基于機(jī)器人競賽的創(chuàng)新能力訓(xùn)練

寧萌 薛必倫 張秋菊 陳海衛(wèi) 蔣毅

摘要：如何培養(yǎng)當(dāng)代大學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高其創(chuàng)新能力和動手能力，是當(dāng)代大學(xué)教育的核心問題。因為學(xué)習(xí)興趣是創(chuàng)造力的源泉，動手能力則是學(xué)生素質(zhì)的體現(xiàn)，提高學(xué)生創(chuàng)新能力和動手能力，是教育的意義所在。本文主要介紹了通過讓學(xué)生參與機(jī)器人教育以及機(jī)器人比賽來提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力和動手能力，使學(xué)生掌握機(jī)械設(shè)計和控制理論學(xué)科的知識。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新能力；動手能力；機(jī)器人教育；機(jī)器人比賽

中圖分類號：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）06-0243-02

培養(yǎng)創(chuàng)新型人才、提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力是高等教育中長期存在的一個富有挑戰(zhàn)性的課題。大學(xué)培養(yǎng)的創(chuàng)新型人才要能夠綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)知識和基本技能，發(fā)現(xiàn)、分析、研究和解決實際問題，要具有較強(qiáng)的綜合研究能力、自主學(xué)習(xí)能力、實踐動手能力、管理協(xié)作能力，具有批判性思維、創(chuàng)新精神和團(tuán)結(jié)協(xié)作精神[1]。

實踐教學(xué)是大學(xué)教學(xué)中非常重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，是幫助學(xué)生理解和運(yùn)用知識，提高分析并解決實際問題能力的有效途徑。合理開展實踐教學(xué)能夠提高學(xué)生們的動手能力，幫助梳理專業(yè)知識的體系結(jié)構(gòu)、知識點，讓學(xué)生們做到對所學(xué)知識的融會貫通，并養(yǎng)成正確的批判性思維習(xí)慣[1]。

一、傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的問題

（一）畢業(yè)大學(xué)生存在的問題

傳統(tǒng)教學(xué)模式下的大學(xué)畢業(yè)生存在著以下問題：（1）缺乏專業(yè)技術(shù)和動手能力，無法滿足現(xiàn)代制造企業(yè)對素質(zhì)人才的需求；（2）有一定的盲目性，他們?nèi)狈Ξ?dāng)代制造企業(yè)的認(rèn)識，不了解進(jìn)入企業(yè)后要做什么；（3）沒有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神。

（二）教育本身存在的問題

目前的大學(xué)教育存在以下弊端：本科教育嚴(yán)重滯后于外部世界的快速發(fā)展；大學(xué)教育的資源配置不合理，浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重；書本理論知識（許多實際上已經(jīng)過時）過多，缺乏與實際生活的系統(tǒng)性聯(lián)系。

其原因在于沒有合適的實踐對象或創(chuàng)新平臺，學(xué)校安排的課程實驗或者是課程設(shè)計往往都是一些“臨摹”，毫無創(chuàng)造性，學(xué)生沒有學(xué)習(xí)熱情，無法培養(yǎng)他們的創(chuàng)造能力與實踐能力，長此以往，造成了學(xué)生們專業(yè)知識體系不牢靠、知識點凌亂、動手能力不足，無法做到對所學(xué)知識的融會貫通，也難以養(yǎng)成正確的批判性思維習(xí)慣。

二、基于機(jī)器人教育的創(chuàng)新能力培養(yǎng)

什么是機(jī)器人教育，目前還沒有統(tǒng)一的定論。彭紹東教授認(rèn)為：機(jī)器人教育是指學(xué)習(xí)利用機(jī)器人，優(yōu)化教育效果及師生勞動方式的理論與實踐。郭善渡先生認(rèn)為：機(jī)器人教育主要是指學(xué)習(xí)機(jī)器人的知識與技能。張劍平教授在《機(jī)器人教育：現(xiàn)狀、問題與推進(jìn)策略》中指出：所謂機(jī)器人教育，通常是指學(xué)習(xí)機(jī)器人的基本知識與基本技能，或利用教育機(jī)器人優(yōu)化教育教學(xué)效果的理論與實踐。

