依托机器人创新平台,提升人才培养质量

依托机器人创新平台,提升人才培养质量 结合中国矿业大学机器人创新实验室实际运行情况，在创新实验室活动内容、实验室日常管理方法和学生参与机制等方面进行了探索，形成了基于提高学生创新实践能力和团队合作精神为培养目标的运行新模式。机器人实验室利用率创新创业型人才机器人一种集合了机械、电子、计算机、人工智能等多种技术在内的可编程和多功能的机电综合体。机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统等组成。一般可以开设电工、电路、数电、模电、单片机、PLC、动力学仿真、自动控制等实验课程，基本上满足本科教学的需要。机器人是多学科交叉的综合体，是最典型的一种机电一体化技术，在机器人方案设计、零部件设计与制作、控制系统软硬件设计及提高可靠性和稳定性等方面都有大量工作要做，并为学生提供了多学科、多领域的学习机会。一、现有实验室教学模式创新教育是以培养人的创新意识、创新精神和创新能力为基本价值取向的教育实践，是以发掘人的创造潜能，弘扬人的主体精神，促进人的个性和谐发展为宗旨，以实现人的全面发展为目的的教育，旨在培养创新型人才。然而，当我们以实验教学在人才培养中所应发挥的作用为依据，审视和反思传统实验教学模式时，就会发现传统实验教学远远没有达到其应有的培养目标。1.重视不足高校是知识创新、传播和应用的主要基地，加强高校实验室资源建设，提供水平高的并且配套率高的实验设备，是实现创新教育的必要条件。但目前大多数高校由于对实验教学重视不足，造成实验设备、实验经费、场地配置不足、实验人员编制有限等诸多方面的原因，就很难向大学生提供实际动手操作的条件和机会，这将直接影响学生今后的发展方向，也难以在科学领域占一席之地。因此，实验室在实验装备上应提高投入，更好地为高校大学生创新人才的培养提供雄厚的物质基础，而不是把实验教学当成本科生理论教学的补充和延伸。2.定位不合理现行的实验教学目标过分强调验证理论，开设的实验往往只是一个“装配”实验，培养的也只是一个装配工，不能锻炼和培养学生解决问题的能力，创新更无从谈起。这种教学目标显然不能适应知识经济对创新人才培养的要求。事实证明，实验教学最基本的目的是让学生学习实验方法、科学思维方法和学科的基本研究方法。综合现代科技发展的新知识、新技术和新实验方法，精心选择综合性、先进性、新颖性、应用性强的实验来激发学生的求知欲，培养学生综合把握和运用学科知识的能力。科研层次的实验则要在优秀实验教师与技术人员的指导下，鼓励学生从科研项目中、社会生产实践中或教学改革中寻求研究课题，独立设计、自查资料、自拟实验方案、进行探索性、创造性实验。实验室工作体制的创新为塑造知识经济所要求的创新型人才提供了有力的保障。3.指导思想脱离实际现行的实验教学往往采用专业的实验仪器，具有封装性强，操作简单等特点。但是，在实验教学当中，这是非常有害的，比如学生做单片机实验室，使用的单片机实验箱中的所有管脚都在箱体内部连接，需要连接的线为了操作方便也被移动到一起，可以使用排线一次性的连接好。这就造成了部分学生一直以为芯片本来就是这样。实验时，老师给学生讲解实验的连线方法，学生依照实验指导书照单抓药，然后写入实验书上的例程，最后完成实验。在此过程当中，学生唯一要做的就是执行，机械的执行。致使学生对实验毫无兴趣，只求快速做完实验得到结果。严重抑制了学生思维能力与智力开发，丧失了锻炼学生发现问题、分析问题、综合解决问题的能力的机会。二、创新实验室的教学模式实验室是创新教育实施的基本条件，是培养创新精神、创新能力的重要场所，也是学生潜能得以发挥的最好场所之一。建立和完善以培养学生创新精神和创新能力为目标的创新实验室并使之正常运转，不仅仅为学生的实践锻炼提供了物质条件，更是给他们创造了一个广阔的思维空间，其结果是使学生的实践与创新能力得到锻炼，科学的工作态度和创新精神得以培养，参与科学研究的热情得到激发，从而达到创新教育的目的。但是，目前高校中普遍存在的情况是学生除按课表安排的时间去实验室上课外，一般很少去实验室。这种传统的教学方式，使学生只能在有限的时间内，完成教学大纲要求的必作实验内容，学生的实验过程是在教师的讲解示范下，按实验指导书上的实验步骤“照方抓药”式的做实验，因此很大程度上限制了学生创造力的发展，抑制了他们的创新精神，不利于学生创新能力的培养。在大多数人看来，机器人似乎离我们很远，它应该是“高精尖”的产物，所以学生们对接触机器人时，并亲手设计机器人的激情是无法想象的。