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摘要：机器人创新实践教学旨在培养学生的自主创新实践能力。阐述了机器人创新实践教学内容、课程目的、任务以及教学过程等，旨在为深化实践教学体系与教学模式的改革探路。在教学实践过程中，坚持以学生为主体，以学生个性和能力发展为目标，使学生科研创新的综合素质得到明显提高。
关键词：机器人；实践教学；创新能力；实践能力
中图分类号：G4
文献标识码：A
文章编号：1672-3198（2013）05-0151-02
1引言
创新是人类社会发展的强大推动力，实践是创新的源泉，工程实践是创新的基础，没有工程实践能力就谈不上创新能力。因此，探索创新教学改革的新思路、新方法，满足在创新理论、创新教育方面的急需，提高学生的创新思维和能力，已经对目前教学体系改革提出了更高的要求。在高校教育教学改革过程中，培养学生的创新意识、实践动手能力等综合素质，已经成为当前教学改革的核心目标。我校工程训练中心（简称工训中心）从2007年开始，针对专业特点和高素质人才培养要求，在全校各个专业中不同程度地引入了机器人创新实践教学环节，旨在培养学生创新实践能力。本文以我校工训中心机器人创新实践教学为研究平台，为学生提供机器人创新套件为实践手段，从根本上提高了学生的创新实践能力，全方位适应社会发展的要求。
2机器人创新实践教学内容简介
2.1课程目的与任务
机器人创新实践教学是一门新的课程，它是以机器人为硬件开发平台，通过硬件扩展和软件开发而展开的教和学的活动。在机器人开发学习过程中，存在着软件编程、硬件扩展和维护、人机关系等若干需要处理的任务，学生只有掌握其硬件结构、工作原理和软件编程，才能提高它的应用能力。加强机器人教育教学内容是提高机器人应用水平的需要，也有助于为机器人创新实践创建良好的环境，避免重模仿轻创新，避免强调固有知识的学习而忽视了学生创造性思维的培养。该实践课程时间历时4天，28学时，边做边学，学生将动手实施一系列由浅入深的项目或比赛。该课程以团队形式运行，每小组2个学生，同时分成几个大组。每小组拥有一套课程平台包括机器人，创新模块和电脑等。课程的目的：（1）系统训练创新能力和实践能力；（2）让学生自主学习工科基础知识。
2.2教学内容及过程
机器人技术是一门综合性很强的学科，它涉及机械、数学、电子、传感器、计算机、自动控制、通信和人工智能等学科，是光机电为一体的典型应用。机器人教学没有统一的教材和固定的教学模式，其教学过程也是一个综合实践的过程。学校在工程实训环节中增加了机器人知识内容的讲解和实践，以兴趣小组的组织形式加以提高和巩固，使学生的学习能适应未来信息发展的要求，也为原有的实验教学模式增添了新的活力。机器人极具人性化，它的智慧和功能靠学生的程序设计来实现。通过项目制作过程中遇到的问题来设计真实和富有挑战性的问题来引导学生思考、探究。学生在动手组装、扩展和编程控制机器人的过程中获取有用的知识，能够很好地发挥学生的动手能力、协作能力和自主学习能力。教学过程中由于器材及场地的局限性，通常需要学生统筹安排、就地取材、精心设计，学习体会和构思新创意，极大地挖掘想象空间与创造力，追求设计方案的科学完美。机器人学习其实就是探究性学习，每一次上课学生们都会完成自己和教师共同讨论和设计的目标，根据这一目标由学生自己进行创新性探究。创造源于最初的突发奇想，学生必须做出不断的尝试，不断的调试与改善，大胆地投入新的元素，注重每一个细节，将机器人调节至最佳状态。
2.3教学模式
要培养学生的创新能力和实践能力，就应该建立与之相适应的课堂教学模式。在机器人教学过程中，我们运用新的教学方法、采用新的教学模式、应用新的教学手段来进行机器人课堂教学，促进了教学思想、教学过程、结构模式的根本变革，让课堂充满了生机和活力。经过几年的深入实践教学研究，探索出能充分体现师生互动思想的教学模式：创设情境→归纳猜测→交流验证→总结深化。
