依托機器人競賽構建大學生創新實踐教育平臺

李 銳，劉云清

(長春理工大學電子信息工程學院，吉林長春 130022)

由于我國經濟社會對高層次創新型人才的迫切需求，大學生不僅需要具有多學科知識、良好的綜合素質，還需要具備較強的工程實踐能力和創新能力。國家教育部提出，高校需要進一步加強大學生實踐教育，注重培養大學生的創新意識和實踐能力。我國已啟動以國家級、省級實驗教學示范中心為代表的“質量工程”建設，不斷提升高校實驗室的建設水平；近年來，又啟動了國家雙創示范基地、省級創新創業基地等項目建設，旨在進一步提高大學生工程實踐能力和創新創業能力[1]。隨著我國創新創業教育的持續推進，大學生培養規格不斷提高，如何提升大學生工程實踐能力和創新能力成為高校教育工作者普遍關注的研究課題。

1 我國高校創新實踐教育的現狀

我國高校早期創新實踐教育主要立足于實驗、實習、課程設計和畢業設計等實驗教學活動，主要培養學生發現、分析和解決問題的能力。此后，在國家級實驗教學示范中心等一系列項目建設的帶動下，實驗教學的地位得到了迅速提升，項目式教學、創新實驗項目、科研訓練等教學模式得到廣泛探索與實踐，對培養大學生工程實踐能力發揮了積極作用[1]。豐富多彩的創新實驗室、創新實踐基地、工程訓練中心等高校創新實踐教育平臺，能夠有效地促進大學生創新能力的培養。

自李克強經理提出大眾創業、萬眾創新以來，全國掀起了創新、創業的新浪潮。隨著國家、各省市教育主管部門的持續推動，我國高校各類大學生創新實踐教育平臺建設取得了豐碩成果，但是也存在一些問題，例如：課外創新教育經費投入嚴重不足；側重實驗室硬件建設，忽略教學模式、教學體系、教學內容等軟件方面建設；缺乏專業化指導教師，學生創新實踐項目層次較低；創新實踐活動不夠豐富，學生參與率低；僅以競賽為教育手段，忽視創新實踐教育內容、模式、體系、方法等深層次理論問題。

2 機器人競賽對大學生創新實踐能力培養的促進作用

目前，我國高校普遍舉辦或參與的理工科競賽有“互聯網+”競賽、電子設計競賽、智能汽車競賽、機器人競賽、“挑戰杯”競賽等。近年來,機器人競賽從無到有、從簡單到復雜、從單一到綜合地快速發展。機器人競賽已經成為賽事類別最多、覆蓋學科最多、參與最廣泛、影響力最大的學科競賽之一[2]。機器人競賽的獨特優勢及對大學生創新實踐能力培養的促進作用主要體現在如下方面。

2.1 機器人競賽具備創新實踐教育優良載體的獨特優勢

國際具有較大影響力的機器人競賽是FIRA和RoboCup,中國有全國大學生機器人大賽、中國教育機器人大賽、中國青少年機器人大賽等賽事。這些競賽涵蓋足球機器人、滅火機器人、助殘機器人、醫療機器人、水下機器人、無人駕駛機器人、無人機、機器人對抗、機器人舞蹈等30多個分項目賽。2018年，中國在北京舉辦世界機器人大會，迎來了全球近150家知名機器人企業、近10萬人參會，影響力空前。與大學生電子設計競賽、智能汽車競賽等賽事相比，機器人競賽層次全、規模大、影響力廣等優勢是其它學科競賽無法相比的，是創新實踐教育最理想的載體。

2.2 機器人競賽多學科交叉，有助于深化高等教育深層次改革

機器人競賽涉及機械工程、光學工程、電子科學與技術、控制科學與工程、計算機科學與技術等約7個博士授權或碩士授權一級學科、10多個二級學科[3]。高校可以跨學科、跨專業開設機器人相關專業必修或選修課程，如機器人學、機電一體化、自動控制原理、圖像識別、單片機開發、電機拖動等。以機器人研究為主線，能夠有效促進學科之間的交叉與融合，形成系統性、系列化、特色化專業知識技術體系，并持續帶動課程體系、工程實踐等方面的深刻變革和實踐。

2.3 機器人競賽專業覆蓋面廣，有助于提高大學生知識覆蓋面

機器人競賽覆蓋機械、光學、計算機、電子、通信、自動化等20多個理工科專業，是專業覆蓋面廣、各層次大學生均可參與的大學生學科競賽。在素質教育深入發展的今天，促進大學生知識融合和綜合素質發展是創新實踐教育的目標之一。學生通過參與機器人的研究、分析、設計、調試和競技，可以獲得豐富的知識儲備、技能訓練和科研體驗。

