大學(xué)生機器人競賽與日常教學(xué)相結(jié)合的研究

丁旭東 徐志偉 姜燕

摘 ? 要：文章針對大學(xué)生機器人競賽的現(xiàn)狀，對目前競賽培訓(xùn)教學(xué)中存在的問題進行分析，從多個方面開展機器人競賽的教學(xué)探索，有效促進了機器人競賽的培訓(xùn)質(zhì)量，提高了學(xué)生的競技能力，有助于培養(yǎng)應(yīng)用型人才的創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：機器人競賽;教學(xué);大學(xué)生;教學(xué)方法

大學(xué)生機器人競賽既有理論編程又有實際動手操作，對于學(xué)生動手能力、創(chuàng)新能力和理論聯(lián)系實際能力具有極大的促進作用。南京郵電大學(xué)通達學(xué)院一直非常重視學(xué)生的動手實踐能力的培養(yǎng)，積極鼓勵學(xué)生參加各項學(xué)科競賽，近兩年，南京郵電大學(xué)通達學(xué)院獨立組隊參加大學(xué)生機器人競賽，獲得了較好的成績，學(xué)生的參賽熱情和學(xué)習(xí)積極性持續(xù)高漲[1-2]。

但目前機器人競賽與日常教學(xué)之間仍缺乏有效的銜接，僅靠學(xué)生在課后自學(xué)，缺乏系統(tǒng)性的培訓(xùn)，學(xué)生無法系統(tǒng)地將競賽知識加以運用。日常訓(xùn)練中對于學(xué)生實際動手能力的培養(yǎng)僅僅局限在課本和教學(xué)計劃的范圍內(nèi)，學(xué)生往往是以完成作業(yè)為目的進行學(xué)習(xí)，不能有效調(diào)動學(xué)生的自主性和積極性。故本文針對機器人競賽與日常教學(xué)相結(jié)合的問題進行分析研究，嘗試探索一條系統(tǒng)有效的競賽教學(xué)結(jié)合方案，提高學(xué)生的動手能力、分析和解決問題的能力，更好地促進學(xué)生的全面發(fā)展。

1 ? ?機器人競賽培訓(xùn)存在的問題

1.1 ?競賽培訓(xùn)系統(tǒng)性不足

南京郵電大學(xué)通達學(xué)院對于大學(xué)生機器人競賽由教務(wù)處和教學(xué)保障處兩個部門管理，管理交叉和不明確導(dǎo)致老師很難流暢地開展機器人競賽培養(yǎng)的工作，對于學(xué)生的競賽能力發(fā)展與提高都有影響。另外，針對機器人比賽的培養(yǎng)過程，采取臨時抱佛腳的應(yīng)對辦法，平時難以采用集中培訓(xùn)的方法，導(dǎo)致競賽培訓(xùn)對于機器人的結(jié)構(gòu)、控制和編程等方面的知識不夠系統(tǒng)，學(xué)習(xí)多是采用點滴式的學(xué)習(xí)，容易遺忘，培訓(xùn)的效果大打折扣[3-4]。

1.2 ?專業(yè)知識要求較高

現(xiàn)行的專業(yè)課程以傳播知識為主，課程內(nèi)容與現(xiàn)實應(yīng)用中的實際問題有一定距離，機器人比賽要求掌握相關(guān)的專業(yè)技術(shù)實踐知識，例如機器人的原理、構(gòu)成、控制方式、深入的編程知識和數(shù)學(xué)建模理論，這是一般本科課程難以教授的，需要學(xué)生進行機器人比賽實踐，學(xué)生在備賽的過程中，可以充分利用所學(xué)專業(yè)知識，探索機器人的控制方法，激發(fā)學(xué)生不斷摸索、勇于創(chuàng)新的精神[5]。

