以機(jī)器人競(jìng)賽為驅(qū)動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的路徑探究①

尹彬?yàn)?/p>

（揚(yáng)州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 江蘇 揚(yáng)州 225127）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入了快車道，新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新商業(yè)“三新”經(jīng)濟(jì)模式持續(xù)保持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)［1］，高科技人才對(duì)經(jīng)濟(jì)的助力作用越來(lái)越明顯。機(jī)器人是當(dāng)前科技變革的最重要領(lǐng)域之一，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能是人才培養(yǎng)的核心方向［2］，高等院校作為科技進(jìn)步與發(fā)展的孵化器，越來(lái)越多地參與到機(jī)器人學(xué)科競(jìng)賽中，為此開設(shè)了以機(jī)器人學(xué)科競(jìng)賽為導(dǎo)向的專業(yè)課程，以提升學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐與應(yīng)用能力、促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。

1 機(jī)器人學(xué)科競(jìng)賽的意義

機(jī)器人技術(shù)是人類科技進(jìn)步的體現(xiàn)，充分融入了人類的智慧，是人類運(yùn)用工業(yè)設(shè)計(jì)的最強(qiáng)成就之一［3］，是人類智能化生產(chǎn)生活不可或缺的組成部分，機(jī)器人領(lǐng)域已經(jīng)成為各國(guó)科技與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必爭(zhēng)之地。機(jī)器人學(xué)科競(jìng)賽集合了人工智能、控制工程、機(jī)械自動(dòng)化和仿生學(xué)等多種學(xué)科知識(shí)，是技術(shù)含量高、實(shí)踐與理論深度融合的競(jìng)賽。機(jī)器人學(xué)科競(jìng)賽要求參賽人員具有很強(qiáng)的實(shí)踐能力，通過比賽能有效激發(fā)學(xué)生的求知欲，是提升學(xué)生創(chuàng)新能力的有效途徑。

2 傳統(tǒng)教學(xué)存在的問題

20世紀(jì)末，科學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，其主要標(biāo)志為機(jī)器人的產(chǎn)生與機(jī)器人學(xué)科的構(gòu)建。傳統(tǒng)機(jī)器人課程授課方式為教師在課堂上講授，學(xué)生被動(dòng)接受，理論授課多，實(shí)踐操作少，內(nèi)容形式都比較單一、枯燥、抽象，知識(shí)理解較為困難［4］。

當(dāng)前本科生培養(yǎng)過程中存在競(jìng)賽意識(shí)淡薄、學(xué)科研究封閉、競(jìng)賽與科研相脫離等問題［5］。部分機(jī)器人學(xué)科課程設(shè)置復(fù)雜，實(shí)踐教學(xué)較少，傳授內(nèi)容與實(shí)踐脫離，且絕大多數(shù)實(shí)踐教學(xué)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生實(shí)踐能力及創(chuàng)新能力的提升路徑不明確。因此，如何有效利用機(jī)器人學(xué)科競(jìng)賽提升學(xué)生的創(chuàng)新與實(shí)踐能力，是機(jī)器人學(xué)科課程設(shè)置中重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。

3 機(jī)器人學(xué)科競(jìng)賽對(duì)大學(xué)生教育的影響

3.1 有利于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科競(jìng)賽興趣和合作意識(shí)

機(jī)器人課程要充分利用各種教學(xué)手段，豐富教學(xué)內(nèi)容。高校要將學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)轉(zhuǎn)換為主動(dòng)學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)習(xí)樂趣，在課程中引入創(chuàng)意分享案例，打造課堂內(nèi)外，線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式，學(xué)生愿意參與到機(jī)器人學(xué)科競(jìng)賽中，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)機(jī)器人學(xué)科競(jìng)賽興趣。同時(shí)，指導(dǎo)教師全流程深度參與機(jī)器人學(xué)科競(jìng)賽，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新、合作意識(shí)，依靠團(tuán)隊(duì)力量，完成機(jī)器人模型創(chuàng)意設(shè)計(jì)，達(dá)成預(yù)期競(jìng)技結(jié)果。

3.2 有利于學(xué)生理論知識(shí)與實(shí)踐能力的結(jié)合

機(jī)器人學(xué)科競(jìng)賽需要學(xué)生掌握扎實(shí)的學(xué)科基礎(chǔ)理論知識(shí)，將理論知識(shí)運(yùn)用到機(jī)器人的設(shè)計(jì)及制作中。指導(dǎo)老師需要引導(dǎo)學(xué)生將計(jì)算機(jī)編程、傳感器等模塊合理融合，將一般驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)為實(shí)踐應(yīng)用。參賽學(xué)生根據(jù)大賽規(guī)則，研究比賽策略，學(xué)思踐悟，制作出有創(chuàng)新性、滿足參賽需求的機(jī)器人作品。