2.4 機器人競賽帶入感強，有助于激發大學生科技創新積極性

與部分枯燥或高尖的競賽相比，機器人競賽更能夠吸引大學生主動參與工程實踐活動，更能夠營造濃郁的科技創新文化氛圍。美國哈佛大學霍華德·加德納教授曾經說過：“一個人主動地去問、去想、去尋找答案，是知識積累的最佳途徑，被動地接受不能產生持久的影響”。機器人是極具趣味與挑戰的領域，學生通過參加機器人競賽能夠激發創新創造的熱情，培育協同創新與團結合作的精神。可見，機器人競賽對創新型人才培養具有重要作用。

3 大學生創新實踐教育平臺條件建設的探索和實踐

近年來隨著創新創業教育的發展，國內高校籌建了眾多大學生創新實踐教育平臺。一般情況下，創新實踐教育平臺主要職能有學術交流、學科競賽、工程實踐、科學研究、創新創業、社會公益等。平臺建設是一項系統性、復雜性工程[4]，總體方案見圖1。

圖1 大學生創新實踐教育平臺總體方案示意圖

由圖1可以看出，機器人競賽在科學交叉、技術特點等方面具有獨特優勢。以機器人競賽為主線，可構建創新實驗室群,豐富課程體系與內容，全面帶動科技創新活動發展。創新實踐教育平臺建設是一項復雜的系統性工程。

3.1 科學界定機器人研究方向，提升創新實踐教育平臺內涵與比較優勢

機器人競賽類別繁多，各個競賽項目難度不盡相同。針對重點本科、一般本科、高職院校等辦學方向和專業優勢，需要科學選擇、區別對待，以某一個或幾個機器人競賽為突破口，重點攻關，以點帶線，以線帶面，循序漸進。例如，某高校在水聲領域具有學科與科研優勢，可以選擇水下機器人作為重點創新對象，如此既可以保證創新實踐的層次和水平，也可以促進學科和科研發展。

3.2 挖掘機器人“牽引力”，深入改革創新實踐教育體系與內容

機器人研究覆蓋光、機、電、算、材等眾多新知識、新技術、新方法。通過競賽，可以將新知識、新技術和新方法引入課程，增設專業必修或選修課程，提高第二課堂教學質量。在機器人競賽拉動下，多學科、多類別競賽協同發揮效益，將會極大促進創新實踐教育體系與內容的變革和發展。

3.3 依托機器人競賽，持續優化創新實踐教育平臺硬件環境

創新實驗室是創新實踐教育平臺的重要硬件支撐之一。國內高校在建設創新實驗室時，往往側重基礎儀器設備的購置或更新，而忽略了實驗室硬件的系統性、針對性、專業化。以機器人技術為主線，構建創新實驗室群，能夠提高創新實驗室建設的層次和水平，同時服務于競賽、工程、科研等科技創新實踐活動。

3.4 不斷錘煉師資隊伍和學生團隊，不斷提升創新實踐教育軟環境

硬件是基礎，人才是關鍵。機器人研究需具備較強的理論基礎、技術水平和創新能力。一方面，通過機器人研究和創新活動，教師的業務素質會大幅度提升；另一方面，機器人競賽往往需要較長時間做準備，能夠很好地鍛煉學生的團結、協作、實踐和創新能力。

4 大學生創新實踐教育平臺的管理體制和運行機制

為確保創新實踐教育開展、創新型人才培養的實施和效果，必須改革創新實踐教育平臺的管理體制和運行機制[4]。

4.1 實施校院二級管理體制，創建創新實踐教育高效實施的制度保障

在宏觀管理方面，學校的作用不能忽視。從圖1可以看出，創新實踐教育平臺涉及較多要素，學校在規章制度、師資隊伍、實驗室、經費投入等方面應提供政策傾斜和保障。

在中層管理層面，學院需整合資源，構建創新實踐教育實施主體，例如創新實踐訓練中心、科技創新實踐基地、創新實驗室等。

在主體管理層面，要強化主任負責制，中心或基地設置主任1名、副主任1～2名，配置專職管理教師2～3名，專兼職指導教師若干名(根據中心或基地規模確定)。

在實體機構基礎上，開展規章制度建設，力爭形成科學、合理、系統的管理模式、方案和措施，形成堅實有力的制度保障。

4.2 以學生為主、教師為輔，創建開放式創新實踐運行機制

大學生是創新實踐的主體，應該充分發揮大學生的主動性和創造性，構建大學生管理團隊。大量實踐證明，學生管理的效率和實效性更強。此外，創新實踐教育平臺要向全校和社會開放，包括機器人競賽等各類科技創新活動都需要機械、光學、電子、計算機等多專業人才參加并組建團隊[5]。以滅火機器人競賽為例，按照競賽規則，需要3～5個人組成學生團隊，設置團隊帶頭人1名，電子、計算機、控制等學生成員若干名。學生之間取長補短、團結合作，才能有效地完成競賽任務。