这种可以融入自己思想，自己动手设计并制作的实验使学生体会到了成功的喜悦和解决问题的巨大成就感，激发了学生持续的学习热情。1.以机器人为载体为满足创新性人才培养的需要，我实验室采用目标管理方法，即只提供两个明确的目标和若干个前沿探讨性课题供学生参考，一个明确的目标是：“做一个循迹小车平台”，学生在这个项目当中自己设计自己制作，从学生的作品来看，仅控制器就有很多种设计方案，有用数字电路中的门电路制作的，有用模拟电路中的比较器制作的，还有用单片机制作的，展示了学生的无尽的创造力和学习热情，彻底摒弃了以往教学实验中的学生机械操作的弊端。另一个明确的目标是做一个四足的仿生机器人，在这个项目当中，学生要首先选定仿生目标，并在高速摄像机下分析其运动过程，设计出合适的机构图纸，并在PRO/E等软件仿真成功后制作。该项目要求有生物专业的学生来分析仿生目标的运动过程，并提出仿生机器人的关节模型，要求有机械专业的学生根据关节模型设计机构图纸和加工图纸，要求力学专业的学生根据机构图纸进行动力学仿真，要求控制专业的学生制作仿生机器人的“大脑”。该项目可以让学生在一种团队合作的氛围中分析问题，并通过运用已有的知识和“探究”式地面对未知知识的学习来解决问题。这种学习形式既培养了学生获取信息、加工信息的能力，也培养了学生的创新能力、终身学习能力和合作沟通能力。2.以开放性为保障我们对实验室的开放为完全的开放：一是时间的开放，即实验室由低年级研究生管理，主要负责实验室的开关门及突发事件的处理，一般从早上8：00到晚上10：30一直开放，学生可根据自己的兴趣和自己的学习时间，合理安排进入实验室的时间。二是实验人员上的开放。国内高校的创新实验室以及机器人实验室一般由相关专业的研究生或高年级本科生参与，只面对少部分的学生开放。而我们实验室改革后对学校所有感兴趣的学生开放，并从中吸收部分优秀学生早期进入实验室参与实验室的科研攻关项目。实验室开放教学把学生推到实验的主体地位，学生在实验室内结合实验室的方向和条件，自行提出机器人要实现的目标，并独立完成机器人的设计、制作和软硬件的联合调试。实验室开放后具有较强的综合性和实践性，给学生提供了较大的创新思维的空间，培养了学生的创新精神与实践能力，可以充分运用自己所掌握的知识和技能，淋漓尽致地发挥自己的特长和聪明才智。3.以创新能力培养目标我创新实验室的存在就是为了培养学生的创新能力，从实验室的日常管理，发展目标及长期规划，都由学生管理委员会决定。实验室在日常运行的基础上成立了机器人兴趣协会、航模协会等学生社团，并定期举办讲座和比赛，有效激发了学生参与科技创新，开发与研制的兴趣与爱好，对于培养其创新精神，激励创新意识具有重要的意义。创新实验室的一切都是为了更好的培养学生的创新能力，实践证明，在充裕的时间保证下，学生对自己感兴趣的项目具有极大的热情和超乎想象的创造力，我创新实验室的运行，证明了该方案对学生素质的提高和创新能力的培养做出了巨大的贡献。三、结论自创新实验室改革后，实验室开放性的实验内容吸引了学生的兴趣，每天10个实验台全部满员，致使实验室管理不得不采取预约，延长开放时间等措施来满足学生的需要。一个机器人的制作，往往要求两个以上不同专业的学生合作完成。多个学生的相互配合，相互帮助才能完成整个项目，这就间接培养了学生分工协作的能力和人际沟通能力。在学生制作机器人的过程中，学生的动手能力和解决问题的能力大幅度的提高，为以后的学习和工作打下坚实的基础。创新实验室改革后，部分学生作品近几年来在江苏省机器人大赛、全国大学生机器人大赛上获得一等奖数十项，充分证实开放实验室对大学生创新能力的提高有着及其重要的作用。 参考文献： 1李鸣华.机器人教育的教学设计J.中国电化教育，2007，（247）. 2盘宁，黄桂标.把实验室建设成为创新教育的重要基地J.广东工业大学学报（社会科学版），2007，（7）. 3王益，张剑平.美国机器人教育的特点及其启示J.现代教育技术，2007，17（7）. 4张云洲，吴成东等.基于机器人竞赛的大学生创新素质培养与实践J.电气电子教学学报，2007，29（1）. 5王海珍.创新教育与当代高等教育J.高等理科教育，2002，（5）. 6梁上燕，孙建安.对高校传统实验教学模式的反思J.西北成人教育学报，2007，（4）. 7杨彬.智能机器人课程是素质教育的新载体J.中国职业技术教育，2007，（278）. 8陈忠荫.建立开放性实验室培养创新人才J.琼州大学学报，2007，14（2）.基金项目：1.教育部人文社会科学基金（09JDSZ3038）；2.江苏省教育厅高校哲学社会研究项目（2010SJD880057）。第 7 页 共 7 页