陈卫东说:“好奇心是最好的老师,但是如何激发学生的好奇心,并使之成为探索真理的基石却是个难题。长期的应试教育使学生形成了‘任何问题都有标准答案’的思维定式,过度依赖老师和书本,而自己不愿也不敢去尝试不同的解决途径。因此,我们教师的任务就是要打破这种思维定式,激发学生的好奇心。”
那么,什么样的工程系统有助于完成这一使命呢?当看到同学们对机器人具有巨大好奇与热情,答案就有了。智能机器人是自动控制、人工智能、机械、计算机和其他多门工程学科的交叉学科,蕴含着无限的探索空间,其正是开展创新型、复合型人才培养的绝佳平台。但在市场上却很难找到适合这一教学理念的机器人实验平台。
针对这一问题,陈卫东带领教研组持续开展教学手段和教学内容的改进,主要包括:①与日本三菱电机集团共建实验室。日本三菱电机捐赠了一批最新的机械臂实验平台,使得学生能够把最新的理论知识进行动手实验验证;②主持开发机器人视觉抓取实验系统,包括与三菱机械臂集成的基于MATLAB的视觉处理、轨迹规划、末端执行期(手爪和吸盘)和网络通信单元,开展课程设计,提高了学生对于机器人关键技术的设计开发能力,以及系统集成和实践能力。
开放式的智能机器人实验平台就像一堆积木块,各系统组件间有标准化接口,通过这些标准的软、硬件接口,学生可以根据自己的设想,在硬件上搭建机器人系统、在软件上编制机器人控制算法。没有一成不变的固定模式,没有所谓的标准答案,有的只是无穷的组合空间,激发的是开发者无限的想象力。
该课程围绕机器人抓取作业的典型任务展开,通过授课、分组、讨论、设计、开发与编程、调试、竞赛、报告与答辩等一系列教学环节,分阶段循序渐进地培养和锻炼学生运用知识、实践动手、解决问题与团队合作等多重能力。陈卫东特别注意引导学生发现问题,并把大问题分解为一系列小问题,再找出其中的核心问题,进而按照优先顺序逐一解决。这种“分而治之”的做法,让同学们对待“问题”不再望而却步,而是把发现问题当成解决问题的一个重要部分。每次课后,许多同学会把机器人系统组件带回宿舍,挑灯夜战。讨论问题、参阅文献、提出方案、不断实验、不断改进,投入的时间和精力远远超出了课堂范围。(www.daowen.com)
在考核环节上,将笔试与项目竞赛相结合,竞赛中采用“项目报告+答辩”的组合形式,模仿体操比赛,设规定动作和自选动作两类,即考核基本技能,又给每个小组充分的自由发挥空间。裁判员不仅包括教师还包括每一个小组代表,保证了公开公平,也通过评价别人的技术来重新认识自身技术的优缺点。答辩环节是考核的重要一环,锻炼的是总结、提炼和表达能力。许多小组的答辩作品图文并茂,并制作了精美的实验录像,同学间充分交流设计思想和开发经验。每届课程结束时,学生不仅能成功开发出课程规定的智能机器人作品,完成预定的实验内容,部分学生还创造性地开发了更高性能的机器人(如机器人鲁棒视觉系统、吸盘与手爪组合抓取等),由此可看出同学们踊跃的创造热情和巨大的创造潜能。
近三年来,该实验平台在研究生专业基础课“机器人学与控制”教学中获得了成功应用,将创新设计的理念植入教学实践中,深受学生喜爱,并已开始在本科生选修课程“智能机器人”中推广应用。
教学反馈表明,通过以机器人为实例的学习和实验,有助于同学们深入理解基础课所教授的抽象概念和理论,亲身体验理论与实践结合应用的完整过程,打破了技术神秘感和创新思维障碍,为他们从事科研工作打下坚实的基础,同时也培养了他们从事工程学科研和实践的兴趣,启发他们树立更明确的事业目标,使他们更加主动,更加自信,更加敢于创造,也更加善于创造。
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