高校機器人創新教育團隊建設探索與實踐

汪幫富 王軍 朱其新

【摘要】學生實踐創新能力的培養是創新教育改革的目標，機器人學因其知識涵蓋的廣闊性和實踐創新的多樣性成為培養學生實踐創新能力的首選平臺。本文圍繞機器人創新教育的團隊建設，結合筆者自身的實踐經驗，闡述了機器人教育團隊建設的重要性以及教師和學生團隊建設的方法。實踐結果對教學改革具有積極的借鑒意義。

【關鍵詞】機器人 創新教育 團隊建設

【Abstract】Training students' practical innovation ability is the goal of innovation education reform. Robotics has become the preferred platform for cultivating students' practical innovation ability because of its broad range of knowledge and diversity of practical innovation. Focus on the team building of robot innovative education， combined with the practical experience of the author， this paper expounds the importance of team building and the construction method of teachers and students team. The practice result has the positive significance to the teaching reform.

【Key words】 robot； innovative education； team building

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）10-0247-02

引言

近年來，隨著國家對工程創新教育的提倡和引導，許多高校都在著手創新教育教學改革實踐研究，提出了大量的改革方案，積累了許多經驗知識[1，2]。為了培養學生的工程實踐和團隊合作的能力，建立一個有效的創新實踐平臺是關系到人才培養的關鍵。機器人學是自動化、電子學、計算機技術、人工智能和機械工程等多學科的交叉融合，代表了一個國家工業科技水平的最高體現，成為了各國高校和研究機構在教育和研究時的重要選題之一。機器人教育是指以機器人為主要教學內容或教學工具而展開的教與學的活動，這些活動是在具體實踐的過程中逐步完成的[3]。以機器人教育為平臺建立工程創新教育實踐體系，已得到越來越多的關注，并成為了實踐教育教學改革的一個切入點[4-6]。筆者所在蘇州科技大學多年來一直致力于以機器人教育為驅動的創新教育改革，取得了一定的成效，本文重點圍繞機器人創新教育團隊建設，結合自身的實踐經驗，對團隊建設的重要性和方法進行了闡述。

1.機器人教育團隊建設的重要性

隨著現代學科的不斷分化和綜合，其交叉性和滲透性的特點日益突出，過去“單打獨斗”的生產方式已不能適應現代社會的要求，對于一些復雜的問題，特別是大型工程，必須要有團隊的協作才能完成。組織行為學權威、美國圣迭戈大學的管理學教授斯蒂芬.羅賓斯于1994年首次提出“團隊”的概念：為了實現某一目標而由相互協作的個體所組成的正式群體。教育創新團隊是指為提高學生的創新能力、實現學習及科研目標而相互協作進行創新活動并產生一定價值成果的群體組織。通過團隊協作，成員之間互相學習，相互包容，且能夠學會尊重其他成員的個體差異性。團隊之間的協作能夠使整個團隊產生較強的凝聚力，團隊成員各行其職，然后進行有機地統一，能夠促使團隊發揮強大的力量，易于成員創新精神的培養，也易于取得成功。

機器人作為一個多學科交叉融合的技術，不僅涉及到不同的專業知識而且種類繁多，個人或單一專業的學生無法勝任其研發工作，只有不同專業知識背景的學生組成團隊，分工協作才能順利完成任務。機器人教育涉及到教和學兩個層面，一方面，老師作為教學的主導，必須對機器人技術有全面的知識儲備，然而我國現有的學科體系決定了我們的師資往往有專業的偏向，雖然都從事機器人的教學研究，但有人偏重機械結構設計，有人偏重智能控制，也有人偏重運動學和動力學分析等，這些現狀決定了機器人教育教學時必須從師資上進行整合，形成團隊集體；另一方面，學生作為學習的主體，都有自己的專業方向，不可能對機器人涉及的所有知識進行學習，也是沒有必要的，但為了總體目標的實現又不能使某一技術的人員缺乏，所以對學生進行團隊組合也是非常必要的，將不同專業背景和興趣愛好的學生組合在一起，形成知識互補和技能合作。

2.機器人教育的學生團隊建設

2.1團隊組建模式

高校學生按專業班級為單位的教學模式決定了學生團隊建設的層次性，一個機器人教育的學生團隊拓撲結構如圖1所示。團隊系統呈金字塔形，由基層團隊、中層團隊和組合團隊三部分組成。基層團隊主要是按學科專業班級組建，團隊成員一般來自一個專業或班級，有利于溝通交流，主要利用所學專業知識進行機器人相關功能部件的設計，每個團隊的人數應該控制在4-5人，人員結構最好是高低年級組合。團隊以自我學習訓練為主，學習內容也以基礎技能訓練為主，借助學校的基礎實驗設施訓練自身的專業實踐能力。基層團隊是儲備力量，所以團隊個數可以設置最多，這也是普及機器人教育的需要。中層團隊由基層團隊選拔組合而成，根據設計內容不同分為硬件設計和軟件設計兩類團隊。每類團隊的個數應根據學校資源的配置情況設置。中層團隊人員涉及到跨學科專業的組合，需有老師的介入指導，且必須制定實際的訓練項目。組合團隊是在中層團隊的基礎上選拔組成，主要圍繞某一機器人方向組建成一個集體，團隊直接受團隊指導老師管理，由團隊老師安排任務并考核。

