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摘 要 人工智能技术是我国新一代战略发展规划，其中35所大学获批新增人工智能本科专业。传统应用型工科教学如何跟人工智能技术接轨，必须依靠机器人创新教育平台。本文分析了国内外机器人创新教育现状，指出了传统应用型工科教学的现实问题，以空中机器人教育为例，分别从教学前分析、教学设计与开发、教学推广、教学评价与反馈这四个方面提出应用工科专业教学结合的实施方案。形成“课堂-实践-课外”、“教学-科研-创新”良性机制，推动整个行业师资和人才培养的发展。
关键词 人工智能 机器人 创新教育 应用型工科
中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2019.06.018
Research on the Reform of the Combination of Robot Innovation Education and Applied Engineering Teaching under the Wave of "Artificial Intelligence"
LONG Shike
（Institute of Electronic Information and Automation， Guilin University of Aerospace Technology， Guilin， Guangxi 541004）
Abstract Artificial intelligence technology is a new generation of strategic development plan in China. Among them， 35 universities have been approved to add artificial intelligence undergraduate majors. How to integrate traditional applied engineering teaching with artificial intelligence technology depends on the innovative education platform of robots. This paper analyses the current situation of innovative education of robotics at home and abroad， points out the practical problems of traditional applied engineering teaching， and takes aerial robot education as an example， puts forward the implementation plan of combining teaching of Applied Engineering Specialty from four aspects： pre-teaching analysis， teaching design and development， teaching promotion， teaching evaluation and feedback. Form a benign mechanism of "classroom - practice - extracurricular" and "teaching - scientific research - innovation" to promote the development of teachers and personnel training in the whole industry.
Keywords artificial intelligence； innovative education of robots； applied engineering
0 引言
随着人工智能浪潮的兴起，人工智能和机器人产业发展突飞猛进，加上社会老龄化的到来和人口红利的逐渐消失。智能化的设备来替代人类重复繁重劳动成为必然趋势。这个过程中，人才缺口将会是社会上最大的缺口。[1]为此，2017年国务院印发《新一代人工智能发展规划》，明确提出实施全民智能教育项目。那么作为传统应用型工科类型的普通高校工科专业，如何进行教学改革转型，紧跟科技前沿潮流，弥补社會人才缺口，将是今后高校教育界长期的一个研究改革议题。
从国家政策层面来看，教育部越来越重视高校教育的改革，提出了“新工科”的目标，其主要内涵是培养多元化、创新型卓越工程人才。这项目目标符合目前整个社会经济的发展需要。实业兴邦，基础实际应用人才才能真正创造社会价值。同时，机器人教育在其中具有举足轻重的地位，从2000年世界机器人大赛开始，国内也开始提倡机器人教育。[2]
从个人层面来讲，本人经历过科研学习、企业工程师再到高校教师的过程，深感目前普通高校的应用型工科专业学生需要跟外界实用技术接轨。而机器人是一个非常好的平台，蕴含着丰富的科学知识，对学生有着极大的吸引力。所以笔者认为机器人创新教育跟工科专业教学结合，将会极大提高学生的实际创新能力。
