【摘 要】 根据应用型院校大学生创新与实践能力培养的目标定位，对机器人为载体的大学生创新与实践能力培养的实践教学模式探索。为学生提供更多的技术实践机会,培养和提高学生的技术应用能力和问题解决能力。探索模式分为创新创业平台的建立和“软-硬-体”模型的建设，以此培养学生的创新意识和创新能力。
【关键词】 创新创业;实践教育模式;机器人设计;智能机器人
中图分类号： Ｇ64 文献标识码： Ａ文章编号：ISSN1004-1621（2019）09-029-02
1.引言
近年来,为了激发学生的创造精神和培养实践能力,全面推进素质教育,我国先后开展了各种各样的科技竞赛活动,这些活动引起学生极大的兴趣,充分调动了学生的动手实践能力和创新的积极性。由于机器人自身的特点和对未来社会的影响,机器人技术不仅是全面素质教育的良好教材之一,也是科普教育的重要工具。在大学开展机器人设计与研发综合实践,有助于学生建立机器人、控制技术和人工智能的工程概念。使学生能够从系统的角度出发,学会综合运用电子和信息等技术,并将之有机地组织与综合,实现系统整体的最优化。同时对培养学生对新技术的综合运用能力、动手能力、创新能力、设计能力及团队合作能力都具有重要意义。
在大学开展机器人设计与研发综合实践,有助于培养学生的创新与实践能力,使学生建立正确的工程概念。同时对培养学生对新技术的综合运用能力、创新能力等都具有重要意义。科研与实验教学相结合，可以丰富实验教学内容，也可以丰富综合性、创新设计性实验，也是对实践教学方法和教学模式的改革。
2.实践教学目标
结合本学校现有情况和当下科技水平及大学生培养要求，总体实现首要目标如下：
（1）确定以机器人设计与研发培养学生创新和实践能力教学的理念与目的
机器人设计与研发综合实践从系统角度综合应用机械、电子、控制等技术与计算机技术的实践，体现了信息技术与机械技术的综合、软件技术与硬件技术的结合,体现了知识和技术的综合运用,有利于拓展学生技术学习的视野,给予学生亲近高技术的机会。通过安排合理的教学和技术实践活动,培养学生的创新精神,提高学生的实践能力,同时培养学生的团队精神和合作意识,为他们未来从事科研活动和就业打下坚实的基础。
（2）确定实践教学总体要求
该项目实践教学注重机器人的基本知识和技能的建构,关注机器人设计制作过程中的基本思想和方法,强调总体设计在整个机器人设计制作中的重要作用。通过对综合实践教学的学习和配套软硬件的使用,让学生经历机器人设计与制作的基本过程;掌握现代工业设计制作的一般流程(即:总体设计-结构设计-控制软件设计-运动与控制仿真-实体搭建-总结提高);通过该实践教学的学习和配套软硬件的使用,学生将能综合运用这些思想方法进行教育机器人的设计与制作,并能达到创新设计的要求。该课程还应关注学生情感态度价值观的培养和提高,在提供教学过程中,应充分考虑学生的合作学习和互动学习,从而确定实践的时间、内容、形式等。所提供的教学与实践软硬件平台以当代学习理论、认知建构理论、多元智能理论为指引,以当代先进的机器人设计制作技术为支持,结合高等教育的教育任务与目标,以“用技术改善学习方式,用技术促进学生发展,用技术促进学生就业”为宗旨,充分体现“技教融汇”的理念。
（3）确定综合实践活动流程
活动流程依据现代工业设计制作的一般流程展开。首先使学生明确设计任务的具体要求,并在此基础上进行系统总体设计,包括结构设计、控制硬件设计和控制软件设计等三个方面。设计完毕后进行运动与控制仿真,检验总体设计能否满足任务要求,如果不能满足,则需要对总体设计进行修改,直到能够满足任务要求。通过运动与控制仿真的设计,将按设计要求进行实体搭建,进一步检验设计的正确性,如果不能满足任务要求,还将回到总体设计阶段,对总体设计进行修改,直到能够满足任务要求。最后还应对整个设计过程进行总结提高。
3.创新创业变革措施
针对要实现的目标，我们开创了“软-硬-体”模式，即把握大学生创新创业的基本关键要素，将每个要素做到立足当下，看向远方。我们具体的措施包括建立老、中、青三级梯队的创新创业管理团队和师资力量；建设创新创业课程体系；开展创新创业实践。
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（1）创建专业的创新创业管理团队和厚实的师资力量