（1）创设情境。在教学过程中，教师应用现代教学手段，创设特定的情境，这特定的情境可以是问题情境，比如先给大家放一段机器人灭火的录像，让大家思考机器人是如何避开障碍物找到火源的，提出启发性的问题；也可以是有利于学生对所学内容理解的虚拟情境。为了提高学生的创新意识，教师最好将创新性目标体现在创设情境中，使学生明确需要探究目标的前提下，认真观察思考获取感性认识，然后提出问题。
（2）归纳猜测。首先，针对提出的问题提出假设；其次，搜集关于支持假设的资料，然后进行整理和归纳；第三，独立或合作进行探究；第四，形成自己或小组的认识或结论。教师在整个归纳猜测过程中，要为学生的探究活动提供工具和相应的帮助，运用先进的教育手段，为学生提供丰富的信息。
（3）交流验证。各个小组派出代表口头汇报并作对应的演示自己小组的创新作品，汇报包括作品的名称、作用、创新点以及制作作品过程中遇到哪些问题是如何解决的等等；然后进行小组或班级交流讨论，交流方式可以是口头的，也可以通过操作演示。交流验证过程中，要充分调动学生积极发表自己的见解，提出质疑、争辩，最后得出问题的结论。
（4）总结深化。首先对所探究的问题进行小结；其次，积累经验，为以后解决新的问题打下良好的基础。心理学研究证明：人的综合素质要想内化到个体素质中，需要经过反复训练。教师在总结深化阶段要帮助学生对所学知识内容进行梳理，使学生能够达到较深刻的理解。教师应该根据每个学生的特点和学习水平设计不同的课题，这样可以改变不同学习水平的学生要求整齐划一的弊端，不仅提高各个学生的学习效果，而且会让每位学生都具有成就感。
3能力培养目标
3.1培养学生科学研究创新能力
学生在熟悉机器人硬件后，就可以通过设计、搭建、软件编程实现机器人的自动控制了，整个过程由学生小组成员独立完成，这样学生的学习就由被动转为主动学习，从而提高了独立分析问题和解决问题的能力。学生可以自主选择知识，结合理论知识进行实践操作。学生经过分析研究，可以运用多种不同的方式去设计外形各异的机器人，通过不同的算法去编程，很好地发挥个人潜能，培养了学生的策划设计能力、实践动手能力和综合创新能力，为创新教育打下了良好的基础。此外，在机器人套件搭建创新实践环节中，从拟定需搭建项目、外形的设计、选择需要的器材、开始搭建模型到编制驱动程序，都是学生独立实施并完成，更加有助于培养他们独立开展科研创新的能力。 3.2培养学生团队协作能力
机器人搭建项目小组依靠相互协作与积极配合来完成创新作品项目，同学间互相交流和学习，有利于集思广益，激发灵感，开阔思路，锻炼学生个人的团队精神和协作能力。
3.3培养学生设计作品和软件编程能力
通过教师在上课时适当的引导，学生能够设计出任何可以想到的机电产品或模型，通过亲自动手搭建以及软件驱动模型，达到提高学生分析问题和解决问题能力的目的。
3.4培养学生实践动手能力
当前高校毕业的大学生普遍缺乏工程实践动手能力。由于存在教育理念、办学方向、培养模式等一些因素的影响，现在学生侧重于理论知识的学习，而忽视实践动手能力的培养，造成高校毕业生创新能力、实践能力、综合素质等达不到用人单位的标准。通过机器人实践教学以及机器人比赛等项目的锻炼，学生能够从纯理论的学习过渡到理论联系实际，从而提高学生的动手实践能力。
4机器人创新实践教学成果
