基于机器人教学平台培养学生创新能力

辛光红 郭海智

(三亚学院理工学院，海南 三亚 572022)

1.引言

机器人创新教学作为现在最优秀的实践教学平台，是现在很多高校加强实践教学的第一选择。2011年，三亚学院建立了智能机器人创新实验室。作者做为实验室筹建和管理者，在机器人实验室的建立和课程设置、团队建设方面积累了一定的经验。本文是对这些经验的总结和概括。

2.建设机器人教学平台的意义

(1)培养创新实践动手能力，对专业知识的巩固和融会贯通

目前许多各种工科专业都开设了电子电路、检测技术与传感器、嵌入式微控制器、控制原理与控制工程、单片机和微控制器、数字电子和模拟电子、数字逻辑、检测技术与传感器等课程，但是课堂的的学习和一些简单的验证性实验课程不足以满足学生的求知欲望。无法根本转变学生的学习观念。要从被动学习转变到主动学习，其中一个途径就是让学生进行创新性的训练，充分激发学生的学习热情。机器人作为一个新兴的领域，具备多种新技术，而且具备趣味性，通过创新性的教学平台能充分引导学生创新实践动手能力。组建机器人创新性教学平台能为高等院校的学生和教师提供一个综合的专业机器人教育和研究平台，能通过采用系统的方法对实践教学内容、方法和手段进行创新，进而引导学生进行单片机和微控制器、数字电子和模拟电子、数字逻辑、检测技术与传感器等课程知识的学习和融会贯通[1]。

(2)营造校园学术研究氛围，加强学术交流

通过机器人创新性教学平台，能够培养校园学术研究氛围，使学校的科研水平、学生的素质进一步得到提高。与此同时，由于近年来国内和国际上各种机器人比赛受到社会各界的广泛关注，通过创建机器人创新性教学平台培养学生，积极参与国内外机器人赛事，这对加强学术交流具有重要意义。

(3)提升学生就业竞争力

随着产业升级，就业竞争不断加剧，企业更需要动手能力强、专业知识过硬的中高端人才。目前适合企业的专业人才缺口相当大，根本原因是学校教育过多地注重知识的传授，而忽略了创新技能、动手能力和工程实践能力的培养。学生通过参与机器人实验室的学习和工作，能增强就业竞争力，毕业后能够广泛适应机电一体化、电气工程、自动化工程等方向的就业需求，更好地适应社会对人才的需求，做到学有所用，学所必用。

3.机器人教学平台课程体系建设

机器人实验教学是面向多学科的综合教学，在学科交叉点设立综合设计性实验，对学生创新能力和专用水平培养都有很大的帮助。结合专业设置，根据不同专业、不同年级设置前后相互有继承性的综合设计实验，建设完整科学的机器人创新实验体系。机器人实验教学应是分层次、分目标的多样性教学。根据不同年级专业分为三个层次：

(1)机器人基础教学

机器人基础教学主要以轮式或履带式小车位载体，控制机器人完成寻迹、避障、测距等功能。我校配置了R2小车及德国太空总署推广的ASURO小车。R2小车以51单片机为核心控制模块，是很好的单片机教学平台。ASURO小车是完全以基础电子元器件为基础构型、AVR单片机为控制器的小车。两者相互结合对模电、数电、单片机、C语言程序设计等专业基础课程的学习有很好的促进作用。

(2)机器人高级教学

机器人高级教学以博创创意之星标准版、Arduino开发板、51开发板为载体，完成利用无线传输模块实现多点数据采集，利用ZEGBEE模块实现无线自动组网，利用舵机、步进电机等机械手臂进行控制的综合实验。

(3)机器人智能教学

机器人智能教学是在机器人基础教学和机器人高级教学的基础上融合机械控制、实时图像处理与图像识别、自组织与自学习、多智能体协调及无线通信技术为一体的高度研究教学。可主要依托NAO-H25和创意之星高级版完成武术擂台赛和ROBOCUP等高水平比赛项目。

4.机器人科研教学团队和机器人学习竞赛团队建设

(1)建立机器人科研教学团队

依据现有机器人设备，建立机器人科研教学团队，团队成员应该是多学科多专业的集合。科研团队以法国阿尔德巴兰NAO-H25机器人和创意之星高级版为科研平台，开设具有较高水准的特色科研项目，同时积极参与指导国内国际具有高水准影响力广泛的机器人比赛。

(2)建立机器人学习竞赛团队

优秀的机器人学习竞赛团队应该以创新为共同的核心价值。在团队实践学习中明确团队的奋斗目标是首要问题，也是大家共同努力的动力。扎实钻研的学习氛围争创一流的学习精神是一个团队实力的衡量标准。明确团队任务是团队高效运作的基础。依照上述特征建立团队成员合理、学习高效、积极进取的机器人学习竞赛团队。

5.机器人实验室开放式管理模式

机器人实验室的开放管理是全方位、全过程的开放管理。实验内容的开放是多样化的，可包括综合设计型、学生科技活动型和课题研究型。仪器设备的管理也是开放式的，应方便查询借用实验室的各类仪器设备。实验室的技术文档、科研资料需开放式共享和更新。开放式的管理需高效的管理手段，研发设计高效的的开放式管理软件是最好的途径。开放式管理软件应具备以下特征：(1)具有完善的仪器设备信息库，包括购买时间、存放位置、型号参数、数量及剩余、损耗及保修等。(2)通过WEB可方便仪器设备查询和预约。(3)实时发布通知公告及开放课题申请。(4)分管理权限的仪器借用。(5)具有可分类的文档下载上传功能[3]。

6.结束语

以机器人创新教学和机器人竞赛活动为依托的机器人创新教学平台的建设，激发了学生自主研究学习的激情，培养了大学生的工程实践能力，拓宽了知识面，提升了学生的就业竞争力。同时，机器人创新教学平台的建设，对于机器人在工业生产中的深入和生活服务中的普及推广具有积极意义[2]。

[1]张云州，吴成东等.基于机器人竞赛的大学生创新素质培养[J].电气电子教学报，2007，29(1)：116-119.

[2]安蕾.关于机器人创新教育的思考[J].科技信息，2010，27(1)：572-573.

[3]沈建明、陈强等.推进实验室管理制度创新[J].实验室科学，2009，2(1)：151-153.