以機器人競賽為平臺 提高大學(xué)生創(chuàng)新實踐能力

張莉 王江華

摘 要：本文介紹了華北科技學(xué)院電子信息工程學(xué)院通過組織指導(dǎo)學(xué)生參加全國大學(xué)生機器人競賽提高其創(chuàng)新實踐能力，實踐證明，該舉措契合國家對本科院校培養(yǎng)應(yīng)用型、技術(shù)技能型和創(chuàng)新型人才的目標(biāo)要求。與傳統(tǒng)大學(xué)生創(chuàng)新活動不同，以機器人競賽為平臺，可以充分挖掘?qū)W生創(chuàng)新潛力，對于參賽學(xué)生和指導(dǎo)老師均有重要意義。文章從大學(xué)生創(chuàng)新實踐能力現(xiàn)狀分析、大學(xué)生機器人競賽概況及其在大學(xué)生創(chuàng)新實踐能力提高的意義等方面進行介紹，為大學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)提供一定借鑒意義。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新實踐;機器人競賽;機電一體化

一、機電類大學(xué)生創(chuàng)新實踐能力水平的現(xiàn)狀

培養(yǎng)大學(xué)生科技創(chuàng)新能力是一段時期以來高等教育中創(chuàng)新、素質(zhì)教育的本質(zhì)要求，是建設(shè)創(chuàng)新發(fā)展型國家并構(gòu)建國家創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)體系的重要組成部分，全面提高大學(xué)生科技創(chuàng)新能力在使高校校園文化提升到了更高層次的同時，也為促進科研體制改革和產(chǎn)學(xué)結(jié)合有效開展提供了有效途徑。大學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的提高，必將直接推動生產(chǎn)力發(fā)展，產(chǎn)生直接的經(jīng)濟和社會效益。為適應(yīng)新的不斷變化的社會發(fā)展形勢，適應(yīng)高等教育改革發(fā)展的需要，針對目前機電類大學(xué)生工程實踐能力普遍偏弱這個瓶頸進行人才培養(yǎng)方法的系統(tǒng)性研究具有積極的意義。

根據(jù)有關(guān)調(diào)查研究總結(jié)，機電類大學(xué)生科技創(chuàng)新實踐能力存在以下問題：

（1）學(xué)生具有較強的創(chuàng)新思想，卻不善于利用或者創(chuàng)造條件。機電類大學(xué)生由于專業(yè)特點，能接觸較為前沿的科學(xué)技術(shù)，所以普遍具有創(chuàng)新動機，同時也努力在學(xué)習(xí)中產(chǎn)生新思想、新理論并積極尋找新的學(xué)習(xí)方法，但是由于高校一般教學(xué)單位硬件設(shè)施和配套師資力量不足等原因，導(dǎo)致學(xué)生缺少一定的鍛煉平臺或者學(xué)生自身并沒有得到正確引導(dǎo)去充分利用學(xué)校的條件，一部分創(chuàng)新實踐活動最終成為“無米之炊”。（2）有創(chuàng)新靈感，但缺少創(chuàng)新技能和科學(xué)的方法。許多大學(xué)生經(jīng)過長期的純腦力勞動訓(xùn)練，加上外在的因素存在、誘發(fā)和引領(lǐng)，也會產(chǎn)生一些創(chuàng)新靈感。但由于缺乏實際的動手實踐能力等技能或“實戰(zhàn)”方法，雖然產(chǎn)生了靈感，但實施過程幾乎等同于“紙上談兵”，同樣不能在實際意義上提高其創(chuàng)新實踐能力。（3）所謂“機電一體”是由計算機技術(shù)、信息技術(shù)、機械技術(shù)、電子技術(shù)、控制技術(shù)、光學(xué)技術(shù)等相融合構(gòu)成的一門交叉學(xué)科，而目前大部分高校的的專業(yè)設(shè)置，幾乎沒有綜合以上所有學(xué)科的專業(yè)，更沒有綜合以上知識的動手實踐平臺，學(xué)生實踐方面便有一定的欠缺，并不能做到真正的“一體化”實踐性訓(xùn)練。可見，在制約大學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的因素中，只有其自身的“創(chuàng)新思想”比較令人滿意，在“創(chuàng)新方法、實踐環(huán)境和鍛煉平臺”這幾個因素上是欠缺的，把這些因素具體化就是大學(xué)生在創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)上迫切需要的活動形式、技術(shù)、資金和場地的支持。

