“机器人学”课程思政建设

［摘 要］ “机器人学”是机器人工程、人工智能、自动化等专业的核心课程，探索“机器人学”课程思政建设对相关专业“三全育人”教学模式的实现具有重要意义。机器人技术发展迅速，对制造业高质量发展和应对人口老龄化有着重要作用。“机器人学”课程蕴含了非常丰富的思政元素，从家国情怀、科学精神、工匠精神、人文关怀、哲学原理等五个方面充分挖掘了思政元素。通过巧妙的教学设计，在传授显性知识的同时，进行潜移默化的价值引领，实现了良好的思政育人效果。

［关键词］ 机器人学；课程思政；家国情怀；人文关怀；科学精神

［基金项目］ 2021年度中南大学课程思政建设研究项目“‘机器人学导论’课程思政建设”（2021KCSZ033）

［作者简介］ 谢 斌（1983—），男，湖南永州人，工学博士，中南大学自动化学院人工智能系副教授，主要从事智能机器人、智能网联汽车和智慧医疗研究；陈白帆（1979—），女（苗族），湖南常德人，工学博士，中南大学自动化学院人工智能系副教授，主要从事智能机器人、机器视觉和机器学习研究；万 辉（1974—），女，河南邓州人，工学硕士，中南大学自动化学院助理研究员（通信作者），主要从事计算机科学与技术及教学管理研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）29-0141-04 ［收稿日期］ 2023-03-13

2020年5月，教育部印发的《高等学校课程思政建设指导纲要》（以下简称《纲要》），要求把思想政治教育贯穿人才培养体系，全面推进高校课程思政建设，发挥好每门课程的育人作用，提高高校人才培养质量［1］。自此以后，各类高等院校掀起了一股课程思政建设热潮，也涌现出一大批关于课程思政建设内容设计［2］和具体课程思政元素的研究成果［3-4］。

“机器人学”是机器人工程、人工智能、自动化等专业的核心课程。中南大学从1987年开始，由蔡自兴教授带领教学团队先后为自动化和智能科学与技术等专业开设了“机器人控制技术”“机器人概论”“工业机器人”“机器人学导论”等课程，至今已有30多年的历史，是国内最早开设该类课程的大学之一。课程建设团队编写了一系列机器人学教材，被全国高校广泛使用，有力推动了我国“机器人学”课程的普遍开设［5-7］。从2019年起，课程建设团队对“机器人学”课程开启了课程思政建设教学改革，取得了初步的成效，相关课程思政元素和课程思政建设思路可供同类型课程参考。

一、“机器人学”课程简介

机器人学是一门高度交叉的前沿学科，集机械工程学、计算机科学、控制理论与控制工程学、电子工程学、传感技术、人工智能、仿生学、社会学等诸多学科知识之大成，是一项综合性很强的新技术。“机器人学”课程主要介绍机器人学基本原理与技术，尤其是机器人的控制技术。该课程总体上以理论为指导，以工程为背景，紧密结合实验，使学生掌握通用工业机器人（机械手）的基本原理、结构、操作及编程等方法，学会机器人控制、通信、计算机视觉技术，达到融会贯通信息、电子、机械、传感及控制等技术的机电一体化人才培养目标。通过对这门课的学习，使学生对机器人学有一个全面、深入的认识，培养学生综合运用所学基础理论和专业知识进行创新设计的能力，能够极大地提升学生解决复杂工程问题的能力。

“机器人学”课程的主要特点概况为新颖、有趣、学科高度交叉三点。世界上第一台工业机器人也不过出现了60余年，尚未形成完整的学科体系。近年来，随着制造业智能化和人口老龄化的发展，机器人技术正受到越来越高的社会关注，各类新技术层出不穷，导致机器人学本身的教材、教学内容、实验设备仍在快速发展中。根据技术的发展和专业学生的需求，课程团队不断更新优化教学内容。

