高校機(jī)器人創(chuàng)新教育團(tuán)隊(duì)建設(shè)探索與實(shí)踐

汪幫富 王軍 朱其新

【摘要】學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是創(chuàng)新教育改革的目標(biāo)，機(jī)器人學(xué)因其知識(shí)涵蓋的廣闊性和實(shí)踐創(chuàng)新的多樣性成為培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的首選平臺(tái)。本文圍繞機(jī)器人創(chuàng)新教育的團(tuán)隊(duì)建設(shè)，結(jié)合筆者自身的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，闡述了機(jī)器人教育團(tuán)隊(duì)建設(shè)的重要性以及教師和學(xué)生團(tuán)隊(duì)建設(shè)的方法。實(shí)踐結(jié)果對(duì)教學(xué)改革具有積極的借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】機(jī)器人 創(chuàng)新教育 團(tuán)隊(duì)建設(shè)

【Abstract】Training students' practical innovation ability is the goal of innovation education reform. Robotics has become the preferred platform for cultivating students' practical innovation ability because of its broad range of knowledge and diversity of practical innovation. Focus on the team building of robot innovative education， combined with the practical experience of the author， this paper expounds the importance of team building and the construction method of teachers and students team. The practice result has the positive significance to the teaching reform.

【Key words】 robot； innovative education； team building

【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2016）10-0247-02

引言

近年來，隨著國(guó)家對(duì)工程創(chuàng)新教育的提倡和引導(dǎo)，許多高校都在著手創(chuàng)新教育教學(xué)改革實(shí)踐研究，提出了大量的改革方案，積累了許多經(jīng)驗(yàn)知識(shí)[1，2]。為了培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐和團(tuán)隊(duì)合作的能力，建立一個(gè)有效的創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)是關(guān)系到人才培養(yǎng)的關(guān)鍵。機(jī)器人學(xué)是自動(dòng)化、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能和機(jī)械工程等多學(xué)科的交叉融合，代表了一個(gè)國(guó)家工業(yè)科技水平的最高體現(xiàn)，成為了各國(guó)高校和研究機(jī)構(gòu)在教育和研究時(shí)的重要選題之一。機(jī)器人教育是指以機(jī)器人為主要教學(xué)內(nèi)容或教學(xué)工具而展開的教與學(xué)的活動(dòng)，這些活動(dòng)是在具體實(shí)踐的過程中逐步完成的[3]。以機(jī)器人教育為平臺(tái)建立工程創(chuàng)新教育實(shí)踐體系，已得到越來越多的關(guān)注，并成為了實(shí)踐教育教學(xué)改革的一個(gè)切入點(diǎn)[4-6]。筆者所在蘇州科技大學(xué)多年來一直致力于以機(jī)器人教育為驅(qū)動(dòng)的創(chuàng)新教育改革，取得了一定的成效，本文重點(diǎn)圍繞機(jī)器人創(chuàng)新教育團(tuán)隊(duì)建設(shè)，結(jié)合自身的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)團(tuán)隊(duì)建設(shè)的重要性和方法進(jìn)行了闡述。

1.機(jī)器人教育團(tuán)隊(duì)建設(shè)的重要性

隨著現(xiàn)代學(xué)科的不斷分化和綜合，其交叉性和滲透性的特點(diǎn)日益突出，過去“單打獨(dú)斗”的生產(chǎn)方式已不能適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)的要求，對(duì)于一些復(fù)雜的問題，特別是大型工程，必須要有團(tuán)隊(duì)的協(xié)作才能完成。組織行為學(xué)權(quán)威、美國(guó)圣迭戈大學(xué)的管理學(xué)教授斯蒂芬.羅賓斯于1994年首次提出“團(tuán)隊(duì)”的概念：為了實(shí)現(xiàn)某一目標(biāo)而由相互協(xié)作的個(gè)體所組成的正式群體。教育創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)是指為提高學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)及科研目標(biāo)而相互協(xié)作進(jìn)行創(chuàng)新活動(dòng)并產(chǎn)生一定價(jià)值成果的群體組織。通過團(tuán)隊(duì)協(xié)作，成員之間互相學(xué)習(xí)，相互包容，且能夠?qū)W會(huì)尊重其他成員的個(gè)體差異性。團(tuán)隊(duì)之間的協(xié)作能夠使整個(gè)團(tuán)隊(duì)產(chǎn)生較強(qiáng)的凝聚力，團(tuán)隊(duì)成員各行其職，然后進(jìn)行有機(jī)地統(tǒng)一，能夠促使團(tuán)隊(duì)發(fā)揮強(qiáng)大的力量，易于成員創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，也易于取得成功。

