基于cdio机器人实践教学探索和实践

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1、基于CDIO机器人实践教学探索和实践　　摘要：机器人平台是开展工程教育的一个良好载体，有利于学生获得宽阔的基础、专业视野和工程实践能力。以CDIO工程教育改革为背景，对机器人实践教学的模式和方法进行了探索与实践，构建了基于CDIO的机器人实践教学体系。实践表明，该实践教学改革模式具有较好的实际效果。关键词：机器人；实践教学；CDIO工程教学模式作者简介：王国江（1974-），男，河南开封人，成都信息工程学院控制工程学院，副教授。（四川成都610225）基金项目：本文系成都信息工程学院教改项目（项目编号：Y201001）的研究

2、成果。中图分类号：G642.423文献标识码：A文章编号：1007-0079（2014）05-0180-0211近年来高等教育教学改革尤其是工程教育改革在世界范围内全面展开，引起了社会各界的广泛关注。[1-3]CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）、运作（Operate），是近年来国际工程教育改革的最新成果。[4]2008年，成都信息工程学院（以下简称“我校”）作为教育部CDIO首批试点高校，在全校进行CDIO教育模式改革，积极探索工程技术人才培养的模式、方法与手段，强化实践能

3、力的培养。我校在修订自动化专业本科教学计划时，设置了CDIO一级项目“机器人设计与实现”，[5]目的是结合我校实际情况，融合CDID教学理念，进一步加强学生实践和创新能力的训练，培养具有工程实践能力和创新精神等综合素质的自动化应用型人才。CDIO工程教学模式是“做中学”与“基于项目的教育和学习”的集中概括和抽象表达，它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。[6]CDIO工程教学模式以项目为主线，采用“做中学”的方式，构建模块化组合，设置了CDIO一级项目、二级项目和三级

4、项目。一级项目是包含本专业主要核心课程和能力要求的项目；二级项目是包含一组相关核心课程、能力要求的项目；三级项目是包括单门课程内为增强该门课程能力与理解而设的项目。[7]“机器人设计与实现”作为我校自动化专业人才培养方案中集中性实践教学环节里的一级项目，结合CDIO能力大纲和标准，进行了课程定位、教学内容、教学方法和考核方式的教学改革探索与实践，以促进学生综合能力的培养。一、课程建设思路11“机器人设计与实现”一级项目面向自动化专业学生，时间跨度为四个学期，在大学一年级第二学期、二年级和三年级第一学期进行。该阶段学生已修的与

5、自动化专业相关的主要课程是“工程导论”、“C语言程序设计”。“工程导论”课程主要是培养学生的工程意识，明确工程师担当的角色，学习项目设计的相关知识，并通过C语言程序设计，使学生具备一定的软件编程能力。而在“机器人设计与实现”课程进行期间，学生将相继学习“传感器与检测技术”、“微处理器与微计算机系统”、“自控原理”、“电机与拖动基础”等专业课程，系统地学习传感器、控制器、驱动器和执行机构等专业知识。“机器人设计与实现”的实践项目设置主要是通过对问题的解决，培养学生基本的工程素质和能力；同时给学生创造感知自动化技术、动手实践、分

6、析思考的机会，激发对自动化主干课程学习的兴趣。因此，项目建设目标主要从以下两个方面考虑：第一，以机器人为工程素质教育平台，以实践项目和任务为载体来组织整个学习和实践过程，通过基于机器人平台的多个实践任务，融合构思、设计与实现，完成机器人设计与实现的全过程，让学生了解并熟悉“构思—设计—实现—运行”的产品开发模式，初步具备工程设计的基础能力。11第二，建立实践教学内容与自动化主干课程之间的联系，有效激发学生对专业课程的学习兴趣。强调学生在工程环境中进行学习，通过认识和分析机器人这一涵盖了自动化基础知识和应用的实例产品，了解其内

7、部结构构成与设计思想，从而了解本专业核心知识内容与实际产品的联系，从设计工程师的角度去面对专业课程的学习，建立所学与所用之间的联系。二、建立CDIO模式下实践教学内容1.创设针对能力培养不同阶段的实践项目工程实践环境和具体实践项目的建立非常重要，实践项目的优劣直接影响能否调动学生自主探索的积极性、是否具有可行性等关键问题。因此，创造性地设置实践课题是开展研究型实践活动、培养学生创新能力的基础。“机器人设计与实现”项目中按层次创设了移动机器人项目、工业机械臂项目、类人机器人项目以及研究型项目，这些项目又包含了若干项子项目，基本

8、涵盖了当今机器人研究中的主要方面，使学生能够依据自己的兴趣所在选择相应的实践项目。同时，这些项目对于不同层次学习者的实践内容也有明晰的区分。低年级学生可以选择移动机器人项目和工业机械臂项目，可以较快速的建立起对典型自动化系统的理解；一些对课程有浓厚兴趣、学有余力的学生可以选择研究型项目，进