二、我院參加全國大學(xué)生機器人競賽情況

全國大學(xué)生機器人競賽由共青團中央和全國學(xué)聯(lián)聯(lián)合主辦，下設(shè)Robocon、Robomaster、Robotac和機器人創(chuàng)業(yè)賽等賽事。

以RoboMaster賽事為例，該項賽事自2013年的首次“夏令營活動”開始，逐年調(diào)整競賽內(nèi)容、形式并最終“進化”為雙方對抗賽，紅藍雙方機器人陣容由英雄機器人、工程機器人、步兵機器人、空中機器人等兵種組成。對陣雙方首先從各自啟動區(qū)出發(fā)，操作手通過第一人稱視角操控自主研發(fā)的機器人，在布滿機關(guān)的戰(zhàn)場上識別敵手、發(fā)射“子彈”攻擊對方并完成防御，各機器人所搭載的裁判系統(tǒng)可感知彈丸的射擊力度，并以血量的形式呈現(xiàn)出來，血量歸零即視為被擊毀。競賽充分融合“機械控制”、“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計”、“機器視覺”與“慣性導(dǎo)航”、“人機交互”等眾多技術(shù)學(xué)科，同時突破性地將機器人競技以電競方式完美呈現(xiàn)，最終因其顛覆傳統(tǒng)、激烈震撼的競賽模式，贏得全國無數(shù)青年工程師的青睞。參賽選手需要具備機械、電控、硬件、算法等綜合學(xué)科知識，獨立研發(fā)制作多種地面和空中機器人參與團隊競技，團隊整體創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力有明顯優(yōu)勢。該項賽事在推動廣大高校學(xué)生參與創(chuàng)新實踐活動、提高創(chuàng)新實踐能力等方面發(fā)揮了積極作用，為社會培養(yǎng)出越來越多愛創(chuàng)新、會動手的科技精英人才。

Robocon賽事始于2002年，十余年來，電子信息工程學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新實驗中心（工程訓(xùn)練中心）面向全學(xué)院招募熱愛電子設(shè)計和科技創(chuàng)新活動的各類人才，開放實驗室、共享實驗室加工測試設(shè)備、優(yōu)化師資資源，打破了實驗室傳統(tǒng)的運作和管理模式，秉承“大一學(xué)習(xí)、大二動手、大三參賽、大四傳幫帶”的培養(yǎng)模式，培養(yǎng)一批批動手實踐能力極強的優(yōu)秀人才。 自2016年首次參加Robocon賽事并獲得全國二等獎的好成績之后，近三年在Robocon、Robomaster兩項賽事中，一路披荊斬棘，不斷創(chuàng)造輝煌，2018年Robomaster賽事中勇闖全國十二強，取得全國一等獎的優(yōu)異成績。

三、參加機器人競賽在大學(xué)生創(chuàng)新實踐能力提高方面的意義

（一）在學(xué)生創(chuàng)新實踐能力方面的意義

大學(xué)生機器人競賽作為一項高科技創(chuàng)新實踐活動，要求參賽隊員走出課堂，獨立研發(fā)制作多種機器人參與團隊競技，有利于培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新思維、提高其工程實踐能力。借助大學(xué)生機器人競賽綜合平臺，參賽學(xué)生能獲得寶貴的實踐技能和戰(zhàn)略思維，將理論與實踐相結(jié)合，在激烈的競爭中打造先進的智能機器人，真正實現(xiàn)了“機、電一體”的訓(xùn)練目標(biāo)，目前，我國大學(xué)生機器人競賽的其他賽事，也都構(gòu)建了以機械、電子、自動控制、計算機技術(shù)等專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，創(chuàng)新意識、實踐技能、團隊協(xié)作精神等貫穿其中的多層次訓(xùn)練體系。機器人競賽作為大學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)的一個平臺，已經(jīng)成為激發(fā)大學(xué)生參與科技創(chuàng)新，展示其工程實踐能力和風(fēng)采的舞臺。在使學(xué)生所學(xué)的抽象的理論知識得到形象應(yīng)用的同時，還拓寬了其知識面從而使學(xué)生的自學(xué)能力、動手實踐能力都得到了一定程度的提高。可以說，參加機器人競賽的過程就是學(xué)生接受系統(tǒng)化實踐訓(xùn)練的過程。將競賽作為一種典型的學(xué)生創(chuàng)新實踐活動長期進行下去，不僅可以極大地激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新實踐的興趣、豐富課外文化生活，還能全面提高其創(chuàng)新實踐能力。