近年来，我校工训中心推行教学改革，创立了开放性的机器人自主学习实验教学课程体系，为学生营造了自主创新学习的良好氛围，取得了可喜的成绩。2009年1月在创新训练课程的建设与实践获得“内蒙古工业大学教学成果”二等奖；2008年获得第九届“中国智能机器人大赛”一项一等奖、两项二等奖；2009年第十届“中国智能机器人大赛”中获得一项一等奖、一项二等奖；2010年在第十一届“中国智能机器人大赛”中，我校学生在足球、灭火、搜救、游世博、吸尘五项比赛中获得五项一等奖；2011年在中国机器人大赛暨robocup公开赛robocup中型组项目比赛中分别获得一、二、三等的好成绩；同年11月在第十二届“中国智能机器人大赛”中国际赛制机器人灭火比赛、国际赛制类人机器人擂台赛等八项比赛中获得数个一、二、三等奖的好成绩；2012年中国机器人大赛robocup公开赛中获得一、二、三等奖；连续三年参加2010、2011年、2012年亚太大学生机器人大赛，获得了不错的成绩。通过比赛获奖，学生们树立了自信心，增强了团队意识，学会了团结协作，对于交流合作的重要意义有了较深入的理解，为他们未来工作奠定了基础。从机器人创新实验室走出去的很多学生综合能力得到了很好的提升，有的学生得到了保送研究生的资格，有的在参加比赛时就被企业看中，比赛完签约的学生也有很多，找到了自己人生的目标和定位。
5结束语
机器人创新实践教学课程通过讲座、实践、讨论、参加全国性的比赛等实践活动，系统地训练了学生的创新能力和实践能力；使学生对如何完成一个项目有了全面而具体的了解；实现了工科新生一开始就接触工程知识、真实的工程问题，学生初步了解了工程师应具有的素质-知识-能力；有助于培养学生的工程意识和专业兴趣，对学生尽早制定职业规划和促成学生主动学习起到了积极的推动作用。
参考文献
[1]宋继忠，刘永葆，张树龙.创新教育在机械工程实践教学中的应用[J].实验室研究与探索，2011，30（9）：240-242.
[2]方敏，葛锁良，温阳东等.集中实践环节的计划与实施[J].实验室研究与探索，2005，24（S1）：42-44.
[3]蔡炽，蔡炳新.以培养创新型人才为宗旨，全面提升国家级实验教学示范中心建设水平[J].实验技术与管理，2008，25（2）：107-109.
[4]邓子新.实验室重在培养创新型的人才[J].实验室研究与探索，2007，26（3）：1-4.
[5]罗志勇，陈昌国，郑泽根.在实验教学中实施创新教育[J].实验技术与管理，2005，22（5）：17-19.
[6]孙立宁.科研、教学、产业三位一体争创世界高水平的哈工大机器人研究所[J].机器人技术与应用，2004，（6）：21-27.
[7]王海滔，高原，刘波.研究型化学实验教学的探索与实践[J].化工时刊，2010，24（6）：71-73.
关键词：机器人；实践教学；创新能力；实践能力
中图分类号：G4
文献标识码：A
文章编号：1672-3198（2013）05-0151-02
1引言
创新是人类社会发展的强大推动力，实践是创新的源泉，工程实践是创新的基础，没有工程实践能力就谈不上创新能力。因此，探索创新教学改革的新思路、新方法，满足在创新理论、创新教育方面的急需，提高学生的创新思维和能力，已经对目前教学体系改革提出了更高的要求。在高校教育教学改革过程中，培养学生的创新意识、实践动手能力等综合素质，已经成为当前教学改革的核心目标。我校工程训练中心（简称工训中心）从2007年开始，针对专业特点和高素质人才培养要求，在全校各个专业中不同程度地引入了机器人创新实践教学环节，旨在培养学生创新实践能力。本文以我校工训中心机器人创新实践教学为研究平台，为学生提供机器人创新套件为实践手段，从根本上提高了学生的创新实践能力，全方位适应社会发展的要求。
2机器人创新实践教学内容简介
2.1课程目的与任务
机器人创新实践教学是一门新的课程，它是以机器人为硬件开发平台，通过硬件扩展和软件开发而展开的教和学的活动。在机器人开发学习过程中，存在着软件编程、硬件扩展和维护、人机关系等若干需要处理的任务，学生只有掌握其硬件结构、工作原理和软件编程，才能提高它的应用能力。加强机器人教育教学内容是提高机器人应用水平的需要，也有助于为机器人创新实践创建良好的环境，避免重模仿轻创新，避免强调固有知识的学习而忽视了学生创造性思维的培养。该实践课程时间历时4天，28学时，边做边学，学生将动手实施一系列由浅入深的项目或比赛。该课程以团队形式运行，每小组2个学生，同时分成几个大组。每小组拥有一套课程平台包括机器人，创新模块和电脑等。课程的目的：（1）系统训练创新能力和实践能力；（2）让学生自主学习工科基础知识。
