機器人競賽對學生創新實踐能力培養研究

張曉麗+王鵬+崔東輝+范春鳳+李彩玲

摘要：培養大學生的創新實踐能力已成為我國高等教育教學改革的核心目標之一。而機器人競賽作為高技術對抗賽，涉及電子、機械、控制、計算機等多個學科領域，是理論和實踐的高度結合。本文以機器人競賽為載體，分析了機器人競賽在大學生創新實踐能力培養中的重要作用，闡述了具體實施過程，為高校大學生創新實踐能力的培養提供了一條新的思路。

關鍵詞：機器人競賽；創新實踐；教學研究

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）06-0087-02

一、前言

隨著經濟與知識全球化的到來，社會對人才的培養提出了更高的要求，要求大學生不僅要有寬厚的多學科知識、較好的綜合素質，而且要有較強的創新實踐能力，基于此，需要改革傳統的大學人才培養模式[1-2]。教育部提出：“實踐教學方法改革是推動實踐教學改革和人才培養模式改革的關鍵，各高校應加強綜合性實踐科目設計和應用。”[3-4]但如何在不改變原有學科知識傳授及傳統實踐教學的基礎上，培養大學生的創新實踐能力，激發學生的創新意識，提高學生的綜合素質，為大學生在未來的就業市場中找到自己的立足之地，成為新形勢下高校創新實踐教育面臨的一個重大課題。

美國哈佛大學教育研究所的霍華德·加德納教授曾說：“一個人主動去問、去想、去尋找問題的答案，是積累知識的最佳途徑，被動的接受不會產生持久的影響?！盵5]機器人是極富趣味性和挑戰性的領域，不僅容易激發學生的學習興趣，而且綜合了信息技術、機械工程、電子工程等多學科的知識，是理論和實踐的高度結合[6]。而在機器人競賽中，需要學生根據比賽要求從無到有，將自己的想法變成能夠完成給定要求的機器人實體，整個過程不僅使學生增加了理論知識的理解，而且有利于激發學生的想象力，培養學生的創造能力及實踐能力[7]。本文結合近兩年指導河南省機器人大賽的經驗，探討了在高等學校中如何以機器人競賽為載體，提高學生的創新實踐能力。

二、機器人競賽在創新實踐能力人才培養中的重要作用

1.高校創新實踐能力培養現狀分析。傳統的實踐教學由于受到教學條件的限制，缺乏規范、行之有效的實踐教學體系，致使學生的創新實踐能力受到影響[8]，具體體現在以下幾個方面：（1）重理論，輕實踐，對培養學生的創新實踐能力投入有限。多數學校由于經費限制，為學生提供的創造性實踐條件有限，同時部分教學環節缺乏對該方面的引導，導致學生的創新實踐意識不能得到發揮。（2）創新實踐激勵機制不完善。長期以來，學生接受的教育模式是理論為主，實踐為輔，在學習中，僅僅受單純驗證性實踐課程的影響，導致學生的創新實踐能力得不到有效的鍛煉。（3）創新實踐環節跨度大，創新實踐體會不深。很多高校雖然開展了形式多樣的大學生創新實踐環節，但是參加此項活動的大部分是大二和大三的學生，僅僅參加了部分驗證性實驗，當學生接觸到需要有一定創新實踐能力的科研項目時，由于跨度較大，導致很難做出高水平的科技成果，無法真正體會到創新思維與科技發展之間的相互作用，進而阻礙了學生創新實踐能力的培養和鍛煉。

2.機器人競賽創新實踐能力培養目標。機器人教育進入學校的主要表現形式是競賽，而競賽機器人要求學生從車身設計、控制器設計、傳感器應用、軟件設計及系統調試，最終構成一個完整的控制系統。在整個工作過程中，學生可以綜合應用所學知識，查閱資料，進行方案論證，在制作中，不斷對機器人的軟、硬件系統進行完善，以提高機器人的整體運行能力。整個過程中，學生一直處于獨立思考、分析問題、解決問題的狀態中，有效地促進了學生自主創新實踐能力的提高[9]。具體體現如下：（1）專業知識綜合應用能力得到提高。競賽中，在設計及制作滿足參賽要求的機器人系統過程中，學生需要將所學的專業知識加以綜合應用。（2）學生獨立分析問題、解決問題能力得到提高。學生在完成機器人的硬件制作工作后，就可以根據競賽要求進行軟件編程，以在指定場地上實現機器人的自動控制，而整個過程需要學生小組獨立完成。（3）學生的實踐動手能力和科學研究態度得到提高。在競賽過程中，需要學生對機器人的不同部件進行改裝，按照比賽規則進行程序的調試。而在整個方案的設計、安裝測試及硬件聯調中，所遇到的每個難題都要認真解決，否則功虧一簣。

