应用型本科院校机器人类课程教学研究

［摘 要］ 教育是一国发展的重中之重，高校的发展更是代表了一国的教育质量与教育水平。近年来，人工智能越来越多地被运用到医疗、教育、军事等各个领域，给人类带来了极大的便利。相对于学术型本科院校教育，应用型本科院校教育为适应我国经济发展，对高素质应用型人才培养的需要和推动我国教育大众化进程发挥了积极的促进作用。面对人工智能技术的兴起与广泛应用，应用型本科院校教育行业工作者应当抓住机遇，变革传统教育观念，创新教学方式，推动应用型本科高校教育事业的改革和发展。分析了应用型本科院校开展机器人类课程教学研究项目的先进性，以及应用型本科院校教育中机器人类课程教学的意义，最后探讨了提高机器人类课程教学质量的途径，希望能够对相关工作者有所启发。

［关键词］ 应用型本科院校教育；机器人类课程；教学意义；达成度分析；教学途径

［基金项目］ 2019年度江西省教育厅科技重点项目“基于视觉机器人目标识别定位关键技术研究”（GJJ190941）；2017年度国家自然科学基金资助项目“类人双臂移动机器人整体性运动规划及基于图像和深度信息融合的目标抓取机理研究”（61763032）；2021年度江西省教育厅自然科学基金项目“风电叶片多激励双自由度疲劳加载系统机电耦合动力学研究”（20212BAB204039）；2023年度江西省科学教育学会在校研究生课题“多传感器信息融合的移动机器人目标识别跟踪研究”（2023KXJYS069）；2023年度瑶湖学院学生创新基金项目“面向协同跟踪任务共融类人机器人运动优化研究”

［作者简介］ 王红星（1973—），男，江西鄱阳人，工学博士，南昌工程学院机械工程学院副教授，硕士生导师，主要从事机器人研究；吴欢娣（1990—），女，江西丰城人，硕士，南昌工程学院图书馆馆员（通信作者），主要从事图书检索和机器人外语研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）38-0153-04 ［收稿日期］ 2023-05-26

引言

21世纪是快速变化的时代，是一系列新政策、新理念、新想法层出不穷的时代，不仅极大地改变了社会的生产方式，也使我们的生活发生了翻天覆地的变化。在多元化的时代，不得不提的也是时下热门的一个词就是人工智能。所谓人工智能（artificial intelligence， AI），其实是由计算机科学领域奠基人图灵提出的概念，是研究、模拟、延伸、拓展人的智慧的一门技术学科。人工智能主要由传感器及建立在传感信息基础上的相关智能软件组成，包括神经网络、机器学习和专家系统等。信息化是人类发展不可逆转的时代潮流，应用型本科院校机器人类课程的繁荣也绝非天方夜谭［1］。应用型本科院校注重学生理论与实践知识相结合的能力，其核心环节以实践教学和项目研究为主。作为以实践为主、理论与实践结合紧密的机器人类课程，较为适合应用型本科院校的设立和发展。站在新时代的起点，面向崭新的社会形势，我们能做的就是大力推进应用型本科院校机器人类课程的发展与兴盛。因此，探讨应用型本科院校教育中机器人类课程的教学现状及其途径就成为值得研究的一项课题。

一、教学研究项目的先进性

从1956年提出人工智能学科开始，人工智能学科得到了巨大的发展，并逐步形成了一个广泛的交叉领域与前沿科学体系。在信息化的21世纪，人工智能更是掀起了一股热潮，许多高校陆续开设了人工智能学科［2］。智能机器人是一个集机器人环境感知认知、机器人控制、智能决策的平台，其中环境感知认知包括传感器、信号采集与处理、目标识别、环境建模和理解、感知信息融合等内容；机器人控制包括运动控制、操作控制、多目标协调控制等相关内容；智能决策包括策略与决策、行为规划、情感决策、机器学习、群体智能、合作与协调等相关内容。智能机器人涵盖了经典控制论、运筹学、神经网络、模糊理论、图像处理与分析、模式识别、人工智能等相关理论［3］。

