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摘要：本科教學(xué)作為高等教育的基礎(chǔ)，教學(xué)質(zhì)量決定著人才的質(zhì)量，培養(yǎng)模式?jīng)Q定著人才的類型。因此，本科教學(xué)必須隨著時(shí)代的進(jìn)步不斷變革，廢除舊知識(shí)、舊模式，增添新知識(shí)，采納新方法。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)作為當(dāng)前最熱點(diǎn)的研究領(lǐng)域，因其科技含量高，趣味性強(qiáng)，綜合性強(qiáng)受到了教育界的廣泛關(guān)注和應(yīng)用。本文首先分析了本科教學(xué)的主流模式及其發(fā)展方向，再概括了物聯(lián)網(wǎng)教育機(jī)器人的特點(diǎn)并進(jìn)行了設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，最后探討了在本科教學(xué)中引進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)教育機(jī)器人技術(shù)的途徑和方法，并對(duì)實(shí)施結(jié)果進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；教育機(jī)器人；本科教學(xué)；培養(yǎng)模式

一、前言

高等學(xué)府是培養(yǎng)人才的搖籃，其培養(yǎng)模式?jīng)Q定著人才的類型。而大學(xué)本科作為高等教育的基礎(chǔ)階段，其教學(xué)質(zhì)量決定著高等教育水平。大力加強(qiáng)本科教學(xué)改革，努力提高大學(xué)本科教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)新時(shí)期社會(huì)所需人才，是高等教育的職責(zé)和義務(wù)。高等教育必須緊跟時(shí)代步伐，廢除舊知識(shí)、舊模式，增添新知識(shí)，采納新方法。在知識(shí)變更日新月異的21世紀(jì)，如何利用瞬息萬(wàn)變的信息技術(shù)和前沿的軟硬件技術(shù)為本科教學(xué)的改革探索一條行之有效的新路子是高等教育工作者的責(zé)任。

二、本科教學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)

1.本科教學(xué)的現(xiàn)狀。

長(zhǎng)期以來(lái)，以教師為中心的課堂教學(xué)格局仍然沒(méi)有被打破，教師“一言堂”、“填鴨式”的教學(xué)模式在各大高校仍然是主流。究其實(shí)質(zhì)，教師只是知識(shí)的中間傳遞人，將書(shū)本上的知識(shí)面面俱到，照搬照抄給學(xué)生。所以，即使老師滿堂講得是口干舌燥，飛沫四濺，學(xué)生卻還是毫無(wú)興趣、昏昏欲睡。這種教學(xué)模式完全忽視了學(xué)生在教學(xué)環(huán)節(jié)中的主體地位，忽視了學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，帶來(lái)的弊端也顯而易見(jiàn)：①學(xué)生得到的只是書(shū)本上死的知識(shí)，脫離了實(shí)際應(yīng)用的空洞理論，雖“滿腹經(jīng)綸”，卻不能解決實(shí)際問(wèn)題；②學(xué)生養(yǎng)成了被動(dòng)接受的習(xí)慣，缺乏主動(dòng)求知的欲望和熱情，離開(kāi)了老師，甚至不會(huì)學(xué)習(xí)；③給了學(xué)生錯(cuò)誤的信號(hào)———老師講的、書(shū)本上的都千真萬(wàn)確、不容置疑。抹殺了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，阻礙了創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；④單一課堂教學(xué)模式培養(yǎng)下的學(xué)生共性有余，個(gè)性不足，抑制了個(gè)體特殊才能的發(fā)揮和發(fā)展；⑤老師講的多，學(xué)生思考的少，基本不動(dòng)手的教學(xué)要求退化了學(xué)生的動(dòng)手能力，削弱了相互協(xié)調(diào)配合，團(tuán)體合作能力的鍛煉。近年來(lái)，各大院校雖然不同程度地進(jìn)行了大學(xué)本科教學(xué)改革的研究和實(shí)踐，但主要集中在理論層面的探討，課程內(nèi)容的增減，教學(xué)手段由板書(shū)取而代之多媒體（主要是PowerPoint）等方面，沒(méi)有從根本上革除陳舊的、重知識(shí)輕能力的教學(xué)模式，沒(méi)有及時(shí)更新陳腐的舊知識(shí)，增添新穎的新技術(shù)新知識(shí)，實(shí)現(xiàn)名副其實(shí)的符合時(shí)代要求的教學(xué)改革。

