基于機器人競賽的應用型人才培養(yǎng)模式研究

李臣龍，陶 皖，強 俊

（安徽工程大學計算機與信息學院，安徽 蕪湖 241000）

目前，中國已經建成了世界上最大規(guī)模的高等教育體系，為現(xiàn)代化建設的人才培養(yǎng)做出了巨大貢獻。但隨著經濟的飛速發(fā)展，高校的人才供給與社會的工作需求關系發(fā)生了深刻變化。隨著經濟結構的調整、產業(yè)升級的加快，不斷推動著中國創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略的變革，由此，高等教育的結構性矛盾更加突出。畢業(yè)生就業(yè)難和就業(yè)質量低的問題仍未有效緩解，生產服務一線緊缺的應用型、復合型、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)機制尚未完全建立，人才培養(yǎng)結構和質量尚不適應經濟結構調整和產業(yè)升級的要求[1]。

改革大學課程教學模式，重點是打破“以知識傳遞為目標，以教師為主體，以教材為中心，以課堂為陣地”的傳統(tǒng)教學范式。本文結合自身院校的辦學特點，結合近幾年創(chuàng)新實驗室的機器人競賽培養(yǎng)模式，提出了以理論課程體系為基礎，以機器人競賽為實踐創(chuàng)新的培養(yǎng)流程。

1 計算機傳統(tǒng)教學存在的問題

計算機專業(yè)教學有自身的特點，例如知識更新快、實踐與理論并重等。計算機教學要解決知識儲備與時俱進，實踐創(chuàng)新與理論儲備等矛盾具有很大挑戰(zhàn)性。當前傳統(tǒng)教學存在的主要問題包括以下兩個方面：

首先，大多數(shù)本科院校計算機培養(yǎng)方式強調理論的教授，實踐教學重視程度不高，也存在重視實踐但實踐本身與當前應用性存在差距，原因在于計算機專業(yè)的人才培養(yǎng)方案的更新較慢，但是專業(yè)知識更新較快，從而出現(xiàn)課堂上的授課內容存在與實用技術脫節(jié)的現(xiàn)象[2-3]，導致應用性培養(yǎng)存在一定的困難。

其次，傳統(tǒng)課程的實驗教學模式單一，不利于學生的創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)。主要原因在于課程實驗教學內容多為獨立的驗證性實驗，缺乏系統(tǒng)性、設計性實驗。另外由于原有課程體系教學的限制很難開展項目教學，這導致學生在項目團隊協(xié)作上的欠缺。如何模擬項目團隊建設、團隊項目調研立項、項目規(guī)劃、團隊分工協(xié)作以及項目測試交付等成為高校應用型或技術型人才培養(yǎng)的重要內容。

由此，如何改革傳統(tǒng)理論實踐教學，做到與時俱進，縮小與主流實用技術的差距；如何引入項目教學，提高學生的創(chuàng)新性思維，培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作意識，成為傳統(tǒng)計算機教學亟待解決的問題。研究與實踐表明，通過競賽驅動，幫助學生接觸主流技術，更新原有知識結構，進而提高學生的實踐能力以及培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作有積極的作用。

2 創(chuàng)新實驗室機器人競賽培養(yǎng)模式

2.1 組織機構建設

大學生創(chuàng)新實驗室作為組織機構，從建立激勵機制、完善硬件建設、建立創(chuàng)新基地、加強隊伍建設、注重梯隊培養(yǎng)等方面入手促進創(chuàng)新人才培養(yǎng)[4]。先后組織了機器人、飛思卡爾、ACM、互聯(lián)網+等各項賽事。學院依托各個系部、教研室資源進行嵌入式技術、物聯(lián)網技術、電子技術等多方面的綜合訓練，注重實踐鍛煉，強調動手能力培養(yǎng)，組建了具有計算機與信息學院有特色的學科競賽隊伍：機器人競賽組委會（主要承擔Robocup仿真足球賽、人形機器人舞蹈、循跡競速車、機械臂搬運、武術擂臺賽、單片機競賽等項目），另外學院還設有飛思卡爾組委會（承擔飛思卡爾競速賽的競賽任務）、互聯(lián)網+大賽組委會以及中國大學生計算機設計大賽組委會。通過豐富多彩的競賽活動，培養(yǎng)學生在計算機應用等方面的興趣，鍛煉了學生吃苦耐勞和團隊合作精神。