“机器人学”内容广泛，针对不同专业、不同学时的课程，可以在教学内容和教学重点方面有所取舍。以人工智能本科专业为例，主要讲授了坐标变换、运动学、动力学、机器人传感器、机器人视觉、轨迹规划、机器人控制等内容。其中坐标变换以矩阵的形式处理机器人系统中各个物体的相对位置，是一切机器人操作的基础；运动学以DH参数为核心，求解机器人末端位姿与关节变量之间的关系；动力学主要介绍拉格朗日法和牛顿欧拉法，求解机器人关节驱动与对应运动之间的关系；机器人传感器分为内传感器和外传感器，分别用于感知机器人内部的位姿状态以及外部所处的环境；机器人视觉是一类最为常见的外部传感器应用，主要用于作业环境的感知，相机标定和手眼标定是机器人视觉的两项关键技术；轨迹规划主要有关节空间和笛卡尔空间两种类别，用于生成特定末端轨迹所需的关节轨迹；机器人控制采用各类经典控制方法和智能控制方法，用于确保机器人能按期望的轨迹进行运动。对人工智能本科专业，运动学、机器人视觉和轨迹规划是课程讲授的重点。相较于传统的“机器人学”课程，我们新增了机器人视觉部分的内容，为了控制总学时数，去除了机器人编程语言等相关内容。人工智能专业“机器人学”课程的主要教学内容如图1所示。

二、“机器人学”课程思政设计

《纲要》指出，要深入梳理专业课教学内容，结合不同课程特点、思维方法和价值理念，深入挖掘课程思政元素，有机融入课程教学，达到润物无声的育人效果［1］。工学类专业课程，要在课程教学中把马克思主义立场观点方法的教育与科学精神的培养结合起来，提高学生正确认识问题、分析问题和解决问题的能力，注重强化学生工程伦理教育，培养学生精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。

根据《纲要》的要求，我们从家国情怀、科学精神、工匠精神、人文关怀、哲学原理等五个方面充分挖掘“机器人学”课程的思政元素。在传授显性知识的同时，进行潜移默化的价值引领。

机器人技术的应用关乎全球制造业发展的国际竞争，是当下和未来大国竞争的重要领域。我国作为全球最大的制造业国家，正在走向高质量发展的道路，这期间机器人技术在制造业的应用变得至关重要。我国已经连续多年成为全球最大的工业机器人市场，但国产机器人只占据不到1/3的市场份额。除了品牌、技术积累方面的差距，核心零部件受制于人是非常重要的原因。在《绪论》和《机器人应用》的章节中，给学生介绍全球机器人市场的最新数据和发展态势，既要为我国超大规模的市场感到自豪，同时也要清醒地认识到我国在机器人关键技术上的短板，激励学生投身基础研究和应用研究，突破“卡脖子”技术难题。

机器人技术的研究需要尊重科学，吸取全人类科技的精华和经验教训，在新领域、关键核心技术领域做出新的突破。例如，张正友相机标定法是计算机视觉领域中应用较为广泛的相机标定方法，‌由中国人张正友博士于1998年提出。又如，机器人技术在星球探测中的应用，我们可以通过探月计划、天问计划中星球探测机器人的设计和应用，弘扬追逐梦想、勇于探索、协同攻坚、合作共赢的探月精神。

我国是全球最大的制造业国家。相比于德国制造、日本制造、美国制造，中国制造给人最大的印象在于物优价廉。我们应通过课程实例，培养学生敬业、精益、专注、创新的工匠精神，进一步提升中国制造的竞争力。

机器人技术的应用，还存在着良好的人文关怀价值。机器人不仅可以在恶劣工种中减轻或消除劳动者的压力，还可以在抗灾搜救等领域发挥不可替代的作用。随着老龄化社会的到来，我们会面临适龄劳动力短缺的困境。机器人技术是应对人口老龄化的一条可能的解决办法。当然，机器人本身可能带来的社会问题（如抢占就业等）、伦理问题（如军事应用等），也给我们带来了许多思辨的绝佳案例。

“机器人学”课程中也蕴含了非常丰富的哲学原理。在讲授相关知识点时，用哲学原理辅助进行讲解，不仅有助于学生深入理解相关概念的原理，还有助于促进马克思主义哲学原理在分析问题时的应用，构建辩证的思维模式。例如，在讲授动力学时，可以通过因果原理解释受力与运动的关系，受力是产生运动的原因，而运动是受力的结果，进而可以从原本比较晦涩的动力学公式中理解其本质。

