基于機(jī)器人競賽的軍校學(xué)生科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)研究

薛紅　賈永興　陳斌　楊宇

摘要 論文結(jié)合機(jī)器人競賽，依據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)，構(gòu)建了層次化創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)體系。本著“厚基礎(chǔ)、寬口徑、強(qiáng)能力、高素質(zhì)、廣適應(yīng)”的要求，營造了學(xué)生科技活動(dòng)創(chuàng)新實(shí)踐基地，提供全面、開放、綜合的創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)境，以適應(yīng)我校人才培養(yǎng)轉(zhuǎn)型的需要。

關(guān)鍵詞 創(chuàng)新 機(jī)器人 競賽 能力

中圖分類號(hào)：G644 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2017.05.021

2016中國杭州G20峰會(huì)已于9月4日在杭州召開，本次峰會(huì)的主題確定為“構(gòu)建創(chuàng)新、活力、聯(lián)動(dòng)、包容的世界經(jīng)濟(jì)”，創(chuàng)新再次成為了關(guān)鍵詞。深圳優(yōu)必選智能人形機(jī)器人登上了央視G20峰會(huì)國家宣傳片，不僅代表了我國最前沿的高科技，更是凸顯了我國對(duì)于以智能機(jī)器人為代表的科技創(chuàng)新精神的大力支持。2016年，國務(wù)院發(fā)布《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》，我國工業(yè)和信息化部、發(fā)展改革委和財(cái)政部共同推出的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃。創(chuàng)新不是一蹴而就的，是需要恒久的堅(jiān)持和深入的思考。

0引言

何謂“創(chuàng)新”？創(chuàng)新是以新思維、新發(fā)明和新描述為特征的一種概念化過程，是主觀能動(dòng)性的高級(jí)表現(xiàn)形式，是推動(dòng)民族進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展的不竭動(dòng)力。從本質(zhì)上說，創(chuàng)新是創(chuàng)新思維藍(lán)圖的外化和物化。以現(xiàn)有的思維模式提出有別于常規(guī)或常人思路的見解為向?qū)?，利用現(xiàn)有的知識(shí)和物質(zhì)，在特定的環(huán)境下，改進(jìn)或創(chuàng)造新的事物、方法、元素、路徑或環(huán)境，并獲得一定有益效果的行為。

軍校教育相對(duì)于地方基礎(chǔ)教育和高等教育而言，屬于以高等教育為基礎(chǔ)的軍事專業(yè)教育和職業(yè)教育。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在軍事領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，我軍科技強(qiáng)軍、質(zhì)量建軍的要求，未來戰(zhàn)爭對(duì)作戰(zhàn)行動(dòng)的影響，以及世界范圍內(nèi)新的軍事革命的挑戰(zhàn)，促使軍隊(duì)日益成為知識(shí)密集、科技密集、人才密集的群體，從而對(duì)軍事人才素質(zhì)的要求也越來越高。

對(duì)于學(xué)生而言，創(chuàng)新并不是一個(gè)新名詞，也不是一個(gè)遙不可及的概念，實(shí)際上是一種基本素質(zhì)，是可以培養(yǎng)和訓(xùn)練，并形成習(xí)慣的一種基本能力。創(chuàng)新能力是指技術(shù)和各種實(shí)踐活動(dòng)領(lǐng)域中不斷提供具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值、社會(huì)價(jià)值、生態(tài)價(jià)值的新思想、新理論、新方法和新發(fā)明的能力。依據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)，本著“厚基礎(chǔ)、寬口徑、強(qiáng)能力、高素質(zhì)、廣適應(yīng)”的要求，我校成立了“烽火”機(jī)器人俱樂部，作為學(xué)生科技活動(dòng)創(chuàng)新實(shí)踐基地，營造全面、開放、綜合的創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)境，以適應(yīng)我校人才培養(yǎng)轉(zhuǎn)型的需要。

1層次化創(chuàng)新培養(yǎng)體系的構(gòu)建

信息化條件下的戰(zhàn)爭是聯(lián)合作戰(zhàn)，著眼于當(dāng)前軍事斗爭準(zhǔn)備和部隊(duì)需要，我校認(rèn)真貫徹創(chuàng)新教育思想，更強(qiáng)調(diào)自主學(xué)習(xí)能力、科學(xué)思維能力、工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

“烽火”機(jī)器人俱樂部依托機(jī)器人競賽為學(xué)生提供了提升自我能力的平臺(tái)，學(xué)校鼓勵(lì)感興趣、有能力的高年級(jí)和低年級(jí)學(xué)生積極參與。機(jī)器人研究涉及多個(gè)學(xué)科，如力學(xué)、機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)等，俱樂部成員需要具備一定的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和能力。學(xué)生在參加比賽過程中不僅可以拓寬知識(shí)面，促進(jìn)學(xué)科交叉，還能突破“搬磚式”的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)困局，開始學(xué)生的創(chuàng)新之旅。

