基于智能机器人的创新型人才培养模式初探

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摘要：新时代信息化精英教育环境下，如何全方位同步提高学生理论水平和能力素质，培养创新型人才，成为本科教育探讨的新方向。文章依托军事本科院校理工类专业教学环境，通过智能机器人科技创新平台探讨创新型人才培养模式，总结并推广经验性教学成果。关键词：智能机器人；创新型人才；培养模式

0 引言

随着科学技术的不断发展，社会对应用型人才和复合型人才的需求越来越大，高校作为精英人才的培育摇篮，应不断调整改革，合理定位，选择和采用有利于学生能力和素质全面发展和综合提高的办学体制。军事本科院校是军事人才实现理想的起点，承担着培育国防精英的重任，更应注重学生理论水平和能力素质的全方位提高。

精英教育理论中，创新是保持竞争优势的重要途径。构建创新型人才培养模式，必须坚持知识、能力和素质的辩证统一。在长期的教学实践和改革探索中，如何帮助学生理解创新精神，培养学生的创新意识，提高学生的创新能力，是我们着力研究和探讨的问题。智能机器人为学生提供了一个很好的科技创新平台，不仅易于激发学生兴趣，而且综合应用了理工科如机械、电气、控制、计算机等多门课程。智能机器人竞赛既可以丰富学生的理论知识，又能够锻炼学生的动手能力，更能培养学生的创新理念，已成为落实精英教育思想和培养创新型人才的重要环节。

1 创新型人才培养目标

1.1为创新型人才提供创新性教育方法

创新性教育方法就是在教学过程中，遵循创造活动的一般规律，引导学生的创造性思维，让学生充分发挥自主性和身心潜能吸收和掌握文化知识，并用以探索某些未知问题。与传统教学方法不同，创新性教育中的教学是双向的，教师施教于学生的同时，还可以从学生的学习活动中发现问题和获取知识，并鼓励学生大胆提出各种新异见解，启发学生共同思考。教师在讲解教学内容时，应给学生留下创造性思维的空间，注重不同学科之间的联系，使学生发现问题并开阔思路；因材施教，开展实践教学，让学生参加一些创新性的实践活动，使学生在理解和掌握所学知识的基础上，将其创造性地应用于解决实际问题上。

1.2为创新型人才培养模式构建实施要点

培养创新型人才涉及很多方面，教学模式和评价方式是人才培养模式中最明显的两个方面，影响和制约着其他模式和方法的实施。因此，构建创新型人才培养模式需要以这两个方面为切入点，有步骤地采取多方面的改革措施，积极推进创新型人才培养。我们总结如下几个方面创新型人才培养模式构建实施要点。

1）增加课程安排的灵活性，主要途径是减少必修课，增加选修课。

2）改变现有课堂教学模式，以启发式教学为主，使学生变被动接受知识为主动汲取知识，教师要给学生发现问题的机会，引导学生主动思考并获取新知识。

3）从多个方面全面评估学生的学习情况，包括对平时学习情况的考查、对完成作品的评价、对学生解决问题的能力进行评估等方式，改变片面依赖笔试的评估模式。

4）有意识地加强对学生创新能力的培养，加强其课外科学研究和发明创新能力，打破课程之间的界限，培养学生综合利用多学科知识解决理论与实践问题的能力。

5）在学习上给予学生更多的自和自由度。

2 智能机器人概述

智能机器人作为典型的工程系统对象，是创新能力培养的理想载体，是集培养综合素质和提供探索研究为一体的多元化平台，在项目的基础上把综合素质的培养贯穿始终，且具有良好的软硬件开放性及拓展性，可以提供丰富的资源及不断发展的新技术。

2.1特点

智能机器人类型很多，可以综述为一个“为学习各种传感器应用、单片机技术与C语言程序设计而开发的基础传感器和动作部件的教育平台，包括一个机器人对象和一块带有面包板的单片机教学板，配有一套基本的传感器和电子元器件包”。学生在学习阶段可以根据指导步骤，进行平台搭建、电路搭接、程序编写、联机调试、单片机微控制器下载，以执行对机器人的各种操作，包括沿线行走、走迷宫等；在创新阶段可以自行设计机器人功能并综合实现一些复杂操作，如跟随光源、距离检测或与其他机器人通信等。

智能机器人综合多学科的发展成果，反映高技术的发展前沿，涉及信息技术、机械控制等多个领域，融合多种先进技术；智能机器人的开发与应用涉及感测技术、通信技术、智能技术和控制技术，是进行信息技术教育的最佳载体，也是全面培养学生信息素质，提高其创新精神和综合实践能力的良好平台。

2.2平台优势

智能机器人本身是一个集成创新平台，体现如何利用各专业现有技术设计并实现最优的机器人系统；它也是一个应用创新平台，如能将现有的机器人技术应用到新的领域；此外，它还是一个原创实践平台，如新的智能机理、动作机构、算法更新等的设计和实现。