1 国内外机器人创新教育现状分析
国外机器人创新教育列为STEM（科学、技术、工程与数学）教育范围内，从1986年起开始推广，到2016年的《教育中的创新愿景》等报告，旨在推广STEM教育，保证不同年龄段的学习者享受STEM教育的公平。那么机器人教育跟STEM教育类似，具有某些特征：[2]（1）综合性强，覆盖知识面广；如编程知识、机械设计知识、物理和数学知识、嵌入式软件和硬件知识等；（2）趣味性强；在学习过程中以任务为导向，让学习者复有成就感；（3）协作性；往往需要一个小组来完成任务；（4）实践性；考察学习者的实践动手能力；（5）开放性；可以公开让更多学习者加入，可以拓展开发。那么，基于这些特征，国外也涌现了不少优秀教育产品，如丹麦的乐高机器人（LEGO）、德国的慧鱼（FISCHER）、韩国的ROBOROBO、美国的RB5X机器人。[3]它们的推广模式主要是机器人技术课程、课外活动、夏令营等。 国内机器人创新教育最先得益于创客教育的推动，近几年在“大众创业，万众创新”的推动下，机器人创新常常是创业者的想法之一。人工智能的浪潮下，不管是互联网还是高校，都掀起了一股学习人工智能的潮流，加上各类越来越多的大学生比赛如空中机器人大赛、水下机器人大赛、舞蹈机器人大赛等，扩大了机器人教育在学生心中的影响力，认识到其中的重要性，但整体上而言还是起步阶段。
2 传统应用型工科专业教学的现实问题
目前，我国高校工科专业教育普遍实行的还是“记忆式教育”，仅凭分数来评价学生能力高低。主要存在以下几个问题：
（1）课程设计的内容与外界实用技术脱节，没有较好且实用的教材与之对应。大学生在前两年主要学习的是通识教育，高年级大学生学习的课程主要跟自身的专业相关，这些课程就跟今后就业应用技能相关，然而越是专业的课程，越缺少实用的教材，大都是“概念”晦涩难懂，但是涉及工程实际用处偏少。
（2）缺乏适合学生的课程教育创新基础实验和设施。针对学生的课程，光有理论教学远远不够，需要与之配套的创新实验和设备。而且关键是硬件设备，让学生能够学以致用。目前很多工科高校这块建设经费不足，场地不够，或者是建设实验室，但却没用很好利用实验室的设备，达到教育教学的目的。
（3）缺少理论和工程经验都很丰富的师资力量，课堂教学形式单一。很多工科高校老师经过多年象牙塔式科研研究，之后进入学校进行教学工作，加之科研压力较大，很容易出现“心有知识难普众”，未能有实际工程的经验。而长期在外面从事工程的工程师却缺少理论的研究。所以“双师双能型”教师很缺少，很容易造成课堂形式照本宣科，平淡无趣。
（4）考核制度不完善，学生重成绩轻实践，教与学存在偏差。工科课程很多需要掌握实际技能，而最终成绩却大都以理论考试为主，实验虽然占有一部分，却模仿抄袭成风。没有针对性考核制度，学生思维上重成绩轻实践，缺乏实际思考。教学目的与学生实际获得存在很大偏差。
3 机器人创新教育与工科专业教学结合的实施方案
对于传统工科教育存在的问题，以及目前机器人创新教育的普及推广。本人认为两者结合，将会大大提升教学的效果。同时也十分认同北航全权老师对于机器人教育的分析和建议，要实现机器人教育的完整化和阶段化。[4]这里以空中机器人教育和工科专业结合为例，论述自己的实施方案。
整个实施方案框架如图1所示。
3.1 分析
该阶段关键是要定位准确，确定学习者的年龄段、接受能力、群体特征、缺乏的知识点等。从而知道学习者需要得到什么，有了明确的目标之后方可进行学习内容的分析安排。
3.2 设计与开发
在第一步分析的基础上，便是进行内容设计开发阶段，这个阶段也是整个过程最核心且耗时最长的阶段。为此可以有几点措施：
（1）以空中机器人教育为例，设计开发的最终目标是形成一本实用教材、一套配套讲解视频、一套实用方便的教具。
（2）教材内容应由浅入深，整体按照基础篇和高级篇这两大块进行编写，每一章节分为理论学习知识、实践内容知识、拓展知识，三者相互联系。理论知识部分要多配示意图片，避免晦涩难懂的概念，尽量用通俗实用语言描述；实践内容设计一些递进实验，与教具配套使用；拓展知识应该布置一些趣味知识和工程经验知识。每个章节之间应该循序渐进的关系，整套教材学完应该可以对照完成一项具体的空中机器人作品，完成几个具体的任务，可以参照一些大学生的比赛任务如无人机巡线、追车、自动识别火情等。
（3）讲解视频和教具制作，可以跟企业进行合作，提高视频的质量，跟企业合作定制一套與教材配套的教具。更具有模块化、小型化，增加趣味性。
3.3 教学推广
（1）线下组织课程：可以在大学范围内推出选修课，增加实验和教具课程。提高课程知名度和学生的热度。也可以借此搭建学生创新社区，组成协会团体，进行开发学习。反过来可以推动学生的兴趣，鼓励他们参加机器人方面的学科竞赛，形成良性循环。
（2）线上借助平台推广：首先可以将做好的讲解视频推广在中国大学MOOC（慕课）课程平台，网易云平台，深蓝学院等知名的教育在线平台，引起社会上学习者的关注；其次，创建属于自己团队的一个微信公众号平台，定期发布与课程教育相关的知识内容整理，同时可以发布在知乎、论坛、知识星球等平台。这些也是基于“互联网+”下的新媒体在线课堂推广模式。