2.2 機器人競賽培養(yǎng)目標

計算機與信息學院從2009年著手準備安徽省機器人大賽和中國Robocup機器人大賽至今，制定了著力培養(yǎng)具備良好專業(yè)知識體系和與社會需求接軌的應用技術型人才的目標，為此，為了培養(yǎng)學生計算思維、算法分析、系統(tǒng)設計等能力，提出了完善的競賽機制，將機器人競賽融入了計算機專業(yè)課程體系。結合本校和地方特色，積極融入合蕪蚌國家高新區(qū)和蕪湖機器人產業(yè)園的建設，以安徽工程大學機器人研究院為平臺進行科研成果轉化和學生應用型人才培養(yǎng)，為高校應用型或技術型人才培養(yǎng)提供了發(fā)展平臺。

2.3 機器人競賽培養(yǎng)模式特點

學院機器人競賽根據學院自身的專業(yè)設置、學科特點和培養(yǎng)目標，設置了以機器人競賽為主線的多樣化競賽項目，形成了以興趣為引導，以實踐創(chuàng)新為目標的校級競賽—學生普遍受益，省級、國家級、世界級比賽—優(yōu)秀生培養(yǎng)發(fā)展的階梯性競賽機制。

培養(yǎng)模式流程如圖1所示，以機器人競賽為主線，結合本院課程體系和賽事級別分4個層次，為不同年級的學生提供參與競賽的機會。4個層次主線從院級機器人大賽、省級機器人大賽、中國機器人大賽以及世界杯機器人大賽逐步深化，主線各個階段輔以計算機設計大賽、ACM程序設計大賽、互聯(lián)網+大賽等賽事。培養(yǎng)流程的知識儲備從專業(yè)基礎課到專業(yè)骨干課深化。

圖1 競賽培養(yǎng)規(guī)劃

第1學年下學期，以機器人大賽為主線的各項競賽，根據學生知識儲備（主要是計算機基礎課C語言和數(shù)學等基礎課程）逐步開展。第1學年的主要培養(yǎng)目標是提高學生的實踐動手能力，培養(yǎng)學生在競賽中的團隊意識。例如，互聯(lián)網+大賽中學生要經歷團隊組建、分工、創(chuàng)意思辨、項目規(guī)劃，推廣路演等步驟，能夠較好地增強學生的團隊協(xié)作能力；相較于院機器人大賽，除了團隊協(xié)作的要求，更注重專業(yè)基礎知識的項目運用。第1學期院機器人大賽的主要項目包括：機器人相關專利大賽、人形機器人舞蹈等，針對大一學生的知識結構以興趣引導為主，輔以入門門檻低的項目，讓學生切入機器人編程和創(chuàng)新性思維開發(fā)。

第2學期，以省機器人大賽和中國機器人大賽為主線，輔以ACM程序設計大賽、物聯(lián)網大賽等，發(fā)展學生中堅力量。機器人大賽主要項目有灰度循跡競賽、機械臂搬運、武術擂臺賽等。第2階段競賽項目要求學生具備嵌入式開發(fā)、傳感器技術，高級語言編程的能力。

第3學期，以培養(yǎng)應用型創(chuàng)新性人才為主要目標，整合競賽和學校機器人研究院實習機會，重點培養(yǎng)學生的項目開發(fā)能力。要求學生具備硬件設計和復雜算法的工程項目應用知識。

2.4 團隊梯隊建設

2.4.1 團隊組建

機器人競賽團隊之所以發(fā)展壯大，離不開學生通過努力取得的驕人成績，更不能忽視學生人才的招募。加強機器人競賽宣傳讓學生投其所好是團隊梯隊建設的首要任務。一方面，機器人協(xié)會通過學校教務部門、二級學院、學生社團、輔導員、任課教師等大力宣傳機器人競賽的基本情況、入會要求以及所需的專業(yè)背景，引導學生建立起對學科競賽的正確認識，提高參賽積極性；另一方面，機器人協(xié)會通過組織召開機器人競賽招募大會，開展機器人競賽的專題講座及宣傳成果、開展機器人表演等方式吸引更多的學生參與到競賽中來。宣傳與招募活動吸引了大批學生加入，為了更好地發(fā)揮學生特長，選拔工作必不可少。機器人協(xié)會根據學生自由選擇的項目進行筆試考察，合理地分配機器人競賽項目和輔助項目，以最大程度滿足學生的競賽需求。

2.4.2 學風建設

學風建設是一種文化傳承，機器人協(xié)會的學風建設直接影響到學科競賽間的結果，另一方面，科學、規(guī)范和系統(tǒng)的競賽體系也是促進良好學風的關鍵[5]。

