板书传道：一位复旦教授的AI教学坚持|复旦|实验|教书育人楷模|教学|机器人学|板书传道

教的是科技感十足的“机器人学”

却一直坚持手写板书

五年评教排名前10%

他的课让学生

“连做作业都感到愉快”

以汶川大地震为起点

他坚持“向生物学习”

十几年来专注研发的蠕虫机器人

能钻缝、能游泳，还能快速行进

“我不是一群人中最聪明的那个

但因为热爱坚持了下来”

着眼前沿和交叉创新

复旦大学工程与应用技术研究院

智能机器人研究院

副院长、教授方虹斌一直在路上

“科研思维是一点点熏陶出来的”

教“机器人”却坚持板书

2017年6月，复旦大学智能机器人研究院成立，一年后，方虹斌成为研究院的第一批老师，四年后被破格评为教授。起初，面对研究员和教授两条发展路径，他毫不犹豫选择了后者，想法很简单——

“在大学，如果只做科研不教学生，总感觉少了些什么”。

2019年，复旦新开设的智能科学与技术本科专业首次招生，听说“机器人学导论”这门4学分的必修课没有人上，方虹斌“高兴坏了”，马上毛遂自荐。

这门课既包括专业知识、课后习题、期中期末考试等常规任务，还有不少的课程实验和英文文献阅读，对学生来说绝对是一根难啃的“硬骨头”，但在近五年评教都名列前10%，网上还收获大量“自来水”好评。今年，这门课入选复旦AI-S课程。

这份略显“反常”的教学成绩单，凝结了方虹斌的大量心血。面对日新月异的科技发展，方虹斌特别警惕把这门课上成一堂僵化不变的“古董课”，除了每年备课加入前沿技术，还会像产品经理一样不断做用户调研，迭代更新课程。

他的备课讲义每年都会新增标记，记录学生听得累、问得多、错得密集的地方。第一年用红笔，之后又用蓝、绿、紫……每次上课前一晚，他会停下手头所有事，留出整个晚上对照这份花花绿绿的讲义做准备。

方虹斌的手写讲义

除了备课，板书也是他独特的教学方法。虽然研究科技感十足的智能机器人，但他在课上还是颇为传统地坚持手写板书。这起源于他的学习经历和日常观察——当公式一个个在ppt上往下跳时，学生很容易开小差，下课后索要课件就算万事大吉。

方虹斌的课堂板书

因此，他在研究生课程“机械振动”中坚持全英文板书，本科课程“机器人学导论”也有超过1/3的内容要用板书推演，不会直接给公式，而是尽可能引导学生一步步拆解问题和推导。

“孩子们的科研思维就是这样一点点熏陶出来的。”他说。

第一次结课，有学生抱怨：“说是学习机器人，一学期下来我连机器人都没摸着。”方虹斌便开始跑教务处和信息学院，申请买机械臂，学校爽快批下双创经费，在元创中心建设起复旦大学第一个机器人教学实验室。现在实验室既包括大型机械臂、近二十台桌面级小机械臂，还配备了一套动捕镜头。

面对60多位学生实验的需求，方虹斌把每个月一次的实验课分两批安排在周六，安排了六名研究生助教手把手辅导。未来，他对实验室还有更多超越课堂的期待，希望和信息学院相关实验室共同建立复旦的战队参加国际和国内机器人大赛。

学生们在上实验课

“希望大家做机器人，不是光做一个机器人的脑袋。”方虹斌时常强调，“智能”二字并不单单指AI算法，很多功能必须通过身体来实现。

回忆起自己第一次进入实验室的体验，21级信息科学与工程学院本科生尹晓文用“酷炫”和“震撼”形容。“我小时候就喜欢摆弄机器人玩具，这门课程实现了我童年梦想，也激起了我对机器人更大的好奇心。”他之后选择成为方虹斌的卓博生，加入了仿生结构与机器人实验室。与他一样，不少学生上过”机器人学导论”后对机器人的认识产生了质变，选择进入机器人硬件领域深造或就业。

“面向实际需求，不能闭门造车”

汶川地震激发学术梦想

一条形似蠕虫的机器人，缓慢爬过通风管道进入房间，散开变成多节，分头跑遍整个房间，迅速建立地图模型回传，再回管道口，重组成一条“虫子”悄悄溜出去……

听起来像是《变形金刚》的电影画面，方虹斌正带领团队奋力奔跑在实现的路途上。

仿生结构与机器人实验室

“刚好20年。”回忆起04年在同济大学开启的本科生涯，方虹斌不乏感慨——当年那个力学专业的学生，未曾想到二十年后会一心扑在机器人上。

一切的起点，要追溯到2008年汶川大地震。“能不能做出一种机器人，钻到地震废墟里寻找幸存者？”这是方虹斌的导师，现任复旦大学工程与应用技术研究院学术委员会主任、特聘教授徐鉴给还是本科生的方虹斌布置的问题。当时，方虹斌了解到国外已有此类仿生机器人，萌发出强烈兴趣，从而开启了对仿生机器人的研究。

到美国密歇根大学机械工程系进行博士联合培养时，方虹斌萌发出了“向蚯蚓学习”的想法。翻阅大量资料后，他敏锐发现现有的仿生机器人以腿式或轮式为主，通常很难通过受限和狭窄的非结构化环境，而以蚯蚓为代表的无腿动物反而更具优势。

