以機(jī)器人競(jìng)賽為平臺(tái)的機(jī)電專(zhuān)業(yè)創(chuàng)新能力培養(yǎng)探索

摘要：介紹了機(jī)器人競(jìng)賽的基本情況以及機(jī)器人競(jìng)賽的特點(diǎn)，結(jié)合機(jī)電專(zhuān)業(yè)的特色，從政策的支持、教師的努力、結(jié)合其他教學(xué)環(huán)節(jié)和學(xué)生的分工協(xié)作等方面，提出了以機(jī)器人競(jìng)賽為平臺(tái)，探索一條適合機(jī)電專(zhuān)業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的新途徑，經(jīng)實(shí)踐取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人；機(jī)電專(zhuān)業(yè)；創(chuàng)新；競(jìng)賽

作者簡(jiǎn)介：黃大志（1977-），男，河南新野人，淮海工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，講師；周慶貴（1963-），男，江蘇儀征人，淮海工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，副教授。（江蘇連云港222005）

基金項(xiàng)目：本文系淮海工學(xué)院教改項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：5509002）的研究成果。

中圖分類(lèi)號(hào)：G642#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號(hào)：1007-0079（2012）11-0016-02

國(guó)家教育“十二五”規(guī)劃和國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革發(fā)展綱要中明確指出，高等教育承擔(dān)著培養(yǎng)高級(jí)專(zhuān)門(mén)人才、發(fā)展科學(xué)技術(shù)文化、促進(jìn)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的重大任務(wù)。提高人才培養(yǎng)質(zhì)量乃是高校工作的中心任務(wù)，而只有通過(guò)不斷深化教學(xué)改革才能有效提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量。[1]

適應(yīng)國(guó)家和社會(huì)發(fā)展需要，遵循教育規(guī)律和人才成長(zhǎng)規(guī)律，創(chuàng)新教育教學(xué)方法，探索多種培養(yǎng)方式，形成各類(lèi)人才輩出、拔尖創(chuàng)新人才不斷涌現(xiàn)的局面，是未來(lái)教學(xué)改革的主要方向。[2]機(jī)器人作為典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，成為機(jī)械電子工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生常見(jiàn)的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)對(duì)象。而機(jī)器人競(jìng)賽具有能夠激發(fā)學(xué)生的好奇心、營(yíng)造獨(dú)立思考、自由探索、勇于創(chuàng)新的良好環(huán)境及培養(yǎng)學(xué)生的興趣愛(ài)好等特點(diǎn)，正越來(lái)越多地被廣大高校所重視。本文以機(jī)器人競(jìng)賽為平臺(tái)，探索出一條培養(yǎng)機(jī)電專(zhuān)業(yè)創(chuàng)新能力的新途徑。

一、機(jī)器人競(jìng)賽介紹

2001年6月21日中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)機(jī)器人競(jìng)賽工作委員會(huì)成立標(biāo)志著我國(guó)機(jī)器人競(jìng)賽事業(yè)進(jìn)入了一個(gè)新的階段。通過(guò)機(jī)器人比賽和技術(shù)研討，除了增強(qiáng)參賽者的創(chuàng)新能力外，也為推動(dòng)和促進(jìn)機(jī)器人與自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新，為我國(guó)的快速持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。國(guó)內(nèi)的機(jī)器人競(jìng)賽很多，影響力比較大的主要有兩個(gè)，一個(gè)是以由中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)機(jī)器人競(jìng)賽工作委員會(huì)、RoboCup 中國(guó)委員會(huì)等組織的一年一度的“中國(guó)機(jī)器人大賽”，另一個(gè)是由中央電視臺(tái)組織的一年一度的“Robocop 機(jī)器人大賽”。省級(jí)機(jī)器人競(jìng)賽中影響力較大的屬江蘇省教育廳支持、江蘇省自動(dòng)化學(xué)會(huì)組織的江蘇省大學(xué)生機(jī)器人大賽，距今已舉辦4次。大學(xué)生機(jī)器人大賽設(shè)立的比賽項(xiàng)目已達(dá)數(shù)十項(xiàng)，包括RoboCup 足球機(jī)器人比賽、RoboCup 救援組比賽、RoboCup 家庭組比賽、FIRA足球機(jī)器人比賽、空中機(jī)器人比賽、水中機(jī)器人比賽、舞蹈機(jī)器人比賽、雙足競(jìng)步機(jī)器人比賽、機(jī)器人游中國(guó)比賽、機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)等。[3]隨著比賽項(xiàng)目的逐年豐富，越來(lái)越多的高校都投入到機(jī)器人大賽中來(lái)。

