基于本科生的机器人实验教学的实践与探索

ＩＳＳＮ１６７２－４３０５　ＣＮ１２—１３５２／Ｎ　实　验　室　科　学　ＬＡＢ０ＲＡＴ０ＲＹ　ＳＣＩＥＮＣＥ　第１８卷第１期２０１５年２月　Ｖ０１．１８　Ｎｏ．１　Ｆｅｂ．２Ｏｌ５　

基于本科生的机器人实验教学的实践与探索　郭艳婕，桂亮，金悦　（西安交通大学机械基础实验教学示范中心，陕西西安　７１００４９）　

摘要：随着机器人技术的不断发展，机器人实验教学正在逐渐走入本科生的课堂。在对国内外现有机器人　实验课程调研的基础上，对西安交通大学机械基础实验教学示范中心已有的机器人资源进行整合，提出多种　实验形式结合，机器人机构及控制等多方面相结合系统性地开发机器人实验；在教学方法上与工程实际相结　合，引导学生关注技术前沿，培养学生创新意识；针对机器人实验特性，提出了对学生综合能力进行考评的　方法，促使本科生对机器人有全面而系统性的认识。　关键词：机器人；多种实验形式；系统性；考评方法　中图分类号：ＴＰ２４２；Ｇ４２　文献标识码：Ａ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—４３０５．２０１５．０１．０４０　

Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｏｂｏｔ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｆｏｒ　ｕｎｄｅｒｇｒａｄｕａｔｅ　ｓｔｕｄｅｎｔｓ　

ＧＵＯ　Ｙａｎ—ｊｉｅ，ＧＵＩ　Ｌｉａｎｇ，ＪＩＮ　Ｙｕｅ　（Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｔｅａｃｈｉｎｇ，Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒ－　ｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ　７　１００４９，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｒｏｂｏｔ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅ　ｒｏｂｏｔ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ａｒｅ　ｏｐｅｎ　ｔｏ　ｕｎｄｅｒｇｒａｄｕａｔｅｓ．　Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ａ　ｎｅｗ　ｃｏｎｃｅｐｔ　ｏｆ　ｒｏｂｏｔ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ａ　ｆｕｌｌ　ｓｕｒｖｅｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ｒｏｂｏｔ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｃｏｕｒｓｅｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ｉｎ　ｎａｔｉｏｎａｌ　ｄｅｍｏｎ—　ｓｔｒａｔｉｏｎ　ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｔｅａｃｈｉｎｇ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｓｙｓｔｅｍ，ｖａｒｉｏｕｓ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｆｏｒｍｓ　ａｒｅ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｔｏ　ｄｅｖｅｌｏｐ　ａ　ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ　ｒｏｂｏｔ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｗｈｉｃｈ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ，ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｒｏｂｏｔ　ａｎｄ　ＳＯ　ｏｎ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｏｂｏｔ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ａｎ　ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｒｏｂｏｔ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｃｏｕｒｓｅｓ　ｉｓ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ　ｔｏ　ｉｍｐｅｌ　ｓｔｕｄｅｎｔｓ　ｔｏ　ｇｅｔ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ａｎｄ　ｓｙｓｔｅｍ－　ａｔｉｃ　ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ　ｏｆ　ｒｏｂｏｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｒｏｂｏｔ；ｖａｒｉｏｕｓ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｓｔｙｌｅｓ；ｓｙｓｔｅｍｉｃ；ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　