（3）校企合作推广：在已有成熟的配套教育基础上，跟知名的教育平台机构、发达地区的民办院校等学校进行合作推广，他们缺乏的不仅仅是机器人方面的知识培训，更缺少一大批该行业的师资力量。所以可以定期进行师资培训，扩大影响力，推动整个行业发展。
3.4 实施、评价与发展
（1）线下和线上收集学习者的反馈评价，根据反馈修订课程内容和教材教具。
（2）在不断修订过程中，完善硬件教育平台，又可推进科研创新项目的研究，增加新的研究成果至课程上，形成“课堂-实践-课外”、“教学-科研-创新”的良好机制。
（3）广度方面，可以由空中机器人教育扩展至工业机械臂、水下机器人、无人车等人工智能相关的课程制作，紧跟人工智能潮流，扩大影响力。
（4）深度方面，可以针对某个领域教育方面，由本科生及研究生教育扩展至K12教育（上大学前的教育）、高职院校教育等，加大行业人才教育覆盖面。
4 结语
机器人及人工智能创新教育与传统工科结合，是时代的趋势，可以持续发展推进下去，这需要更多关键技术的发展和支持。需要不断迭代不断学习研究教育的重难点，不断开展师资和人才培训；逐步从学科内容学习向实践动手转变，向应用能力改变；逐步将教学产品与实际教学内容紧密融合在一起，共同推动整个行业发展。
教学改革项目：“2017年度广西高等教育本科教学改革工程立项项目（2017JGA332）；桂林航天工业学院教学改革立项项目（2016JA02）
参考文献
[1] 全权，王帅.机器人教育占领未来人才高地[J].机器人产业，2018.20（03）：56-57.
[2] 孙燕.STEM整合背景下的VEX机器人教学设计与实证研究[D].2018.
[3] 吴永和，李彤彤.机器智能视域下的机器人教育发展现状、实践、反思与展望[J].远程教育杂志，2018.36.247（04）：81-89.
[4] 全权.机器人教育的分析和建议[J].机器人产业，2018.20（03）：84-86.
关键词 人工智能 机器人 创新教育 应用型工科
中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2019.06.018
Research on the Reform of the Combination of Robot Innovation Education and Applied Engineering Teaching under the Wave of "Artificial Intelligence"
LONG Shike
（Institute of Electronic Information and Automation， Guilin University of Aerospace Technology， Guilin， Guangxi 541004）
Abstract Artificial intelligence technology is a new generation of strategic development plan in China. Among them， 35 universities have been approved to add artificial intelligence undergraduate majors. How to integrate traditional applied engineering teaching with artificial intelligence technology depends on the innovative education platform of robots. This paper analyses the current situation of innovative education of robotics at home and abroad， points out the practical problems of traditional applied engineering teaching， and takes aerial robot education as an example， puts forward the implementation plan of combining teaching of Applied Engineering Specialty from four aspects： pre-teaching analysis， teaching design and development， teaching promotion， teaching evaluation and feedback. Form a benign mechanism of "classroom - practice - extracurricular" and "teaching - scientific research - innovation" to promote the development of teachers and personnel training in the whole industry.
