大数据背景下机器人学课程教学改革解析*

◆王贝贝 刘艳

0 引言

随着现代科学技术的飞速发展，机器人已经被广泛应用于人们的日常工作和生活中，特别是在工业生产中，机器人可以应用在很多复杂、危险的工况中，当前我国已成为全球第一大机器人应用市场。在这样的背景下，我国对于机器人专业的人才需求越来越大，相关高校机械工程专业应进一步深化机器人学课程教学改革，以培养出符合社会发展需求的高素质专业人才。

1 大数据和机器人学概述

1.1 大数据

大数据是基于信息技术发展而兴起的IT术语，泛指当前时代背景下海量的数据信息，其发展与云计算技术密不可分。根据行业共识，大数据具有5V特点，即Volume、Velocity、Variety、Value 和Veracity。在信息时代背景下，大数据逐渐成为全球关注的重要战略资源。基于大数据的重要性，2015年9月，国务院印发《促进大数据发展行动纲要》（以下简称《纲要》），对我国的大数据发展工作进行系统部署。根据《纲要》要求，各大高校应积极借助大数据技术创新教学改革思路，开启大众创业、万众创新的创新驱动新格局，从而培育高素质的专业人才。

1.2 机器人学

机器人学又被称为机器人技术和机器人工程学，是一门研究机器人设计、制造与应用的学科。相对来说，西方发达国家对机器人学研究的时间较早，而我国则是在20世纪80年代中期才开始研究。最初，机器人学在高校尚未成立专门的院系，大都是机械工程院校研究生学习的课程，学习的内容涉及机械学、计算机技术、自动控制以及人工智能等方面。随着科学技术的快速发展，传统的机器人学课程设置已无法满足新时代对于机器人专业人才培养的要求，随着大数据技术的兴起，高校机器人学课程教学亟待改革。

2017 年10 月12 日，佛山机器人学院在广东佛山成立，同时启动中德合作工业4.0示范生产线，该学院也成为德国汉诺威机器人学院唯一的品牌海外授权使用机构。与此同时，湖南大学机器人学院、北京联合大学机器人学院、东莞理工学院机器人学院、广东工业大学粤港机器人学院、东北大学机器人科学与工程学院、福州职业技术学院智能机器人学院和哈尔滨工业大学科技机器人学院相继成立。2018年，北京大学新增的机器人专业首次招生。目前，我国共有37所高校设立智能科学学科（即AI方向的学科），7所高校成立机器人学院，60余所高校在建机器人专业。

2 大数据背景下高校机器人学课程教学现状

在实际教学中，机器人学涉及众多学科，在大数据时代背景下，机器人学课程要求将大数据、人工智能等概念及关键技术、前沿知识等融入课程教学中，以机械原理、机械设计、线性代数、理论力学、控制工程等为先修课程，以开阔学生的视野，提升他们的科学研究与实践应用能力为培养目标。基于此，机器人学专业的学生必须具有深厚的数学知识储备，同时要掌握相关领域的理论知识。我国高校开设机器人专业的时间较晚，学生大都是统招的，在高中阶段并未接触过相关知识。因此，很多学生在学习时普遍感到该专业涉及的理论比较高深，知识面较宽，学习起来存在较多困难，严重影响了他们学习的积极性。目前，该课程教学主要存在以下几个方面的问题。

2.1 教学内容繁杂，缺乏联系性

在当前开设机器人工程学专业的高校中，机器人学课程教学大都以PUMA560六自由度机器人作为教学对象，在教学内容方面很少涉及本学科最新发展前沿的研究成果，主要讲述与本专业相关的基础知识，包括数学知识、机械结构知识、运动学和动力学知识以及传感和控制等方面的知识，各个章节之间讲述的内容往往缺少联系。这就导致本专业的学生在学习相关知识时，普遍认为课程内容较为晦涩难懂，在理解和记忆方面存在一定的困难。