2.2 團隊人員選拔機制

由于受教育資源的限制，不可能所有學生都參與到機器人創新團隊教學中來。為了更好發揮學生的實踐能力，需對學生進行擇優選拔。基礎團隊成員的選拔主要以興趣組合為主，學生根據自身的興趣特長自由組合團隊。中層團隊成員的選拔則需要采用考核或推薦的方式，如舉行班級或專業內部的設計大賽，將基礎團隊中表現突出的團隊或個人擇優錄用進入中層團隊訓練，另外，也可以接受基礎團隊之外的社團或協會的人員推薦，如電子愛好者協會、機械創新社團、機器人社團等，這些人員雖然不在學校機器人學生團隊建設的框架內，但都有著對本專業學習的濃厚興趣和豐富的實踐經驗，對團隊的建設有積極的推進作用。組合團隊人員的選拔則需要更嚴格的選拔條件，一般隊員都必須具有具體項目設計的實戰經驗，比如參加過校級或市級的學科競賽，能迅速參與到具體的實踐項目中來。組合團隊是代表學校參加國家級甚至國際級學科競賽的主力軍，也是教師科研活動的得力助手，團隊成員直接受指導教師的培養，同時也肩負著指導和幫助低級團隊的任務。

3.機器人教育團隊建設實踐

筆者所在蘇州科技大學多年來一直致力于機器人創新教育團隊的建設，并取得了一定的成績。依托本校省級實驗教學與實踐教育中心-機械工程綜合訓練中心，目前已形成了四個機器人團隊方向和一個機器人研究所，如圖2所示，四個機器人團隊方向主要由學生組成，老師負責指導，目標在于培養學生的創新實踐能力，對外參與各類大學生學科競賽；數字化智能研究所主要是老師團隊的科研基地，并負責管理下設的四個團隊方向。

學校除建設有一般基礎訓練的實驗室以外還建立了專門的機器人訓練實驗室，如機器人創新實驗室、慧魚機器人實驗室等。學校通過開設機器人選修課和開展機器人科普講座等方式激發學生的興趣，同時在相關專業開設有機器人導論等課程，便于學生進一步學習。對于在各類學科競賽中獲得名次的學生，學校不僅在評先評優中重點考慮，而且可以計入學生的課外學分，以激勵學生的積極性。對于指導學生獲得競賽名次的老師，在年終考核和職稱評定的時候都將獲得學校的認可，給予優先考慮，從而也提高了老師的積極性。

近年來，通過機器人團隊建設，我校學生在各級別機器人學科競賽中獲得獎杯7座，一、二、三等獎104項，獲得優秀指導教師稱號的老師2人次。成績的取得為學校創新實踐教學改革提供了動力也指明方向。

結語

學生實踐創新能力的培養是當今社會高級人才培養的關鍵，是高校教學改革的方向。機器人作為集機、電、光、液、控制等于一體的智能自動化裝置，是工科學生實踐創新能力培養的有效平臺，在機器人平臺上實施團隊建設是保障人才培養成功的關鍵之一。科學合理的團隊建設能有效提高學生的實踐能力、形成集體協作的團隊觀念，同時也能促進老師學術水平的提升和教學改革觀念的更新。

參考文獻：

[1]戴敏，張志勝，史金飛.大學生創新與實踐能力培養的探索[J].東南大學學報，2008，10（9）：258-260

[2]嚴薇，袁云松.大學生實踐創新能力培養的探索與實踐[J].中國大學教學，2012（9）：78-80

[3]夏慶霖，姚書振.加強實驗教學示范中心建設，培養創新型人才[J].實驗技術與管理， 2010，27（1）：102-105

[4]陳巍.基于機器人競賽的大學生創新能力的培養模式[J].實驗室研究與探索，2012，31（7）：297-300

[5]張小花，曾濤，葉麗萍.機器人技術教育與創新性人才培養淺析[J].科技信息，2011（29）：607-608

[6]于金霞，張英琦.基于機器人競賽的大學生創新素質教育[J].計算機教育，2010（29：58-60）

作者簡介：

張毅（1964-），男，漢族，教授，主要從事動力學與控制、力學中的數學方法等領域的科研和教學工作。

汪幫富（1978-），男，漢族，蘇州科技大學機械工程學院，講師，研究方向：主要從事先進制造與裝備技術領域的科研和教學工作。