三、機器人競賽在培養創新實踐能力中的具體實施

機器人是極富挑戰性和趣味性的領域，能很好地激發學生的學習和研究興趣，使學生的學習和研究由被動變為主動。本文以參加2014年河南省機器人大賽為例，按照以下五個步驟對學生的創新實踐能力進行培養。

1.項目團隊的建立。在確定人員時，可以讓不同專業和不同年級的學生進行報名，對于低年級的學生，在難度上略微降低要求，這樣，一方面擴大了不同學科學生的參與面，另一方面，建立了相應的學生團隊和梯隊，為后續的各類競賽奠定基礎。團隊建立后，指導教師確定一名能力比較強且盡量是高年級的學生作為隊長，由隊長實現對本組學生的管理，充分利用高年級對低年級的傳幫帶動作用，有序開展創新活動。

2.項目任務的制定和分工。團隊負責人和隊員共同制定機器人項目工作計劃，確定工作步驟。以機器人滅火比賽項目為例來進行說明，在機器人滅火比賽中，要求制造一個由計算機控制的機器人，能夠按照操作規則在房間中以最短的時間找到火源并將它熄滅。在進行任務分配時，盡量考慮團隊中學生的專業及特長，如機器人機械結構的設計，由具有機械設計基礎的隊員負責，硬件電路的制作如電機驅動電路、避障電路等由電路分析基礎好的隊員負責，軟件程序的編寫由計算機相關專業的隊員負責。這樣，團隊中每個隊員分工明確，使學生真正參與到項目中。

3.項目的制作。據比賽項目類型，分析每個隊員學生的實際情況，建議他們選擇規模和難度適中的項目。在比賽項目制作的前期，對學生進行相關知識的訓練，如第一階段，對他們進行有關機器人基本傳感器及硬件電路組裝訓練；第二階段，要求他們掌握機器人中相關傳感器的綜合應用；第三階段，要求他們按要求完成機器人制作及調試。整個項目制作過程中，隊員之間可以相互討論，一起解決問題，團結協作，做到共同進步，而這個過程在其他教學環節中是無法實現的，對于培養學生的創新實踐能力非常重要。endprint

4.項目的評估。項目的評估采用答辯和實物演示的形式向指導教師和選定的評測小組匯報。首先由負責整體設計的隊員對整個項目進行匯報，再由各個隊員對自己負責的工作進行匯報，匯報完畢，針對項目中出現的問題，教師盡量引導學生獨立思考，自己解決問題。匯報完畢后，由每個小組逐個進行作品的演示，作品演示結束后，由指導教師和評測小組當場給予評判計分，并對優勝者給予一定的獎勵。

5.項目技術文檔的規整。為使學生養成善于總結的良好習慣，同時給后續招生隊員一定的參考，項目結束后，要求學生將整個項目的工作進行技術文檔的規整。這樣使學生科技寫作的能力也得到了相應的提高。

四、機器人競賽創新實踐教學成果

經過上面五個步驟的訓練及評估后，從中挑選中具有較強創新實踐能力的學生，集中進行機器人競賽實戰練習，使學生的能力在項目訓練過程中切實得到提高。近年來，我院學生參加了多次河南省機器人大賽，以2014年的河南省機器人大賽為例，我院在交叉足項目上包攬了一、二、三等獎，在狹窄足、越野游項目中獲得了二等獎、三等獎的好成績。機器人競賽的全面開展在提升我院大學生的創新實踐能力和增強就業競爭力中發揮了積極的作用，促進了大學生健康成長和全面成才。

五、結論

實踐是認識的源泉，是創新的基礎，本文以機器人競賽載體，分析了我院如何通過機器人競賽活動系統地訓練大學生的創新實踐能力。通過機器人競賽，在創新意識上，學生了解了工程師應該具有的素質和創新能力；在實踐能力上，學生通過機器人的設計加工、機器人的焊接和不斷調試，其實踐能力得到了鍛煉。因此，在機器人競賽過程中，大學生的各項理論知識和實踐技能能有機地進行結合，充分發揮學生的創造潛能，提高了學生解決實際問題的綜合能力。

參考文獻：

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