3.3 有利于學(xué)生思辨意識(shí)與創(chuàng)新能力的提升

機(jī)器人學(xué)科競(jìng)賽是一種涵蓋面廣的競(jìng)技賽事。學(xué)生要完成機(jī)器人硬件設(shè)計(jì)、軟件編寫和軟件硬件組合、機(jī)器人功能調(diào)試等流程，在此過程中，遇到難題或者故障是比較常見的，遇到問題，全面分析，提出方案，解決問題，使得機(jī)器人作品精益求精，整個(gè)過程鍛煉了學(xué)生思考創(chuàng)新的能力，提升學(xué)生解決問題的能力。因此，機(jī)器人學(xué)科競(jìng)賽能夠有效激發(fā)參賽學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生求真務(wù)實(shí)的態(tài)度，提升學(xué)生的思辨能力。

4 機(jī)器人學(xué)科競(jìng)賽提升學(xué)生創(chuàng)新能力的路徑

4.1 組建學(xué)科競(jìng)賽團(tuán)隊(duì)

組建機(jī)器人學(xué)科競(jìng)賽團(tuán)隊(duì)，應(yīng)該堅(jiān)持以學(xué)生興趣為第一要義。興趣相同的學(xué)生之間交流、討論、協(xié)作，能夠創(chuàng)造一個(gè)良好的學(xué)習(xí)氛圍，有效地提升學(xué)習(xí)效率。根據(jù)學(xué)生個(gè)人特點(diǎn)組建團(tuán)隊(duì)，成員之間取長(zhǎng)補(bǔ)短，在競(jìng)賽中各司其職，既做好本職工作，又服從大局。團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人應(yīng)具有組織、協(xié)調(diào)、管理能力，善于傾聽團(tuán)隊(duì)其他成員意見，做出合理決策，為競(jìng)賽取得好成績(jī)做出貢獻(xiàn)。團(tuán)隊(duì)全體成員須通力合作，共同完成機(jī)器人的設(shè)計(jì)、裝配與調(diào)試，圓滿完成競(jìng)賽的任務(wù)。

4.2 拓展課本外知識(shí)

突破傳統(tǒng)教學(xué)以理論教學(xué)為中心的桎梏，通過項(xiàng)目教學(xué)模式［6］，在課程中激發(fā)學(xué)生的自主探究與自學(xué)能力。通過智能機(jī)器人在實(shí)際生產(chǎn)生活中應(yīng)用，推進(jìn)智能機(jī)器人相關(guān)教學(xué)改革。以機(jī)器人學(xué)科競(jìng)賽為驅(qū)動(dòng)，實(shí)施“以賽促學(xué)”教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生通過試驗(yàn)方法提升機(jī)械設(shè)計(jì)，人工智能和運(yùn)動(dòng)方案技能，在項(xiàng)目學(xué)習(xí)中真正體現(xiàn)學(xué)生的主體地位。機(jī)器人學(xué)科競(jìng)賽應(yīng)由項(xiàng)目指導(dǎo)老師進(jìn)行評(píng)估，從前期資料的采集整理，方案的創(chuàng)意設(shè)計(jì)，項(xiàng)目的實(shí)踐開展，到實(shí)物落地的評(píng)價(jià)，均由參與項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)完成，鼓勵(lì)學(xué)生充分利用互聯(lián)網(wǎng)等途徑，科學(xué)處理信息，拓展課本外知識(shí)。

4.3 推進(jìn)機(jī)器人創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目

以中國(guó)高校智能機(jī)器人創(chuàng)意大賽、中國(guó)工程機(jī)器人大賽暨國(guó)際公開賽中的優(yōu)秀作品作為學(xué)生創(chuàng)新研究課題，結(jié)合機(jī)械工程、信息工程及生物醫(yī)學(xué)工程的專業(yè)特點(diǎn)，遴選具有可行性、產(chǎn)業(yè)化前景的項(xiàng)目，并對(duì)專利和論文深入的研究，指導(dǎo)學(xué)生申報(bào)省部級(jí)、國(guó)家級(jí)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃。推動(dòng)落實(shí)基礎(chǔ)培訓(xùn)、專業(yè)技能、強(qiáng)化訓(xùn)練、綜合實(shí)踐等四大模塊，推進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的提升［7］。

4.4 創(chuàng)建機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室

高等院校實(shí)驗(yàn)室是實(shí)施項(xiàng)目教學(xué)，實(shí)施素質(zhì)教育，提升學(xué)生創(chuàng)新能力的主要平臺(tái)。設(shè)立專門的開放式機(jī)器人綜合實(shí)訓(xùn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，將理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，踐行“教授、實(shí)踐、反饋”機(jī)制，推進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維塑造，加強(qiáng)理論儲(chǔ)備與實(shí)踐技能的雙向培養(yǎng)。機(jī)器人綜合訓(xùn)練和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室需滿足機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐、智能制造實(shí)踐、工程應(yīng)用實(shí)踐的需求，為學(xué)生提供創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)。

以機(jī)器人學(xué)科競(jìng)賽為驅(qū)動(dòng)，通過組建學(xué)科競(jìng)賽團(tuán)隊(duì)，將專業(yè)教學(xué)與機(jī)器人競(jìng)賽結(jié)合，拓展課本外知識(shí)，推進(jìn)機(jī)器人競(jìng)賽的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，創(chuàng)建機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室等途徑，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力，提升學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)造能力，塑造集綜合型、創(chuàng)新型、應(yīng)用型為一體的新工科人才，有效推動(dòng)新工科的建設(shè)，助力新經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。