目前，國內(nèi)影響力最大的機(jī)器人競賽是原中國機(jī)器人大賽暨RoboCup中國公開賽，該項(xiàng)賽事從1999年開始到2015年，一共舉辦了17屆。從2016年開始，原公開賽中非RoboCup項(xiàng)目繼續(xù)舉辦中國機(jī)器人大賽，原RoboCup比賽項(xiàng)目和RoboCup青少年比賽項(xiàng)目合并在一起，舉辦RoboCup機(jī)器人世界杯中國賽。2016年在將原有子項(xiàng)目進(jìn)行了充分合并的基礎(chǔ)上，設(shè)置了空中機(jī)器人、水面機(jī)器人和救援機(jī)器人等多項(xiàng)符合機(jī)器人發(fā)展熱點(diǎn)和難點(diǎn)的比賽項(xiàng)目，整個(gè)比賽項(xiàng)目的技術(shù)難度涵蓋不同層次。

為幫助學(xué)生樹立系統(tǒng)的概念，培養(yǎng)系統(tǒng)地分析問題、解決問題的能力，提高工程實(shí)踐能力，與專業(yè)課程體系相配套，構(gòu)建多種層次的創(chuàng)新課程體系。該體系使學(xué)生從簡單的小系統(tǒng)到大系統(tǒng)，從模塊到整體，由點(diǎn)到線，由線成面，由面建體，逐步、分層次、全方位的動(dòng)手實(shí)踐，學(xué)生在擬定設(shè)計(jì)方案、搭建系統(tǒng)、調(diào)試整機(jī)等過程中，充分激發(fā)和展現(xiàn)學(xué)生的創(chuàng)新性和能動(dòng)性。

“層次化”創(chuàng)新能力的培養(yǎng)中，組織了四層培養(yǎng)體系：

（1）基礎(chǔ)層：針對(duì)機(jī)器人競賽的要求，主要培養(yǎng)學(xué)生在方案設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制作，傳感器和攝像頭使用，舵機(jī)和電機(jī)的運(yùn)用，控制板的使用和軟件的編程，通信系統(tǒng)等方面的基本技能。

（2）提高層：針對(duì)競賽中各個(gè)項(xiàng)目的具體要求，培養(yǎng)學(xué)生新器件和新知識(shí)的應(yīng)用能力以及新思路和新想法等創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維能力。

（3）綜合層：針對(duì)項(xiàng)目中需要達(dá)到的指標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)所有技能的綜合應(yīng)用能力，引導(dǎo)學(xué)生思考真正需要解決的問題。

（4）創(chuàng)新層：圍繞差異性、可行性、價(jià)值性等特征，突破、創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生一步一步把創(chuàng)新的想法變成現(xiàn)實(shí)的過程。

2創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)的具體實(shí)施

以參加機(jī)器人比賽項(xiàng)目為目標(biāo)而提出具體建設(shè)項(xiàng)目，而不是機(jī)器人競賽中所設(shè)立的項(xiàng)目。主要思路是通過梯隊(duì)建設(shè)，不僅能夠完成機(jī)器人競賽等科技競賽，而且能夠?yàn)橄嚓P(guān)專業(yè)和學(xué)科的學(xué)生提供自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)及研究的平臺(tái)。機(jī)器人俱樂部采用以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主、老師指導(dǎo)為輔的教學(xué)模式，老師的主導(dǎo)作用與學(xué)生的能動(dòng)作用的和諧統(tǒng)一。學(xué)生能動(dòng)作用所表現(xiàn)的范圍、廣度、深度、側(cè)重點(diǎn)有所不同，老師在實(shí)施過程中注意啟發(fā)誘導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立地進(jìn)行學(xué)習(xí)、思考、練習(xí)、應(yīng)用。結(jié)合實(shí)際電路設(shè)計(jì)的需要，按照先易后難，先簡單后復(fù)雜的思路進(jìn)行，在實(shí)驗(yàn)中注重新技術(shù)、新器件的運(yùn)用，提前布置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，要求學(xué)生獨(dú)立思考，自行設(shè)計(jì)，仿真并搭建電路。以提高學(xué)生的理論聯(lián)系實(shí)際、獨(dú)立思考、分析解決實(shí)際問題的能力，同時(shí)培養(yǎng)基本的實(shí)驗(yàn)技能和動(dòng)手能力。對(duì)學(xué)有余力的學(xué)生著重培養(yǎng)設(shè)計(jì)、綜合和創(chuàng)新能力。

