基于機器人競賽的軍校學生科技創新能力培養研究

薛紅　賈永興　陳斌　楊宇

摘要 論文結合機器人競賽，依據人才培養目標，構建了層次化創新實踐能力培養體系。本著“厚基礎、寬口徑、強能力、高素質、廣適應”的要求，營造了學生科技活動創新實踐基地，提供全面、開放、綜合的創新實踐環境，以適應我校人才培養轉型的需要。

關鍵詞 創新 機器人 競賽 能力

中圖分類號：G644 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2017.05.021

2016中國杭州G20峰會已于9月4日在杭州召開，本次峰會的主題確定為“構建創新、活力、聯動、包容的世界經濟”，創新再次成為了關鍵詞。深圳優必選智能人形機器人登上了央視G20峰會國家宣傳片，不僅代表了我國最前沿的高科技，更是凸顯了我國對于以智能機器人為代表的科技創新精神的大力支持。2016年，國務院發布《“十三五”國家科技創新規劃》，我國工業和信息化部、發展改革委和財政部共同推出的機器人產業“十三五”發展規劃。創新不是一蹴而就的，是需要恒久的堅持和深入的思考。

0引言

何謂“創新”？創新是以新思維、新發明和新描述為特征的一種概念化過程，是主觀能動性的高級表現形式，是推動民族進步和社會發展的不竭動力。從本質上說，創新是創新思維藍圖的外化和物化。以現有的思維模式提出有別于常規或常人思路的見解為向導，利用現有的知識和物質，在特定的環境下，改進或創造新的事物、方法、元素、路徑或環境，并獲得一定有益效果的行為。

軍校教育相對于地方基礎教育和高等教育而言，屬于以高等教育為基礎的軍事專業教育和職業教育。現代科學技術在軍事領域的廣泛應用，我軍科技強軍、質量建軍的要求，未來戰爭對作戰行動的影響，以及世界范圍內新的軍事革命的挑戰，促使軍隊日益成為知識密集、科技密集、人才密集的群體，從而對軍事人才素質的要求也越來越高。

對于學生而言，創新并不是一個新名詞，也不是一個遙不可及的概念，實際上是一種基本素質，是可以培養和訓練，并形成習慣的一種基本能力。創新能力是指技術和各種實踐活動領域中不斷提供具有經濟價值、社會價值、生態價值的新思想、新理論、新方法和新發明的能力。依據人才培養目標，本著“厚基礎、寬口徑、強能力、高素質、廣適應”的要求，我校成立了“烽火”機器人俱樂部，作為學生科技活動創新實踐基地，營造全面、開放、綜合的創新實踐環境，以適應我校人才培養轉型的需要。

1層次化創新培養體系的構建

信息化條件下的戰爭是聯合作戰，著眼于當前軍事斗爭準備和部隊需要，我校認真貫徹創新教育思想，更強調自主學習能力、科學思維能力、工程應用能力和創新能力的培養。

“烽火”機器人俱樂部依托機器人競賽為學生提供了提升自我能力的平臺，學校鼓勵感興趣、有能力的高年級和低年級學生積極參與。機器人研究涉及多個學科，如力學、機械、電子、控制、計算機等，俱樂部成員需要具備一定的專業基礎知識和能力。學生在參加比賽過程中不僅可以拓寬知識面，促進學科交叉，還能突破“搬磚式”的教學和實驗困局，開始學生的創新之旅。

目前，國內影響力最大的機器人競賽是原中國機器人大賽暨RoboCup中國公開賽，該項賽事從1999年開始到2015年，一共舉辦了17屆。從2016年開始，原公開賽中非RoboCup項目繼續舉辦中國機器人大賽，原RoboCup比賽項目和RoboCup青少年比賽項目合并在一起，舉辦RoboCup機器人世界杯中國賽。2016年在將原有子項目進行了充分合并的基礎上，設置了空中機器人、水面機器人和救援機器人等多項符合機器人發展熱點和難點的比賽項目，整個比賽項目的技術難度涵蓋不同層次。

為幫助學生樹立系統的概念，培養系統地分析問題、解決問題的能力，提高工程實踐能力，與專業課程體系相配套，構建多種層次的創新課程體系。該體系使學生從簡單的小系統到大系統，從模塊到整體，由點到線，由線成面，由面建體，逐步、分層次、全方位的動手實踐，學生在擬定設計方案、搭建系統、調試整機等過程中，充分激發和展現學生的創新性和能動性。

“層次化”創新能力的培養中，組織了四層培養體系：

（1）基礎層：針對機器人競賽的要求，主要培養學生在方案設計，結構設計與制作，傳感器和攝像頭使用，舵機和電機的運用，控制板的使用和軟件的編程，通信系統等方面的基本技能。

