以“机器人”为主线的电子信息类专业综合实践教学改革

李菲

【摘 要】为了更好地实现高素质工程技术人才的培养，对电子信息类专业的综合实践课程进行了改革。机器人是电子信息类专业实践教学的理想平台，不仅可以进行独立的综合实践训练，也可与多门专业课程的实验结合起来，对提高学生的设计与动手能力有很大的帮助。整个改革的内容包括构建以“机器人”为主线的新的实践教学体系、以机器人实验平台为工程对象完成相关专业课程中实验教学、在机器人平台上实现综合设计训练。

【关键词】机器人；综合实践；教学改革

中图分类号： G712；TP242-4 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）26-0068-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.26.028

The comprehensive practice teaching reform of electronic information specialty with “robot” as the main line

LI Fei

（Shaoyang University，Hunan Shaoyang，422000， China）

【Abstract】In order to better realize the cultivation of high-quality engineering and technical personnel， the comprehensive practical course of the electronic information major has been reformed. Robot is an ideal platform for practical teaching of electronic information. It can not only carry out independent comprehensive practical training， but also can be combined with experiments of many professional courses， which is of great help to improve students' design and hands-on ability. The whole reform includes the construction of a new practical teaching system with "robot" as the main line， the robot experiment platform as the engineering object to complete the experimental teaching in relevant professional courses， and the comprehensive design training on the robot platform.

【Key words】Robot； Comprehensive practice； Teaching reform

1 機器人是电子信息类专业实践教学的理想平台

1.1 机器人涵盖多门课程知识

机器人系统的综合设计需要学生具备电子技术、嵌入式技术、传感器技术等多门课程知识，通过整个机器人系统的实现，可完成学生所学课程间的知识融合，由单一的课程知识点到形成综合性的知识体系。

1.2 提高学生设计与动手能力

由于机器人的综合训练包括了机械结构的搭建和功能系统测控，要完成整个训练需进行合理的规划和布局。这不仅巩固了学生的理论知识，也提高了学生的动手能力，实现了学生从“学”到“用”再到“创新性应用”的转化。

1.3 培养学生独立分析与解决问题的能力

机器人系统的实现是一个复杂的过程，它牵涉到零部件的选择、传感器、电机的选择、运动方案的确定、参数的确定等多个环节，在实现的过程中，学生将遇到很多课本上没有的实际问题，通过系统的训练，可使学生分析问题、解决问题的能力大幅度提高。

2 现状分析

我校早在2008年就开始着手构建关于机器人的实践教学，该类教学主要面向电子信息工程、电子科学与技术、计算机与物联网专业的学生，旨在通过机器人系统的设计与实现，来培养学生的工程实践能力和综合设计能力。为了实现这一目标，我校主要从机器人实验室建设、师资培训和实践课程建设三个方面进行了重点建设与培养。经过多年的建设，取得了一定成绩，但也存在以下一些问题：

（1）机器人与专业课程结合性不强，大多独立开设，而且只在第七学期开设，学习时间较短，没有形成系统化；

（2）大多仍以知识传授为主，没有以学生的综合能力培养为前提；

（3）综合设计的工程性不强，只对机器人的结构键进行拆装与组合、或在现有程序上进行修改等，具有很大的局限性，无法体现综合设计，也无法体现创新设计。由于前期基础薄弱，从机械结构的搭建到信号的检测再到功能的实现这整个设计过程中，学生感觉较困难，涉及的知识点也多，学生一时掌握不了。而且，实现的系统功能有限，仅限于简单的运动，无法完成某种特定功能。