1.3 ?師資培訓(xùn)力量不足

由于沒有開設(shè)機器人相關(guān)專業(yè)，導(dǎo)致南京郵電大學(xué)通達學(xué)院沒有專職的機器人指導(dǎo)教師，機器人指導(dǎo)老師由自動化實驗中心管理人員兼任，基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識較為薄弱。有的老師雖然能夠在競賽時帶隊指導(dǎo)，但其主要精力還是放在個人課業(yè)教學(xué)或行政管理事務(wù)。目前南京郵電大學(xué)通達學(xué)院機器人競賽指導(dǎo)老師無論從數(shù)量還是專業(yè)素質(zhì)上都和想?yún)①悓W(xué)生的數(shù)量達不到合理的配備標(biāo)準(zhǔn)，限制了學(xué)生和指導(dǎo)老師交流學(xué)習(xí)的機會，對學(xué)生參賽能力的提高有所影響。

2 ? ?改革舉措

2.1 ?開設(shè)機器人選修課程

針對學(xué)校目前沒有相關(guān)機器人課程的現(xiàn)狀，以機器人競賽為依托建立了相應(yīng)的實驗教學(xué)課程，對全校學(xué)生開放，進行機器人比賽前期知識的教學(xué)工作，可以有效開展機器人競賽的宣傳和選拔工作，是培訓(xùn)學(xué)生機器人基本技能的重要載體。每個機器人競賽項目均可作為機器人課程的教學(xué)內(nèi)容，同時機器人比賽側(cè)重于實踐，教學(xué)過程中要更加注重理論知識的應(yīng)用?？梢韵葘⒅v授相關(guān)教材的理論知識，由學(xué)生自己動手完成相關(guān)程序任務(wù)。學(xué)生通過這個過程來加深應(yīng)用所學(xué)的理論知識，逐漸掌握機器人的基本知識、各個子程序的編制、機器人的控制方式等[6]。

2.2 ?項目分類培訓(xùn)

目前南京郵電大學(xué)通達學(xué)院機器人項目有人臉和物體識別、高爾夫球、3D足球仿真、救援仿真等比賽項目，每個機器人比賽項目的競賽內(nèi)容區(qū)別較大，很難采用統(tǒng)一的教學(xué)與訓(xùn)練，而采用項目式教學(xué)可以很好地解決這一難題，在教學(xué)工程中根據(jù)項目的特色導(dǎo)入相應(yīng)機器人項目知識，結(jié)合結(jié)構(gòu)知識、編程語言、微處理技術(shù)、傳感器理論等知識，把各個比賽項目的知識分解為子項目融入日常教學(xué)和訓(xùn)練中[7-8]。

2.3 ?改變傳統(tǒng)的教學(xué)方法

教學(xué)過程中，教師要分析往年的比賽情況，結(jié)合當(dāng)年的競賽要求，分析下一步機器人項目的提升目標(biāo)和優(yōu)化內(nèi)容，最終以此作為規(guī)劃和導(dǎo)向教學(xué)[9]。首先，改變傳統(tǒng)的課堂教學(xué)方式，機器人培訓(xùn)老師可以先開展理論教學(xué)，導(dǎo)入當(dāng)天的教學(xué)任務(wù)和最終需要實現(xiàn)的功能，提示實現(xiàn)此功能所需學(xué)習(xí)和掌握的知識和技能。其次，分解功能并將學(xué)生分為若干組，每組布置功能目標(biāo)和實現(xiàn)時長，讓每組開展學(xué)習(xí)并討論如何實現(xiàn)。在此過程中，教師充當(dāng)指導(dǎo)者的角色，當(dāng)學(xué)生遇到疑問時，給予必要的指導(dǎo)。最后，在項目實施工程中，要對每個學(xué)生都有明確的要求，要讓每個競賽參與者制定詳細的學(xué)習(xí)和實施計劃，根據(jù)競賽的目標(biāo)收集相關(guān)資料進行競賽準(zhǔn)備[10-11]。

2.4 ?開展社團學(xué)習(xí)