2014年博士毕业前夕，方虹斌制作出了一个能在水平和垂直管道内移动的蚯蚓型分节机器人样机，并获得美国第21届国际光学工程学会 (SPIE)年会“生物灵感、生物仿生与生物复制最佳学生论文奖”一等奖。

博士后阶段，他跟随导师加入了折纸项目研究。这对他是个全新的科研领域，但他不想“背叛”初心。沉浸于折纸研究时，他突发奇想：可以用折纸结构模拟蚯蚓体节，利用折纸结构出色的变刚度、变形状、变尺寸能力，实现机器人大变形和灵活运动的有机耦合。

2020年3月科技部发布《国家重点研发计划“智能机器人”重点专项2020 年度项目申报指南建议》，其中第一项，就提及基于编织/折展原理的机器人结构功能一体化设计，方虹斌凭借多年研究积累，获得一项国家重点研发项目“基于折展-编织融合结构的工业管道作业机器人”。这是复旦在“智能机器人”专项中获批的首项重点研发计划项目。

“科研成果要落到国家经济发展和需求里去，不能闭门造车。”方虹斌始终坚持这一点。

他的项目主动邀请中国核动力研究设计院、上海合时智能科技有限公司等企业加入用户委员会，每年召开一次汇报会，就是为了欢迎更多来自现实世界的难题和挑战。有企业指出，蠕虫机器人在管道内运动自如，但进入管道前的速度太慢。方虹斌团队便将蠕虫机器人“蠕动”和蛇形机器人“摆动”的优势相结合，让第二代样机“在外做蛇，在内做虫”。

多模态机器人样机

但他仍不满意蛇的摆动速率，就进一步加入了可折展的轮子，实现了机器人“滚动”+“蠕动”的多模态移动。此后，又结合一线需求针对性地开发出了一款能在水体中喷射“游动”，能在水下管道内“蠕动”的水下“蚯蚓”，将多种运动模态融合得出神入化。目前，团队研发的机器人已能在管道、水域、平路、坡地、碎石地等复杂环境中自如行动，在管道的起竖、转弯、爬升、断裂处都具有良好的通过性能，已初步应用于工业管道内的废气监测、水管内的水质检测等领域。

今年7月，“基于折展-编织融合结构的工业管道作业机器人”项目以“优秀”的综合绩效评价结题，但方虹斌不打算止步于此。他认为，生物的运动能力和智能性远在机器人之上，要“继续向生物学习”，未来考虑赋予机器人类似含羞草或者章鱼触手般的具身智能。

“来复旦，我是来对了”

为复旦新工科建设添砖加瓦

学生口中的方老师亦师亦友，集“严格要求”和“平易近人”于一身。

对待论文和实验，方虹斌保持着一种近乎苛刻的挑剔，每个字词、标点都要从头到尾改过。20级工研院计算机应用技术专业的直博生周沁彦记得，方虹斌对于“两条线没对齐、字号不统一”都能一眼看出来，在北区食堂二楼拿着平板电脑一幅幅地教学生如何构图。

对此，本人笑着回应：“只要我还干得动，我对论文一定是这么个要求。”

学术之外，方虹斌又是一个“有仪式感和追求生活品质”的导师，像许多年轻人一样，爱自驾游，爱搭乐高。他希望能给学生营造一个温馨的科研氛围，在繁忙的工作间隙安排春秋游、看电影，带大家听新年音乐会。出差邂逅的美景与趣事，他也会到课题群里“冒泡”。

课题组去安吉露营春游

课题组团建

“我还没小孩，学生就是我的孩子。”从2019年开始带学生，今年是第6年，方虹斌形容自己一年年“攒”出了27名学生。在实验室外的照片墙前，他对每个学生如数家珍。

方虹斌收到的教师节贺卡

如今，对复旦的自由与开放，他有了更深的体会——当年，学校颇为信任地给了他一笔启动经费和一个“连桌椅都没有”的空房间。广阔天地，大有可为，但也让他措手不及。上课、带学生、建实验室、写论文、申请项目……前三年，方虹斌几乎每天早上七点到办公室，晚上12点后才回家。直到第四年，各项工作逐渐走上正轨。

“来复旦，我是来对了。”回首一路走来，方虹斌时常想。

复旦新工科“新”在哪？在他看来，这个“新”体现在交叉当中，可以生长出大量新增长点。

在复旦，交叉的机会无处不在。去年5月，在校庆报告会上介绍了自己的研究后，他在走去食堂的路上就被芯片与系统前沿技术研究院的刘琦教授和青年副研究员张续猛拦住了。“我们的类脑芯片可以试试能否用来作为机器人的神经系统，实现仿神经控制。”双方当即展开合作，共同研发的机器人已在调试中。

今年8月，复旦召开的杰出科研人才“北坡攀登”培训班把上百名中青年科研人员聚在一起。微电子学院研究员孙正宗听了方虹斌的研究汇报后提问：“蚯蚓有没有嗅觉？”这一下把方虹斌问住了。孙正宗进一步表示自己正在研究的嗅觉传感器或许可以帮助蠕虫机器人提高检测敏感度。新工科的火花就这样“聊”出来了。

作为教师，方虹斌还认为，这种“新”体现在教育理念和人才培养中。如今，在他的课题组，学生专业背景丰富，数学、物理、力学、机械、自动化、控制、微电子都有，但共同点是“都很喜欢硬件”。

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