采用智能机器人作为学习、探索和研究的平台，可以将单调的知识学习和技能训练过程转化为各种有趣的制作和探究过程，寓教于乐，是对传统科学文化知识学习和技能训练的一种改革。通过对基于智能机器人技术的创新型人才培养的探索与研究，找到一种行之有效的方法提高学生的自主学习能力，增强学生的创新意识和能力，对学校教学改革和学生个人能力培养都具有重要的意义。

3 基于智能机器人的创新型人才培养

3.1创建机器人学生社团

以竞赛激发学生参与的兴趣，鼓励学生报名。学生根据兴趣和特长进行分组，组内、组间既有合作，又有竞争，有力地推进了学习进度。建立学生社团，可以创造互相竞争和互相帮助的学习氛围。学生在团队学习过程中携手合作，弥补相互问的不足，遇到问题一起讨论解决，体会到团队的重要性，不断学习并且获得进步。同时，团队的学习过程就是学生主动学习的过程，因此团队学习可以培养和提高学生的自主学习能力，使学生能够体会到主动学习的快乐。

3.2设置机器人创新实践课程

根据教学对象的特殊性，在人才培养过程中，组建机器人社团是以大学本科一、二年级学生为主。这些学生基础知识还不够健全，系统意识和工程实践能力相对薄弱，因此，团队指导采用导师制。导师来自各学科领域的资深教师，一方面通过合理的课程安排为学生讲解理论背景，另一方面辅助学生协调解决各类问题。

导师授课的内容根据后期工程实践需要按时间进度合理安排，具体包括机器人技术综述、单片机原理、单片机开发技术、C语言、面向机器人的C语言程序设计、电气基础、机器人电路开发、传感器原理、机器人常用传感器应用技术等。

机器人创新实践过程是学生将所学理论融会贯通的过程。将各学科知识高度交叉且实践性非常强的机器人技术引入实践教学，不仅有利于学生将所学课程知识进行整合，提高学生搜集和处理信息的能力，而且能够吸引他们积极参与并勤于动手，改变所学知识相对孤立并偏向理论的旧教学模式，改变重理论轻实践、把实践环节放在附属地位的情况，达到培养学生“知行合一”的教育目标。

3.3采用项目驱动教学模式

基于机器人竞赛的项目驱动教学以学生参加各类机器人竞赛为建设项目，为相关专业的学生提供自主创新平台。通过选择竞赛项目，如双足竞步、擂台赛、定向搬运等，学生在导师指导下进行系统设计，模块配置，机器人结构设计、安装、制作、调试，软件编程等环节的学习，设计并制作小型机器人进行比赛。在整个项目完成过程中，学生通过实践学会提出问题、分析和解决问题，不断提高实践能力和创新能力。

开放式自主学习使教学内容既满足教学基本要求，又与科研实践相结合。通过“实践一归纳一推理一再实践”的模式，学生能对机器人机械、电子、控制、编程等知识有系统的了解，提高学习兴趣，然后自己动手进行机器人的控制系统实验、感觉系统实验、离线编程实验、路径规划实验等，对所学课程知识及其应用达到融会贯通。

3.4组织学生参加机器人竞赛

国内高等院校课外科技创新活动的比赛种类和层次很丰富，为学生提供发挥和拓展创新能力的良好环境。经过一段时间的实践学习，笔者组织并辅导的学生团队不断成长进步，在中国机器人大赛暨Robo Cup公开赛、江苏省大学生机器人大赛、机械创新设计大赛等重大赛事中均名列前茅，并联合其他专业的学生共同参加多项校内科技创新竞赛，均取得优异成绩。

4 结语

智能机器人是一项十分有效的科技创新活动，提供了丰富的创新空间，完成从理论到实践的过渡。教师通过这样一系列由浅入深的项目教学或比赛，创造一种全新的教育模式。辉煌的战果量化地证明学生在智能机器人平台的学习中锻炼并提升了能力。

基于智能机器人的创新型人才培养仍处于探索阶段。未来我们将通过开展机器人俱乐部和开设机器人相关知识课程，在学校内部和校际间组织小型专项比赛，以及鼓励学生参加各级（省、全国）机器人竞赛，最终找到基于智能机器人的学生创新素质培养机制，使学生在收获各种成绩及知识的基础上，提高综合素质，成为有创新意识的应用型人才。我们将进一步总结经验，完善制度，改进不足，不断探索并推广基于智能机器人平台的创新型人才培养模式。随着机制的形成及培养体系的正规化，我们还会将智能机器人课程纳入到教学体系中，探索学校教育转型和学科建设的途径，对表现优异的学生给予学分奖励。