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1引言

當前許多大院校設立了機器人相關課程，旨在讓大學生能掌握機器人基本技術，跟上時代的步伐。然而機器人技術本身是綜合性交叉學科，涉及的知識面相當廣，相關課程一般覆蓋機械設計、運動學、傳感控制技術、計算機語言等較多學科的內容，對學生基礎知識的儲備提出了很高的要求，因此如何上好機器人課程并不簡單。同時學習該課程有助于學生對其他課程的知識進行綜合應用或者對其他課程起到串接和指導作用。此外，該課程還有利于培養學生的綜合應用能力和創新思維。因此，目前較多高校、科研院所對機器人課程的教學方法進行了較為深入的研究。

2機器人課程教學中存在的問題

南通大學機械工程學院根據機械工程類專業學生的背景特點，圍繞機械與結構為主的知識開設了“機器人工學”，該課程著重介紹工業機器人基本發展與應用，主要在機器人的機械結構和運動學方面深入教學，對傳感與控制也配以一定的教學量。這樣由于知識多且概念難懂，實際的傳統教學效果并不如意，表現在以下幾個方面：2.1機器人理論知識深，學生理解難。機器人的理論知識，尤其是運動學、動力學、控制原理等方面的知識，非常抽象，邏輯性很強。對于數學、控制理論基礎不強的機械類學生來說，這些理論他們一時消化不了，理解困難。加上與他們在電影里看到的生動的機器人完全不是一回事，會突然產生現實與理想差距太大的心理恐懼感。按照傳統方法講授這些理論，嚴重削弱了他們對機器人的興趣和學習熱情。張秀華[1]、李芳[2]也指出機器人課程教學中抽象而繁瑣的理論確實易使學生畏懼。2.2傳統灌輸式教學難以讓學生興奮。目前大學課程普遍存在“教師講，學生聽”的灌輸式教學。本學院“機器人工學”的授課傳統仍然是教師課堂講授為主，以灌輸式教學占據主導地位，教學過程單調死板。張秀華[1]、李鴻[3]也指出機器人課程傳統教學普遍存在著類似的問題。即便對于相對直觀的機械結構，如果教師只是單純地按課本知識講，即便認真詳細，學生可能仍然不夠興奮，對機器人的機械結構存在不主動理解、不感興趣的情形。加上當代大學生由于科幻電影看得多，對這現實與理想的大落差，似乎仍未能接受，在他們眼里，機器人并不是由這些看上去死氣沉沉的機械結構組成，不應該這么枯燥乏味，因此對機械結構的探究興趣不濃，甚至存在一定的抵觸情緒。2.3學生所學知識在機器人中的應用跟進不足。機器人本身是集機械、電子、計算機、控制等多個學科于一體的載體，因此學生在學習機器人課程之前本身應具備機械原理、機械設計、機械制造工藝學、電工電子學、傳感技術、測試技術、控制工程基礎、機械設備電氣控制等先行課程的相關知識，否則對機器人的相關知識會存在理解困難的問題。蘇艷娟[4]、黃文濤[5]也提及應設法應對這種困難。然而，目前“機器人工學”課程教學中，學生不擅長在課堂中對先行課程的知識跟進應用，表現為對知識的關聯性認識不足。有的表現為不擅長把機器人的結構與之前的機械設計知識相聯系；有的對運動學的推導顯得沒耐心研究，不愿把矩陣知識與當前的機器人空間結構相聯系；有的對機器人的簡單接近傳感器都一無所知，顯然沒有學好之前的傳感技術或相關課程，等等。張秀華[1]也指出，機器人教學中存在教學傳達機器人相關知識關聯性不充分，學生不能理解眾多知識的關聯性等問題。其次，學生在學習和相關實驗中，對所學的知識跟進應用不足，理論與實踐脫節，丁力[6]也指出實驗教學環節的類似問題。表現在：有的學生實驗時存在依賴教師手把手教的習慣，不愿意自己動手、自己思考；有的學生在機器人不能按設想運行時，不知如何調整軟件邏輯，以前所學軟件流程等知識沒有意識跟進應用；有的學生在實驗中遇到軟硬件上的混合問題時，不能夠運用所學單片機、傳感知識，提出解決辦法，表現出理論指導實踐的意識與能力比較薄弱。

3跟進式教育理論的思想

跟進式教育理論由南通大學黨委書記浦玉忠教授于2013年提出[7]，主要針對學生的政治思想教育，要求學生的思想、需要和興趣走到哪里，高校的思想政治教育就跟進到哪里。跟進式教育的核心是“以學生為本”，其關鍵是“與時俱進”，其源泉是“不斷創新”。其原則包括三個跟進：“主動跟進”，即教師主動介入學生生活和學習、前瞻性引導學生成人成才；“及時跟進”，即對時代形勢變化及時洞察，對學生思想、需要和興趣及時把握；“有效跟進”，指以一系列切實可行的措施，使有關教育讓學生滿意，得到學生認可，為學生所喜愛。南通大學基于跟進式教育理論，近年來在全校開展跟進式課堂教學改革，旨在克服“滿堂灌”，將“教師講，學生聽”的灌輸式教學變為“學生自主學習”為特征的課堂形態，實現八個轉變：知識課堂向能力課堂轉變；灌輸課堂向研討課堂轉變；封閉課堂向開放課堂轉變；重知輕行向知行合一轉變；重研輕教向研教融合轉變；重教輕學向學生中心轉變；共性培養向因材施教轉變；終結評價向發展評價轉變。根據跟進式教育以學生為本、主張學生自主學習的要求，我們近期在“機器人工學”課堂上開展了跟進式教學改革，強調學生對以往知識的跟進應用，教師對學生所學機器人知識進行跟進調查，實現學生被動學習向自主學習轉型，由知識課堂向能力課堂轉型、灌輸課堂向研討課堂轉型。

