传统的机器人控制技术课程教学模式是以理论讲解为主线的出发点而建立的,以课堂教学为主,教学实验、课后作业和考试评价为课堂讲授内容服务,着重培养学生分析问题、解决问题的能力,传统的教学模式是:教师讲课,学生记笔记,期末考试定终身,知识学得很多,但创造力缺乏,难以适应时代需求。
从教学环节看,传统教学模式中的课堂教学内容、教学实验和考试等环节都存在弊端。教学内容陈旧,专业面狭窄,没有反映现代机器人发展的水平。授课方式主要以教师讲授为主,教学手段单调,学生被动地听讲,缺少教师与学生的互动和课堂交流。教学实验基本上为演示性、验证性实验,实验内容单调,实验方式是按照实验指导书所给定的实验步骤,按部就班地进行操作。这样的实验模式制约着学生主观能动性地发挥,阻碍了学生的创新意识。
传统考试模式采用闭卷方式,一次定终身,考试命题也只是课堂教学内容的简单应用,主要考察的是对基础知识的掌握程度和灵活应用水平。这样的考试带有一定偶然性,需要记忆繁杂的理论公式,考察的是解题能力,这种导向严重制约着学生通过课程学习获得分析问题、解决问题以及综合运用知识的能力,培养的学生缺乏创新性,发散性思维和形象思维能力欠缺,综合解决实际问题的能力不强。
为了使得学生更好地接受课程相关知识,本课程在教学过程中采用了多样性的教学方法。
1. 采用了丰富多样的多媒体教学方式
机器人控制技术课程内容多、难以语言解释,常规教学方法难以在规定学时内完成相关教学内容。本课程的多媒体课件是经过多位老师精心制作的,内容丰富、新颖。绪论部分动态引入目前世界最新机器人研究成果,引发了学生学习兴趣,使听课质量明显提高;对运动学和动力学通过MATLAB多媒体方式进行实时详细的推导和示例;而对运动控制编程则现场编制、改写相关VC或VB控制程序。这些工作使得学生对课程学习兴趣提高、理解能力加强。而对机器人复杂的结构则借助多媒体教学手段进行动态演示,仔细讲解,应用多媒体课件授课时数已经达到95%vb编程基础知识放大,取得了良好的教学效果。
2. 采用贯穿整个教学过程的案例教学手段
本课程结合自行研制开发的SCARA型教学机器人样机,对机器人进行系统讲解,使得学生在本课程学习中始终有一个具体的参照模型,也使得学生对机器人这样一个高科技的复杂产品有了更形象和具体的认识。同时,结合该机器人进行贯穿整个教学过程的案例式教学,对
该机器人从运动学建模、运动学分析、运动规划、电机驱动及其编程控制等分别以实际案例结合每章的设计项目问题进行系统讲解,并结合实验教学使学生从机器人实体和实际工程上对其进行消化理解。开拓了学生的视野,激发了学生的创新热情。
3. 采用交互式提问、类比等方式,加强分析讨论,培养学生研究性学习的理念
课堂教学中对一些知识点设置疑问,鼓励学生独立思考、大胆质疑,发现问题和解决问题,活跃了课堂气氛,调动了学生学习的积极性。如讲授机器人轨迹规划时,先通过一段机器人装配作业视频,让学生在已学知识基础上讨论装配作业是如何实现的,从而引出机器人在直角空间的轨迹规划,然后让同学们积极思考该方法的缺点,进一步引出关节空间的轨迹规划。这种教学方法使学生的印象深刻,容易掌握要点。另外,在课堂讲授过程中,及时对相近内容进行归纳总结,提高逻辑思维能力和创新设计能力。
4. 开发设计型、研究型实验,促进研究式教学,为学生提供理论联系实际的平台
为使实验在教学过程中能够充分调动学生的积极性,引导学生由被动走向主动学习,培养动手能力,启发学生思维和创造力,提高实验技能和科学实验素质,锻炼分析问题和解决问
题的能力,我们在对传统实验进行分析的基础上,对实验内容、实验方法、实验模式进行了改革。将教学实验重点放在设计型与研究型实验的开发和建设上,在实验课上教师只是启发引导和做好组织工作,充分发挥学生的主观能动性和调动学生学习的积极性。传统实验教学所采用的学生相对集中在某一确定时间进行实验的方法效果并不好,时间紧,学生难以消化。为此,对实验室管理进行了改革,采用开放式管理办法,实验室全天向学生开放,以解决实验装置台套数少、学生多的矛盾。本课程的所有实验装置均为课程团队自行研制,包括机器人本体和运动控制器,学生在实验过程中可以接触到机器人控制的更底层的有关知识;学生在了解每个实验基本原理的基础上要自行连接硬件、设计开发程序,控制机器人完成相应的动作,使学生动手操作的机会大大增加,有助于学生解决实际问题能力的培养。
另外通过开放教学和科研实验室,使学生在课上课下均得到指导。学生在教师的指导下到教学和科研实验室参加科研工作和科技制作,鼓励学生参加各类大赛。另外与教学相结合,课程团队成立了机器人协会、电子协会和班级创新小组,通过机器人实体培养学生的兴趣和创新意识,帮助学生消化、掌握和巩固知识。
上述措施的实施使实验教学效果得到了大幅度提高,也使本课程成为最受学生欢迎课程之一,每届学生选修该课程150名左右。
5. 合理的考核指标和监督体系保证课程建设质量
考试作为教学评价重要手段,对学生学习和教师教学具有重要的导向作用。我们长期坚持、积极进行考试方法改革探索,引导学生改进学习方法。传统考试的主要形式是一次性定时闭卷考试。这种考试方法有诸多弊端,一是会造成学生考试临时突击现象,放松平时的学习;二是不利于考察学生综合运用知识解决问题的能力,难于发挥创新性思维能力。针对以上两点,我们对机器人控制技术课程考核进行了改革。
按照《哈尔滨理工大学考核方式的规定》,为了使学生理论课成绩考核工作更加科学、合理,并有效地提高教学质量和学生学习效果,制定本课程的考核成绩原则:总成绩由平时成绩和期末成绩构成。平时成绩由上课出勤、作业(平时测验)和实验成绩构成。上课出勤占平时成绩的1/3,作业(平时测验)占平时成绩的1/3,实验成绩占平时成绩的1/3;平时成绩占总成绩的20%,期末成绩占总成绩的80%;在期末考试中,给出需要记忆繁杂的理论公式,重点考察学生分析和解决问题的能力。任课教师严格按照本规定要求执行,认真做好学生成绩的评定工作,使学生出勤率达到95%以上,并保留好原始记录,课程结束后将学生计分册上交到所在学院备案。
6. 现代信息技术支撑课程建设
信息技术的发展和广泛应用,为教学手段的变革、教学资源的共享、以及教学效率的提高,提供了良好的平台和工具。为了建立良好的学生自学环境,构建了开放式教学网络学习平台。课程团队积极采用现代教育手段,提出了明确的要求,构建实物、模型、录像、多媒体课件、网络课堂等多维一体的教学平台,采用多维立体的教学手段和授课方式,激发学生学习兴趣和学习动机。将网络课程、电子教案等存放在Web服务器上,网上资源全部公开,学生通过上网浏览主页进行异步学习,下载教学资源进行个别化自主学习,拓展了知识传授的空间,方便学生们对教学内容的难点和重点的理解和消化,同时利用网络使学生获得目前机器人技术的最新成果,扩大他们的知识面和激发他们的学习热情。
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