2.1變換角度

重新審視討論的主題，如果一條道不容易走通時(shí)，就可以換一條道路。變換角度看問題，對(duì)于所有的現(xiàn)象，當(dāng)大家認(rèn)為不可能時(shí)，換一種思維模式時(shí)，就會(huì)有解決方案。只有變換一個(gè)角度考慮問題，就可以獲得意想不到的創(chuàng)意。人型搬運(yùn)機(jī)器人需要完成搬運(yùn)物塊的任務(wù)，手部設(shè)計(jì)很關(guān)鍵，不可能完全按照人手結(jié)構(gòu)，也不可能用手指去拿，但是我們換個(gè)角度想一想，手部只要能完成搬的功能即可，也不一定是個(gè)正常的手，可以在手部加上小舵機(jī)，用舵機(jī)控制兩個(gè)夾片，采用抱合的方式搬，這樣還能增加夾片和物塊之間的摩擦程度，抓取比較牢固，不易滑落。

2.2打破常規(guī)

常規(guī)是大家認(rèn)為一直遵守的規(guī)則或習(xí)慣。在很多情況下，大家都認(rèn)為是不可能的時(shí)候，打破常規(guī)，超越現(xiàn)實(shí)可以使得事情做成。在搬運(yùn)項(xiàng)目人型比賽中，機(jī)器人將搬運(yùn)的物塊放置到規(guī)定位置后，需要沿線返回，再去搬運(yùn)其他物塊，這個(gè)過程中正常的思路是人轉(zhuǎn)身再沿線往回走，但是機(jī)器人在轉(zhuǎn)身的過程中需要不時(shí)調(diào)整腳上的傳感器對(duì)準(zhǔn)黑線，用時(shí)不少。我們?cè)谠O(shè)計(jì)的過程中，可以將機(jī)器人設(shè)計(jì)成既能向前也能倒退的形式，腳上的傳感器前后合理布局，不轉(zhuǎn)身，直接程序控制成倒退模式，這樣就節(jié)省不必要的麻煩，而且循線很準(zhǔn)。所以說，創(chuàng)新不一定是非常大的東西，創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維的創(chuàng)新往往是很重要的。同時(shí)，安排歷屆參賽獲獎(jiǎng)的學(xué)生對(duì)新學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)和輔導(dǎo)，不斷積累比賽經(jīng)驗(yàn)，并進(jìn)行研究。

2.3團(tuán)隊(duì)效應(yīng)

在創(chuàng)新思維的過程中，需要集思廣益，就像是項(xiàng)目組一樣，從智商IQ走向眾商WeQ，由不同專業(yè)的人員組成設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，各自給出完全不同的建議和想法，再進(jìn)行民主集中制，獲得大家公認(rèn)的最佳方案。讓不同專業(yè)和不同年級(jí)的學(xué)生進(jìn)行組合，不僅擴(kuò)大了不同專業(yè)學(xué)生的參與面，還建立了相應(yīng)的梯隊(duì)，為后續(xù)的競賽奠定基礎(chǔ)。團(tuán)隊(duì)建立后，由指導(dǎo)老師確定一名能力比較強(qiáng)的高年級(jí)學(xué)生作為隊(duì)長，利用傳幫帶作用開展活動(dòng)。以人型搬運(yùn)機(jī)器人比賽項(xiàng)目為例，在進(jìn)行任務(wù)分配時(shí)，盡量考慮團(tuán)隊(duì)中學(xué)生的特長和專業(yè)，如，機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由具有機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的隊(duì)員負(fù)責(zé)，硬件電路的設(shè)計(jì)和制作，如舵機(jī)和電機(jī)的驅(qū)動(dòng)部分、控制電路部分、循線電路、搬運(yùn)電路等由電路基礎(chǔ)好的隊(duì)員負(fù)責(zé)，軟件程序的設(shè)計(jì)由計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的學(xué)生負(fù)責(zé)，團(tuán)隊(duì)中每個(gè)隊(duì)員的分工非常明確，還要注重自我管理，責(zé)任細(xì)化。

3結(jié)束語

“烽火”機(jī)器人俱樂部的建設(shè)成果為促進(jìn)學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)搭建了良好的平臺(tái)?；诟傎愅瓿蓪?duì)學(xué)生本身創(chuàng)新能力等的培養(yǎng)和鍛煉具有非常重要的意義。特別是在備賽期間，俱樂部學(xué)員們放棄了休息時(shí)間，克服體能訓(xùn)練帶來的身體疲憊，克服了學(xué)習(xí)任務(wù)重的壓力，加班加點(diǎn)地投身于機(jī)器人的制作、完善和調(diào)試，不忽略任何一個(gè)可能出現(xiàn)的問題。在賽場上，俱樂部學(xué)員沉著冷靜，發(fā)揮出了水平，取得優(yōu)異成績。在剛剛結(jié)束的2016中國機(jī)器人大賽中，我校的烽火機(jī)器人俱樂部派出的10支隊(duì)伍參加了8個(gè)項(xiàng)目比賽，奪得一等獎(jiǎng)8項(xiàng)（其中冠軍、亞軍、季軍各1項(xiàng)）、二等獎(jiǎng)2項(xiàng)的好成績，為本年度機(jī)器人大賽劃上了圓滿的句號(hào)。