间。教师从原来以课堂讲授为中心的“讲解者”角色，转化为学生自主学习的引导者和学生自主实验的服务者；学生则由原来单纯听讲、接受灌输的被动地位，转变为能自主参与、自主探究和自我发现的主体地位。这样能充分发挥学生的主体作用，使他们不仅能快乐自由地主动学会知识，还能体验自己的学习方法，实践自我发现的过程。针对智能专业学生智能机器人硬件知识薄弱的特点，本着易用性、开源性和扩展性原则，我们构建4个分层次的实验平台，具体包括以下几方面。 　　（1）智能移动机器人实验平台。该实验平台具备智能移动机器人30套，能满足2个自然班（30人，下同）2人1组的需求，如图1所示。智能移动机器人是面向创新教育的新型教学平台，有一个功能强大的微处理系统和传感器系统并且还能扩展听觉、视觉和触觉，成为真正意义上的智能机器人。此外，它还具有基于流程图的编程语言和交互式C语言，为学生创新开发智能机器人项目、程序与算法等提供简单又功能强大的平台。 　　（2）设计性实验平台。该实验平台具备20套教学机器人搭建套件，能满足2个自然班3人1组的需求，如图2所示。教学机器人搭建套件具备多种组件，包括伺服电机、伺服电机摇臂、板条形连接件、x形支架、电机架、斜U形摇臂、移动基座、直u形摇臂、控制卡等，该设备采用基于总线的运动模块，位置、速度、温度和力矩均可反馈，学生可运用C或VC++进行全方位开发。 　　（3）教学自主创新综合性实验平台。该实验平台具备智能机器人综合创新套件20套，能满足2个自然班3人1组的需求，如图3所示。智能机器人综合创新套件以“六面搭建、创意无限”为核心设计理念，以立方体为基础点结构件、以梁为基础线结构件和以平板为基础面结构件，融入现实生活的点、线、面几何原理，配合结构、机械、传动、电子、传感器、控制等教学项目，让学生在实验过程中对技术产生亲近感，培养学生的动手和创新能力，充分体现技术教育的独特魅力。 　　（4）竞赛研究性实验平台。该实验平台的智能机器人能够实现智能灭火、智能循迹、智能探测、智能定位等功能，融合机器人视觉、语音、智能人机交互、虚拟现实、网络技术、实时系统、传感器检测、控制技术、系统集成等核心技术。学生通过学习和使用竞赛研究性智能机器人，可熟悉国内外机器人竞赛形式，着重锻炼对策略程序的设计并逐渐增加难度，体现由浅入深、层层深入的原则。开展校内机器人设计竞赛在提高课程学习兴趣的同时使学生对所学知识进行综合应用，锻炼学生解决实际问题的能力；同时组织学生参加国内外的机器人竞赛，通过与其他学校师生的交流，达到取长补短和共同提高的目的。 　　2.2循序渐进地设计实验题目 　　智能机器人实践课程能满足学生课内学习和课外活动的需要，以多层次、模块化及开放型的模式，让学生经历从方案设计、选取材料、实物搭建到运行任务这样一个智能机器人设计与制作的基本过程，提高学生的自主创新能力、动手实践能力和问题解决能力。针对学生的知识特点，我们基于3个教学性实验平台设计初级、中级和高级3套必做实