2.2教学内容及过程
机器人技术是一门综合性很强的学科，它涉及机械、数学、电子、传感器、计算机、自动控制、通信和人工智能等学科，是光机电为一体的典型应用。机器人教学没有统一的教材和固定的教学模式，其教学过程也是一个综合实践的过程。学校在工程实训环节中增加了机器人知识内容的讲解和实践，以兴趣小组的组织形式加以提高和巩固，使学生的学习能适应未来信息发展的要求，也为原有的实验教学模式增添了新的活力。机器人极具人性化，它的智慧和功能靠学生的程序设计来实现。通过项目制作过程中遇到的问题来设计真实和富有挑战性的问题来引导学生思考、探究。学生在动手组装、扩展和编程控制机器人的过程中获取有用的知识，能够很好地发挥学生的动手能力、协作能力和自主学习能力。教学过程中由于器材及场地的局限性，通常需要学生统筹安排、就地取材、精心设计，学习体会和构思新创意，极大地挖掘想象空间与创造力，追求设计方案的科学完美。机器人学习其实就是探究性学习，每一次上课学生们都会完成自己和教师共同讨论和设计的目标，根据这一目标由学生自己进行创新性探究。创造源于最初的突发奇想，学生必须做出不断的尝试，不断的调试与改善，大胆地投入新的元素，注重每一个细节，将机器人调节至最佳状态。
2.3教学模式
要培养学生的创新能力和实践能力，就应该建立与之相适应的课堂教学模式。在机器人教学过程中，我们运用新的教学方法、采用新的教学模式、应用新的教学手段来进行机器人课堂教学，促进了教学思想、教学过程、结构模式的根本变革，让课堂充满了生机和活力。经过几年的深入实践教学研究，探索出能充分体现师生互动思想的教学模式：创设情境→归纳猜测→交流验证→总结深化。
（1）创设情境。在教学过程中，教师应用现代教学手段，创设特定的情境，这特定的情境可以是问题情境，比如先给大家放一段机器人灭火的录像，让大家思考机器人是如何避开障碍物找到火源的，提出启发性的问题；也可以是有利于学生对所学内容理解的虚拟情境。为了提高学生的创新意识，教师最好将创新性目标体现在创设情境中，使学生明确需要探究目标的前提下，认真观察思考获取感性认识，然后提出问题。
（2）归纳猜测。首先，针对提出的问题提出假设；其次，搜集关于支持假设的资料，然后进行整理和归纳；第三，独立或合作进行探究；第四，形成自己或小组的认识或结论。教师在整个归纳猜测过程中，要为学生的探究活动提供工具和相应的帮助，运用先进的教育手段，为学生提供丰富的信息。
（3）交流验证。各个小组派出代表口头汇报并作对应的演示自己小组的创新作品，汇报包括作品的名称、作用、创新点以及制作作品过程中遇到哪些问题是如何解决的等等；然后进行小组或班级交流讨论，交流方式可以是口头的，也可以通过操作演示。交流验证过程中，要充分调动学生积极发表自己的见解，提出质疑、争辩，最后得出问题的结论。
（4）总结深化。首先对所探究的问题进行小结；其次，积累经验，为以后解决新的问题打下良好的基础。心理学研究证明：人的综合素质要想内化到个体素质中，需要经过反复训练。教师在总结深化阶段要帮助学生对所学知识内容进行梳理，使学生能够达到较深刻的理解。教师应该根据每个学生的特点和学习水平设计不同的课题，这样可以改变不同学习水平的学生要求整齐划一的弊端，不仅提高各个学生的学习效果，而且会让每位学生都具有成就感。
3能力培养目标
3.1培养学生科学研究创新能力
学生在熟悉机器人硬件后，就可以通过设计、搭建、软件编程实现机器人的自动控制了，整个过程由学生小组成员独立完成，这样学生的学习就由被动转为主动学习，从而提高了独立分析问题和解决问题的能力。学生可以自主选择知识，结合理论知识进行实践操作。学生经过分析研究，可以运用多种不同的方式去设计外形各异的机器人，通过不同的算法去编程，很好地发挥个人潜能，培养了学生的策划设计能力、实践动手能力和综合创新能力，为创新教育打下了良好的基础。此外，在机器人套件搭建创新实践环节中，从拟定需搭建项目、外形的设计、选择需要的器材、开始搭建模型到编制驱动程序，都是学生独立实施并完成，更加有助于培养他们独立开展科研创新的能力。 3.2培养学生团队协作能力