机器人的发展，特别是智能机器人的发展更是日新月异。人工智能与机器人这两个学科在理论上与实践上的结合，将会取得一种理想的效果，一个智能系统必须取得其工作环境和内部参数的各种信息，实现人、机和环境的相互作用，成为共融性机器人，以实现特定的任务。智能机器人正好是人工智能的一个载体，它为人工智能的教学提供了一个直接和感性的工具。因此，可以毫不夸张地说，应用型本科院校机器人类课程对课堂质量的提升大有裨益，对学生的未来发展具有不可小觑的意义。

二、应用型本科院校开设机器人类课程的意义

目前，尽管应用型本科院校机器人类课程正在如火如荼地开展，但是，部分高校在面对机器人类课程时持怀疑的态度，没有意识到在应用型本科院校教育中开展机器人类课程的重要意义。笔者认为，应用型本科院校教育中机器人类课程的开设具有如下优势。

（一）有助于教学研究

机器人教育是实践与理论的结合体，既能够有效地锻炼学生的逻辑思维能力，帮助学生培养探究能力，又能够发挥学生的自我个性，全方位地提高学生的思考能力。此外，不论是搭建机器人，还是使用机器人的过程，都是一项协调眼、手、脑的活动，通过这些活动，可以将教师与学生联系起来，教师可以在与学生接触的过程中明确学生存在的问题，并逐渐摸索出适合的教学方式，从而促进机器人类课程质量的提高，并将其融入其他课程。

（二）有助于提高学生对本学科的兴趣

学生可能在理论学习方面的能力较强，但是在实践方面的能力相对比较薄弱，创新能力欠缺，学习兴趣不足。机器人类课程的开设则在一定程度上解决了该问题。相信每一名学生都不会对机器人教育有抵触心理，因为学生的好奇心会让他们对这些科技产物产生无穷的探索欲与求知欲。科技的海洋无边无际，学生的好奇心永远都能够保持下去，他们的学习兴趣也会随着好奇心而不断增强。

三、贯彻落实应用型本科院校教育中机器人类课程开设的必要性

（一）契合相关文件的要求

国家出台过很多相关文件对教育进行规范和引导，其中包括《中国学生发展核心素养（征求意见稿）》提出的“核心素养”。此外，2017年，国务院印发的《新一代人工智能发展规划》提到，要开辟专门渠道，实行特殊政策，实现人工智能高端人才精准引进。在中小学阶段设置人工智能相关课程，尽快建立人工智能学院，增加相关博士、硕士招生名额。应用型本科院校机器人类课程则完全契合国家对学生核心素养的要求。机器人类课程有利于培养学生鲜明的形象思维和丰富的想象力，而且机器人类课程常常是基于团队合作完成的，有利于增强学生的团队合作意识与能力。学生在相互合作的过程中，不同的观点与意见相互碰撞，又产生新的观点，“头脑风暴”式的讨论对学生思维能力的发展十分有利。

（二）应用型本科院校教育现状存在的问题要求贯彻落实机器人类课程

个性化学习是近年来使用非常普遍的教学方法，它通过结合各个学生的特征与能力，制订出相匹配的应对方案。然而，要彻底实现以学生为核心的教学，就必须对长期以来以教师为核心的教学方式进行改革。说起来容易，但真正实施起来却面临诸多的困难与挑战，特别是对有着宝贵经验和一定实施成效的资深教师来说。我们往往可以看到，在课堂教学过程中教师很容易受限：一是习惯于传统教育观念，在上课时教师很容易落入“填鸭式”的教学弊端；二是存在教师面对多种多媒体工具使用不熟悉、态度不够端正的问题。21世纪是信息多元化的时代，多媒体教学显然已经成为这个时代的主流方向，我们必须以合理的方式引入机器人类课程，变革传统的“填鸭式”教学，让高效课堂“活”起来。

四、提升应用型本科院校教育中机器人类课程的有效途径

教师是学生在学校中可以依靠并信赖的存在，是学生未来的耕耘者和引路人。教师主持课堂秩序和营造课堂氛围，既要培养好学生的想象力，又必须同时兼顾好机器人在其中的合理运用，这离不开教师学富五车的知识储备与科学的教学理念，更要高校的教师共同努力、坚持不懈。笔者认为，要在教学中更好地发挥机器人的作用，可以从以下几个方面着手。