機(jī)器人作為一個(gè)多學(xué)科交叉融合的技術(shù)，不僅涉及到不同的專業(yè)知識(shí)而且種類繁多，個(gè)人或單一專業(yè)的學(xué)生無法勝任其研發(fā)工作，只有不同專業(yè)知識(shí)背景的學(xué)生組成團(tuán)隊(duì)，分工協(xié)作才能順利完成任務(wù)。機(jī)器人教育涉及到教和學(xué)兩個(gè)層面，一方面，老師作為教學(xué)的主導(dǎo)，必須對(duì)機(jī)器人技術(shù)有全面的知識(shí)儲(chǔ)備，然而我國(guó)現(xiàn)有的學(xué)科體系決定了我們的師資往往有專業(yè)的偏向，雖然都從事機(jī)器人的教學(xué)研究，但有人偏重機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有人偏重智能控制，也有人偏重運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析等，這些現(xiàn)狀決定了機(jī)器人教育教學(xué)時(shí)必須從師資上進(jìn)行整合，形成團(tuán)隊(duì)集體；另一方面，學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體，都有自己的專業(yè)方向，不可能對(duì)機(jī)器人涉及的所有知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)，也是沒有必要的，但為了總體目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)又不能使某一技術(shù)的人員缺乏，所以對(duì)學(xué)生進(jìn)行團(tuán)隊(duì)組合也是非常必要的，將不同專業(yè)背景和興趣愛好的學(xué)生組合在一起，形成知識(shí)互補(bǔ)和技能合作。

2.機(jī)器人教育的學(xué)生團(tuán)隊(duì)建設(shè)

2.1團(tuán)隊(duì)組建模式

高校學(xué)生按專業(yè)班級(jí)為單位的教學(xué)模式?jīng)Q定了學(xué)生團(tuán)隊(duì)建設(shè)的層次性，一個(gè)機(jī)器人教育的學(xué)生團(tuán)隊(duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)呈金字塔形，由基層團(tuán)隊(duì)、中層團(tuán)隊(duì)和組合團(tuán)隊(duì)三部分組成?；鶎訄F(tuán)隊(duì)主要是按學(xué)科專業(yè)班級(jí)組建，團(tuán)隊(duì)成員一般來自一個(gè)專業(yè)或班級(jí)，有利于溝通交流，主要利用所學(xué)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行機(jī)器人相關(guān)功能部件的設(shè)計(jì)，每個(gè)團(tuán)隊(duì)的人數(shù)應(yīng)該控制在4-5人，人員結(jié)構(gòu)最好是高低年級(jí)組合。團(tuán)隊(duì)以自我學(xué)習(xí)訓(xùn)練為主，學(xué)習(xí)內(nèi)容也以基礎(chǔ)技能訓(xùn)練為主，借助學(xué)校的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)施訓(xùn)練自身的專業(yè)實(shí)踐能力?；鶎訄F(tuán)隊(duì)是儲(chǔ)備力量，所以團(tuán)隊(duì)個(gè)數(shù)可以設(shè)置最多，這也是普及機(jī)器人教育的需要。中層團(tuán)隊(duì)由基層團(tuán)隊(duì)選拔組合而成，根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容不同分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩類團(tuán)隊(duì)。每類團(tuán)隊(duì)的個(gè)數(shù)應(yīng)根據(jù)學(xué)校資源的配置情況設(shè)置。中層團(tuán)隊(duì)人員涉及到跨學(xué)科專業(yè)的組合，需有老師的介入指導(dǎo)，且必須制定實(shí)際的訓(xùn)練項(xiàng)目。組合團(tuán)隊(duì)是在中層團(tuán)隊(duì)的基礎(chǔ)上選拔組成，主要圍繞某一機(jī)器人方向組建成一個(gè)集體，團(tuán)隊(duì)直接受團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)老師管理，由團(tuán)隊(duì)老師安排任務(wù)并考核。