机器人搭建项目小组依靠相互协作与积极配合来完成创新作品项目，同学间互相交流和学习，有利于集思广益，激发灵感，开阔思路，锻炼学生个人的团队精神和协作能力。
3.3培养学生设计作品和软件编程能力
通过教师在上课时适当的引导，学生能够设计出任何可以想到的机电产品或模型，通过亲自动手搭建以及软件驱动模型，达到提高学生分析问题和解决问题能力的目的。
3.4培养学生实践动手能力
当前高校毕业的大学生普遍缺乏工程实践动手能力。由于存在教育理念、办学方向、培养模式等一些因素的影响，现在学生侧重于理论知识的学习，而忽视实践动手能力的培养，造成高校毕业生创新能力、实践能力、综合素质等达不到用人单位的标准。通过机器人实践教学以及机器人比赛等项目的锻炼，学生能够从纯理论的学习过渡到理论联系实际，从而提高学生的动手实践能力。
4机器人创新实践教学成果
近年来，我校工训中心推行教学改革，创立了开放性的机器人自主学习实验教学课程体系，为学生营造了自主创新学习的良好氛围，取得了可喜的成绩。2009年1月在创新训练课程的建设与实践获得“内蒙古工业大学教学成果”二等奖；2008年获得第九届“中国智能机器人大赛”一项一等奖、两项二等奖；2009年第十届“中国智能机器人大赛”中获得一项一等奖、一项二等奖；2010年在第十一届“中国智能机器人大赛”中，我校学生在足球、灭火、搜救、游世博、吸尘五项比赛中获得五项一等奖；2011年在中国机器人大赛暨robocup公开赛robocup中型组项目比赛中分别获得一、二、三等的好成绩；同年11月在第十二届“中国智能机器人大赛”中国际赛制机器人灭火比赛、国际赛制类人机器人擂台赛等八项比赛中获得数个一、二、三等奖的好成绩；2012年中国机器人大赛robocup公开赛中获得一、二、三等奖；连续三年参加2010、2011年、2012年亚太大学生机器人大赛，获得了不错的成绩。通过比赛获奖，学生们树立了自信心，增强了团队意识，学会了团结协作，对于交流合作的重要意义有了较深入的理解，为他们未来工作奠定了基础。从机器人创新实验室走出去的很多学生综合能力得到了很好的提升，有的学生得到了保送研究生的资格，有的在参加比赛时就被企业看中，比赛完签约的学生也有很多，找到了自己人生的目标和定位。
5结束语
机器人创新实践教学课程通过讲座、实践、讨论、参加全国性的比赛等实践活动，系统地训练了学生的创新能力和实践能力；使学生对如何完成一个项目有了全面而具体的了解；实现了工科新生一开始就接触工程知识、真实的工程问题，学生初步了解了工程师应具有的素质-知识-能力；有助于培养学生的工程意识和专业兴趣，对学生尽早制定职业规划和促成学生主动学习起到了积极的推动作用。
参考文献
[1]宋继忠，刘永葆，张树龙.创新教育在机械工程实践教学中的应用[J].实验室研究与探索，2011，30（9）：240-242.
[2]方敏，葛锁良，温阳东等.集中实践环节的计划与实施[J].实验室研究与探索，2005，24（S1）：42-44.
[3]蔡炽，蔡炳新.以培养创新型人才为宗旨，全面提升国家级实验教学示范中心建设水平[J].实验技术与管理，2008，25（2）：107-109.
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[6]孙立宁.科研、教学、产业三位一体争创世界高水平的哈工大机器人研究所[J].机器人技术与应用，2004，（6）：21-27.
[7]王海滔，高原，刘波.研究型化学实验教学的探索与实践[J].化工时刊，2010，24（6）：71-73.