3 建设目标与内容

根据电子信息类人才培养目标和机器人课程现存的问题，需建设的目标与内容有：

（1）围绕专业培养目标，以综合设计能力为导向，加强产教融合，建立以“机器人”为主线的电子信息类专业综合实践教学课程体系。

（2）整合和优化电子信息类专业实践课程的教学模式与内容，将机器人平台融入到专业课程中，实现以“机器人”为工程对象的理论学习与应用；

（3）将教学从教师的“理论知识传授”转变为学生的“综合设计能力实现”，深化产学研协同育人，全面提升学生的综合实践能力，培养高素质的信息类工程技术人才。

（4）建立科学的保障机制与评价体系。

4 具体实施办法

4.1 以综合设计能力为导向，构建以“机器人”为主线的新实践教学体系

根据培养目标，形成以“机器人为实验平台”的实践课程体系，具体如图1所示。整个课程体系分为按照年级分为四个阶段，大一阶段主要是进行学习兴趣的培养，通过机器人第二课堂学习机器人的结构搭建和图像化编程形式，同时在这个阶段会开设C语言课程，学会在机器人应用中如何进行C语言编程。在大二和大三阶段主要是专业课程的学习，在这两个阶段主要将机器人平台和专业课程结合起来，包括单片机原理与应用、传感器原理与应用、嵌入式应用设计等课程，在机器人平台上实现这些专业课程的实验。在大四阶段主要进行产学研的协同创新，通过专题训练来进行综合系统设计，提高学生的综合实践能力和应用能力。

4.2 机器人平台下的专业课程实验教学改革

将机器人引入到专业课程中，形成以“机器人”为工程对象的教学模式，让学生带着问题去学习，可促进学生对所学知识和技能更系统地掌握，更有利于学生将各种知识融会贯通。同时，也能很好的激发学生的学习兴趣，教学效果可得到显著提高。

在机器人与专业课程对接的时候，各专业课程的实验教学大纲、实验教学内容等都需要重新修订，都需要加入机器人的内容，利用专业课程的某一个知识点或几个知识点去解决机器人中的某一個工程问题，使理论知识的学习更对象化、工程化。

4.3 机器人平台下的综合实践课程教学改革

机器人的综合实践课程教学体现在两方面：机器人综合设计训练；毕业设计、竞赛、开放实验以及机器人第二课堂等实践环节。

4.3.1 机器人综合设计训练

机器人综合设计训练课程开设在第七学期，通过前面六个学期的积累，要求学生完成具备某种功能的机器人系统设计，整个设计过程分为3个阶段。

（1）阶段1：机械结构组装

该机械结构的组装以具体的功能机器人为目标，共设计四种：双足机器人、扫地机器人、5自由度机械臂、四轮机器人。具体见表1所示。

（2）阶段2：信号检测

机械结构组装完成之后，机器人要自主地运动或工作，必须依赖于对外界环境的感知和判断，通过传感器来完成对距离、温度、光线、声音、图像等信号的采集。具体见表2所示。

（3）阶段3：专题训练

该阶段的训练以专题训练为主，需完成具有某种功能的机器人系统设计，具体见表3所示。目前，专题训练的内容包括扫地机器人的设计、智能小车的设计以及5自由度机械臂的设计等，学生可（下转第42页）（上接第69页）以选择其中一个完成，包括功能分析、机械结构搭建、传感器检测、编程以及功能实现与调试，整个完成时间设置为24学时。同时，学生也可以选择其他项目进行综合系统设计，但是必须经过指导教师的同意才可进行。

4.3.2 其它综合实践环节

除了专门的综合设计训练课程外，学生还可通过毕业设计、竞赛、开放实验或机器人第二课堂的方式进行机器人综合系统设计。设计的内容可自行选定，也可由指导老师拟定，在完成过程中，需提交申请，批准后方可进入机器人实验室。

4.4 建立科学的保障机制与评价体系

保障机制：（1）实验室条件。目前，探索者实验室已基本建设完成，但要圆满地完成机器人与专业课程的实践教学紧密结合环节、综合设计环节，有必要进一步扩展机器人实验室。（2）实验室规章制度。整个综合训练过程包含了兴趣课堂、专业课程实验、毕业设计、竞赛、开放实验等环节，环节较多，学生需严格遵守实验室规章制度，需进入实验室学习之前，必须提出申请，获实验室负责人员批准后方可进入。

评价体系：由于综合实践课程包括两部分：专业课程实验和综合设计训练，因此在面向不同的环节时应采用不同的评价标准，但是不管是哪个环节，都需要进行多方评价，包括指导教师、督导、企业和社会等。

【参考文献】

[1]张明德.以培养工程实践能力为目标的机器人课程设置模式[J].重庆与世界（学术版），2015（01）.

[2]王军，李明.面向机器人工程对象的“创新研究型实验”课程建设[J].实验室研究与探索，2013（06）.

[3]邱丽梅.应用型本科院校机器人技术课程教学改革与实践[J].榆林学院学报，2015（02）.

[4]张彦斌，宋磊，邱明，张占立，田军营.面向工程教育专业认证的机器人学课程教学改革与实践[J].中国现代教育装备，2017（09）.