基于機(jī)器人競(jìng)賽的應(yīng)用型人才培養(yǎng)初探

夏慶鋒，丁 堯，萬(wàn) 凱

(南京大學(xué)金陵學(xué)院機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210089)

機(jī)器人技術(shù)是一項(xiàng)高度交叉的綜合性技術(shù)。20世紀(jì)90年代起，在全世界范圍內(nèi)相繼出現(xiàn)了一系列集高科技、娛樂(lè)和比賽于一體的機(jī)器人競(jìng)賽。大學(xué)生參與機(jī)器人競(jìng)賽有助于增強(qiáng)自主學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)工程實(shí)踐創(chuàng)新能力，對(duì)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。

1 創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)的建立

1.1 智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)

我校智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室成立之初，就提出以機(jī)器人競(jìng)賽為切入點(diǎn)進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)探索，以興趣小組的形式組織學(xué)生進(jìn)行競(jìng)賽機(jī)器人的設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上先開設(shè)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)課，后開設(shè)理論課，最后進(jìn)行機(jī)器人科學(xué)研究，即以機(jī)器人競(jìng)賽帶動(dòng)機(jī)器人教學(xué)與研究的發(fā)展路線。雖然它與常規(guī)的做法有較大差異，但是經(jīng)過(guò)兩年多的實(shí)踐，我們認(rèn)為這種方法對(duì)于應(yīng)用型本科學(xué)校來(lái)說(shuō)，是一種捷徑。

我們實(shí)驗(yàn)室教師經(jīng)過(guò)走訪與調(diào)研后認(rèn)為，比賽項(xiàng)目的選擇應(yīng)該遵循入門的門檻低，技術(shù)深度大，趣味性強(qiáng)的原則，對(duì)觀眾及媒體吸引力強(qiáng)的競(jìng)賽項(xiàng)目最適宜作為切入點(diǎn)。

1.2 學(xué)生平臺(tái)

為了突出學(xué)生的主體地位，重視和引導(dǎo)學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展，并讓學(xué)生得到全面的鍛煉，智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室和院學(xué)工辦聯(lián)合組建了一個(gè)機(jī)器人社團(tuán)。通過(guò)這個(gè)平臺(tái)，學(xué)生不僅學(xué)到了機(jī)器人知識(shí)，鍛煉了自己的動(dòng)手能力，而且還能夠與其他學(xué)校建立聯(lián)系與合作。

2 四級(jí)創(chuàng)新實(shí)踐培養(yǎng)體系

2.1 低年級(jí)學(xué)生興趣的培養(yǎng)

一年級(jí)學(xué)生在第一學(xué)期參加“競(jìng)賽機(jī)器人”課程學(xué)習(xí)。該課程的目的是讓學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后就了解機(jī)器人和機(jī)器人競(jìng)賽，培養(yǎng)學(xué)生的興趣。課程主要講述機(jī)器人一般常識(shí)、國(guó)內(nèi)外機(jī)器人競(jìng)賽現(xiàn)狀、機(jī)器人競(jìng)賽項(xiàng)目的解釋，還學(xué)習(xí)我校機(jī)器人競(jìng)賽視頻以及參加機(jī)器人競(jìng)賽所需知識(shí)和能力等。學(xué)生并可以完成一些簡(jiǎn)單的趣味性機(jī)器人實(shí)驗(yàn)。

通過(guò)這樣的課程能發(fā)現(xiàn)一些優(yōu)秀學(xué)生，以便作為核心隊(duì)員進(jìn)行特別培養(yǎng)。這些學(xué)生可以現(xiàn)場(chǎng)觀看高年級(jí)學(xué)生設(shè)計(jì)和調(diào)試機(jī)器人的全過(guò)程。通過(guò)親身體驗(yàn)，他們能夠?qū)哂胁煌δ艿母鞣N機(jī)器人表演產(chǎn)生興趣，并激發(fā)其動(dòng)手欲望。高年級(jí)學(xué)生可以指導(dǎo)他們利用教育教學(xué)機(jī)器人套件搭建簡(jiǎn)單的機(jī)器人模型，利用圖形化編程語(yǔ)言編寫程序，控制由簡(jiǎn)單的電動(dòng)器件及傳感器構(gòu)成的機(jī)器人。

2.2 初級(jí)動(dòng)手訓(xùn)練

參加初級(jí)動(dòng)手訓(xùn)練的學(xué)生分為若干小組，先由指導(dǎo)教師進(jìn)行講解和示范，然后以機(jī)器人社團(tuán)培訓(xùn)為主，通過(guò)不同的項(xiàng)目使他們熟悉并掌握初級(jí)機(jī)械、電氣、傳感器及控制軟件等基礎(chǔ)知識(shí)。每個(gè)小組學(xué)生都要展示已搭建好機(jī)器人的模型及演示功能，并講解模型的機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣、傳感器和控制軟件的特點(diǎn)及模型的工作原理。

初級(jí)動(dòng)手訓(xùn)練階段讓學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)和口頭表達(dá)能力得到提高，使他們掌握了常用的機(jī)械、電氣、傳感器及控制軟件等基礎(chǔ)知識(shí)。

2.3 高年級(jí)學(xué)生系統(tǒng)動(dòng)手訓(xùn)練

經(jīng)過(guò)前兩個(gè)階段的培養(yǎng)與訓(xùn)練，大部分學(xué)生已經(jīng)具備了參加比賽的水平和能力，此時(shí)可以由競(jìng)賽指導(dǎo)教師組建競(jìng)賽團(tuán)隊(duì)，讓大部分學(xué)生接受高強(qiáng)度訓(xùn)練。筆者注意到，有很多學(xué)生能夠帶著問(wèn)題到圖書館或者網(wǎng)上查閱資料，還有的去請(qǐng)教其他教師。

