跨学科融合视角下的机器人工程专业教学模式研究

中图分类号 ]G642 [ 文献标识码]A

0 引言

随着科技的迅猛发展，机器人技术在各个领域得到了广泛应用。面对日益复杂的技术需求和跨学科的应用场景，传统的单一学科教育模式显得愈发局限。高校机器人工程专业的教学改革势在必行，培养具备多学科知识和技能的复合型人才成为当务之急 [1]。

1. 跨学科融合的必要性

1. 技术发展的推动。机器人技术的应用涉及机械工程、电子工程、计算机科学、人工智能等多个学科，单一学科教育已不能满足其需求。机器人系统的设计与实现需要综合运用机械设计、传感技术、控制算法和计算机编程等多方面的知识 [2]。例如，机器人手臂的精密控制不仅需要机械结构的优化，还需要电子控制系统的支持和高效的算法，这些都要求学生具备跨学科的知识和能力 [3]。

2. 产业需求的推动。现代工业对综合型人才需求不断增加，企业希望招聘到具备多学科知识背景的毕业生。许多企业的研发项目需要不同学科背景的工程师协作完成，单一学科的毕业生在团队合作中往往显得知识面不够广 [4]。例如，在自动驾驶技术研发中，既需要车辆工程知识，又需要人工智能和数据处理能力，企业更倾向于具备这些综合能力的毕业生。

3. 教育趋势的推动。国际教育改革趋势表明，跨学科融合已成为高等教育改革的重要方向。许多国外顶尖大学已经在其工程教育中引入了跨学科的课程和项目，强调学生在多个学科领域的综合应用能力 [5]。如麻省理工学院和斯坦福大学等著名高校，已广泛开展跨学科的研究和教学，培养学生的创新能力和解决复杂问题的综合素质。

2 当前教学模式存在的问题

1. 课程设置单一。现有课程体系偏重于某一学科，缺乏跨学科的综合课程。大多数高校的机器人工程专业课程主要集中在机械设计、电子控制或计算机编程单一领域 [6]。这种设置导致学生在学习过程中无法全面理解和掌握机器人系统的综合知识和技能。比如，学生可能擅长编程，但对机械结构和控制系统知之甚少，无法设计出高效的机器人系统。

2. 教学方法传统。教学模式以讲授为主，缺乏实践和创新环节。传统的课堂教学主要依赖于教师的讲解和教材的内容，学生的学习方式主要是被动接受知识 [7]。这种教学方法忽视了学生的主动性和创造性，无法激发他们的学习兴趣和探索精神。尤其在机器人这样的实践性强的学科中，缺乏动手实践的机会会使学生在实际操作中感到无从下手。

3. 评价体系单一。现有评价体系主要以考试为主，不能全面评估学生的综合素质。传统的考试评价方法主要考察学生对书本知识的记忆和理解能力，忽视了对实践能力、创新能力和团队协作能力的评估 [8]。这种评价体系无法全面反映学生的实际能力和综合素质，导致一些具备实际动手能力和创新思维的学生难以在现有体系中脱颖而出。

3 跨学科融合的教学模式设计

3.1 课程体系改革

1. 整合课程内容。将机械工程、电子工程、计算机科学、人工智能等学科的基础知识整合到统一的课程体系中。在具体实施中，可以通过设置基础课程模块和综合课程模块来实现。基础课程模块包括机械设计、电子学基础、编程基础和控制理论等；综合课程模块则包括机器人系统设计、智能控制技术和跨学科项目实践等。这种设置不仅能够保证学生在各个学科领域打下扎实的基础，还能通过综合课程提升他们的跨学科应用能力。

2. 增加跨学科课程。设置跨学科的综合课程，如机器人系统设计、智能控制技术等。这些课程应注重培养学生在不同学科知识之间的融会贯通能力。例如，机器人系统设计课程可以通过实际项目让学生同时应用机械设计、电子控制和编程技术；智能控制技术课程则可以结合人工智能和控制理论，帮助学生理解如何在实际应用中实现智能化的控制。

3.2 教学方法创新

1. 项目驱动教学。通过具体项目让学生在实践中学习和应用多学科知识。例如，可以设计一个机器人制作项目，要求学生从零开始设计和制作一个功能完整的机器人系统。在这个过程中，学生需要综合运用机械设计、电子控制、编程和智能控制等多方面的知识，逐步提高他们的综合应用能力和实践能力。

2. 案例教学。选取实际案例进行分析和讨论，培养学生解决复杂问题的能力。例如，可以选择一些经典的机器人应用案例，如自动驾驶、工业机器人和服务机器人等，让学生通过案例分析了解机器人技术在不同领域的实际应用。这种教学方法不仅可以提高学生的学习兴趣，还可以帮助他们将理论知识与实际应用结合起来，提升解决复杂问题的能力。

3.3 评价体系改革

1. 多维度评价。建立包括课程成绩、项目成果、创新能力等多维度的评价体系。评价体系应包括对学生理论知识的考核、项目实践成果的评估和创新能力的评价等。

2. 动态反馈机制。通过实时反馈机制，及时调整教学内容和方法。建立学生与教师之间的双向反馈机制，定期收集学生的意见和建议，根据反馈结果及时调整教学内容和方法。

4 结论

跨学科融合的教学模式是机器人工程专业教学改革的重要方向，通过课程体系、教学方法、实践环节和评价体系的全面改革，可以有效提高学生的综合素质和创新能力。未来，随着科技的不断进步和产业需求的变化，跨学科融合的教学模式将成为培养高层次机器人专业人才的重要途径。高校应积极探索和实践跨学科融合的教学改革，不断优化和完善教学模式，为社会培养更多具备多学科知识和综合应用能力的创新型人才。

参考文献：

[1] 巨晓洁 , 夏有强 , 李德富 , 等 . 新工科背景下基于 OBE 理念的化工复合型人才培养体系的构建与实践 [J]. 化工高等教育 , 2021, 38(4):27-30

[2] 汤鹏洲 , 罗铭 . 工程机器人技术发展与应用 [J]. 机器人技术与应用 ,2015, 000(009):23-28.

[3] 谭昌胜 . 以化学知识为主线 培养学生的跨学科综合能力 [J]. 理科考试研究：初中版 , 2016(10):2.

[4] 钟国强 . 现代学徒制下中职工业机器人技术应用专业教学与生产实践对接策略 [J]. 2020.

[5] 钟亚妮 . 教师专业学习视域中的高质量教师发展 : 基于国际研究的探讨 [J]. 中国教师 , 2022(7):5.

[6] 荣伟彬 , 李瑞峰 , 冯培连 , 等 . 机器人工程专业课程建设与探索 [J].高教学刊 , 2022, 8(28):27-30.

[7] 王智慧 , 王成军 . 基于 TRIZ 理论的机器人工程专业的课程教学方法探索 [J]. 萍乡学院学报 , 2023, 40(3):90-94.

[8] 桂伟 , 聂晶晶 , 周浩 . 机器人工程专业实践教学体系的对比研究分析及对策 [J]. 科技风 , 2023(35):71-73.

[ 基金项目 ] 教育部产学合作协同育人项目 : 机器人工程实践条件和实践基地建设；成都信息工程大学本科教育教学研究与改革项目（JYJG2025018）

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作者简介 ] 王振玉（1980-），男，吉林人，机器人工程系教师，从事机器人工程专业的教学和科研工作。