以機(jī)器人為主的教學(xué)活動是在具體實踐的過程中逐步完成的，要在這個過程中充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，全面參與機(jī)器人教育，讓學(xué)生提出機(jī)器人設(shè)計及實施方案，并互相討論比較，并由學(xué)生負(fù)責(zé)參與制作和調(diào)試。指導(dǎo)老師應(yīng)善于聆聽學(xué)生的各種意見，鼓勵他們的各種奇思妙想，調(diào)動他們的學(xué)習(xí)興趣，獨立完成自己分配到的任務(wù)并與隊友合作完成總?cè)蝿?wù)。

學(xué)生完成機(jī)器人競賽的過程能有如下好處：

1.創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。機(jī)器人教育以及機(jī)器人比賽是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的有效途徑，機(jī)器人教育或比賽通常是以小組的形式來開展并完成任務(wù)的，雖然要完成的任務(wù)是有限制的，但是如何完成這個任務(wù)卻沒有任何限制，譬如任務(wù)的分配、進(jìn)度的規(guī)劃都是不固定的，是開放性的。在這種沒有過多束縛的開放性環(huán)境中，學(xué)生的想象力、創(chuàng)造力能被極大地調(diào)動，學(xué)生會為了完成自己的目標(biāo)而積極主動地學(xué)習(xí)思考。

2.合作能力的培養(yǎng)。幾乎任何一個現(xiàn)代產(chǎn)品、一個項目都不是一個人所能完成的，以小組的形式展開的機(jī)器人教育或比賽，必定是要強(qiáng)調(diào)合作精神的，往往組員之間的合作親密程度決定了最終結(jié)果的好壞。而且學(xué)生之間的隔閡相對較小，學(xué)生之間敢于互相提問并合作解決，這極大地培養(yǎng)了學(xué)生的合作溝通能力。

3.邏輯思維的培養(yǎng)。為了完成一次機(jī)器人教育或比賽的目標(biāo)，需要學(xué)生從三個方面著手。第一是對實際問題進(jìn)行抽象分解，得出其基本共通點進(jìn)行建模并搭建機(jī)器人雛形。學(xué)生在剛開始搭建機(jī)器人時，需要運(yùn)用邏輯思維來進(jìn)行分解、抽象、建模。整體組裝機(jī)器人時，又需要學(xué)生運(yùn)用動手能力，整個過程鍛煉了學(xué)生的數(shù)學(xué)、物理等基礎(chǔ)學(xué)科的知識，又鍛煉了學(xué)生的機(jī)械設(shè)計和控制理論。最后，學(xué)生在對機(jī)器人進(jìn)行調(diào)試時，需要系統(tǒng)、綜合地考慮所有問題，反思哪里出了問題，為什么出問題，原因是什么，是機(jī)器人搭建結(jié)構(gòu)的問題還是程序編寫的問題，然后反復(fù)修改，反復(fù)調(diào)試，以達(dá)到最后能夠機(jī)械化執(zhí)行任務(wù)的目的。這一系列的過程涉及科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等學(xué)科，因此機(jī)器人教育還是STEM教育的主要陣地。

對于大學(xué)生來講，創(chuàng)新能力、合作能力、邏輯思維能力的培養(yǎng)是相輔相成的，機(jī)器人教育的過程也是大學(xué)生接受系統(tǒng)化工程訓(xùn)練的過程，精心設(shè)計的機(jī)器人比賽也將極大地提高同學(xué)們的工程實踐能力。