机器人涉及到多学科的高度交叉，包括机械学、　生物学、人类学、计算机科学与工程、控制论与控制　工程学、电子工程学、人工智能、社会学等，随着社会　的发展，无论在基础理论方面还是在实践应用方面　其发展速度都十分惊人　Ｊ。　越来越多的高校开设有机器人课程，机器人课　程具有涉及学科广泛、实践性强、探索性丰富等特　点，机器人实验教学是必然的趋势　Ｊ。　１国内外实验教学现状　目前，国内外高校均开设有机器人实验。美国　通讯作者：金悦（１９６７－），女，河南开封人，硕士，高级工程　师，主要研究方向为机械设计理论与实验教学。　高校机器人启蒙课程或机器人导论等，使本科学生　对机器人有了普遍的了解，以“讲解＋实验＋讨论”的　形式，有利于形象化理解；研究生阶段开设了“高级　机器人学”等更深层次的课程，进行分方向研究。　并且开设机器人的专业较广，涉及机械工程、电子工　程、航空航天、计算机科学等专业，而国内高校本科　开设机器人课程的相对较少。国内的机器人课程主　要开设在硕士第一学期，但是有从硕士转向本科的　趋势　一引。　已经有越来越多的高校面向本科生开设机器人　学及机器人控制等相关课程，但是已有的教学中由　于经费场地等各种原因，在机器人实验教学方面并　没有很好的规划，目前开设机器人实验一般是由研　究生实验转化到本科生实验，但是在这个过程中忽　ｌ３４　衾　验　室　科　学　２．４考评方法的改革，突出培养学生能力　目前对学生的考核较为单一，仅是考核学生最　终的实验结果，不仅不能督促学生对实验结果等进　行合理分析，而且对于学生在实验中的操作也忽略　了，这对于机器人实验考评而言是不合理的，机器人　实验作为一门实践性很强的课程，没有一个唯一确　定的答案。　机器人结构分析实验可以培养学生空间想象的　能力，关注细节的能力，机器人轨迹规划则涉及到数　学在实际生活中应用的能力，而软件编程涉及规划　能力。它反映了学生的空间想象和规划能力，对新　事物的敏感度、以及完成任务的执行力。因此改革　学生的实验考评体系非常必要。合理的考评方式不　仅能使学生掌握机器人的相关知识，而且能对学生　在后期机器人研究中起到一个引导作用。　目前机器人实验教学的成绩评定中遇到的突出　问题，即做为项目存在的机器人实验在学生评价体　系中不应该规定学生的研究范围，而应该对学生综　合能力进行考察，这就需要一个多元化和标准化的　考核方式。在机器人实验中，学生以小组为单位，互　相配合实验，在考核过程中，学生在实验中的过程考　评应该占到非常重要的地位。为了避免教师的主观　影响，学生应该进行互评，将学生互相之间的评价纳　入考核方法。　

３　结语　经过机器人实验教学改革，学生普遍反应良好，　增加了学生的动手实践能力。机器人实验教学改革　是一个需要长期积累、不断深化的过程，需要在不断　探索中提高总体教学质量，在实际教学中需要重视　实践性环节，注重激发学生的学习主动性，培养学生　的研究开发兴趣和科学创新精神，激励创新思维，培　

养学生解决实际问题的能力和创新设计能力。　参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：　［１］战强，闫彩霞，蔡尧．机器人教学改革的探索与实践［Ｊ］．现代教　育技术，２０１０，２０（３）：１４４－１４６．　［２］　张佳，窦丽华，陈杰．机器人实验教学平台软件的设计与实现　［Ｊ］．北京理工大学学报（社会科学版），２００９，１１（２）：９９－１０１．　［３］　马西沛，曹胜彬．机器人实验与开发柔性平台的研究［Ｊ］．机械　设计与制造，２０１１（１Ｏ）：９３—９５．　［４］　肖晓萍，廖青，李白胜．基于机器人实验教学平台的研制［Ｊ］．机　电产品开发与创新，２００８，２１（４）：１９－２１．　［５］　陈小平，罗文坚．以机器人实验为载体的实践创新培养体系研　究［Ｊ］．研究生教育研究，２０１１（３）：４８－５２．　［６］　王洪权，王嵘，梁景莲．智能机器人课程在高校实验教学中的研　究与开展［Ｊ］．实验室科学，２００８（６）：９８－１００．　［７］张奇志，周亚丽．“机器人控制”课程建设与改革［Ｊ］．科技信　息，２００９（３２）：７７８—７７９．　［８］雷静桃，刘亮，张海洪．“机器人学”课程教学改革与实践［Ｊ］．　实验室研究与探索，２０１３，３２（５）：１７９—１８２，１９０．　［９］杨丽，李伟．机器人创新设计开放实验教学模式的构建［Ｊ］．中　国科教创新导刊，２００９（５）：２６－２７．　［１０］　梁志伟，朱松豪，徐国政．机器人创新实验平台的改革与建设　［Ｊ］．学术研究，２０１２（１１）：１２－１３．　［１１］辛颖，薛伟，王剑，等．基于“慧鱼模型”的机器人课程实验教　学改革探索［Ｊ］．现代教育技术，２００９，１９（７）：１３８－１４０．　［１２］张玫．项目教学法在机器人技术实训课程中的应用［Ｊ］．实验　室研究与探索，２０１０，２９（９）：８９－９１．　［１３］王咏梅，葛建宏，王炳谦．机器人创新开放实验室建设［Ｊ］．实　验室研究与探索，２００９，２８（１１）：４－５，３３．　［１４］徐晓红，张红，刘斌．探索实践教学体系，促进创新人才培养　［Ｊ］．实验室研究与探索，２０１１，３０（１０）：２３５－２３７．　

收稿１５１期：２０１４—０３一Ｏ５　修改日期：２０１４－０５－１５　作者简介：郭艳婕（１９８８一），女，湖北荆门人，硕士，工程师，　主要研究方向为机械控制技术、机器人技术。　

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