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旨在培養(yǎng)學(xué)生高階思維的應(yīng)用型大學(xué)機(jī)器人工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系構(gòu)建初探
四川大學(xué)錦城學(xué)院智能制造學(xué)院 王一舒 2021/11/15 19:09:26
[摘 要] 本文主要探討了構(gòu)建一套致力于未來(lái)型人才培養(yǎng)理念的機(jī)器人專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系。通過(guò)在開(kāi)放的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，針對(duì)我校機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，深入挖掘機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備的潛力，構(gòu)建機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，提高現(xiàn)有設(shè)備的利用率和機(jī)器人專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)具有高階思維要求的機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生。
[關(guān)鍵詞] 高階思維；應(yīng)用型大學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；課程體系
0 引言
21世紀(jì)的學(xué)校需要整合3個(gè)“R”（即核心課程）和4個(gè)“C”，即批判性思維與問(wèn)題解決、交流合作、創(chuàng)造與創(chuàng)新。2016年9月，《中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》總體框架正式發(fā)布，其提出了六大素養(yǎng)并細(xì)化為18個(gè)基本要點(diǎn)，包括理性思維、批判質(zhì)疑、勇于探究、勤于反思、問(wèn)題解決、自我管理等[1]。由此可見(jiàn)，不管是美國(guó)還是中國(guó)，均將高階思維認(rèn)知能力列為未來(lái)人才的必備技能。因此，未來(lái)學(xué)校的建設(shè)必須以培養(yǎng)學(xué)生的高階思維認(rèn)知能力為目標(biāo)與基本理念，以為未來(lái)社會(huì)提供創(chuàng)新型人才為目的[2]。
隨著新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，教育部在2017 年2月提出了新工科建設(shè)理念，并發(fā)布了《關(guān)于開(kāi)展新工科研究與實(shí)踐的通知》和《關(guān)于推進(jìn)新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目的通知》，為中國(guó)的理工科教育指出了新的方向和目標(biāo)。工程教育與產(chǎn)業(yè)發(fā)展緊密聯(lián)系，從新工科人才的培養(yǎng)要求和目標(biāo)來(lái)看，在理工科教學(xué)中實(shí)驗(yàn)教學(xué)將會(huì)起到比以前更為重要的作用，在新工科人才培養(yǎng)過(guò)程中實(shí)驗(yàn)教學(xué)將成為最重要的一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)[3]。然而普通高�，F(xiàn)行的工科實(shí)驗(yàn)教學(xué)在方式，方法和內(nèi)容上基本都達(dá)不到新工科提出的未來(lái)型人才培養(yǎng)要求和目標(biāo)。特別是在提升學(xué)生工程科技創(chuàng)新、創(chuàng)造能力；樹(shù)立綜合化工程教育理念方面現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和方式還有很大的欠缺。機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)是近年才設(shè)立的一個(gè)新的專(zhuān)業(yè)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系尚處于摸索階段[4]。
因此，構(gòu)建一套致力于未來(lái)型人才培養(yǎng)理念的機(jī)器人專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系，通過(guò)在開(kāi)放的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，采用嵌入式多軸運(yùn)動(dòng)控制器作為控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的示教再現(xiàn)、離線編程、運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及仿真，圖像采集等多個(gè)實(shí)踐分支。在傳統(tǒng)工業(yè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中引入新技術(shù)，充分挖掘我校智能制造學(xué)院新建機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)支持潛力，在專(zhuān)業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)、工程應(yīng)用綜合設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、課外科技創(chuàng)新和畢業(yè)設(shè)計(jì)中，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識(shí)和理解工程實(shí)際、綜合運(yùn)用理論及提高解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、人際溝通與創(chuàng)新意識(shí)，使學(xué)生具備高階思維并解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，指導(dǎo)應(yīng)用型本科的學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，在實(shí)踐中研究，在實(shí)踐中創(chuàng)新。
1 研究目標(biāo)及主要內(nèi)容
1.1 研究目標(biāo)
通過(guò)充分調(diào)研國(guó)內(nèi)外機(jī)器人專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，針對(duì)我校機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，深入挖掘機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備的潛力，構(gòu)建機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，提高現(xiàn)有設(shè)備的利用率和機(jī)器人專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)具有高階思維要求的機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生。
1.2 主要內(nèi)容：
如圖1所示，首先完成入學(xué)示教實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)：以新生參觀為主，指導(dǎo)教師展示六自由度機(jī)械臂的操作及應(yīng)用，提高學(xué)生對(duì)機(jī)器人工程的學(xué)習(xí)熱情及專(zhuān)業(yè)認(rèn)可度。其次，完成課帶/獨(dú)立實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)（包括實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)1-4冊(cè)，分別在大二/三上下學(xué)期開(kāi)設(shè)），同時(shí)結(jié)合大二/三年級(jí)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)/方向課，如《機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論》、《機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)及應(yīng)用》、及《智能機(jī)器人綜合實(shí)踐》等，開(kāi)設(shè)系列課帶/獨(dú)立實(shí)驗(yàn)。最后，完成課程設(shè)計(jì)/畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)，結(jié)合學(xué)生專(zhuān)業(yè)所長(zhǎng)及未來(lái)工作崗位/報(bào)考研究生的專(zhuān)業(yè)需要，可開(kāi)展系列設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程，包括工業(yè)機(jī)械臂機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及快速成型、運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真、軌跡規(guī)劃、圖像采集等專(zhuān)業(yè)方向，并提供參考性實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)。
圖1 擬構(gòu)建機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系
2實(shí)驗(yàn)室建設(shè)及課程體系建設(shè)并駕齊驅(qū)
2.1 現(xiàn)有課程體系中實(shí)踐環(huán)節(jié)的構(gòu)成
在現(xiàn)有的機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)課程體中，實(shí)踐類(lèi)課程受制于實(shí)驗(yàn)室硬件建設(shè)，包括課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)及課程/畢業(yè)設(shè)計(jì)，有大量空間與實(shí)驗(yàn)室建設(shè)相結(jié)合，并有效支撐各項(xiàng)畢業(yè)要求[5]。
圖2 機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)課程體系結(jié)構(gòu)圖
2.2培養(yǎng)學(xué)生高階思維的課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合實(shí)例
以專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)雙語(yǔ)課程《機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論》為例，該課程設(shè)置在本科第四學(xué)期，是在入學(xué)實(shí)踐、基礎(chǔ)課程（機(jī)械、電學(xué)、力學(xué)、計(jì)算機(jī)語(yǔ)言等）與實(shí)驗(yàn)課程陸續(xù)開(kāi)設(shè)之后，設(shè)置的導(dǎo)向性專(zhuān)業(yè)基（未完，下一頁(yè)）
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