4機器人課程跟進式教學改革的措施

根據跟進式教育理論的思想和機器人課程跟進式教學改革的目標，提出了如下措施，有關措施也在實際課堂教學中得以實施。4.1基于PBL教學模式，提高學生學習主動性。基于PBL(ProblemBasedLearning)教學模式，即讓學生帶著問題進行學習。課堂教學難免會有各種各樣的問題，讓學生在聽課中回答問題，無疑是教師在課堂中常用的手段，其有助于提高學生注意力，引導學生多思考。然而對于比較復雜的問題，讓學生當場回答不太切合實際。為此，教改措施中讓學生課前預先查閱文獻與其他資料，事先充分準備如何解決或回答有關問題。比如，“機器人工學”教學中，以爬樓機器人有哪些結構實現爬樓為基本問題，讓學生事先搜集相關資料，分析爬樓機構，同時讓學生學做PPT幻燈片，與其他同學匯報自己的調查與分析結果以及分享心得。爬樓機構這樣的科學問題對于大學生來說不難理解，教師引導學生分析各類爬樓機器人的特點，有利于活躍課堂氣氛，增強師生互動。通過這種方式，學生的學習主動性、積極性得以提高；同時學生在主動匯報時，教師也在旁進行指導、糾正或補充，使其他同學能正確理解知識。該基于PBL的教學模式符合跟進式教學改革的要求，可實現知識課堂向能力課堂轉變，灌輸課堂向研討課堂的轉變。4.2基于CBL教學模式，推動多學科知識的跟進應用。基于CBL(CaseBasedLearning)教學模式的特點是以鮮明案例引導教學，使學生更直觀地感受知識的應用，往往能大大提高教學效果，克服一些知識抽象難以消化的弊端。機器人課程涉及的知識面廣、抽象難懂，加上大學生本身接受能力不如研究生，最適合以案例作為載體，將各學科的知識以較為直觀的形式展現，有利于學生對問題的理解。在“機器人工學”教學中，仍然以爬樓機器人的常見爬樓結構作為分析教學的案例，引導學生掌握機械設計、機械原理等在各類爬樓機構中的應用。進一步地，以我們自己設計的樓梯清潔機器人[8,9]為例，讓學生了解數學、物理、電子控制、計算機軟件編程，以及最新3D打印技術等知識在該機器人中的應用。為了啟發學生，教師讓學生將該機器人與他們自己搜集的科研成果作對比，引導他們思考應怎樣設計才能更好地滿足樓梯清潔的任務。通過CBL教學模式的實踐，不難發現該模式符合跟進式教學改革的要求，其有利于學生對所學知識的跟進應用，方便教師對學生所學知識進行跟進調查。4.3結合學生興趣點的互動式教學新模式。互動式教學本身是一種常見的教學模式，其通過教學雙方的交流探討，達到不同觀點碰撞交融，從而激發學生的主動性和探索性。但該模式的缺點是組織難度大，學員所提問題的深度和廣度具有不可控制性，往往會影響教學進程。所以雖然大多教師知道該方法比較有效，但由于擔心教學進度受影響，往往不愿在課堂寶貴的時間中實施。然而在機器人課程上，互動式教學卻有發揮的空間。因為機器人課程本身存在知識面廣的特點，允許問題涉及面廣些，學生有較大的空間選擇自身感興趣或擅長的科學問題。通過實際在課堂中實踐，確實發現有的同學對機械結構感興趣，有的同學喜歡其中的力學與物理學分析，有的同學對機器人使用的傳感器感興趣，有的同學對程序設計感興趣，也有的同學喜歡研究其中的控制算法，等等。教師將上課的班級按興趣分成相應的小組，組織學生分組進行討論交流。教師也參與其中，形成學生與學生、教師與學生的互動學習。傳統教學的缺點是不管學生感不感興趣，進行單方向灌輸，而這種互動式教學模式的優點是每位學生可以避開自己不擅長的區域，更專注于自己的興趣點，從而最大限度地調動每位學生的積極性與主動性。結合學生興趣點，開展互動教學，有利于跟進式課堂教學改革提出的灌輸課堂向研討課堂轉變、重教輕學向學生中心轉變和共性培養向因材施教轉變。這種方式與機器人課程的本身特點非常吻合，可謂相得益彰。機器人課程促進了互動式教學的改進，而互動式教學推動了機器人課程教學形式的多樣化，對跟進式教學改革起到了補充作用。

5結論

針對機器人課程教學中存在的問題，結合本校開展的跟進式課堂教學改革，本文研究了機器人課程跟進式教學改革的若干方法，包括：基于PBL的教學模式改革、基于CBL的教學模式改革以及結合學生興趣點的互動式教學模式改革。介紹了這些教改方法在機器人課程中實施的策略與過程，并且在本學院的“機器人工學”課堂上進行了實際應用，取得了良好的教學效果。此外，總結了本文的研究對跟進式教學改革所起的作用。本文的研究有望對今后理論深、知識面廣的課程教學改革起到借鑒和拋磚引玉的作用。

作者:張磊 張興國 姚興田 趙南生 單位:南通大學機械工程學院