1、采用多課程綜合教學模式的嘗試 摘 要：如何把計算機原理、算法語言、自動化元件和自動控制原理等多門課程有機地結合在一起？我們的做法是，用多功能機器人把機電一體化的相關技術貫穿在一臺小型實驗設備上，再用多功能機器人裝置對以上課程中的知識進行分步，實際演練，以培養學生的實際動手能力，打破了以往單科學習、分項實驗的舊模式。 關鍵詞：傳感器技術；機器人裝置；計算機控制中圖分類號： g420 文獻標識碼： aan experiment with an integrated approach to the teaching of multiple courses abstract: how can cour

2、ses such as computer fundamentals, computational language, automatic elements and fundamentals of automatic control be integrated optimally? our method is to demonstrate related mechanic and electric technologies on a small experimental installation by employing a multi-function robot, which is used

3、 for teaching and practicing items of knowledge and relevant skills contained in the above courses. this approach has greatly helped train students hands-on skills and is superior to the old single-course, itemized-experiment method.key words: sensor technology; robotic installation; computer contro

4、l 國內各工科院校的許多專業的教學幾乎全都是單科學習、分項實驗，因而各實驗課程之間缺乏統一的聯系。以中國科學技術大學自動化系為例，許多學生進校時，對自動化控制的應用前景、對本專業知識面和較高的貫通性要求等不甚了解。有的對計算機軟件或硬件固然有興趣，又往往沉迷于網絡和計算機游戲而不能自拔；有的因理論和實際嚴重脫節，從而使專業興趣和潛力沒能得到有效的引導和開發。由于低年級學生沒有傳感器、執行器方面的知識，許多實驗做不了；高年級學生雖然學習了許多書本知識，但動手機會太少，許多知識仍停留在書本上，加上有的學生考g、考托和考研，沒有時間動手做實驗。在科技發展突飛猛進的今天，我們認為這種狀況再也不能繼續下

5、去了。經過調研考察，我們發現有關機器人教學器材能創造動手機會，有助于激發學生專業學習的興趣，培養學生獨立開展科學研究的能力，很適合教學之用。這些器材中包含了聲、光、電、磁、位置、觸覺等傳感器，電動、氣動執行元件，可以構成機器人物件搬運、機械零件加工、裝配、生產流水線、物體分揀、昆蟲爬行、舞蹈等。這種寓教于樂的實驗方式可以打破以往機、電、計算機、自動控制原理等課程分頭教學、分項實驗的傳統，既可供低年級學生進行計算機語言訓練，又為高年級學生作各種創新實驗提供了廣闊的空間。用多功能機器人配合計算機基礎課進行教學，是一種教學的改革和創新，它將改變計算機類課程實驗的教學模式。一、多課程綜合教學模式的內容

6、和目標 科學技術的高速發展給人類社會帶來了深刻的變化,在培養人才方面,學校不能只是被動地適應目前社會的生存方式，而應當著眼于未來，為明天的社會培養最合適的人才。我們必須經常了解社會的發展變化，讓學生掌握能適應未來需要的知識和技能。因為機器人技術將在人類社會的未來生活中扮演十分重要和不可缺少的角色。如果現在的學生具有了這方面的素質，他們將在未來社會中更易適應各種技術革新，也更易在未來的信息時代獲得成功。多功能機器人裝置里包含有各方面的新知識和新技術，因而可以把計算機原理、算法語言、計算機接口、傳感器原理與技術、自動控制原理等多種課程的知識有機地結合在一起。其具體措施是：用多功能機器人裝置對以上課

7、程中的知識進行分步，實際地演練，它可使學生易于理解和接受，并產生濃厚的學習興趣，以此達到掌握知識點的目的。其目的是通過多功能機器人裝置的實驗活動，教會學生如何與他人合作，如何選擇吸收令人真偽難辨的信息，如何作批評性的創造性的思考，如何使用五花八門的技術工具等等。在實驗活動中讓學生明白，知識和經驗能創造和提升價值，從而激發學生的求知欲，使學生樹立堅持不懈的求學精神，不斷發現新東西、得出新結論,并進一步付諸實際行動。多功能機器人是一種教學實驗設備，集機、電、氣、計算機控制為一體，體現了信息、自控、計算機等多學科互相結合、互相滲透的特點。所以我們認為多功能機器人是自控專業開設綜合性系統實驗的一臺有效

