［摘要］針對工程碩士的培養(yǎng)需求，從南京工程學(xué)院機械工程類應(yīng)用型研究生的實際出發(fā)，進行了“機器人技術(shù)”課程的教學(xué)改革研究，在教學(xué)內(nèi)容中融入工程案例分析，在教學(xué)方法中采用翻轉(zhuǎn)課堂，在課程實施中貫徹實訓(xùn)實踐，使課程在提高工程碩士的實踐應(yīng)用能力及創(chuàng)新能力上發(fā)揮重要作用。課程教學(xué)是研究生培養(yǎng)中的重要環(huán)節(jié)，為了提高工程碩士的實踐能力，在課程教學(xué)中進行教學(xué)改革探索研究，旨在加強理論教學(xué)與應(yīng)用實踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力。［關(guān)鍵詞］機器人技術(shù)；課程內(nèi)容構(gòu)建；案例教學(xué)；項目化實踐教學(xué)工程碩士旨在培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力［1-3］，而實踐能力的訓(xùn)練和提升需要從課程設(shè)置、專業(yè)實踐、校內(nèi)外導(dǎo)師等各個環(huán)節(jié)進行研究［4-6］。近年來，隨著工程碩士的擴招，而高校工程實踐教學(xué)的軟件和硬件資源無法及時補充，導(dǎo)致必需的工程實踐環(huán)節(jié)被削弱，同時相當(dāng)一部分工科教師尤其是具有高學(xué)位的年輕導(dǎo)師缺乏必要的工程背景，加上校外企業(yè)實習(xí)效果無法保證，這使得培養(yǎng)的工程碩士人才大多數(shù)屬于知識型而非工程型，與行業(yè)企業(yè)的實際崗位需求存在明顯差距［7-10］。一、課程面臨的主要問題1.課程教學(xué)內(nèi)容更新較慢。傳統(tǒng)“機器人技術(shù)”課程的教學(xué)內(nèi)容更新較慢，碩士生“機器人技術(shù)”課程應(yīng)更重視課程的高階性，不僅要學(xué)習(xí)機器人技術(shù)的核心知識，還要兼顧機器人的前沿技術(shù)以及一些專精特新技術(shù)等。新的工程學(xué)科下的機器人課程可將知識邊界拓展到工業(yè)機器人之外的其他機器人理論與技術(shù)，給出新的知識邊界。2.實踐能力欠缺。目前在機器人實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，多采用教學(xué)專用機器人實驗儀器，優(yōu)點是模塊化程度高、方便教學(xué)，但存在很大局限性，設(shè)備成本高，實踐場地狹小，無法滿足課程需求，學(xué)生得不到充分的鍛煉，教學(xué)效果不夠理想。3.教學(xué)評價單一。傳統(tǒng)碩士生“機器人技術(shù)”課程的教學(xué)評價單一，主要為平時和期末大作業(yè)成績，學(xué)習(xí)中僅僅完成了低階的知識目標，缺乏課程高階性的合理評價方法，課程外拓展及發(fā)散模式不夠清晰，導(dǎo)致學(xué)生對課程缺乏參與熱情，無法滿足應(yīng)用型工程碩士教育的需求。綜合分析目前“機器人技術(shù)”課程存在的問題，并結(jié)合學(xué)校辦學(xué)定位和對工程碩士的培養(yǎng)需求，開展面向工程碩士的“機器人技術(shù)”課程教學(xué)改革。二、課程改革的主要指導(dǎo)思想南京工程學(xué)院對工程碩士的培養(yǎng)有清晰定位，由于與世界一流高校差距明顯，在培養(yǎng)研究生從事高端科學(xué)研究工作能力方面存在差距，但也不能只著眼于培養(yǎng)技工，故要思考如何緊跟國家發(fā)展前景更好地培養(yǎng)復(fù)合應(yīng)用型人才。基于我校工程碩士的培養(yǎng)定位，進行“機器人技術(shù)”課程的教學(xué)改革與建設(shè)，具體思路如下。1.進行教學(xué)內(nèi)容研究，注重機器人基礎(chǔ)知識與控制技術(shù)相結(jié)合，結(jié)合實際案例，通過技術(shù)實操，使學(xué)生能自行編寫簡單的機器人程序，培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)創(chuàng)新和工程實踐能力。