物联网教育机器人本科教学思考

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摘要：本科教学作为高等教育的基础，教学质量决定着人才的质量，培养模式决定着人才的类型。因此，本科教学必须随着时代的进步不断变革，废除旧知识、旧模式，增添新知识，采纳新方法。物联网技术和机器人技术作为当前最热点的研究领域，因其科技含量高，趣味性强，综合性强受到了教育界的广泛关注和应用。本文首先分析了本科教学的主流模式及其发展方向，再概括了物联网教育机器人的特点并进行了设计开发，最后探讨了在本科教学中引进物联网教育机器人技术的途径和方法，并对实施结果进行了展望。

关键词：物联网；教育机器人；本科教学；培养模式

一、前言

高等学府是培养人才的摇篮，其培养模式决定着人才的类型。而大学本科作为高等教育的基础阶段，其教学质量决定着高等教育水平。大力加强本科教学改革，努力提高大学本科教学质量，培养新时期社会所需人才，是高等教育的职责和义务。高等教育必须紧跟时代步伐，废除旧知识、旧模式，增添新知识，采纳新方法。在知识变更日新月异的21世纪，如何利用瞬息万变的信息技术和前沿的软硬件技术为本科教学的改革探索一条行之有效的新路子是高等教育工作者的责任。

二、本科教学的发展趋势

1.本科教学的现状。

长期以来，以教师为中心的课堂教学格局仍然没有被打破，教师“一言堂”、“填鸭式”的教学模式在各大高校仍然是主流。究其实质，教师只是知识的中间传递人，将书本上的知识面面俱到，照搬照抄给学生。所以，即使老师满堂讲得是口干舌燥，飞沫四溅，学生却还是毫无兴趣、昏昏欲睡。这种教学模式完全忽视了学生在教学环节中的主体地位，忽视了学习的主动性和创造性，带来的弊端也显而易见：①学生得到的只是书本上死的知识，脱离了实际应用的空洞理论，虽“满腹经纶”，却不能解决实际问题；②学生养成了被动接受的习惯，缺乏主动求知的欲望和热情，离开了老师，甚至不会学习；③给了学生错误的信号———老师讲的、书本上的都千真万确、不容置疑。抹杀了学生的创新意识，阻碍了创新能力的培养；④单一课堂教学模式培养下的学生共性有余，个性不足，抑制了个体特殊才能的发挥和发展；⑤老师讲的多，学生思考的少，基本不动手的教学要求退化了学生的动手能力，削弱了相互协调配合，团体合作能力的锻炼。近年来，各大院校虽然不同程度地进行了大学本科教学改革的研究和实践，但主要集中在理论层面的探讨，课程内容的增减，教学手段由板书取而代之多媒体（主要是PowerPoint）等方面，没有从根本上革除陈旧的、重知识轻能力的教学模式，没有及时更新陈腐的旧知识，增添新颖的新技术新知识，实现名副其实的符合时代要求的教学改革。

2.本科教学的改革要求。

随着改革开放的深入，国家教育部先后出台了一系列的改革计划和建议，对高校的教学改革进行宏观指导。《关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见》[1]、《教育部关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见》[2]等都特别强调指出：①要坚持知识、能力和素质协调发展，实现从注重知识传授向更加重视能力和素质培养的转变；②要根据经济社会发展和科技进步的需要，及时更新教学内容，将新知识、新理论和新技术充实到教学内容中，为学生提供符合时代需要的课程体系和教学内容；③要着力培养学生创新精神和创新能力，要采取各种措施，通过减少课堂讲授时数等，增加学生自主学习的时间和空间，拓宽学生知识面，增强学生学习兴趣，完善学生的知识结构，促进学生个性发展；④要培养学生的实践动手能力、分析问题和解决问题能力。要加强产学研密切合作，拓宽大学生校外实践渠道，与社会、行业以及企事业单位共同建设实习、实践教学基地。由此可以看出，建立知识、能力、素质三位一体的人才培养模式，培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才已成为当今高等院校改革的方向。

三、物联网教育机器人分析与设计

教育机器人是以激发学生学习兴趣、培养学生综合能力为目标的机器人产品。将物联网元素引入机器人系统，使教育机器人功能更强大，具有自主控制、智能传感与标识、无线传输、分布式协同、智能交互等特点，这一类新型的具有物联网理念的教育机器人，称为“物联网教育机器人”[3]。物联网教育机器人不仅拓宽了教育机器人的功能，也拓展了物联网的应用，还能够方便地搭建自己的机器人和物联网实验场景，构建分布式控制与协同实验平台、物流与交通实验平台等。物联网教育机器人的开发设计必须符合教学特点，达到教学目的[3]：