機器人競賽的宗旨是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、實踐能力和相關(guān)理論的應(yīng)用能力，組建以學(xué)科競賽為目的的學(xué)習(xí)型學(xué)生社團是發(fā)展機器人競賽活動非常有效的載體。而人才又是機器人社團的核心，應(yīng)及早進行隊員的選拔，在大學(xué)一年級第二學(xué)期開始選拔參賽隊員，從學(xué)生的現(xiàn)有課程知、機器人的相關(guān)理論知識、動手能力、合作精神、興趣愛好等方面全方位考察學(xué)生。制定合理的選拔制度，提前安排選拔工作，這樣更加有利于參賽隊員的培訓(xùn)和篩選，新隊員的進入要經(jīng)過初選、復(fù)選兩個過程。初選時，通過自主報名的方式選入，然后由老師、社團主要負責(zé)學(xué)生組成面試組，通過學(xué)生的簡歷、相關(guān)的理論知識、實際操作等方面來確定合適隊員。新隊員進入后，社團會不定期組織相關(guān)培訓(xùn)，安排相關(guān)的課程任務(wù)進行定期考核，不斷提高社員的學(xué)習(xí)能力、操作水平以及團隊合作精神[12]。

2.5 ?增強指導(dǎo)教師隊伍

一個好的機器人團隊需要一支專業(yè)素質(zhì)過硬的指導(dǎo)教師隊伍。針對目前南京郵電大學(xué)通達學(xué)院指導(dǎo)教師缺乏及專業(yè)理論知識欠缺的現(xiàn)狀，擬采取以下措施，逐漸形成一支專業(yè)的指導(dǎo)教師隊伍。

（1）從南京郵電大學(xué)通達學(xué)院現(xiàn)有的專業(yè)教師和實驗教師中選拔部分感興趣的教師進行培訓(xùn)。培訓(xùn)由南京郵電大學(xué)通達學(xué)院共建單位南京郵電大學(xué)自動化學(xué)院負責(zé)。南京郵電大學(xué)自動化學(xué)院Apollo機器人團隊和派寶服務(wù)機器人團隊有著豐富的機器人競賽經(jīng)驗，多年來在國際、國內(nèi)各項賽事中獲得多項榮譽。南京郵電大學(xué)通達學(xué)院教師可以在他們的培訓(xùn)指導(dǎo)下不斷增強機器人專業(yè)理論知識和實踐操作能力。

（2）指導(dǎo)教師隊伍要不斷增強責(zé)任感。既然通過選拔進入了南京郵電大學(xué)通達學(xué)院機器人競賽團隊，那么就要從思想上重視起來，一方面加強自身能力的培養(yǎng)，另一方面要對自己負責(zé)的競賽項目以及參加競賽的學(xué)生負責(zé)。一支高素質(zhì)、責(zé)任心強的指導(dǎo)教師隊伍才能夠帶出一支競賽能力突出的學(xué)生隊伍。

（3）指導(dǎo)教師隊伍要堅持創(chuàng)新，不能一直死守著某一項或某幾項機器人競賽項目不變，要做到聯(lián)系南京郵電大學(xué)通達學(xué)院實際情況，主動與科技前沿的發(fā)展接軌，不斷開發(fā)新的參賽項目，提高競賽指導(dǎo)教師隊伍的科研創(chuàng)新能力和競賽指導(dǎo)水平[13-14]。

3 ? ?結(jié)語

總之，全國大學(xué)生機器人競賽是一項提高學(xué)生應(yīng)用能力的科技活動，符合培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目標(biāo)，本文結(jié)合南京郵電大學(xué)通達學(xué)院生源的特殊性和應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的特殊性，立足于學(xué)生的群體特征與應(yīng)用型人才的培養(yǎng)方案，探討了大學(xué)生機器人競賽與實驗教學(xué)的結(jié)合研究工作，促進了大學(xué)生機器人競賽的開展，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識、動手能力和團隊精神。

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