2.進行教學(xué)方法的研究，優(yōu)化課程內(nèi)容，使其內(nèi)容豐富、新穎。注重案例教學(xué)，結(jié)合機器人教學(xué)樣機，進行系統(tǒng)講解，使得學(xué)生對機器人產(chǎn)品有更形象和具體的認知。3.進行實踐教學(xué)方法改革研究，將教學(xué)實踐重點放在研究性實踐的開發(fā)上，在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，教師只是協(xié)助引導(dǎo)和組織實踐工作，要求學(xué)生發(fā)揮主觀能動性和學(xué)習(xí)的積極性，在實踐環(huán)節(jié)自行搭建硬件平臺，控制機器人完成指定的動作。機器人實踐過程中所需的實驗平臺管理采用半開放式，除了白天教學(xué)時間，晚上也對學(xué)生開放，以解決實驗設(shè)備數(shù)量少、學(xué)生使用沖突的問題，使得學(xué)生的實踐機會增加，有助于提高學(xué)生解決實際問題的能力，為后續(xù)研究生課題的研究打下基礎(chǔ)。三、課程改革的具體內(nèi)容1.教學(xué)中融入案例化分析。根據(jù)機器人技術(shù)教學(xué)大綱，進行教學(xué)案例和技術(shù)模塊的篩選，并進行教學(xué)案例素材的收集及案例庫的建設(shè)?！皺C器人技術(shù)”課程案例庫體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。在進行案例建設(shè)中，以信息化技術(shù)為依托，進行課件的制作。例如，在仿生驅(qū)動技術(shù)案例中，錄制傳統(tǒng)驅(qū)動器在企業(yè)實際應(yīng)用中的視頻，在新型仿生驅(qū)動技術(shù)中，用三維建模軟件、仿真軟件開展新型驅(qū)動器的設(shè)計及性能特征的仿真分析，通過虛實結(jié)合的教學(xué)案例，加深學(xué)生對相關(guān)技術(shù)的理解。在進行案例建設(shè)中，緊跟機器人前沿技術(shù)。通過視頻了解其發(fā)展過程，對近年來最新機器人進行技術(shù)剖析，分析其仿生機構(gòu)與驅(qū)動設(shè)計、自主導(dǎo)航、智能感知、運動規(guī)劃與控制技術(shù)，旨在實現(xiàn)學(xué)生對機器人前沿技術(shù)的有效感知與掌握。2.課堂翻轉(zhuǎn)以學(xué)生為中心。不同于本科生課程學(xué)習(xí)中注重知識能力的培養(yǎng)，在碩士生課程學(xué)習(xí)中，應(yīng)側(cè)重自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，尤其是獨立解決問題能力的培養(yǎng)，故要充分發(fā)揮學(xué)生的積極主動性，以學(xué)生為中心進行翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方法改革。在進行翻轉(zhuǎn)課堂實施中，聚焦機器人研究熱點，隨著老齡化的加劇，面向老人的各種服務(wù)機器人成為近年來的主要研究對象，以醫(yī)療康復(fù)機器人為例，進行機器人關(guān)鍵技術(shù)的分析及研討。在課前布置任務(wù)，學(xué)生圍繞主體內(nèi)容進行分組、檢索、討論、制作PPT，并在課堂上分組匯報，教師與學(xué)生進行討論互動并總結(jié)。3.項目化教學(xué)提高學(xué)生實踐能力。在課程中融入實訓(xùn)環(huán)節(jié)，采用以產(chǎn)出為導(dǎo)向的機器人技術(shù)項目化教學(xué)，旨在提高學(xué)生的應(yīng)用能力及創(chuàng)新能力?！皺C器人技術(shù)”課程開設(shè)的項目化實訓(xùn)教學(xué)依托本校校企協(xié)同育人工程實訓(xùn)平臺中的越疆機器人系統(tǒng)。在實施中，按照自由組合、專業(yè)方向互補的原則進行實訓(xùn)分組，每組4～5人。