8、的教學實驗設備，不僅技術含量高，而且具有容納多項實驗、培養學生綜合工作能力的特點。二、多課程綜合教學模式產生的結果 1. 有助于激發學生的學習興趣興趣是學習的動力，但利用以往的媒介很難使初學者看到程序設計應用的效果而體驗成功的樂趣，將智能機器人作為學習的載體，會從根本上解這一問題。人類可通過計算機程序將智慧賦予機器人，即由多功能機器人成為學習計算機程序設計的理想載體。利用機器人載體這很容易使初學者看到程序設計應用的效果，從而體驗成功的樂趣。在編寫程序的實驗過程中，學生會獲得成功的喜悅，從而激發學習的興趣。多功能機器人可把工廠生產自動化的基本模式、生動的音樂舞蹈和豐富多樣的物料搬運結合起來，既生

9、動形象，又展現了當今機電一體化的發展方向。它在演示實驗中展現的具有一定深度的計算機控制技術對學生產生了相當的吸引力，尤其對計算機情有獨鐘的當代學生來說，這無疑是讓他們發揮特長、展露才華的好場所。2. 促進單個訓練與綜合設計的統一打破按課程設立實驗室的框框，把計算機原理、算法語言、自動化元件和自動控制原理有機地結合起來，將控制電機、單片機、技能訓練和控制系統實驗有機合并，構建自動化系實驗中心室，保留必要的基礎性實驗，精簡內容單一的驗證性實驗，增加知識面廣的綜合性、設計性和創新性實驗，既可滿足各自課程單獨開設實驗之需，又可滿足符合現代工業、科學技術水平要求的綜合性實驗之需。3. 有利于實驗教學與科

10、研相融合多功能機器人實驗使學生對程序設計的學習與對信息技術的前沿知識的了解緊密地結合在一起。多功能機器人融合了機械、電子、傳感器、計算機軟硬件和人工智能等眾多先進技術，所以它可以成為綜合能力培養的平臺。機器人技術融合了當今科技成果，許多先進的控制算法都可引入到機器人實驗研究中。機器人的應用領域不斷擴大，從工業走向農業和服務業，從產業走進醫院和家庭，從陸地潛入水下和飛往空間，展示出了它們的無窮魅力，而這些科研成果都可為教學實驗之用。4. 有利于突出創新能力幫助學生實現知識創新和養成創造性的思維習慣是學校義不容辭的責任。教學的目的是幫助學生把信息轉化為知識，進而把知識轉化為智慧。如果學生掌握了所學

11、的知識，結合他們所學的其他東西，經過各種思想的不斷融合，產生突破性的想法，從而產生智慧，創造出新的知識。多課程綜合教學可使學生接觸到更多更新的思想和信息。當人們接收的思想和信息十分豐富，并開始從另一視角來看待各種信息、思想和經驗時，往往會有突破性的發現與創意。5. 實現課堂教學與課外科技活動相結合多功能機器人是現代高科技的集成平臺，它集合了機械、電子、傳感器、計算機、自動控制、通信、人工智能等當代先進技術。智能機器人競賽等課外科技活動極富挑戰性，可訓練學生的動手動腦能力、綜合能力、創造能力和協作能力等。6. 有利于樹立系統工程概念機器人是典型的機電一體化裝置，它不是機械、電子的簡單組合，而是機

12、械、電子、控制、檢測、通信和計算機的有機融合。通過這門課的學習，使學生對機器人有一個全面、深入的認識。多功能機器人把機電一體化的相關技術貫穿在一臺小型實驗設備上，將機械、電子、數控、氣動、控制系統設計、計算機控制及軟件工程有機地聯系起來，形成一個具有代表性的系統工程。通過實驗，學生不僅可以加深對一門門專業課程的理解，而且很自然地從系統工程的角度參與整個機器人的實驗，從而有力地激勵學生自覺地自學相關內容，拓寬知識面，尋找知識交叉點。7. 有利于創造動手機會機器人的拆裝、接線、編程等實驗內容，為學生提供了強化動手能力的良好環境。學生在實驗中不僅要進行機械裝配、電氣接線等實際操作，訓練了動手能力，而且還可以更詳細深入地了解機電系統相關知識的內在聯系。事實證明，學生普遍對這類實驗表現出極大的熱情，特別是當自己動手組