1.教学适用性。物联网教育机器人首先应当易教益学，由于要经常拆装，反复实验，因此机器人的零部件要尽量坚实耐用。

2.先进性。物联网教育机器人的设计和开发必须紧跟时代的步伐，推陈出新，融入最新的技术和理念。

3.可扩展性。为了培养学生的动手能力和创新精神，物联网教育机器人要有很好的可扩展性，要留有充分想象的空间，要给予施展才能的窗口。

4.开放性。各种传感器和其他核心部件要尽量外露，这样才能激发学生的好奇心，脆生求知欲，引导学生去探索。

5.模块化程度。物联网教育机器人的各个功能要尽量模块化，可增可减，针对不同的应用可方便地组合搭配。

6.可重构性。物联网教育机器人的各个组成部分应该具有良好的可重构特性（包括任务重构，硬件重构等），才能最大限度发挥学生的潜能，充分调动个性特点。

7.二次开发特性。物联网教育机器人要能够支持二次开发，充分发挥学生的主观能动性和深层探究科学问题的能力。

8.良好的性价比要求。由于各个地区的发展不平衡，经济水平参差不齐，因此，机器人的性能除了满足教学要求外，必须具有良好的性价比，成本越低越好。

四、让“物联网教育机器人”走进本科教学

物联网教育机器人技术融合了多个专业领域的知识，不仅具有硬件技术，也具有软件技术，便于设计各种项目或比赛，能够激活大学生的创新思维，激发大学生的学习兴趣，锻炼大学生的动手能力，培养大学生的合作能力和团队精神。

1.本科教学中普及物联网教育机器人基础知识。在本科教学中普及物联网、机器人基础知识是当前形势的迫切需要，是教育发展的必然，应该多途径、多渠道宣传、推广物联网和机器人技术知识。①举行不同主题的系列讲座，让学生初步了解物联网和机器人技术的真正内涵。②开设相关的选修课程，系统讲解物联网、机器人技术的基础知识：发展历程、软硬件组成、不同领域的应用、未来的发展趋势和展望等。让部分学生先“懂”起来，由点触面，由少数带动多数，从而引发对前瞻技术探密的兴趣。

2.搭建物联网教育机器人研发平台，构建创新设计新环境。物联网教育机器人是一个多学科理论和知识的有效载体，通过物联网机器人的设计、制作和运用，可以调动大学生运用知识、创造知识的能力，培养大学生科技创新的综合素质。因此，应该充分利用高校的优势，结合课程设计、毕业设计等教学环节，构建创新设计新环境。有必要通过教学内容和教学模式的改革，开设设计性、综合性、创新性比较强的物联网机器人设计项目，使之真正具有创新教育的内涵与功能。作者所在课题组与东莞市博思电子数码科技有限公司合作，设计开发了一套物联网与机器人实验系统。该系统不仅包含基本的硬件设备，而且提供软件设计程序，实践性强，工程创新空间大，非常适合作为大学机械、电气、自动化等专业本科学生的教学实践平台。学生可以在此平台上进行各种物联网与机器人相关的理论证明、技术验证、实景再现、工程模拟，可以进行无限的创意和构想。

3.借势而发，参与各项赛事，成立物联网教育机器人研发兴趣小组。众所周知，各种机器人竞赛琳琅满目，物联网相关的赛事也风生水起，这也正是物联网教育机器人进入本科教学的切入点，以此为契机，成立物联网与机器人研发兴趣小组，吸纳不同学科领域对物联网机器人研究有兴趣的学生，为他们创造研发的环境和条件，提供软硬件资源。我院与东莞博思电子数码科技有限公司合作成立的“物流与机器人技术实验室”和“物联网与物流技术研究中心”，每年都吸引了不同年级、不同专业背景的本科生汇聚于此，共同研究物联网教育机器人相关技术，参与各种赛事，取得了不俗的成绩。五、总结展望大学本科的教学改革必将随着时代的进步、社会的发展不断深入、不断升华。知识的推陈出新，新颖的软硬件技术的应用是教育的基本要求；培养有知识、有能力、有素养的创新型、实践型人才是教育改革的方向。我院有意与东莞市博思电子数码科技有限公司合作，将当前如火如荼的物联网与机器人技术引入大学本科的教学改革，旨在摸索一条适合新时期、新要求的大学生培养新路子，相信在不久的将来一定会收获此次合作改革带来的教学成果。

参考文献：

[1]教育部关于印发《关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见》的通知[Z].教高[2005]1号.

[2《]教育部关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见》[Z].教高〔2007〕2号.

[3]葛艳红.基于物联网的教育机器人关键技术研究[D].武汉理工大学，2013.

作者：葛艳红 李文锋 周建荣 单位：武汉理工大学 东莞博思电子数码科技有限公司