實訓(xùn)教學(xué)實施借助信息化手段，通過線上與線下混合教學(xué)方式，實現(xiàn)課前環(huán)節(jié)預(yù)習(xí)、課中環(huán)節(jié)實踐、課后環(huán)節(jié)總結(jié)，實現(xiàn)學(xué)生深刻參與項目中，并得到鍛煉與提升。實訓(xùn)中需要學(xué)生基于越疆Dobot桌面機器人實現(xiàn)物塊的分揀搬運工作任務(wù)，機器人實訓(xùn)平臺如圖2所示。在實施過程中，每組要進行協(xié)作編程完成機器人運動規(guī)劃及控制。其具體控制流程為：首先，進行平臺各模塊的初始化設(shè)置，完成后，通過USB線連接電腦上位機程序與機械臂電機控制平臺，來實現(xiàn)上位機程序控制機械臂的分揀搬運控制，并進行待搬運物體的初始位置坐標以及抓取存放區(qū)域坐標的確立，以便進行后續(xù)機械臂的準確抓取。其次，機械臂將通過吸盤進行物塊的抓取，并將其放在指定的存放區(qū)域。最后，視覺傳感模塊檢測到后將進行位置與顏色的區(qū)分，以進行后續(xù)的分揀與搬運。4.課程改革實施效果評價。進行課程改革的綜合評價，形成課程教學(xué)的閉環(huán)，實現(xiàn)持續(xù)改進。課程的改革效果需要從多個方面進行評價才能最直觀、最準確地了解改革在哪些方面有進步。對學(xué)生進行問卷調(diào)查研究，針對本校2022級選修“機器人技術(shù)”課程的85名學(xué)生開展問卷調(diào)查，覆蓋對“機器人技術(shù)”課程教學(xué)內(nèi)容是否滿意、實踐教學(xué)的開展形式、實踐教學(xué)內(nèi)容如何設(shè)置以及對課程改革的建議等。調(diào)查問卷的統(tǒng)計結(jié)果如圖3和表1所示。由圖3和表1可看出，學(xué)生對課程教學(xué)方式及教學(xué)內(nèi)容的認可度較高，課程對學(xué)習(xí)興趣的產(chǎn)生及學(xué)習(xí)動機的培養(yǎng)很有幫助，對拓寬學(xué)術(shù)視野及專業(yè)知識的儲備有較好幫助，課程中融入討論課及實踐教學(xué)環(huán)節(jié)非常有必要，對實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中教師講解與學(xué)生操作的時間比例建議為1∶1，并對課程的考核方式建議為平時成績（20%）、大作業(yè)成績（40%）與實踐課成績（40%）的綜合計算的方式。問卷調(diào)查為課程改革的持續(xù)推進提供了較好的研究基礎(chǔ)。結(jié)語研究生教育是高等教育的重要組成部分，隨著我國制造業(yè)的飛速發(fā)展，全社會對于高層次應(yīng)用型工程人才的需求越來越旺盛。此外，目前我國正處于經(jīng)濟轉(zhuǎn)型和“機器換人”的時代，機器人產(chǎn)業(yè)將會得到快速發(fā)展，“機器人技術(shù)”課程作為我校研究生專業(yè)課程的核心課程，對其進行改革具有重要的意義。1.進行面向工程碩士培養(yǎng)的“機器人技術(shù)”課程的教學(xué)內(nèi)容改革。在傳統(tǒng)機器人知識上，融入案例教學(xué)，在進行案例庫建設(shè)的過程中要注意知識的高階性及內(nèi)容的前沿性，以此確保案例教學(xué)在“機器人技術(shù)”課程中的高質(zhì)量。結(jié)合目前機器人的研究熱點，進行機器人關(guān)鍵技術(shù)的深度剖析，培養(yǎng)學(xué)生思考并解決問題的能力，為后續(xù)的研究生課題打下研究基礎(chǔ)。2.進行面向工程碩士培養(yǎng)的“機器人技術(shù)”課程的教學(xué)方法改革。不同于常規(guī)課程中“填鴨式”教學(xué)模式，在課程中融入翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，以學(xué)生為中心開展討論，最后教師進行點評分析。在此過程中，培養(yǎng)學(xué)生團隊協(xié)作、分析問題、工程應(yīng)用及創(chuàng)新的能力。3.進行面向工程碩士培養(yǎng)的“機器人技術(shù)”課程的實踐教學(xué)