機(jī)器人教育還是一種良性循環(huán)，已經(jīng)參加過比賽的團(tuán)隊成員可以幫助下一屆學(xué)生開發(fā)和設(shè)計機(jī)器人，分享學(xué)習(xí)和參賽經(jīng)驗，幫助他們解決更加復(fù)雜的問題，在此過程中，不同層次的學(xué)生都可以獲得深刻的實踐技能和知識。通常，高年級學(xué)生幫助新生要比老師幫助新生更有效，這是因為學(xué)生之間沒有了心理上的障礙，新生敢提出各種“稀奇古怪”的問題，參賽學(xué)生之間有了更多的深入溝通和知識互補(bǔ)。項目合理分配與小組有效討論對于建立能夠解決復(fù)雜實際問題的研究小組有重要意義。同時，低年級學(xué)生的加入，也在一定程度上激發(fā)了其所在年級其他學(xué)生的參與熱情，帶動了他們向參賽隊員標(biāo)準(zhǔn)靠攏的積極性。與此同時，帶隊老師也應(yīng)該具有豐富的項目管理經(jīng)驗，合理分配任務(wù)并整合團(tuán)隊成員的成果，將完成的機(jī)器人項目與現(xiàn)代生產(chǎn)實際相結(jié)合，傳授相關(guān)經(jīng)驗，并能保證學(xué)生能夠提出自己的想法，開發(fā)創(chuàng)造力并培養(yǎng)動手能力。

三、我校學(xué)生參與Robocon成果

“第15屆全國大學(xué)生機(jī)器人大賽ROBOCON”以“清潔能源”為主題，作為首次參加全國大學(xué)生機(jī)器人大賽Robocon的隊伍，這只隊伍從零基礎(chǔ)開始，克服重重困難，設(shè)計制做了自己的參賽機(jī)器人，并經(jīng)過不斷改進(jìn)與刻苦練習(xí)，順利通過了中期考核，從120支參賽隊中脫穎而出，獲得了參賽資格，并在最終參賽的60支隊伍中取得了第19名的好成績。

“第16屆全國大學(xué)生機(jī)器人大賽ROBOCON總決賽”于2017年6月10日-11日在山東鄒城舉行。君遠(yuǎn)學(xué)院機(jī)器人隊就已經(jīng)開始招兵買馬準(zhǔn)備第二次參賽。本屆大賽主題為“舞盤雅樂”，靈感來自我國古代傳統(tǒng)游戲“投壺”，每場比賽有兩支隊伍參戰(zhàn)，通過機(jī)器人拋擲飛盤落在遠(yuǎn)臺的準(zhǔn)確度與速度來決定勝負(fù)。代表江南大學(xué)參賽的君遠(yuǎn)學(xué)院機(jī)器人隊齊心協(xié)力，頑強(qiáng)拼搏，從來自全國184所高校的參賽隊伍中脫穎而出，挺進(jìn)全國16強(qiáng)，榮獲本屆大賽“二等獎”和“最佳組織獎”。

四、總結(jié)

要想進(jìn)一步激發(fā)大學(xué)生的創(chuàng)造力，培養(yǎng)更多有創(chuàng)新意識、綜合能力高的學(xué)生，在激發(fā)內(nèi)在動機(jī)的同時，學(xué)校以及社會外部環(huán)境對學(xué)生創(chuàng)造動機(jī)的影響也要給予充分的重視。通過設(shè)計良好的競賽制度，建立完善的創(chuàng)新教育體系，以及通過科技競賽塑造大學(xué)生創(chuàng)造性人格等方法來進(jìn)一步激發(fā)大學(xué)生在科技競賽中的動機(jī)，會進(jìn)一步促進(jìn)我國對創(chuàng)新人才的開發(fā)與培養(yǎng)。

開展機(jī)器人比賽活動，能夠有效激發(fā)學(xué)生參與技術(shù)創(chuàng)新、程序開發(fā)與項目研制的興趣與愛好，為其今后的學(xué)習(xí)工作生涯奠定基礎(chǔ)。培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，激勵學(xué)生創(chuàng)新意識符合當(dāng)代社會對素質(zhì)化人才的要求，通過參與機(jī)器人比賽，學(xué)生還能培養(yǎng)團(tuán)隊協(xié)作能力，將所學(xué)知識用在實處，獲得良好的體驗和高度成就感。

參考文獻(xiàn)：

[1]盧惠民，李迅，徐曉紅，鄭志強(qiáng).合作學(xué)習(xí)教學(xué)模式在學(xué)科競賽中的應(yīng)用研究[J].高等教育研究學(xué)報，2013，36（3）：80-82.

[2]Mehmet Tekerek.A human robot interaction application for robotic education[J].Procedia-Social and Behavioral Sciences，2009，1（1）.