（二）在教師科教研中的作用

大學(xué)生機器人競賽在教師科教研方面也有較為積極的影響。由于機器人競賽作品的設(shè)計開發(fā)目的性較強，都是根據(jù)當(dāng)年的比賽規(guī)則設(shè)計開發(fā)的，因此在高校的教師科研選題中有了更多新穎的項目。機器人競賽的相關(guān)技術(shù)較為新穎和貼近前沿，對教師專業(yè)技術(shù)能力也有很大程度的挑戰(zhàn)和提高。通過參加大學(xué)生機器人競賽并將競賽中的技術(shù)成果應(yīng)用于理論和實踐教學(xué)，不僅能提高理論和實驗教學(xué)的質(zhì)量，還能在一定程度上提升高校整體科研教研水平。

（三）在高校整體學(xué)風(fēng)建設(shè)中的作用

華北科技學(xué)院電信學(xué)院自2016年首次參加機器人競賽以來，獲得優(yōu)異成績的同時，也間接推動了學(xué)生總體學(xué)風(fēng)建設(shè)，首先競賽喚醒學(xué)生學(xué)習(xí)動力，學(xué)生通過競賽認(rèn)識到自身不足促進其學(xué)習(xí)目標(biāo)的明確。其次，競賽對學(xué)生組織紀(jì)律性具有強化作用，促進學(xué)習(xí)效率的提升。再次，競賽對學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣具有激發(fā)作用，有利于校園良好學(xué)習(xí)氛圍的營造。最后，競賽有利于師生交流的增進，使高校學(xué)風(fēng)建設(shè)由此得到有機統(tǒng)一。

四、以機器人競賽為平臺 學(xué)生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)面臨的挑戰(zhàn)

機器人是多學(xué)科交叉的綜合體，要求綜合運用多學(xué)科知識，涉及到的知識面、知識量以及對學(xué)生綜合能力的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)理論教學(xué)所能及，學(xué)生面臨極大的挑戰(zhàn)，其主要表現(xiàn)在以下方面：首先是知識結(jié)構(gòu)。對于普通本科學(xué)校來說，參賽學(xué)生知識結(jié)構(gòu)不夠完善，學(xué)校又都沒有專門針對機器人的硬件設(shè)施支持及系統(tǒng)的訓(xùn)練計劃支撐，參加機器人競賽目前只能摸著石頭過河地試探性進行。其次是工程實踐經(jīng)驗。每個進入“戰(zhàn)場”的機器人都是復(fù)雜的機電一體化產(chǎn)品，既需要理論設(shè)計，又需要實踐制造出來。這對于一般院校來說，由于參加競賽經(jīng)驗短缺，生源理論水平相對一流大學(xué)有一定差距，學(xué)生工程經(jīng)驗的欠缺、理論知識的相對不足都是致命的短板。再次，培養(yǎng)過程中不免有一些消極現(xiàn)象出現(xiàn)，比如由于賽事“戰(zhàn)線”長、耗時久，個別學(xué)生為了參加競賽活動影響正常理論上課或者由于把大部分時間、精力消耗在此類活動而導(dǎo)致理論課成績不高等。

五、結(jié)語

參加機器人競賽，在大學(xué)生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面是機遇更是挑戰(zhàn)。但總體來說，機器人競賽正在為高校綜合型人才培養(yǎng)帶來一場突破性革命，而且賽事不僅僅是中國大學(xué)生的比賽，未來也將發(fā)展成為世界范圍內(nèi)科技愛好者共同參與的機器人競技項目，參加機器人競賽，對機電類大學(xué)生綜合創(chuàng)新實踐能力的提高有著長遠(yuǎn)的積極意義。

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作者簡介;張莉（1982-），女，河南開封人，工學(xué)學(xué)士，助教，華北科技學(xué)院教師，研究方向：自動控制;王江華（1981-），男，漢族，河北邢臺人，本科，副教授，教師，研究方向：機器人控制。