2.2 團(tuán)隊(duì)人員選拔機(jī)制

由于受教育資源的限制，不可能所有學(xué)生都參與到機(jī)器人創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)教學(xué)中來。為了更好發(fā)揮學(xué)生的實(shí)踐能力，需對(duì)學(xué)生進(jìn)行擇優(yōu)選拔。基礎(chǔ)團(tuán)隊(duì)成員的選拔主要以興趣組合為主，學(xué)生根據(jù)自身的興趣特長(zhǎng)自由組合團(tuán)隊(duì)。中層團(tuán)隊(duì)成員的選拔則需要采用考核或推薦的方式，如舉行班級(jí)或?qū)I(yè)內(nèi)部的設(shè)計(jì)大賽，將基礎(chǔ)團(tuán)隊(duì)中表現(xiàn)突出的團(tuán)隊(duì)或個(gè)人擇優(yōu)錄用進(jìn)入中層團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練，另外，也可以接受基礎(chǔ)團(tuán)隊(duì)之外的社團(tuán)或協(xié)會(huì)的人員推薦，如電子愛好者協(xié)會(huì)、機(jī)械創(chuàng)新社團(tuán)、機(jī)器人社團(tuán)等，這些人員雖然不在學(xué)校機(jī)器人學(xué)生團(tuán)隊(duì)建設(shè)的框架內(nèi)，但都有著對(duì)本專業(yè)學(xué)習(xí)的濃厚興趣和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)團(tuán)隊(duì)的建設(shè)有積極的推進(jìn)作用。組合團(tuán)隊(duì)人員的選拔則需要更嚴(yán)格的選拔條件，一般隊(duì)員都必須具有具體項(xiàng)目設(shè)計(jì)的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，比如參加過校級(jí)或市級(jí)的學(xué)科競(jìng)賽，能迅速參與到具體的實(shí)踐項(xiàng)目中來。組合團(tuán)隊(duì)是代表學(xué)校參加國(guó)家級(jí)甚至國(guó)際級(jí)學(xué)科競(jìng)賽的主力軍，也是教師科研活動(dòng)的得力助手，團(tuán)隊(duì)成員直接受指導(dǎo)教師的培養(yǎng)，同時(shí)也肩負(fù)著指導(dǎo)和幫助低級(jí)團(tuán)隊(duì)的任務(wù)。

3.機(jī)器人教育團(tuán)隊(duì)建設(shè)實(shí)踐

筆者所在蘇州科技大學(xué)多年來一直致力于機(jī)器人創(chuàng)新教育團(tuán)隊(duì)的建設(shè)，并取得了一定的成績(jī)。依托本校省級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)踐教育中心-機(jī)械工程綜合訓(xùn)練中心，目前已形成了四個(gè)機(jī)器人團(tuán)隊(duì)方向和一個(gè)機(jī)器人研究所，如圖2所示，四個(gè)機(jī)器人團(tuán)隊(duì)方向主要由學(xué)生組成，老師負(fù)責(zé)指導(dǎo)，目標(biāo)在于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，對(duì)外參與各類大學(xué)生學(xué)科競(jìng)賽；數(shù)字化智能研究所主要是老師團(tuán)隊(duì)的科研基地，并負(fù)責(zé)管理下設(shè)的四個(gè)團(tuán)隊(duì)方向。

學(xué)校除建設(shè)有一般基礎(chǔ)訓(xùn)練的實(shí)驗(yàn)室以外還建立了專門的機(jī)器人訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)室，如機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室、慧魚機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室等。學(xué)校通過開設(shè)機(jī)器人選修課和開展機(jī)器人科普講座等方式激發(fā)學(xué)生的興趣，同時(shí)在相關(guān)專業(yè)開設(shè)有機(jī)器人導(dǎo)論等課程，便于學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)。對(duì)于在各類學(xué)科競(jìng)賽中獲得名次的學(xué)生，學(xué)校不僅在評(píng)先評(píng)優(yōu)中重點(diǎn)考慮，而且可以計(jì)入學(xué)生的課外學(xué)分，以激勵(lì)學(xué)生的積極性。對(duì)于指導(dǎo)學(xué)生獲得競(jìng)賽名次的老師，在年終考核和職稱評(píng)定的時(shí)候都將獲得學(xué)校的認(rèn)可，給予優(yōu)先考慮，從而也提高了老師的積極性。

近年來，通過機(jī)器人團(tuán)隊(duì)建設(shè)，我校學(xué)生在各級(jí)別機(jī)器人學(xué)科競(jìng)賽中獲得獎(jiǎng)杯7座，一、二、三等獎(jiǎng)104項(xiàng)，獲得優(yōu)秀指導(dǎo)教師稱號(hào)的老師2人次。成績(jī)的取得為學(xué)校創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)改革提供了動(dòng)力也指明方向。

結(jié)語

學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是當(dāng)今社會(huì)高級(jí)人才培養(yǎng)的關(guān)鍵，是高校教學(xué)改革的方向。機(jī)器人作為集機(jī)、電、光、液、控制等于一體的智能自動(dòng)化裝置，是工科學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的有效平臺(tái)，在機(jī)器人平臺(tái)上實(shí)施團(tuán)隊(duì)建設(shè)是保障人才培養(yǎng)成功的關(guān)鍵之一?？茖W(xué)合理的團(tuán)隊(duì)建設(shè)能有效提高學(xué)生的實(shí)踐能力、形成集體協(xié)作的團(tuán)隊(duì)觀念，同時(shí)也能促進(jìn)老師學(xué)術(shù)水平的提升和教學(xué)改革觀念的更新。

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作者簡(jiǎn)介：

張毅（1964-），男，漢族，教授，主要從事動(dòng)力學(xué)與控制、力學(xué)中的數(shù)學(xué)方法等領(lǐng)域的科研和教學(xué)工作。

汪幫富（1978-），男，漢族，蘇州科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，講師，研究方向：主要從事先進(jìn)制造與裝備技術(shù)領(lǐng)域的科研和教學(xué)工作。