服务于“三高四新”战略的电子信息类“机器人学”课程的改革探索与研究.pdf

2023年10 月计算机应用文摘第3 9 卷第2 0 期服务于“三高四新”战略的电子信息类“机器人学”课程的改革探索与研究张林成，李稳国，肖卫初（湖南城市学院信息与电子工程学院，湖南益阳413 0 0 2)摘要：“三高四新”重大战略提出要打造重要先进制造业高地与具有核心竞争力的科技创新高地。文章结合电子信息类专业的特点和时代特征，对服务于“三高四新”战略的“机器人学”课程的改革展开了探索与研究，其中分析了课程体系的构建、实验平台的搭建、教学模式的建设、师资力量的打造和人才培养模式的探索等，可为应用型本科院校的电子信息类专业提供借鉴，对现代化创新型开发人才的培养具有重要意义。关键词：三高四新；机器人学；课程改革；校企协同中图法分类号：TP242Exploration and research on reform of electronic information“roboticscourse under“three highlands and four new stages”strategy(School of Information and Electronic Engineering,Hunan City University,Yiyang,Hunan 413002,China)Abstract:The“three highlands and four new stages major strategy proposes to create an importantadvanced manufacturing highland and a technological innovation highland with core competitiveness.The article explores and studies the reform of“robotics course,which serves the“three highlandsand four new stages strategy,based on the characteristics of electronic information majors and thetimes.It analyzes the construction of the course system,the construction of experimental platforms,the construction of teaching models,the creation of teacher resources,and the exploration of talentcultivation models.This can provide reference for electronic information majors in application-oriented undergraduate colleges,The cultivation of modern and innovative development talents is ofgreat significance.Key words:three highlands and four new stages,robotics,curriculum reform,school-enterprisecollaboration1引言2020年,相关会议提出了“三高四新”战略，重要先进制造业高地和具有核心竞争力的科技创新高地是该战略的重要组成部分，对高校机器人专业的发展具有极强的指导性。应用该战略，高校可正确把握人才培养的新方向，从而满足社会发展的新需求,进而深化创新创业教育的内涵。作为先进制造业的重要支持力量，机器人领域汇聚了多种智能创新技术,是多学科交叉的典型代表，可体现科技创新的发展程度。为了培养机器人研发和应用的优秀人才，从而更好地服务于“三高四新”战文献标识码：AZHANG Lincheng,LI Wenguo,XIAO Weichu略,机器人相关课程呕须进行改革与研究。本文从“打造重要先进制造业高地、打造具有核心竞争力的科技创新高地”出发，结合电子信息类专业的特点和时代特征,对“机器人学”课程的改革展开了探索与研究，旨在为应用型本科院校的电子信息类专业提供借鉴，进而实现现代化创新型机器人开发人才的培养。2“机器人学”课程改革的研究现状“机器人学”是一门多学科交叉的新兴综合性课程，融合了机械学、传感、驱动、控制、计算机软硬件和人工智能等先进技术，在我国已有近四十年的发展历史,在基础理论和实践应用中均取得良好成果。目基金项目：2 0 2 3 年益阳市社科联重点课题：服务于“三高四新”战略的电子信息类机器人课程改革探索与研究（2 0 2 3 YS027)14前，机器人产业的发展前景广阔，对国民经济和人民生活具有重要影响 1 420世纪8 0 年代以来,国内多所高校开设了“机器人学”课程,建立了较为完善的学科与课程体系。然而，多数“机器人学”课程主要采用“教师讲、学生听”的灌输式教学模式，存在教学内容繁杂、教学方法单一、重理论和轻实践等问题,严重缺少培养学生科研和创新能力的实验环节，无法满足时代需求 5 7 。为了实现创新型人才的培养，专家学者对“机器人学”的教学大纲、课程体系、教学内容及教学方法等展开了探索与研究。战强等 8 围绕教学内容、教学方法及考评方式分析了该课程教学过程中存在的问题,并提出了具有建设性的改革方案;葛海浪等 9 采用项目式教学法对机器人实践课程进行了教学改革，该方法可培养学生的创新思维和实践能力；李愿等 10 基于职业院校的“1+X”证书制度，提出了“课证融合”的课程、团队建设方案，该方案能有效提升学生的职业技能素养并拓展学生的就业创业本领；薛俊祥等 11 将机器人教学与课程思政进行了有机融合，有助于学生实现知识的充分内化,达成了价值引领和立德树人的培养目标；李昭等 12 围绕教学方法、教材选取等对课程建设与改革展开了探讨，并对双语教学、教学网站功能和实践教学等提出了改进意见，旨在更好地实现创新型人才的培养。