（一）熟知学生定位，给予学生自主“想象”的空间

在教学过程中，不难发现有这么一个现象，部分学生课上不爱与教师交流，并且小心翼翼、行动谨慎。这不仅在于他们不愿意表达或是不喜与人沟通，还由于他们惧怕自己讲错话，担心言行不正确而会遭到教师指责。这些思想是不能促进课堂教学的，且作用也微乎其微。在整个机器人类课程的教学实施环节中，学生对机器人的掌握程度常常与学生在实际生活中的经历息息相关，学生在教室制造、编程、调试机器人的整个过程，也为他们提供了一次完整的体验科学实验过程的机会。教师要充分把握这个过程，掌控每一个教学环节，在教学过程中适当启发学生，顺利完成课堂教学的重点和难点的突破。所以，教师必须抛弃以往的传统教学方法，给学生营造一种自然开放的教学氛围，使学生可以在参与探究时毫无心理压力，充分表现自己的思想和看法。在此期间，教师要做到耐心认真，面对学生提出的问题，教师要耐心指导，尽力解决学生的疑问。

（二）增加有趣的课堂活动，激发学生学习热情

按照不同的群体制订不同的教学计划对教师的教学工作很有必要，选择课程教学方案并设计相关教学实践，由此充分调动学生的学习积极性。因为教师往往面对的是不同的学习者，他们具有不同的个性、不同的学习方法，又或者是具有不同程度的知识。因此，教师在课堂过程中应通过借助丰富多彩的课堂活动，启发学生发散性思考，让有各种兴趣的学生也可以加入其中，从而激发学生的热情。例如，在学校内设立与机器人相关的社团活动，让机器人深入每个学生的日常生活；设置机器人竞赛，通过这种学习方法，让学生能够独立完成编辑各类小程序，获得成功的喜悦，激发了学生对程序学习的兴趣。为增强竞赛效果，教师可以给表现好的团队一定的奖励，在学生队伍内营造“评、比、学”的氛围。

（三）强化团队合作，让“每一个都不落下”

机器人类课程教学多以小组形式展开，在学习或竞赛过程中，学生需要不断地沟通磨合，最后达成统一的意见。这个过程极大地增强了学生沟通合作的能力。要使学生独立，就要为其提供自由的思想空间，与学生一起讨论交流促使他们的知识体系更加完善，在学习方法上相互学习借鉴，不同想法相互碰撞。针对学生不愿与教师沟通的现状，可以促进学生之间的学习探讨，选择适合学生的方法。因此，教师在教学过程中可以适当地组织团队协作。

（四）引进课程目标达成度分析，细化机器人类课程评分标准，促进课程的改革创新

机器人类课程是实验性较强的科目，引进课程目标达成度分析［4］，有助于细化机器人课程评分，从而促成机器人类课程建设。笔者所授课程“机器人技术基础”“人工智能与机器学习”和研究生课程“机器人学”“模式识别与机器学习”都属于典型的机器人类课程，包括理论、实验、项目设计和编程，目标达成度评价包括平时考核、实验考核、项目考核、编程考核和期末考试等部分，直接考核学生对知识的掌握程度及对专业知识的掌握情况，对学生的实际学习成果进行评价，分析课程目标达成度结果。当课程目标达成度低于期望值时，应该及时有所调整并进行必要的改进；当课程目标达成度高于期望值时，应总结经验、反复验证，形成能够进行推广的机器人类课程教学模式。

结语

机器人教育顺应了时代的发展，是新时代发展的产物，也是教育信息化发展下的新型教育形式。在人工智能日益普及的社会背景下，不仅应用型本科院校开办了机器人专业，一批教育机构也获得教育部认可，开展机器人教育，辅助国家办学，在国际机器人比赛获得优异成绩，让世界看到我国机器人教育发展的良好态势。笔者提出的以上意见能够在实践中得到运用，本文教学途径体系将有助于机器人工程专业人才实践能力和学生自我学习能力的提高。