學院機器人協(xié)會制定了完善的自習考勤制度，保證每位學生在投入機器人競賽時間的同時，也為平時指導老師及學生間交流學習提供了充足的時間。另一方面，學校也制定了完備的競賽激勵學分制度，為學生的興趣特長培養(yǎng)提供了支撐。通過競賽的歷練也培養(yǎng)了學生友誼第一比賽第二的團隊精神，傳承協(xié)作、共同進步的理念。

2.4.3 梯隊培養(yǎng)

機器人競賽隊伍建設有完善的選拔、分配和培訓機制。以大一、大二本科生為主要選拔對象，通過課程成績、活動表現(xiàn)和考試選拔手段進行招募。為了延續(xù)競賽特長，讓學生快速入門，傳幫帶是隊伍培養(yǎng)的關鍵。

競賽培訓方面，首先根據學生特長分配對口競賽項目，由有參賽經驗學生定向培訓，輔以指導教師的講座以及選修課程，完善培訓體系。

另一方面，各項賽事由高年級學生搭配低年級本科生參加競賽，每次賽后寫總結報告、分析不足，完善培訓資料，為后續(xù)工作指明方向，保證了各項賽事經驗的傳承。

3 改革教學模式

在計算機相關專業(yè)的教學方面，教師針對機器人競賽的實際情況，對培養(yǎng)方案、計劃作了適當?shù)难a充與充實。主要是在相關課程中介紹和融入相關競賽案例，激發(fā)學生學習興趣。主要在微機原理及應用、單片機技術、ARM嵌入式系統(tǒng)、傳感器技術等課程設計中增加相關技術的實踐，如：接口通信實踐（UART、TTL、RS-232、IIC等）；傳感器數(shù)據處理實驗（灰度傳感器、超聲波傳感器、磁力傳感器、重力傳感器、陀螺儀等）；另外還包括電機控制和機器人控制相關算法實踐（PID控制、循跡算法、陀螺儀歐拉角解算等）。課程之外，暑期實踐等實踐環(huán)節(jié)也是對學生進行選拔或提升的重要舉措，實踐項目會選取競賽相關課題，使學生能夠接觸、學習到課程理論之外的知識。由此，學院的機器人競賽與計算機教學改革相輔相成，相互促進，推進了學院傳統(tǒng)教學的應用型改革。

另外，在機器人相關課程的團隊教學過程中，學生可以根據自己的特長組建項目團隊。學習團隊要有明確分工與工作驗收標準。在學習團隊中，學生相互學習，共同進步有利于培養(yǎng)團隊協(xié)作精神。

針對團隊中成績表現(xiàn)優(yōu)異的學生，結合學生發(fā)展興趣和相關單位的人才需要，學院依托安徽工程大學機器人研究院，為學生提供暑假實習機會，參與項目的開發(fā)；為了促進學生與企業(yè)間實踐交流，實現(xiàn)學生課程培養(yǎng)與社會需求的銜接，為應用型創(chuàng)新發(fā)展提供學習平臺。

4 結語

本文以安徽工程大學機器人協(xié)會競賽組織為例，分析了機器人競賽為主的賽事組織模式，提出了一種以機器人競賽為驅動的計算機人才培養(yǎng)模式，有效地提高了學生在應用技能方面的能力，機器人協(xié)會2009—2017年獲省級、國家級機器人。世界杯競賽證書近50項，其他競賽證書20余項；機器人協(xié)會成員歷年就業(yè)率達到100%，就業(yè)質量高。實踐證明以競賽為驅動的課程培養(yǎng)模式，對應用型本科院校計算機專業(yè)的教學改革起到了積極的促進作用。

參考文獻：

[1] 中新網．圖解:引導部分地方普通本科高校向應用型轉變[EB/OL]．(2015-11-16)[2017-04-30]．http://finance．chinanews．com/gn/2015/11-16/7625028．shtml．

[2] 王志堅．計算機畢業(yè)生人才市場需求考查調研[J]．硅谷,2009(1):146．

[3] 馮艷紅,孫庚,于紅．地方高校轉型發(fā)展期的工程人才培養(yǎng)模式探索[J]．計算機教育,2015(24):14-18．

[4] 張姿炎．大學生學科競賽與創(chuàng)新人才培養(yǎng)途徑[J]．現(xiàn)代教育管理,2014(3):61-65．

[5] 白廣梅,林興桃．以實驗競賽為依托推進實驗教學與人才培養(yǎng)[J]．實驗室科學,2017(3):232-234．