综上,现有的“机器人学”课程改革的探索与研究集中于教学大纲、课程体系、教学内容和教学方法等方面,存在一定的局限性,缺少对现代化创新型机器人教学师资队伍的建设探索及相关战略下贴合社会发展的需求探索。因此,结合电子信息类专业的特点和行业发展趋势，本文围绕“三高四新”战略中的“打造重要先进制造业高地、打造具有核心竞争力的科技创新高地”，通过项目需求促进教学改革，同时打造高水平的现代化创新型师资队伍，旨在不断深化“机器人学”课程改革，进而为制造业培养更多的优秀人才。3“机器人学”课程的改革探索与研究3.1设课程体系在课程体系的构建方面，高校可将产业作为根基,将项目作为引导，对接先进制造业高地和科技创新高地，从而调研机器人行业的发展趋势和区域发展定位。基于调研结果，可邀请先进制造业的专家共同制定人才培养方案。该方案可采用校企合作模式，将课程思政、创新思维和综合素养等纳人培养内容,充分发挥校企优势,从而构建理论与实践相互融合的现代化创新型机器人课程体系，进而满足社会、企业和高校的需求。同时,该课程体系可对数学、物理及自计算机应用文摘动化控制等理论课程的内容进行合理构建，如数学中的齐次坐标与坐标系的齐次变化、物理中的广义连杆及DH参数表、自动化控制中的控制方程等。此外，机器人开发课程相关教学内容也可进行合理补充，如机器人传感器的应用、机器人轨迹的规划方法及机器人语言编程等。课程体系的合理构建不仅有助于高校实现理论教学与实践教学的统一，还有助于学生加强对课程的理解与掌握。3.2实验平台基于现代化创新型机器人课程体系，高校可构建以创新和实践为核心的交叉课程平台，通过合理的现代化理论教学和创新型应用项目的实践开发，确保人才培养定位和课程设置处于先进水平；还可构建创新实践平台（如基础教学实验室等），通过机器人运动学、动力学与控制、机器人轨迹规划等基础实验加强学生对核心知识的理解与掌握。从专业人才的培养定位和发展方向出发，高校可搭建专业实验室，该实验室可通过具体科研项目深化学生对专业知识的理解,从而使其独立完成项目分析。在此基础上,校方还可建设创新创业实验室，帮助学生将机器人基础理论知识和其他专业知识相结合并应用于具体的创新创业项目中，从而逐步提高学生的创新素养,进而将教学及科研资源转为创新实践成果，实现产学研的结合。此外，校方还可通过校企共建实验室吸收并利用社会资源，同时探寻创新实践培养方案与行业需求的契合点，从而实现技术的联合开发，进而为机器人产业培养优秀人才。3.3教学模式根据“机器人学”课程的特点，高校可将理论教学作为基础,将实践教学作为导向,对现代化教学模式展开探索。在理论教学方面,校方可针对基础内容中的坐标变换、齐次坐标、变换方程及广义连杆等打造线上教学资源，为学生提供直播学习、点播学习、在线测评及在线答疑等服务，从而丰富学生的学习途径；在实践教学方面，校方可将项目案例作为教学模块，围绕实验室机器人对机器人传感器、规划、编程控制和应用等内容进行系统的讲解，同时配合线下实训，指引学生完成机器人的机械臂控制、机器人轨迹的简单规划及传感器的应用与控制等内容的学习，从而帮助学生实现理论知识向实践开发能力的转化。此外，校方可应用系统化、标准化、科学化的教学案例，通过线上线下相结合的模式高效地完成“机器人学”课程的现代化教学,并提高学生的自主学习能力。3.4师资力量在师资力量的打造方面，高校需坚持多层次、多2023年第2 0 期2023 年第 2 0 期渠道、多形式且重实效的原则，充分依托企业的成熟培训模式与软硬件平台，在校企合作模式下完善教师的知识结构，丰富教师的实践经验并培养其教研与教改能力、智慧教学能力。同时，校方可聘请企业工程师与校内教师组成指导教师团队，将理论与实践相结合，将课堂教学、实验与课程设计相结合，从而构建先进的课程体系,并形成可持续的师资提升方案，进而打造贴合现代化需求的创新型师资力量。其中，校内教师可负责理论教学，帮助学生树立严谨的科研态度并及时掌握前沿热点知识；企业工程师可负责实验教学，通过课程设计及实践开发教学培养学生的实践动手能力和协作精神；校内教师可全程参与实践环节的学习，通过项目开发实践提高自身的实践、科研能力。3.5人才培养模式在人才培养模式的探索方面,高校可通过理论课堂教学帮助学生充分夯实机器人相关基础知识；还可将实践作为导向并将实验和课程设计作为途径,设立相关机器人应用开发项目，通过项目训练提高学生的自主创新能力和实践能力。其中，校方需构建稳定持续的竞赛训练机制和项目实习驱动机制，以机器人的实际应用开发项目为依托对学生进行综合性训练，通过理论考核和项目实践对学生进行综合检验,从而培养学生的创新意识并提高其专业能力。同时，校方可围绕相关科研论文、发明专利、软件著作权及工程技能证书等培养学生的科研学术意识并激发其创新意识。此外,高校可支持企业工程师、高校教师与学生共同开展学术交流活动。该活动有助于企业获得科技服务，有助于教师发现新的科研方向，有助于学生拓展创新能力，从而实现企业、教师、学生三方的共赢，进实现创新型人才培养方案的探索，为电子信息类专业培养现代化开发人才。4结束语围绕“三高四新”战略提出的“打造重要先进制造业高地、打造具有核心竞争力的科技创新高地”指导计算机应用文摘意见，本文对现代化机器人的课程体系、实验平台、教学模式、师资力量和人才培养模式等进行了分析，实现了“机器人学”课程改革的深人探索与研究，提出了一系列高效的创新改革措施。该研究成果可为应用型本科院校的电子信息类专业提供借鉴，对现代化创新型开发人才的培养具有重要意义。参考文献：1许达哲.大力实施“三高四新”战略，奋力建设现代化新湖南 J.新湘评论,2 0 2 0(2 4):5-11,2罗竹辉,邱显焱,李兵华,等.“三高四新”背景下工业机器人及其应用教学改革 J.内燃机与配件，2 0 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