5 大學生創新實踐教育平臺的建設成果與示范效益

創新實踐教育平臺建設是一項系統工程，實驗室是基礎，學科競賽是載體，課程體系是支撐，管理體制和運行機制是創新實踐教育高效實施的關鍵[6]。這里結合長春師范大學和長春理工大學的教育實踐，探索創新實踐教育平臺的具體措施。

5.1 發揮學校師范特色和優勢，以創新實踐教育為突破口，帶動全校各項教育工作發展

長春師范大學是吉林省重要的基礎教育、學前教育師資及應用型高級專門人才培養基地，是吉林省省屬師范大學。學校擁有1個國家級大學生校外實踐教育基地、3個吉林省大學生校外實踐教育基地、5個吉林省實驗教學示范中心、3個省級人才培養模式創新實驗區。學校發揮師范教育特色，依托吉林省實驗教學示范中心籌建了機器人創新實驗室。學校教師與東北師范大學附屬中學合作，開展面向青少年的機器人創新實踐活動，多次開展青少年科技創新訓練營。近5年來，學校參與指導的青少年參賽隊獲得省級以上競賽獎勵20多項。在機器人研究的帶動下，教師業務水平得到顯著提升，創新實驗室的軟、硬件環境不斷完善，教師多次指導大學生獲得電子設計競賽、“挑戰杯”競賽獲得國家級、省級獎勵50多項。實驗教學、創新實踐教育的迅速發展和豐碩成果，直接促進了人才培養水平與教育質量的大幅度提升，也全面帶動了學校國家級、省級特色專業、精品課程、優秀教學團隊的建設與發展。

5.2 依托電子技術創新實踐基地，充分發揮輻射示范作用，營造全校積極參加科技創新的校園文化

長春理工大學是一所以光電技術為特色，光、機、電、算、材相結合為優勢，以工為主，工、理、文、經、管、法、藝多學科協調發展的教學研究型大學，是吉林省省屬重點大學。2005年，學校重視創新實踐工作，統籌軟硬件資源，由教務處和電子信息工程學院牽頭，籌建了電子技術創新實踐基地。2007年，該基地被評為“吉林省大學生科技創新實踐示范基地”。目前，基地專用場地500平方米，儀器設備300多臺套，面向全校30余個理工科專業開放，年均受益學生2000多人次。

電子技術創新實踐基地幾個典型經驗成果和措施如下：(1)基地設置主任1名、副主任2名，配置專職管理教師8名，兼職指導教師25名。基地依托大學生電子學會組建大學生管理團隊，設置學會會長1名、兼職基地臨時副主任，創新實驗室負責人4名，分別設置安全、培訓、儀器、耗材、財務等管理員6名。11名大學生構成基地大學生管理委員會，全面負責基地日常管理和運行、創新實踐培訓、學生流轉等各項工作。(2)組建“理工之星”團隊，主要由20余名優秀的高年級研究生和本科生組成，重點對復雜、高尖創新實踐進行技術攻關，開展培訓活動，并發揮示范帶頭作用。(3)組建“123”團隊，主要由1名三年級學生、2名二年級學生、3名一年級學生組成。“123”團隊是創新實踐的主體，施行“傳—幫—帶”制度，自主參加各項實踐、競賽和創新活動。在機器人、智能車、無人機等領域研究的帶動下，該基地教師和學生的科技創新能力得到顯著提升。近5年來，基地大學生共獲得國家級獎勵和榮譽20多項，省級獎勵和榮譽200多項。2016年，基地被評為吉林省首批“吉林省大學生創新創業基地”。電子技術創新實踐基地已成為長春理工大學大學生科技創新的“主陣地”、學校人才培養的“倍增器”、展示大學生風采的“新名片”。

6 結語

機器人競賽是高校開展大學生創新實踐教育的優良載體。高校應不斷重視并加強機器人競賽的組織和參與工作，協同其它競賽，持續提升大學生的工程實踐能力、創新能力、團結協作能力。機器人研究對創新實驗室建設、課程體系與內容改革、師資隊伍建設、學生團隊建設等方面具有直接的帶動作用，對創新實踐教育平臺的內涵、定位、管理體制、運行機制建設具有重要的促進作用，可全方位提高大學生創新實踐教育平臺的綜合實力和水平。