二、機(jī)電專(zhuān)業(yè)的創(chuàng)新能力培養(yǎng)

機(jī)械電子工程專(zhuān)業(yè)俗稱機(jī)電一體化，是機(jī)械工程與自動(dòng)化的一種，也是最有前途的一個(gè)方向。機(jī)械電子工程專(zhuān)業(yè)包括基礎(chǔ)理論知識(shí)和機(jī)械設(shè)計(jì)制造方法、計(jì)算機(jī)軟硬件應(yīng)用能力，能承擔(dān)各類(lèi)機(jī)電產(chǎn)品和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、開(kāi)發(fā)工作。這個(gè)專(zhuān)業(yè)的特色就是強(qiáng)調(diào)機(jī)械動(dòng)手能力與機(jī)電控制能力相結(jié)合，側(cè)重于機(jī)電控制和數(shù)控維修。以數(shù)控所需各種能力為主線，突出機(jī)電控制的專(zhuān)業(yè)核心地位，培養(yǎng)會(huì)設(shè)計(jì)、能編程、具有較強(qiáng)的機(jī)電設(shè)備操作、調(diào)試、維修、維護(hù)等實(shí)際操作技能的技術(shù)工程師和職教師資。[4]

針對(duì)機(jī)電專(zhuān)業(yè)的特色不難看出，要想培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力就離不開(kāi)動(dòng)手能力的培養(yǎng)和實(shí)際操作能力的訓(xùn)練。而機(jī)器人競(jìng)賽作為機(jī)電專(zhuān)業(yè)創(chuàng)新能力培養(yǎng)的平臺(tái)是非常合適的，這也正是機(jī)器人競(jìng)賽舉辦的初衷。下面以淮海工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院為例來(lái)探討如何以機(jī)器人競(jìng)賽為平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電專(zhuān)業(yè)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

1.政策的支持

一直以來(lái)，學(xué)校和學(xué)院對(duì)機(jī)器人競(jìng)賽都非常支持，淮海工學(xué)院為此專(zhuān)門(mén)制定了相關(guān)的獎(jiǎng)勵(lì)措施，對(duì)舉辦機(jī)器人競(jìng)賽也都大力支持并積極組織參與。機(jī)械工程學(xué)院為了支持機(jī)器人競(jìng)賽，設(shè)立了機(jī)器人創(chuàng)新活動(dòng)室，還配備了電腦，購(gòu)買(mǎi)了實(shí)驗(yàn)工具以及器材，專(zhuān)為機(jī)電專(zhuān)業(yè)的同學(xué)們使用。對(duì)能夠獲得獎(jiǎng)項(xiàng)的參賽同學(xué)除了頒發(fā)特殊獎(jiǎng)學(xué)金外，還獎(jiǎng)勵(lì)一定的選修學(xué)分，這些都促使很多學(xué)生參與到機(jī)器人競(jìng)賽當(dāng)中。與此同時(shí)，機(jī)器人創(chuàng)新活動(dòng)都安排有經(jīng)驗(yàn)豐富的教師，對(duì)于能夠獲獎(jiǎng)的給予適當(dāng)獎(jiǎng)勵(lì)，也激勵(lì)著許多老師從事機(jī)器人的教學(xué)和競(jìng)賽工作。學(xué)校和學(xué)院對(duì)于機(jī)器人活動(dòng)室的同學(xué)在申請(qǐng)創(chuàng)新項(xiàng)目上也有一定的政策傾斜。近年來(lái)活動(dòng)室先后有兩個(gè)江蘇省大學(xué)生實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新項(xiàng)目，三個(gè)校大學(xué)生實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新項(xiàng)目被批準(zhǔn)，直接參與的學(xué)生達(dá)20多人，在項(xiàng)目中有兩個(gè)機(jī)器人參加2011年江蘇省大學(xué)生機(jī)器人大賽，在機(jī)器人游中國(guó)項(xiàng)目和機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)項(xiàng)目分獲二、三等獎(jiǎng)。好的政策支持是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要基礎(chǔ)。