在動(dòng)手訓(xùn)練階段，每一個(gè)競(jìng)賽項(xiàng)目設(shè)立兩個(gè)以上的項(xiàng)目組，以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。比賽前20天左右，組織內(nèi)部比賽，從中選拔出優(yōu)秀隊(duì)員進(jìn)行最后的準(zhǔn)備。

2.4 綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)

對(duì)于有過(guò)比賽經(jīng)歷的高年級(jí)學(xué)生，要為其提供更加開放的平臺(tái)，充分尊重學(xué)生的主體地位，重視和引導(dǎo)學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展，運(yùn)用創(chuàng)新性實(shí)踐課題對(duì)學(xué)生進(jìn)行鍛煉和培養(yǎng)，滿足社會(huì)對(duì)該學(xué)科領(lǐng)域?qū)I(yè)人才多元化的需求。

我校實(shí)行三學(xué)期制，每年暑假之前安排三周的小學(xué)期集中進(jìn)行工程實(shí)踐能力訓(xùn)練。智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室在小學(xué)期有多項(xiàng)綜合創(chuàng)新課題，以便讓各專業(yè)學(xué)生找到適合自己的課題進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

3 培養(yǎng)方法

3.1 隊(duì)員選拔方法

我校在選拔隊(duì)員方面已經(jīng)形成了一套行之有效的方法。由于比賽需要各專業(yè)各方面有特長(zhǎng)的學(xué)生有機(jī)結(jié)合到一起，我們采用多種方法和多種途徑進(jìn)行綜合選拔。具體做法是:①在一年級(jí)的學(xué)生中依據(jù)“競(jìng)賽機(jī)器人”課程、社團(tuán)中的表現(xiàn)以及輔導(dǎo)員的推薦圈定一個(gè)大體的范圍，對(duì)他們進(jìn)行跟蹤觀察至少一個(gè)學(xué)期;②由現(xiàn)任社團(tuán)干部采用“學(xué)長(zhǎng)制”的方式進(jìn)行培養(yǎng)和考察，然后由指導(dǎo)教師安排相關(guān)設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià);③由指導(dǎo)老師和社團(tuán)干部對(duì)學(xué)生進(jìn)行答辯考核以確定初步名單;④最終的參賽隊(duì)員要到比賽前兩周才能確定，如果初選學(xué)生表現(xiàn)不佳仍可被淘汰。

3.2 因材施教，分類培養(yǎng)

智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室堅(jiān)持以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)的培養(yǎng)理念，采用因材施教、分類培養(yǎng)的人才培養(yǎng)模式，對(duì)學(xué)生進(jìn)行有效的培訓(xùn)。

我們根據(jù)學(xué)生的專業(yè)、特長(zhǎng)以及興趣愛(ài)好，對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，包括方案組、機(jī)械組、硬件組、軟件組和情報(bào)組等。分組不僅體現(xiàn)了專業(yè)區(qū)別，還照顧到了水平差異，這樣就能做到所有專業(yè)任何水平層次的學(xué)生都能找到適合自己的小組。

指導(dǎo)教師要求每個(gè)隊(duì)員每周寫一篇總結(jié)體會(huì)并安排下周工作計(jì)劃，籍此可以了解每個(gè)學(xué)生的狀況，以針對(duì)他們的特點(diǎn)制定相應(yīng)的方法。

3.3 多元化培養(yǎng)

在機(jī)器人團(tuán)隊(duì)分組的基礎(chǔ)上，我們對(duì)各類學(xué)生采用不同的培養(yǎng)方法。對(duì)于基礎(chǔ)較差的學(xué)生采用基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)，讓他們帶著問(wèn)題去查閱資料，在不斷提出問(wèn)題和解決問(wèn)題的過(guò)程中得到鍛煉。對(duì)于基礎(chǔ)較好的學(xué)生要讓他們掌握自主發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的方法。

4 應(yīng)用情況

我們?cè)谔剿髦袑⒃摲椒☉?yīng)用于我校的機(jī)器人教學(xué)與競(jìng)賽實(shí)踐中，取得了如下成績(jī)。

(1)在教學(xué)改革方面

在該方法的推動(dòng)下，我系近兩年申報(bào)、承擔(dān)和參與了多項(xiàng)教學(xué)改革項(xiàng)目，而且積極調(diào)研其他競(jìng)賽項(xiàng)目，例如電子設(shè)計(jì)大賽和數(shù)學(xué)建模大賽等。

(2)在提高學(xué)生創(chuàng)新能力方面

經(jīng)過(guò)兩年多的研究與實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)并培養(yǎng)了一大批學(xué)生骨干。他們可幫助教師對(duì)其他學(xué)生進(jìn)行相關(guān)的培訓(xùn)。這些經(jīng)驗(yàn)在我院開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課、課程設(shè)計(jì)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)中得到了更多的應(yīng)用。

(3)在開放實(shí)驗(yàn)室和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方面

為了滿足眾多學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力訓(xùn)練的要求，我們十分重視科技實(shí)踐場(chǎng)地和設(shè)備的建設(shè)工作。首先我們加強(qiáng)開放式智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，在保證機(jī)器人競(jìng)賽優(yōu)勢(shì)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，循序漸進(jìn)地引進(jìn)更多的機(jī)器人競(jìng)賽項(xiàng)目，也為學(xué)生提供了更多的鍛煉機(jī)會(huì)。同時(shí)，還與一些知名公司和高校逐步開展關(guān)于機(jī)器人研究的合作。

[1]張?jiān)浦蓿瑓浅蓶|，崔建江等.基于機(jī)器人競(jìng)賽的大學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)與實(shí)踐[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2007，29(1):116-119.