以机器人竞赛为平台的项目导向教学研究

摘要:项目导向教学的开展,需要能做项目的教师,需要丰富的项目来源和硬件平台,同时用于教学的项目还要符合科技发展和能促进学生的自主学习。为了解决这些问题,新加坡南洋理工学院开展了将机器人竞赛项目作为项目导向教学项目的实践探索,通过实践探索走出了一条在师资培养、项目来源、学生自主学习等方面新的途径,有力促进了项目导向教学的全面开展。

关键词:机器人竞赛;高职院校;项目导向教学;自主学习

“项目导向教学”是新加坡南洋理工学院最重要的一种教学管理模式。2008年暑假期间,笔者参加了我院组织的新加坡南洋理工学院培训班,短短14天的学习让我充分感受到这种教学管理模式的优越性。国际上各种类型的机器人竞赛,一般是在上世纪末兴起的。新加坡南洋理工学院的机器人竞赛成绩在国际上一直是名列前茅的,通过多年的积累,他们自主开发了多个机器人竞赛项目。本文就新加坡南洋理工学院如何利用机器人竞赛平台促进项目导向教学开展的一些做法与大家分享。

利用机器人竞赛平台,吸引和培养能做项目的优秀教师

在与新加坡南洋理工学院林靖东院长座谈时,他强调参加机器人竞赛能增强学院的国际竞争力和品牌意识,为此他们非常重视机器人竞赛项目,通过十几年的努力,学院在机器人竞赛项目方面取得了巨大的成功,获得了许多国际机器人竞赛的金奖。问他如何取得这些成绩,他强调教师是最关键的,因为机器人技术是典型的机电一体化技术,涉及机械学、电子工程学、计算机科学与工程、控制论与控制工程学、人工智能等众多领域,代表当今机电领域的最新技术,对教师的综合专业能力要求非常高。同时,机器人竞赛项目也是培养和吸引优秀教师的平台,主要原因有两个:一是围绕该项目能吸引优秀教师。在机器人竞赛期间,各个组委会都会举办各种机器人展览和相关论坛,各种论坛旨在为参赛选手及专家提供一个交流经验、互相学习的平台,并为机器人及其相关技术的发展以及机器人在娱乐、教育、服务等领域的应用起到推动作用。因此,每届比赛都会吸引各国科学家、科研人员和企业界人士共同参与。很多企业人员成了新加坡南洋理工学院的教师,他们有丰富的项目开发经验,喜欢创新和学习新的知识。许多优秀教师愿意尝试新科技,希望体会到新科技带来的成就感,非常愿意参与机器人项目。二是注重教师培养。机器人竞赛实际上是最新科技的展示舞台,从一个侧面反映了一个国家信息与自动化领域基础研究和新技术发展的水平。机器人竞赛使教师和学生能够利用各种新技术,探索更好的解决方案,从而又反过来促进各个领域的发展。要想在竞赛中获胜,就必须不断更新知识接受培训,对参与项目的核心教师制定长期的培养计划。南洋理工学院教师培养计划按年度来制定,一般有自上而下和自下而上两种途径,有的是根据学院、政府或者企业的需要来安排的,有的是教师根据自己在教学或做项目过程中发现的薄弱环节或需要提出进一步深造。持续不断的知识更新和源源不断的项目经验,使教师的专业技能与新科技同步。通过机器人竞赛项目的研究,培养了一批会做项目的教师,有了项目导向教学最重要的要素,即会做项目的教师,为项目导向教学的全面开展提供了智力支持。

利用机器人竞赛平台,提供项目导向教学的项目来源

项目导向教学的项目来源是全面开展项目导向教学的另一个重要要素,而每个机器人竞赛项目就是一个很好的项目导向教学项目。机器人竞赛技术的发展为项目导向教学提供了丰富的项目来源。南洋理工学院制造系机电一体化专业的课程导入了相扑机器人竞赛项目。相扑机器人的设计需要具有机械加工、电子焊接、机械设计、电路设计、微处理控制技术等知识,他们把该项目的知识分成若干个小的子项目以学期项目的形式融入课程教学中,具体做法如下:

第一学期的学期课程主要有工程力学、机械制图、加工工艺、材料工艺等,学期项目内容涵盖了一系列与这些课程相关的小项目任务。相扑机器人机械加工的具体技能也作为机械加工类的学期项目,让学生在教师指导下完成。

第二学期的学期课程有电子电路、数字电路和计算机编程等,学期项目是电子焊接和电路设计,将相扑机器人的电路和焊接部分的具体技能转化为学期项目来训练学生。

第三学期的学期项目是机械设计,与机械设计、机械组件与系统配件、接口技术与编程等课程相关。学生需要综合运用各种机器组件和标准的机械部件,使用计算机辅助绘图软件设计项目。相扑机器人中有大量的机械设计知识,可以很好地丰富机械设计的学期项目。

第四学期的学期项目是微处理控制,相扑机器人在这个阶段完成。在完成这个综合性很强的项目的过程中,不但需要应用第四学期课程的内容,还需要前几学期课程和项目作为铺垫,显然,项目加大了难度。该模块主要培养学生在机电一体化环境下的微控制器编程及应用技能。通过一系列实际演练,学生将学习到的各种接口的输入和输出装置,同时使用C语言来开发代码驱动外部设备,如电机、LED和传感器等。

在以上四个学期,他们将一个相扑机器人竞赛项目的知识先分解再综合地运用到整个课程教学中,丰富了项目导向教学的项目来源。而这些项目都是教师非常熟悉,同时既与课程有关又涉及实际应用的最新技术,确保了项目导向教学的项目质量。

利用机器人竞赛平台,提高学生的学习兴趣,促进学生自主学习

我们在新加坡南洋理工学院用一周时间学习了学生第四学期的一个相扑机器人项目,亲身体验了项目导向教学带来的学习效果。

相扑机器人项目具体包括分析竞赛题目、设计解决方案、硬件、编写程序、反复调试程序、优化程序和机器人结构等过程,使机器人最终能够完成比赛任务。在教学中,教师主要以任务为驱动的方式展开项目导向教学。一是以学生学习行为为主线,整个过程都由学生自主完成,从组建项目小组、相扑机器人项目设计到项目比赛,都由一个团队具体操作,各组成员之间协作完成。在实际活动中,充分体现了自主学习、自主协调、自主合作的精神。二是项目实施过程对小组成员有明确的要求:通过一个星期完成相扑机器人项目设计。为了达到目标,要求制定详细的计划,明确每位成员的任务与要求,充分收集资料,组织合理可行的竞赛策略。三是由于教学有项目小组活动,传统的课堂教学内容有了新的改变。在课堂上,教师利用一半的时间进行理论教学,在理论教学中,首先导入课程的教学目标和最终实现的效果以引起大家的兴趣,然后通过一个简单的实例,让大家先对控制过程有所了解,在此基础上不断增加功能、加深难度,并且让大家根据自己在现实生活见到的各种应用,利用控制程序去逐个实现。例如,红外传感器,现实的场景就是“企业的保安报警系统”,在实现了通过检测红外信号来控制报警信号状态的基础上,通过程序控制增加了信号的自锁和循环闪烁,增强了报警的效果。另一半时间安排各组的项目作业,教师把相扑机器人项目分成三个小项目作业来完成,具体是机器人走S型路线、机器人跟踪人走和两个机器人进行相扑比赛。这三个作业的难度循序渐进,小组成员通过团队合作,一个一个地完成。整个项目完成过程就向打游戏一样,非常吸引学生,较好地提高了学生的学习兴趣,枯燥的C语言学习变得生动起来。我们深刻体会到,机器人竞赛项目通过合理的设计运用到项目导向教学中去,可以提高学生的学习趣味性,促进学生自主学习。

参考文献:

[1]蒋庆荣.以项目教学法促进学生的自主学习的探索与实践[J].珠海城市职业技术学院学报,2006,(2).

[2]李晓,朱迅.项目教学法在我校的应用[J].中国职业技术教育,2005,(13).

[3]陈希球,魏绍峰.引入项目教学法改进高职人才培养模式[J].长江工程职业技术学院学报,2006,(3).

作者简介:

郭家星(1977—),男,江苏扬州人,硕士,苏州工业园区职业技术学院工程师,研究方向为微电子技术和职业教育。

(本文责任编辑:谢良才)