Keywords artificial intelligence； innovative education of robots； applied engineering
0 引言
随着人工智能浪潮的兴起，人工智能和机器人产业发展突飞猛进，加上社会老龄化的到来和人口红利的逐渐消失。智能化的设备来替代人类重复繁重劳动成为必然趋势。这个过程中，人才缺口将会是社会上最大的缺口。[1]为此，2017年国务院印发《新一代人工智能发展规划》，明确提出实施全民智能教育项目。那么作为传统应用型工科类型的普通高校工科专业，如何进行教学改革转型，紧跟科技前沿潮流，弥补社會人才缺口，将是今后高校教育界长期的一个研究改革议题。
从国家政策层面来看，教育部越来越重视高校教育的改革，提出了“新工科”的目标，其主要内涵是培养多元化、创新型卓越工程人才。这项目目标符合目前整个社会经济的发展需要。实业兴邦，基础实际应用人才才能真正创造社会价值。同时，机器人教育在其中具有举足轻重的地位，从2000年世界机器人大赛开始，国内也开始提倡机器人教育。[2]
从个人层面来讲，本人经历过科研学习、企业工程师再到高校教师的过程，深感目前普通高校的应用型工科专业学生需要跟外界实用技术接轨。而机器人是一个非常好的平台，蕴含着丰富的科学知识，对学生有着极大的吸引力。所以笔者认为机器人创新教育跟工科专业教学结合，将会极大提高学生的实际创新能力。
1 国内外机器人创新教育现状分析
国外机器人创新教育列为STEM（科学、技术、工程与数学）教育范围内，从1986年起开始推广，到2016年的《教育中的创新愿景》等报告，旨在推广STEM教育，保证不同年龄段的学习者享受STEM教育的公平。那么机器人教育跟STEM教育类似，具有某些特征：[2]（1）综合性强，覆盖知识面广；如编程知识、机械设计知识、物理和数学知识、嵌入式软件和硬件知识等；（2）趣味性强；在学习过程中以任务为导向，让学习者复有成就感；（3）协作性；往往需要一个小组来完成任务；（4）实践性；考察学习者的实践动手能力；（5）开放性；可以公开让更多学习者加入，可以拓展开发。那么，基于这些特征，国外也涌现了不少优秀教育产品，如丹麦的乐高机器人（LEGO）、德国的慧鱼（FISCHER）、韩国的ROBOROBO、美国的RB5X机器人。[3]它们的推广模式主要是机器人技术课程、课外活动、夏令营等。 国内机器人创新教育最先得益于创客教育的推动，近几年在“大众创业，万众创新”的推动下，机器人创新常常是创业者的想法之一。人工智能的浪潮下，不管是互联网还是高校，都掀起了一股学习人工智能的潮流，加上各类越来越多的大学生比赛如空中机器人大赛、水下机器人大赛、舞蹈机器人大赛等，扩大了机器人教育在学生心中的影响力，认识到其中的重要性，但整体上而言还是起步阶段。
2 传统应用型工科专业教学的现实问题
目前，我国高校工科专业教育普遍实行的还是“记忆式教育”，仅凭分数来评价学生能力高低。主要存在以下几个问题：
（1）课程设计的内容与外界实用技术脱节，没有较好且实用的教材与之对应。大学生在前两年主要学习的是通识教育，高年级大学生学习的课程主要跟自身的专业相关，这些课程就跟今后就业应用技能相关，然而越是专业的课程，越缺少实用的教材，大都是“概念”晦涩难懂，但是涉及工程实际用处偏少。
（2）缺乏适合学生的课程教育创新基础实验和设施。针对学生的课程，光有理论教学远远不够，需要与之配套的创新实验和设备。而且关键是硬件设备，让学生能够学以致用。目前很多工科高校这块建设经费不足，场地不够，或者是建设实验室，但却没用很好利用实验室的设备，达到教育教学的目的。
（3）缺少理论和工程经验都很丰富的师资力量，课堂教学形式单一。很多工科高校老师经过多年象牙塔式科研研究，之后进入学校进行教学工作，加之科研压力较大，很容易出现“心有知识难普众”，未能有实际工程的经验。而长期在外面从事工程的工程师却缺少理论的研究。所以“双师双能型”教师很缺少，很容易造成课堂形式照本宣科，平淡无趣。
（4）考核制度不完善，学生重成绩轻实践，教与学存在偏差。工科课程很多需要掌握实际技能，而最终成绩却大都以理论考试为主，实验虽然占有一部分，却模仿抄袭成风。没有针对性考核制度，学生思维上重成绩轻实践，缺乏实际思考。教学目的与学生实际获得存在很大偏差。