（2）提高層：針對競賽中各個項目的具體要求，培養學生新器件和新知識的應用能力以及新思路和新想法等創新設計思維能力。

（3）綜合層：針對項目中需要達到的指標，培養學生對所有技能的綜合應用能力，引導學生思考真正需要解決的問題。

（4）創新層：圍繞差異性、可行性、價值性等特征，突破、創新，培養學生一步一步把創新的想法變成現實的過程。

2創新實踐能力培養的具體實施

以參加機器人比賽項目為目標而提出具體建設項目，而不是機器人競賽中所設立的項目。主要思路是通過梯隊建設，不僅能夠完成機器人競賽等科技競賽，而且能夠為相關專業和學科的學生提供自主創新設計及研究的平臺。機器人俱樂部采用以學生自主學習為主、老師指導為輔的教學模式，老師的主導作用與學生的能動作用的和諧統一。學生能動作用所表現的范圍、廣度、深度、側重點有所不同，老師在實施過程中注意啟發誘導學生獨立地進行學習、思考、練習、應用。結合實際電路設計的需要，按照先易后難，先簡單后復雜的思路進行，在實驗中注重新技術、新器件的運用，提前布置實驗內容，要求學生獨立思考，自行設計，仿真并搭建電路。以提高學生的理論聯系實際、獨立思考、分析解決實際問題的能力，同時培養基本的實驗技能和動手能力。對學有余力的學生著重培養設計、綜合和創新能力。

2.1變換角度

重新審視討論的主題，如果一條道不容易走通時，就可以換一條道路。變換角度看問題，對于所有的現象，當大家認為不可能時，換一種思維模式時，就會有解決方案。只有變換一個角度考慮問題，就可以獲得意想不到的創意。人型搬運機器人需要完成搬運物塊的任務，手部設計很關鍵，不可能完全按照人手結構，也不可能用手指去拿，但是我們換個角度想一想，手部只要能完成搬的功能即可，也不一定是個正常的手，可以在手部加上小舵機，用舵機控制兩個夾片，采用抱合的方式搬，這樣還能增加夾片和物塊之間的摩擦程度，抓取比較牢固，不易滑落。

2.2打破常規

常規是大家認為一直遵守的規則或習慣。在很多情況下，大家都認為是不可能的時候，打破常規，超越現實可以使得事情做成。在搬運項目人型比賽中，機器人將搬運的物塊放置到規定位置后，需要沿線返回，再去搬運其他物塊，這個過程中正常的思路是人轉身再沿線往回走，但是機器人在轉身的過程中需要不時調整腳上的傳感器對準黑線，用時不少。我們在設計的過程中，可以將機器人設計成既能向前也能倒退的形式，腳上的傳感器前后合理布局，不轉身，直接程序控制成倒退模式，這樣就節省不必要的麻煩，而且循線很準。所以說，創新不一定是非常大的東西，創新設計思維的創新往往是很重要的。同時，安排歷屆參賽獲獎的學生對新學生進行培訓和輔導，不斷積累比賽經驗，并進行研究。

2.3團隊效應

在創新思維的過程中，需要集思廣益，就像是項目組一樣，從智商IQ走向眾商WeQ，由不同專業的人員組成設計團隊，各自給出完全不同的建議和想法，再進行民主集中制，獲得大家公認的最佳方案。讓不同專業和不同年級的學生進行組合，不僅擴大了不同專業學生的參與面，還建立了相應的梯隊，為后續的競賽奠定基礎。團隊建立后，由指導老師確定一名能力比較強的高年級學生作為隊長，利用傳幫帶作用開展活動。以人型搬運機器人比賽項目為例，在進行任務分配時，盡量考慮團隊中學生的特長和專業，如，機器人的機械結構設計，由具有機械設計基礎的隊員負責，硬件電路的設計和制作，如舵機和電機的驅動部分、控制電路部分、循線電路、搬運電路等由電路基礎好的隊員負責，軟件程序的設計由計算機相關專業的學生負責，團隊中每個隊員的分工非常明確，還要注重自我管理，責任細化。

3結束語

“烽火”機器人俱樂部的建設成果為促進學生動手能力、創新能力和綜合素質的培養搭建了良好的平臺。基于競賽完成對學生本身創新能力等的培養和鍛煉具有非常重要的意義。特別是在備賽期間，俱樂部學員們放棄了休息時間，克服體能訓練帶來的身體疲憊，克服了學習任務重的壓力，加班加點地投身于機器人的制作、完善和調試，不忽略任何一個可能出現的問題。在賽場上，俱樂部學員沉著冷靜，發揮出了水平，取得優異成績。在剛剛結束的2016中國機器人大賽中，我校的烽火機器人俱樂部派出的10支隊伍參加了8個項目比賽，奪得一等獎8項（其中冠軍、亞軍、季軍各1項）、二等獎2項的好成績，為本年度機器人大賽劃上了圓滿的句號。