从本科生视角看“机器人学”课程 教学
摘要:机器人技术是当前广受关注的智能科学技术之一。以本科生的视角,就机器人学课程的发展现状进行阐述,并从教学方法、师生课堂互动、教材选取和考核方式等方面探讨课程建设与改革问题,进而对双语教学程度、教学网站功能和实践教学等提出改进建议,以期更好更多地培养创新型人才。
关键词:机器人学;课程建设与改革;本科教育
为了推进智能技术的发展,高等教育信息领域专业结构需要进行学科建设和改革。机器人技术综合了多学科的发展成果,代表了高技术的发展前沿。机器人技术在人类生活领域应用的不断扩展,正在使世界重新认识它的作用和影响[1]。
作为针对本科生开设的机器人学课程,主要介绍的是机器人的基本原理和应用,是促进学生对机器人领域进行深入探索的基础课程。其内容既包括一些枯燥艰深的数学基础,也有需要动手的实践环节。作为一个本科生,我认为教学改革应充分考虑学生的学习兴趣,培养学生的综合能力,思维的性和灵活性,使学生逐渐看到自己的进步,提高学习信心。在学习完课程后,学生不仅应对机器人有初步认识,为今后机器人领域的学习打下扎实的基础,更重要的是能够提高对相关学科的兴趣,具有创新精神。
1教学方法的改进
机器人学科的教学方法很多,一般是由教学目标要求、教学内容难度、教学对象的基础和教学条件来决定的[2]。学生期待的教学方法一方面应该能细致清晰地阐述课程的重难点,另一方面应能激发学生的兴致,充分发挥主动性。在这方面,我校的机器人学基础课程就很好地结合了趣味与知识、讲授与互动,将艰深的理论与直观的实验相结合,给了我们一个良好的学习氛围。
1.1实体机器人的参观演示
上课伊始,老师就安排同学们参观了Hubo机器人,并演示了一些简单的智能行为。近距离的接触揭开了机器人的神秘面纱,学生对于机器人技术的发展无比赞叹,极大提高了对该课程的兴趣。此外,教师在每章讲述前都会播放相关的小段视频,使学生了解该领域的最新发展动态,明晰我国与国外机器人研究存在的落差,产生了把该课程学好的意愿;另一方面,功能各异而又精巧无比的机器人展示,让学生觉得该领域充满了生机和挑战,从而奋发学习。
这种参观演示的教学方法大大拓宽了我们的眼界,诸如新研发的仿人机器人能做寿司,能够进行小提琴演奏。看着精细的机器手灵巧翻飞,我们惊叹机器人的发展已到如斯境地。由于逐渐意识到这个领域前景广阔,我们的学习兴趣越来越浓厚,思维活动总能处于最佳状态。此外,热烈的学习氛围使我们按捺不住内心的好奇心和求知欲,在探索和钻研中深深体会到学习的乐趣,变“好学之”为“乐学
之”。
1.2充分运用多媒体网络教学
从动画演示到文字排版及色调搭配,老师的教学课件均是细细考量,充分发挥多媒体教学的优势,让我们觉得学习原来可以这样丰富而有趣。在有效的课时里,我们获得了远多于传统教学的有效信息,更为直观的知识传授使一些重难点变得更易理解。例如,在介绍机器手运动方程时,由于公式复杂、参数繁多,书本上所绘的平面示意图不易理解,老师便在课件中利用动画立体展示,将公式中涉及的参数与机器人连杆角度等一一对应讲述,于是学生费力难解的问题便豁然开朗了。
此外,学生可以从网络上查阅教师的电子邮件和教辅资料,最大限度地节约教育资源;实现便捷的课后及时答疑,让学生对所学知识有了更透彻的理解,同时将自己的学习情况及时反馈给教师,加强了师生互动[3]。学生还可登录精品课程网站,或重温教师授课录像,对自己的薄弱环节进行巩固;或可在网站上进行拓展的课外训练,加深对所学知识的理解,活学活用;还可以提前预习课程,一方面在课前找出疑点,在课堂上便能有针对性地听讲,提高学习效率,另一方面能培养自学能力。