2.教師的努力

教師在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方面的作用是不可或缺的。沒(méi)有教師的努力，學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)就是一句空話。由于大學(xué)生還正處在學(xué)習(xí)階段，知識(shí)結(jié)構(gòu)尚不完善，加之學(xué)校一般又都沒(méi)有專(zhuān)門(mén)針對(duì)機(jī)器人的系統(tǒng)的訓(xùn)練計(jì)劃，大多數(shù)機(jī)電專(zhuān)業(yè)學(xué)生對(duì)于機(jī)器人知識(shí)體系的理解比較片面，尤其是低年級(jí)同學(xué)，參加機(jī)器人競(jìng)賽的過(guò)程很多時(shí)候都還是一個(gè)摸著石頭過(guò)河的過(guò)程。這就需要指導(dǎo)教師抽出時(shí)間系統(tǒng)培訓(xùn)和引導(dǎo)學(xué)生。告訴學(xué)生應(yīng)該看什么專(zhuān)業(yè)書(shū)籍、學(xué)習(xí)什么設(shè)計(jì)軟件等等。這對(duì)學(xué)生快速建立起對(duì)機(jī)器人的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)、更深入地了解機(jī)器人起著非常重要的作用。

韓愈曾說(shuō)過(guò)：“千里馬常有而伯樂(lè)不常有?！狈e極參與機(jī)器人活動(dòng)的同學(xué)是很多的。作為指導(dǎo)教師應(yīng)該發(fā)掘那些有科技創(chuàng)新能力或有潛質(zhì)的同學(xué)，并鼓勵(lì)他們積極地參與機(jī)器人競(jìng)賽。教師在平時(shí)的教學(xué)中，要留心尋找那些基礎(chǔ)好、創(chuàng)新能力強(qiáng)的同學(xué)，支持他們到大學(xué)生創(chuàng)新活動(dòng)室學(xué)習(xí)和工作，為將來(lái)各種競(jìng)賽儲(chǔ)備人才。待競(jìng)賽時(shí)再?gòu)倪@些同學(xué)中挑選表現(xiàn)突出的同學(xué)參賽。實(shí)踐證明，好的開(kāi)始是成功的一半。

3.結(jié)合其他教學(xué)環(huán)節(jié)

現(xiàn)階段，我國(guó)還沒(méi)有專(zhuān)門(mén)設(shè)置機(jī)器人的專(zhuān)業(yè)，只有機(jī)電專(zhuān)業(yè)與機(jī)器人的關(guān)系最接近。但機(jī)電專(zhuān)業(yè)關(guān)于機(jī)器人方面的課程還是太少。所以淮海工學(xué)院有針對(duì)性地在專(zhuān)業(yè)課程的教授過(guò)程中加入機(jī)器人相關(guān)技術(shù)。

增加機(jī)器人技術(shù)課程，開(kāi)設(shè)了“機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)”課程，又增加了“機(jī)器人控制技術(shù)”、“特種機(jī)器人”等選修課程，目的是希望增加學(xué)生對(duì)機(jī)器人技術(shù)的認(rèn)識(shí)，提高他們學(xué)習(xí)機(jī)器人知識(shí)的興趣。在其他專(zhuān)業(yè)課中多引入機(jī)器人案例。例如在“機(jī)電一體化設(shè)計(jì)”課程中刪掉了部分?jǐn)?shù)控機(jī)床的內(nèi)容，增加了機(jī)器人的教學(xué)案例。在“機(jī)械設(shè)計(jì)”中增加了關(guān)于機(jī)器人方面的結(jié)構(gòu)分析案例。這樣，就可以將機(jī)器人的機(jī)械、控制、傳感器、電機(jī)等部分分別對(duì)應(yīng)到相關(guān)課程，學(xué)生對(duì)機(jī)器人會(huì)有一個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。將競(jìng)賽機(jī)器人引入課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)。針對(duì)高年級(jí)學(xué)生的“控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)”、“機(jī)電系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)”和畢業(yè)設(shè)計(jì)，將競(jìng)賽機(jī)器人作為課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)分配給學(xué)生，課程設(shè)計(jì)做相對(duì)成熟的內(nèi)容，而畢業(yè)設(shè)計(jì)就可以結(jié)合競(jìng)賽來(lái)實(shí)施。通過(guò)其他的教學(xué)環(huán)節(jié)來(lái)支撐機(jī)器人教學(xué)能夠取得較好的效果，學(xué)生也感到學(xué)習(xí)的針對(duì)性和趣味性增加了。