一般高校的创新创业管理团队是有学校的管理层和先关人员组成，缺乏专业知识的创新创业管理团队，特别缺乏“双师型”教学骨干。由于高校教学性质的影响，学校内缺乏“双师型”类的有实际开发经验的教师，反之有很多缺乏在企业实际锻炼，只能照本宣科缺乏经验的教师，这就造成了教师、学生不匹配，进度深度不同步的不良效果。
为了建设一流的创新创业教育平台，更好地培养创新人才，创新创业平台建设团队在平稳建设平台的同时重视管理团队和师资队伍的建设，深化改革，突破原有的管理体制，确立了以技能训练和人才培养为目标，服务全校学生和教学的管理体制。
根据实际情况，一方面，调整团队结构组成，创建包括老、中、青三级梯队的创新创业管理团队，补充优秀师资力量，同时，对不同的教学工作的人员进行调整分流，使创新创业团队的实践教学队伍的学历、知识、职称结构有较大的改善；另一方面，制订培养计划，落实培养措施。对所有的教师进行有计划专业培养，采取挂职锻炼，将教师有针对性的送到企业进行跟班培训。通过请进来和走出去，组织教师学习新知识、新技术、新工艺，使他们一专多能，不断提高他们的业务素质。另外，加强对教职工进行师德师风、职业道德、爱岗敬业的教育，努力提高队伍的整体素质。
（2）建设创新创业课程体系
教学环境内，为了培养和提高学生的技术应用能力和问题解决能力，我们对现有的教学课程的内容进行调整与补充，调整整个专业培养目标、课程体系、实践教学等各方面，制定从基础课程到专业课程的层层跟进，前后课程衔接的培养计划，从而满足机器人方向创新创业的需要。在一般专业课上开设如《数字逻辑》、《电工与电子技术》、《C语言程序设计》、《linux C高级程序设计》、《嵌入式基础》、《嵌入式应用技术》等基础课程。在专业课程上面开设《linux内核原理》、《单片机基础》、《图像处理技术及其应用》、《单片机应用基础》等，让学生们通过这些课程的学习，开展技术实践教学,可以培养学生系统的观点,提高学生的科学素质。在课外，专注于培养制度的建设，采用开发实验室制度，由专业教师辅导学生对创新创业所面对得问题设计解决方案。培养学生的团体意识和合作共事能力。教师和学生之间、学生和学生之间的协商、对话、交流和合作,对学生合作意识和能力的培养产生影响。构建“创新创业”课程体系，创新创业人才培养大有可为、课程体系与课外支撑体系建设是关键。
（3）开展创新创业实践
学院依托企业，利用企业提供的社会真实需求的科研课题，充分发挥大学生的创意与想象空间，设计出符合业内标准的新产品，以产生专利与新产品为主要目标，使大学生充分了解社会，更了解自身，为自己做出合理的人生规划。企业也借助大学生的创造活力解决了产品研发或生产方面的问题，形成了多赢的局面。
为此我们建立了创新创业平台，以行业企业为目标，以“机器人技术”为核心，以机器人结构设计、机器人运动控制、机器视觉与传感、嵌入式应用与开发等为内容。创新创业平台已学生为本，发挥学生的主观能动性，展开头脑风暴，以小组为单位，根据机器人实际所处环境，设计机器人动力结构和运动结构，解决乳爬坡、上楼梯等复杂路面的运行。并建立数学模型。然后团队合作，运用所学知识，利用嵌入式技术搭建智能平台，合作编写程序，根据传感器所获取的数据，进行数据处理并控制机器人的操作，培训学生对于嵌入式硬件设计、嵌入式软件开发等方面的技能。参加机器人大赛，团队协作让机器人完成包括巡线、避障、跟踪等一系列任务，在比赛中锻炼学生对机器人的机构设计与搭建、数据采集和处理、程序设计及开发等方面的能力。
总之，机器人作品的设计就是一个创意的过程,因此在实践中教师只对机器人的功能提出要求,不对其结构作详细的介绍，避免学生照葫芦画瓢,作品大同小异,千篇一律。教师给出的所有样例作品,旨在给学生一个启发,掌握作品设计一般方法。机器人实践教学使学生改变以往实践课程中的标准化、常规化,使学生置身于充满趣味性、创造性、挑战性的活动中,自主地探索、想象、构思和设计。
参考文献
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作者简介：
董伟（1980-），男，河北石家庄人，讲师，硕士，主要从事嵌入式系统方面的研究。
论文作者:董伟 滑斌杰 张静 孟军英
论文发表刊物:《科学教育前沿》2019年09期
论文发表时间:2019/12/2
标签：机器人论文; 学生论文; 技术论文; 培养学生论文; 能力论文; 教师论文; 实践能力论文; 《科学教育前沿》2019年09期论文;