2.2 教学方式滞后，侧重理论性教学

当前，我国设置机器人工程学专业的高校在教授机器人学这门课程时，普遍沿用传统的填鸭式教学模式，由授课教师进行教材理论的讲解，而学生只能被动接受教师的灌输，师生之间几乎没有任何的交流和讨论。特别是在“动力学”“运动规划”及“轨迹控制”这些章节内容的教学中，教师掺杂过多的公式推导，却没有向学生进行细致阐述，导致学生理解、掌握起来存在较大的困难，甚至还有部分学生丧失学习的兴趣。此外，由于工业机器人的造价较高，很多高校机器人工程学专业受建设资金的影响，实验设备数量较少，无法开展大规模的实践教学，导致机器人课程实践教学环节很难展开。因此，部分高校的机器人工程学专业实验课时设置较少，只有几个学时供学生进行验证性实验，这样就影响到学生综合能力与素质的培养。

2.3 考核模式单一，侧重结果性考核

根据新课改要求，当前针对学生进行考核应采用形成性评价模式，对学生进行多元化的评价考核。但目前我国部分高校机器人工程学专业在机器人学课程教学考核中大都采用单一的考核模式，即由学生的期末考试成绩决定他们的最终评价。这种考核方式降低了学生学习的兴趣，也不利于他们综合素质和能力的提升。

3 大数据背景下机器人学课程教学改革探讨

基于上文的分析，当前我国部分高校机器人工程学专业在机器人学课程教学方面已经无法满足大数据时代的发展需求。要想培养出符合时代发展需求的人才，必须进行课程教学改革，逐渐整合并优化课程教学内容，创新课程教学方法，改革课程考核模式，从而为学生综合素质与能力的提升提供支持。

3.1 整合课程教学内容

针对当前机器人学课程教学内容方面存在的问题，相关高校机器人工程学专业应根据时代发展要求，突出学生动手实践操作能力的培养。因此，在实际操作中应系统整合该课程教学内容，选用合适的教材，并适当增添一部分本专业的前沿知识与最新科研成果，同时适当增添一定课时的实验课程教学。此外，还要做到将实验任务与课程教学内容相结合。只有这样，才能有效培养并发展学生的综合能力与素质，培养出符合大数据时代发展需求的机器人学人才。

3.2 创新课程教学方法

在课程教学方式改革中，相关高校机器人工程学专业在机器人学课程教学中应积极采用线上教学与线下实践教学相结合的策略，采用翻转课堂教学模式，以此激发广大学生学习的兴趣，并降低他们学习的难度。为此，专业教师应建立机器人学课程学习网站，将教学大纲、教学课件、实验内容、随堂习题以及参考答案等与教学相关的材料上传该学习网站，供学生自主学习和复习巩固。

除了采用翻转课堂教学模式以外，教师还可以采用问题引导启发式教学模式，通过问题引导，提升学生学习的效率，培养他们的综合能力与素质。正如前文所说，机器人学是一门集理论性、实践性和综合性于一体的课程，因此，教师在课堂教学过程中应巧妙设计问题，以问题引导学生的思维，鼓励他们以学习小组为单位，合作学习并动手实践操作。通过采用启发式教学模式，帮助学生更直观地理解并掌握课程教学的理论知识，同时提升他们动手操作实践的能力，最终构建高效教学课堂。

此外，相关专业还应促进产学研一体化发展，促进教学与科研工作的结合。在实际操作中，相关高校的机器人工程学专业教师可以鼓励、引导学生积极参与本专业的科研项目，或者是参加各种机器人设计、制作比赛等，从而有效提高学生的创新创造能力。

3.3 改革课程考核方式

当前部分高校相关专业机器人学课程考核模式单一，应摒弃传统的唯期末考试成绩论的单一化考核方式，积极改革课程考核方式，构建多元化的考核评价模式。在实际操作中可将学生的期末考试成绩与他们平时的作业完成情况、课程设计结果、学术汇报表现以及企业项目实习评价等多种方式结合在一起。其中，期末考试成绩与平时作业成绩加起来占综合评价成绩的40%；课程设计、学术汇报以及企业项目实习等评价指标占总成绩的50%；此外，还要引导学生进行自我评价和相互评价，这两方面的评价成绩占总成绩的10%。通过这样的方式，构建多元化的评价考核方式，促进学生全面发展，从而培养高素质的专业人才，促进我国机器人行业健康发展。

4 结束语

综上所述，当前高校机器人工程学专业的机器人学课程教学已经无法满足时代发展需求，相关高校必须基于大数据时代的发展要求，整合该课程教学内容，创新课程教学方法，构建多元化考核评价模式，从而激发学生学习兴趣，提升课程教学质量，为社会培养高素质专业人才，促进我国智能机器人行业发展。