4.學(xué)生的分工協(xié)作

機(jī)器人作為一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)，不是一個(gè)人所能完成的。所以團(tuán)隊(duì)的合作、個(gè)人的不同分工是非常重要的。對(duì)于大學(xué)生們來(lái)講，知識(shí)結(jié)構(gòu)、自學(xué)能力、工程實(shí)踐、團(tuán)隊(duì)分工與協(xié)作是相輔相成的，他們需要在競(jìng)賽過(guò)程中不遺余力地完善自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)，提高和培養(yǎng)自學(xué)能力、工程實(shí)踐、團(tuán)隊(duì)分工與協(xié)作能力。機(jī)電一體化是以機(jī)械學(xué)科為基礎(chǔ)，融合了電子、計(jì)算機(jī)等學(xué)科的交叉學(xué)科，這就要求機(jī)電專(zhuān)業(yè)的學(xué)生所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)較多。在有限的時(shí)間里每個(gè)專(zhuān)業(yè)課都要學(xué)精那是不可能的，每個(gè)同學(xué)只能在一個(gè)或兩個(gè)領(lǐng)域里有所深入。對(duì)于機(jī)器人競(jìng)賽而言，這就要求同學(xué)們有不同的側(cè)重點(diǎn)，比如有些同學(xué)把重點(diǎn)放在機(jī)器人機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制作上，有些同學(xué)就以控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)作為自己的主攻方向，還有編程能力強(qiáng)的同學(xué)主要負(fù)責(zé)算法和程序的設(shè)計(jì)。這樣每個(gè)同學(xué)都會(huì)得到深入的鍛煉，再通過(guò)同學(xué)們的相互交流、取長(zhǎng)補(bǔ)短，同學(xué)們的創(chuàng)新能力就會(huì)有質(zhì)的飛躍。

三、實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)

通過(guò)參加機(jī)器人競(jìng)賽提高和鍛煉了學(xué)生理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力、動(dòng)手能力和自主創(chuàng)新能力。每年舉行的各種機(jī)器人大賽為機(jī)電專(zhuān)業(yè)大學(xué)生在基本理論與實(shí)踐相結(jié)合、實(shí)際動(dòng)手能力、創(chuàng)新設(shè)計(jì)等方面提供了良好的平臺(tái)。在當(dāng)前注重學(xué)生綜合能力的形勢(shì)下，該平臺(tái)的建設(shè)對(duì)學(xué)生們參加機(jī)器人競(jìng)賽和機(jī)器人、機(jī)電一體化系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)、教學(xué)科研以及鍛煉和提高學(xué)生們的創(chuàng)新能力都具有非常重要的意義。通過(guò)機(jī)器人競(jìng)賽前的培訓(xùn)和演練以及競(jìng)賽過(guò)程鍛煉和提高參賽隊(duì)員機(jī)電一體化系統(tǒng)的軟硬件創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，從機(jī)器人競(jìng)賽平臺(tái)的機(jī)械本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、傳感檢測(cè)技術(shù)與方法、自動(dòng)控制理論與方法以及計(jì)算機(jī)編程技術(shù)等多方面都得到了很好的鍛煉。淮海工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院一直以來(lái)都重視大學(xué)生參加機(jī)器人競(jìng)賽，在歷屆江蘇省大學(xué)生機(jī)器人大賽獲得“機(jī)器人游江蘇”項(xiàng)目二、三等獎(jiǎng)及“機(jī)器人游中國(guó)”項(xiàng)目二等獎(jiǎng)、“機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)”項(xiàng)目三等獎(jiǎng)，取得了豐碩的成果。

四、結(jié)束語(yǔ)

新的形勢(shì)下，高等院校如何實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展關(guān)鍵在于是否能夠培養(yǎng)出高素質(zhì)的創(chuàng)新人才，而機(jī)器人競(jìng)賽則是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和動(dòng)手能力的最佳平臺(tái)。參加機(jī)器人競(jìng)賽可以激發(fā)學(xué)生的興趣與愛(ài)好，有利于提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、科研動(dòng)手創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力以及就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力。借助機(jī)器人競(jìng)賽這個(gè)平臺(tái)，教師可以改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)教學(xué)體系的不斷完善。

借助機(jī)器人競(jìng)賽的平臺(tái)，在提高學(xué)生創(chuàng)新能力方面作出了積極嘗試，并取得了良好的效果。若要想取得更好的成績(jī)，需要學(xué)校進(jìn)一步在政策和資金上加大投入力度，完善教師的激勵(lì)機(jī)制，鼓勵(lì)學(xué)生盡早參與機(jī)器人競(jìng)賽，夯實(shí)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，建立起機(jī)器人的科研梯隊(duì)，這些都需要堅(jiān)持不懈的努力。

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（責(zé)任編輯：王祝萍）