从上述视角出发，我们从“机器人学”每个章节中都挖掘了若干思政元素点，进而进行了相应的教学设计，各章节的课程思政教学设计如表1所示。

三、课程思政建设思考

我们从2019年起开始对“机器人学”课程进行思政建设的尝试，迄今已经经过3年6轮的授课。从一开始几乎没有相关具体经验可以借鉴，到一点点生搬硬套其他课程的思政设计，再到思政元素的不断深入挖掘，进而逐步凝练出爱国主义、科学精神、工匠精神、人文关怀、哲学原理等核心思政要素，初步形成了具有自身特色的课程思政体系。课程思政建设过程中也遇到不少困惑，下面几点思考不一定全面准确，仅供相关课程的思政建设参考。

（一）课程思政的建设应标准化、规范化

教育部对中小学课程制订了统一的课程方案和课程标准，尽可能保障了不同地区教育的均衡化。但在大学阶段，由于办学层次、专业设置和师资力量的偏差过大，一直没有统一的课程标准，各校的课程标准一般由各专业培养方案和对应课程大纲确定。现阶段课程思政建设的标准化规范化尚处于早期探索阶段，可以尝试先刚性要求课程思政内容编入课程大纲，通过教学设计、课件及随堂听课等形式检查，确保课程思政进入授课的全环节。

（二）课程思政建设的核心在于恰当思政元素点的挖掘

教育的本质目的是立德树人，专业课的主要目的在于培养学生的专业素养。良好的思政元素点应从每次课程的具体内容中脱颖而出，不能为了满足课程思政的要求，在每堂课上生搬硬套思政案例，或使用非常牵强的例子进行思政讲解，其效果只会适得其反。

（三）良好的课程思政教育效果需要进行精心的教学设计

从教学内容中发掘思政元素点后，还需要精心设计具体的引入形式和讲解方式，确保思政教育润物无声和恰如其分。案例讲解、播放视频和师生互动是较好的引入方式。思政讲解无须过度展开，最好是能起到水到渠成、画龙点睛的效果，才是课程思政应追求的目标。

（四）课程思政内容有待于进入教材，推动更大范围和更高水平的思政教育

教育部提出全面开展课程思政建设的要求以来，各地各校课程思政的比赛、研究项目和教改论文，甚至专著层出不穷，但真正将课程思政内容融入教材的还很少。优秀教材对于提升课程质量的作用有目共睹，如能将课程思政内容融入未来的教材，无疑会在更大范围内促进课程思政建设的质量。

结语

根据《纲要》的要求，我们对“机器人学”课程进行了课程思政建设的改革，通过思政元素的深入挖掘，逐步构建家国情怀、科学精神、工匠精神、人文关怀、哲学原理等五个方面的思政要素。在传授显性知识的同时，进行潜移默化的价值引领。

下一步我们将尝试将课程思政内容引入《机器人学》教材中去，为更大范围地推动我国“机器人学”课程的思政建设水平做出贡献。课程思政教育效果的评价是另一项很有意义的研究，通过科学的评价可以对课程思政建设进行持续改进。本文提出的思政要素不仅可以在机器人学类课程中得到应用，相关课程思政建设思路也可以供其他课程的思政建设参考。

参考文献

［1］教育部.关于印发《高等学校课程思政建设指导纲要》的通知：教高〔2020〕3号［A/OL］.（2020-05-28）［2023-02-13］.https：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2020-06/06/content_5517606.htm.

［2］陈华栋，苏镠镠.课程思政教育内容设计要在六个方面下功夫［J］.中国高等教育，2019（23）：18-20.

［3］林旭梅，朱文杰，唐旭，等.课程思政在“机器人学”课程中的应用探索［J］.教育教学论坛，2022（11）：109-112.

［4］余娜.“工业机器人技术基础”课程思政教学探索［J］.南方农机，2021，52（21）：157-159.

［5］蔡自兴.机器人原理及其应用［M］.长沙：中南工业大学出版社，1988：20-24.

［6］蔡自兴.机器人学基础［M］.北京：机械工业出版社，2009：2-6.

［7］蔡自兴，谢斌.机器人学［M］.4版.北京：清华大学出版社，2022：2-4.

Curriculum Ideology and Politics Construction of Robotics Course