2.本科教學(xué)的改革要求。

隨著改革開(kāi)放的深入，國(guó)家教育部先后出臺(tái)了一系列的改革計(jì)劃和建議，對(duì)高校的教學(xué)改革進(jìn)行宏觀指導(dǎo)。《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高等學(xué)校本科教學(xué)工作的若干意見(jiàn)》[1]、《教育部關(guān)于進(jìn)一步深化本科教學(xué)改革全面提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見(jiàn)》[2]等都特別強(qiáng)調(diào)指出：①要堅(jiān)持知識(shí)、能力和素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)從注重知識(shí)傳授向更加重視能力和素質(zhì)培養(yǎng)的轉(zhuǎn)變；②要根據(jù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和科技進(jìn)步的需要，及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容，將新知識(shí)、新理論和新技術(shù)充實(shí)到教學(xué)內(nèi)容中，為學(xué)生提供符合時(shí)代需要的課程體系和教學(xué)內(nèi)容；③要著力培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，要采取各種措施，通過(guò)減少課堂講授時(shí)數(shù)等，增加學(xué)生自主學(xué)習(xí)的時(shí)間和空間，拓寬學(xué)生知識(shí)面，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，完善學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)學(xué)生個(gè)性發(fā)展；④要培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力。要加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研密切合作，拓寬大學(xué)生校外實(shí)踐渠道，與社會(huì)、行業(yè)以及企事業(yè)單位共同建設(shè)實(shí)習(xí)、實(shí)踐教學(xué)基地。由此可以看出，建立知識(shí)、能力、素質(zhì)三位一體的人才培養(yǎng)模式，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高級(jí)專門人才已成為當(dāng)今高等院校改革的方向。

三、物聯(lián)網(wǎng)教育機(jī)器人分析與設(shè)計(jì)

教育機(jī)器人是以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生綜合能力為目標(biāo)的機(jī)器人產(chǎn)品。將物聯(lián)網(wǎng)元素引入機(jī)器人系統(tǒng)，使教育機(jī)器人功能更強(qiáng)大，具有自主控制、智能傳感與標(biāo)識(shí)、無(wú)線傳輸、分布式協(xié)同、智能交互等特點(diǎn)，這一類新型的具有物聯(lián)網(wǎng)理念的教育機(jī)器人，稱為“物聯(lián)網(wǎng)教育機(jī)器人”[3]。物聯(lián)網(wǎng)教育機(jī)器人不僅拓寬了教育機(jī)器人的功能，也拓展了物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，還能夠方便地搭建自己的機(jī)器人和物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，構(gòu)建分布式控制與協(xié)同實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、物流與交通實(shí)驗(yàn)平臺(tái)等。物聯(lián)網(wǎng)教育機(jī)器人的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)必須符合教學(xué)特點(diǎn)，達(dá)到教學(xué)目的[3]：

1.教學(xué)適用性。物聯(lián)網(wǎng)教育機(jī)器人首先應(yīng)當(dāng)易教益學(xué)，由于要經(jīng)常拆裝，反復(fù)實(shí)驗(yàn)，因此機(jī)器人的零部件要盡量堅(jiān)實(shí)耐用。

2.先進(jìn)性。物聯(lián)網(wǎng)教育機(jī)器人的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)必須緊跟時(shí)代的步伐，推陳出新，融入最新的技術(shù)和理念。

3.可擴(kuò)展性。為了培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新精神，物聯(lián)網(wǎng)教育機(jī)器人要有很好的可擴(kuò)展性，要留有充分想象的空間，要給予施展才能的窗口。

4.開(kāi)放性。各種傳感器和其他核心部件要盡量外露，這樣才能激發(fā)學(xué)生的好奇心，脆生求知欲，引導(dǎo)學(xué)生去探索。

5.模塊化程度。物聯(lián)網(wǎng)教育機(jī)器人的各個(gè)功能要盡量模塊化，可增可減，針對(duì)不同的應(yīng)用可方便地組合搭配。

6.可重構(gòu)性。物聯(lián)網(wǎng)教育機(jī)器人的各個(gè)組成部分應(yīng)該具有良好的可重構(gòu)特性（包括任務(wù)重構(gòu)，硬件重構(gòu)等），才能最大限度發(fā)揮學(xué)生的潛能，充分調(diào)動(dòng)個(gè)性特點(diǎn)。

7.二次開(kāi)發(fā)特性。物聯(lián)網(wǎng)教育機(jī)器人要能夠支持二次開(kāi)發(fā)，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性和深層探究科學(xué)問(wèn)題的能力。

8.良好的性價(jià)比要求。由于各個(gè)地區(qū)的發(fā)展不平衡，經(jīng)濟(jì)水平參差不齊，因此，機(jī)器人的性能除了滿足教學(xué)要求外，必須具有良好的性價(jià)比，成本越低越好。

四、讓“物聯(lián)網(wǎng)教育機(jī)器人”走進(jìn)本科教學(xué)

物聯(lián)網(wǎng)教育機(jī)器人技術(shù)融合了多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的知識(shí)，不僅具有硬件技術(shù)，也具有軟件技術(shù)，便于設(shè)計(jì)各種項(xiàng)目或比賽，能夠激活大學(xué)生的創(chuàng)新思維，激發(fā)大學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉大學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)大學(xué)生的合作能力和團(tuán)隊(duì)精神。