3 机器人创新教育与工科专业教学结合的实施方案
对于传统工科教育存在的问题，以及目前机器人创新教育的普及推广。本人认为两者结合，将会大大提升教学的效果。同时也十分认同北航全权老师对于机器人教育的分析和建议，要实现机器人教育的完整化和阶段化。[4]这里以空中机器人教育和工科专业结合为例，论述自己的实施方案。
整个实施方案框架如图1所示。
3.1 分析
该阶段关键是要定位准确，确定学习者的年龄段、接受能力、群体特征、缺乏的知识点等。从而知道学习者需要得到什么，有了明确的目标之后方可进行学习内容的分析安排。
3.2 设计与开发
在第一步分析的基础上，便是进行内容设计开发阶段，这个阶段也是整个过程最核心且耗时最长的阶段。为此可以有几点措施：
（1）以空中机器人教育为例，设计开发的最终目标是形成一本实用教材、一套配套讲解视频、一套实用方便的教具。
（2）教材内容应由浅入深，整体按照基础篇和高级篇这两大块进行编写，每一章节分为理论学习知识、实践内容知识、拓展知识，三者相互联系。理论知识部分要多配示意图片，避免晦涩难懂的概念，尽量用通俗实用语言描述；实践内容设计一些递进实验，与教具配套使用；拓展知识应该布置一些趣味知识和工程经验知识。每个章节之间应该循序渐进的关系，整套教材学完应该可以对照完成一项具体的空中机器人作品，完成几个具体的任务，可以参照一些大学生的比赛任务如无人机巡线、追车、自动识别火情等。
（3）讲解视频和教具制作，可以跟企业进行合作，提高视频的质量，跟企业合作定制一套與教材配套的教具。更具有模块化、小型化，增加趣味性。
3.3 教学推广
（1）线下组织课程：可以在大学范围内推出选修课，增加实验和教具课程。提高课程知名度和学生的热度。也可以借此搭建学生创新社区，组成协会团体，进行开发学习。反过来可以推动学生的兴趣，鼓励他们参加机器人方面的学科竞赛，形成良性循环。
（2）线上借助平台推广：首先可以将做好的讲解视频推广在中国大学MOOC（慕课）课程平台，网易云平台，深蓝学院等知名的教育在线平台，引起社会上学习者的关注；其次，创建属于自己团队的一个微信公众号平台，定期发布与课程教育相关的知识内容整理，同时可以发布在知乎、论坛、知识星球等平台。这些也是基于“互联网+”下的新媒体在线课堂推广模式。
（3）校企合作推广：在已有成熟的配套教育基础上，跟知名的教育平台机构、发达地区的民办院校等学校进行合作推广，他们缺乏的不仅仅是机器人方面的知识培训，更缺少一大批该行业的师资力量。所以可以定期进行师资培训，扩大影响力，推动整个行业发展。
3.4 实施、评价与发展
（1）线下和线上收集学习者的反馈评价，根据反馈修订课程内容和教材教具。
（2）在不断修订过程中，完善硬件教育平台，又可推进科研创新项目的研究，增加新的研究成果至课程上，形成“课堂-实践-课外”、“教学-科研-创新”的良好机制。
（3）广度方面，可以由空中机器人教育扩展至工业机械臂、水下机器人、无人车等人工智能相关的课程制作，紧跟人工智能潮流，扩大影响力。
（4）深度方面，可以针对某个领域教育方面，由本科生及研究生教育扩展至K12教育（上大学前的教育）、高职院校教育等，加大行业人才教育覆盖面。
4 结语
机器人及人工智能创新教育与传统工科结合，是时代的趋势，可以持续发展推进下去，这需要更多关键技术的发展和支持。需要不断迭代不断学习研究教育的重难点，不断开展师资和人才培训；逐步从学科内容学习向实践动手转变，向应用能力改变；逐步将教学产品与实际教学内容紧密融合在一起，共同推动整个行业发展。
教学改革项目：“2017年度广西高等教育本科教学改革工程立项项目（2017JGA332）；桂林航天工业学院教学改革立项项目（2016JA02）
参考文献
[1] 全权，王帅.机器人教育占领未来人才高地[J].机器人产业，2018.20（03）：56-57.
[2] 孙燕.STEM整合背景下的VEX机器人教学设计与实证研究[D].2018.
[3] 吴永和，李彤彤.机器智能视域下的机器人教育发展现状、实践、反思与展望[J].远程教育杂志，2018.36.247（04）：81-89.
[4] 全权.机器人教育的分析和建议[J].机器人产业，2018.20（03）：84-86.