1.3利用双语教学提高主动性
双语教学使学生在提高英语水平的同时更好地理解专业知识。双语教学模式是一种“以学生为主体,以教师为主导”的教学模式[4],常采用的双语教学模式有“完全沉浸目标语”模式、“双语过渡”模式和“维持母语”模式[5]。通过英文科技文献和原版教材的阅读,能够使学生掌握专业英语的表达,使学生的学习效率更高,既既能充分发挥教师的主导作用,又能充分体现学生的认知主体作用。
1.4良好的课堂互动
课堂互动不仅体现在教师如何教,更体现在学生如何学。在学习过程中,学生与教师有着良好的知识互动、思维互动,课堂始终焕发着活力[5]。所谓“教学相长”,强调的便是教学过程是教与学的互动过程[6]。
在本课程的学习过程中,学生始终沉浸在教师营造的轻松自由的课堂气氛中,诙谐流畅的旁征博引、新知识的巧妙引入以及专业细致的讲解,让学生始终保持着对该课程的学习兴致和高度的学习动力。此外,教师还专门设有提问环节,通过回答提问,学生提高了语言表达能力,将学习效果及时反馈给教师,也通过思考教师提出的问题认识到学习的关键点是什么,反思自己是否已掌握,实现更有效的能动学习。
课堂讨论是活跃课堂气氛,深入交流的有效方法。在讨论中,学生各抒己见,积极探讨,不但掌握了知识,也锻炼了概括能力,提高了理解、表达能力。在课程即将结束的时候,大家就这门课程的所学所感进行了讨论。通过这门课程的学习,我们系统理解了机器人的基本原理,了解了学科的前沿信息,扩充了知识面;加强了
对该领域的好奇心和求知欲,创新能力有了很大提高;同时老师对科研教学的激情和治学严谨的态度给我们很深的触动,今后也必将如此严格地要求自己。
2教材和参考书的选取
教材对于学习至关重要,是学生自主学习的有力辅导工具。我校机器人学选用的教材是机械工业出版社出版的《机器人学基础》,是国家级“智能科学基础系列课程教学团队”机器人学课程配套教材,是一部比较系统和全面的机器人学导论性著作,深入浅出,非常适合本科生的基础学习。另外还选用了英文原版教材《Introduction to Robotics》,训练学生专业英语的阅读理解能力。
为了掌握更多知识,加深对该领域的理解,学有余力的学生使用了一些参考书,效果良好。如中南工业大学出版社的《机器人原理及其应用》是我国首部关于智能机器人的系统专著;清华大学出版社的《机器人学》则在2002年获全国高校优秀教材一等奖。
3考核方式改革
就学生来说,考试成绩是至关重要的。在机器人学基础课程的教学中,教师大胆改革了考核方式,不再是单一的卷面考察,而是成绩由小组讨论、课件制作、平时评定、卷面考核以及创新项目加分等组成,更重视能力的培养以及思维的创新。其中,由学生制作课件并进行讲述的方法很受学生青睐。为了做好课件,我们就必须充分准备,查看最新资料,了解最新发展动态,拓宽了知识面,不知不觉对所学知识有了深一层的理解。同时,登台讲述也锻炼了我们。这种种新的考核方式,使学生摆脱了考试的压力,认识到考核只是督促学习的一种手段,而非目的。
4存在的问题与建议
4.1双语教学的程度有限
由于多数学生英语水平未能达到“完全沉浸目标语”模式(Immersion Model)的要求,完全用英语进行教学,学生难于理解,因而目前的双语教学只局限在学生掌握基础专业词汇。
但毫无疑问,纯英语教学是大有裨益的。建议学生在课前自主学习,掌握所需专业词汇,平时多查阅外文文献,与专业课的学习相辅相成,互相促进,最终逐步实现“完全沉浸式”双语教学模式,使学生更准确地理解专业知识,与国际最新动态保持一致。