1.本科教學(xué)中普及物聯(lián)網(wǎng)教育機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)。在本科教學(xué)中普及物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)是當(dāng)前形勢(shì)的迫切需要，是教育發(fā)展的必然，應(yīng)該多途徑、多渠道宣傳、推廣物聯(lián)網(wǎng)和機(jī)器人技術(shù)知識(shí)。①舉行不同主題的系列講座，讓學(xué)生初步了解物聯(lián)網(wǎng)和機(jī)器人技術(shù)的真正內(nèi)涵。②開(kāi)設(shè)相關(guān)的選修課程，系統(tǒng)講解物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)：發(fā)展歷程、軟硬件組成、不同領(lǐng)域的應(yīng)用、未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)和展望等。讓部分學(xué)生先“懂”起來(lái)，由點(diǎn)觸面，由少數(shù)帶動(dòng)多數(shù)，從而引發(fā)對(duì)前瞻技術(shù)探密的興趣。

2.搭建物聯(lián)網(wǎng)教育機(jī)器人研發(fā)平臺(tái)，構(gòu)建創(chuàng)新設(shè)計(jì)新環(huán)境。物聯(lián)網(wǎng)教育機(jī)器人是一個(gè)多學(xué)科理論和知識(shí)的有效載體，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)、制作和運(yùn)用，可以調(diào)動(dòng)大學(xué)生運(yùn)用知識(shí)、創(chuàng)造知識(shí)的能力，培養(yǎng)大學(xué)生科技創(chuàng)新的綜合素質(zhì)。因此，應(yīng)該充分利用高校的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等教學(xué)環(huán)節(jié)，構(gòu)建創(chuàng)新設(shè)計(jì)新環(huán)境。有必要通過(guò)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式的改革，開(kāi)設(shè)設(shè)計(jì)性、綜合性、創(chuàng)新性比較強(qiáng)的物聯(lián)網(wǎng)機(jī)器人設(shè)計(jì)項(xiàng)目，使之真正具有創(chuàng)新教育的內(nèi)涵與功能。作者所在課題組與東莞市博思電子數(shù)碼科技有限公司合作，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套物聯(lián)網(wǎng)與機(jī)器人實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅包含基本的硬件設(shè)備，而且提供軟件設(shè)計(jì)程序，實(shí)踐性強(qiáng)，工程創(chuàng)新空間大，非常適合作為大學(xué)機(jī)械、電氣、自動(dòng)化等專業(yè)本科學(xué)生的教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)。學(xué)生可以在此平臺(tái)上進(jìn)行各種物聯(lián)網(wǎng)與機(jī)器人相關(guān)的理論證明、技術(shù)驗(yàn)證、實(shí)景再現(xiàn)、工程模擬，可以進(jìn)行無(wú)限的創(chuàng)意和構(gòu)想。

3.借勢(shì)而發(fā)，參與各項(xiàng)賽事，成立物聯(lián)網(wǎng)教育機(jī)器人研發(fā)興趣小組。眾所周知，各種機(jī)器人競(jìng)賽琳瑯滿目，物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的賽事也風(fēng)生水起，這也正是物聯(lián)網(wǎng)教育機(jī)器人進(jìn)入本科教學(xué)的切入點(diǎn)，以此為契機(jī)，成立物聯(lián)網(wǎng)與機(jī)器人研發(fā)興趣小組，吸納不同學(xué)科領(lǐng)域?qū)ξ锫?lián)網(wǎng)機(jī)器人研究有興趣的學(xué)生，為他們創(chuàng)造研發(fā)的環(huán)境和條件，提供軟硬件資源。我院與東莞博思電子數(shù)碼科技有限公司合作成立的“物流與機(jī)器人技術(shù)實(shí)驗(yàn)室”和“物聯(lián)網(wǎng)與物流技術(shù)研究中心”，每年都吸引了不同年級(jí)、不同專業(yè)背景的本科生匯聚于此，共同研究物聯(lián)網(wǎng)教育機(jī)器人相關(guān)技術(shù)，參與各種賽事，取得了不俗的成績(jī)。五、總結(jié)展望大學(xué)本科的教學(xué)改革必將隨著時(shí)代的進(jìn)步、社會(huì)的發(fā)展不斷深入、不斷升華。知識(shí)的推陳出新，新穎的軟硬件技術(shù)的應(yīng)用是教育的基本要求；培養(yǎng)有知識(shí)、有能力、有素養(yǎng)的創(chuàng)新型、實(shí)踐型人才是教育改革的方向。我院有意與東莞市博思電子數(shù)碼科技有限公司合作，將當(dāng)前如火如荼的物聯(lián)網(wǎng)與機(jī)器人技術(shù)引入大學(xué)本科的教學(xué)改革，旨在摸索一條適合新時(shí)期、新要求的大學(xué)生培養(yǎng)新路子，相信在不久的將來(lái)一定會(huì)收獲此次合作改革帶來(lái)的教學(xué)成果。

參考文獻(xiàn)：

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[2《]教育部關(guān)于進(jìn)一步深化本科教學(xué)改革全面提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見(jiàn)》[Z].教高〔2007〕2號(hào).

[3]葛艷紅.基于物聯(lián)網(wǎng)的教育機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究[D].武漢理工大學(xué)，2013.

作者：葛艷紅 李文鋒 周建榮 單位：武漢理工大學(xué) 東莞博思電子數(shù)碼科技有限公司