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关于机器人课教学的"三境界"实践简忆 精选

已有 13483 次阅读 2015-1-18 09:45 |系统分类:教学心得|关键词:机器人,教学,计算思维| 教学, 机器人, 计算思维

关于机器人课教学的"三境界"实践简忆


王飞跃 

(复杂系统管理与控制国家重点实验室

 

图中照片拍摄于 1991年亚利桑那大学机器人与自动化实验室。图中三个机器人,最前方为一个教育机器人,皮带驱动;背后一个机器人,看不到整体,可看到PUMA四个字母;头顶可以看到PUMA的前臂和手gripperPUMA为上世纪第一代工业机器人。


周三下午(2015114日)去大兴教育行政学院,为教育部普通高中课程标准修订工作组(信息技术)的专家和老师讲自己对"计算思维"的认识和设想。我非常希望中小学教育中的"3R"之"能算"尽快演化为能计算思维、能Code编程。特别是看到七八岁的小朋友们无师自通玩起iPad来比我还熟,有的老师告诉我甚至还有一些四五岁小孩亦如此,再加上目前美国中学里正风风火火进行的Code运动,更觉得计算思维应早日成为大中小学生的常识素质课。

 

但计算思维是对老师的要求极高,非常难以讲好的课,弄不好收获与努力之比也会很低。如何讲好?报告之前我突然想起自己教了整整二十年的《机器人与自动化》一课,也是因为多学科深度交叉很难讲好,许多学生上完这门课后往往不知所云,连什么地方不懂都不知道,根本无法把课上学的知识与常识或想像中的机器人联系起来,应用更无从谈起。上世纪八十年代我上自己导师的《机器人与自动化》一课时,尽管他是此领域的创始人和开拓人之一,也感到天马行空,云里雾里,难以掌握,而且其他学生比我还要惨。

 

毕业后,自己教此课,为了使学生不懂也要知道何处不懂,什么不懂,下了很大功夫去改革教学方法和内容安排的次序。第一周,用三个学时把《机器人》全部的核心问题,主要概念和关键方法用一个两DOF的平面机械臂讲清讲透,之后就放开讲,但不断与第一周的内容回联,最后以一个综合装配机器人柔性自动化系统和过程为背景,把第一周的问题,慨念,方法再回头"一网打尽",让学生做一个大的Course Project,以复杂的实际应用加计算仿真重走一遍。没有想到,效果很好,一般学生能深刻理解大约70%的课程内容,之前只有20%上下。效果本可以再提高,但我认为应该"适可而止",因为自己反对把一门课硬按老师的要求让学生花太多的精力去吃透,比竟很少像自己一样把研究做生涯,而且可能是overfitting,压缩其想像和质疑的空间,不利于学生的成长,并会损害其创新能力。

 

后来仿王国维的词之三层境界的说法,我把这样的教课方式总结成教课的"三阶段"或"三境界":

 

1)开始:滴水见大海。See the whole ocean from a drop of water.

 

2)过程:横看成林侧成峰,远近高低各不同。不识庐山真面目,只缘身在此山中。(苏试的《题西林壁》)Difficulty and confused, but not lost, still know where you are and enjoy.

 

3)结果:荡胸生层云,决眦入归鸟。会当凌绝顶,一览众山小。(杜甫《望岳》)。In the end you feel  like an expert in Robotics and Automation:Be there,done that,and so what!

 

我在大兴的报告,就是以这"三境界"开始的,期望《计算思维》一课将来真正地能有此般境界。特别是"滴水见海"十分重要,让学生充分参与,多提问题,我的经验是,一周差不多就可对学生准确分类,预知整个学期的表现了。恰好,周四一位二十年前上过我此课的学生来京相谈,他说机器人课学了什么几乎全忘了,但居然仍能记住"滴水见海"的主要内容,使我倍感欣慰。

 

我曾把三境界的方式用到自己所教的其它高难课程,都有显著的效果。如果加上今日的机器学习和大数据方法等智能技术,还有LCECDIO,相信这一方式在未来的智慧教学中也有用武之地。希望有时间有机会去回顾、整理、改进当初的实践,更希望年轻老师有志探索教书新法,让学生的学习变的更有趣、更有用、更有效。







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