“雙創”示范基地中機器人創新實踐平臺的建設與應用

冷春濤，武書昆，郝 麗

（上海交通大學 學生創新中心，上海 200240）

自“大眾創業，萬眾創新”方針實施以來，各高校以及教育管理部門逐步明確了創新型、創業型人才的需求。為此，國務院辦公廳指出[1]，深化高等學校創新創業教育改革，是國家實施創新驅動發展戰略、促進經濟提質增效升級的迫切需要，是推進高等教育綜合改革、促進高校畢業生更高質量創業就業的重要舉措。為滿足新時代建設創新型國家提出的人才需求，各高校不斷進行創新創業教育改革思考[2-3]，面對新的環境，進行探索與實踐[4-7]。

隨著科學技術的進步、社會的發展，機器人已經深入到工業、農業、軍事、服務等各個領域。此外，由于機器人技術具有高度綜合的交叉創新特性以及產業活躍度，機器人作為生動的教學與實踐對象，可以最大限度地調動學生的學習興趣，成為培養大學生協同創新能力的理想平臺[8-9]。以機器人為教學實訓對象，進行大學生學科競賽平臺建設[10-11]，以及開展機器人創新實踐教學研究[12-15]等，使得機器人創新實踐平臺在“雙創”教育中的作用顯得尤為重要。

1 機器人創新實踐平臺整體框架設計

我校根據當前社會發展需要，針對高科技人才培養要求，從綜合性的機器人平臺資源、層次化的創新教學體系、立體式的能力培養方法等方面，規劃建設了機器人創新實踐平臺（以下簡稱“創新平臺”）。此外，借助多學科交叉特性，針對不同專業、不同年級的學生，創新平臺采取立體式的綜合能力培養方法，以基礎知識、基本方法、基本技能為開端，注重知識運用、系統設計、工程技能訓練，最終培養面向社會的創新創業綜合型人才。

我校創新平臺通過創新實驗室、課程建設、科創競賽、校企合作等為學生提供專業指導與訓練，實現學生創新能力培養的目的。此外，將創新平臺中的優秀創新項目依托零號灣、產業園等校外機構進行成果孵化，實現學生創業的目的。機器人創新實踐平臺整體框架設計如圖1所示。

圖1 機器人創新實踐平臺整體框架設計

2 機器人創新實踐平臺建設

2.1 創新實驗室

在創新實驗室建設過程中，建立了科創空間、創新工坊等，為學生提供良好的科創環境，如 C200創新工坊等配置了設備圖書館，旨在讓我校學生能夠像借閱圖書一樣借用設備，方便學生的科創活動。設備圖書館配有各類配件、各類“掌上實驗室”“口袋儀器”等。除了常規的五金、耗材，還有各種信號發生器、Arduino入門開發套件、樹莓派開發板、SoC開發板等。學生只要通過dev.si.sjtu.edu.cn網址，使用本校Jaccount賬戶登錄，在線下單，就可以進入設備圖書館線下倉庫領取所需的儀器設備及耗材。

學生入駐創新實驗室后，可以自由進入 3D打印服務中心、激光切割中心、軟件中心等，真正將它們打造成為學生的第二課堂，學生只要懷揣合理的創新設想走進創新實驗室，利用這里所有的資源進行創作，最后就可以捧著自己的作品走出實驗室。

2.2 課程建設

建立“基礎認知—交叉探究—實踐訓練—競賽提升—創新創業）”的階梯式創新課程教學體系（見圖2），重視基礎知識和因材施教，實現課程體系從“理論理解能力”向“反思實踐能力”轉變。瞄準當前移動機器人、仿人機器人、工業機器人等社會前沿科技，突出科技創新課程的核心地位，兼顧專業能力與創新創業能力的培養。

（1）基礎認知。以基礎實踐課作為認知階段課程，從機械、電控、傳感、編程等 4方面，以 Arduino、VEX、LabVIEW等為平臺進行教學。

（2）交叉探究。在拓展選修階段，以典型機器人平臺為主，學習移動機器人、機械臂、仿人機器人等內容，學生可以在自己感興趣的方向進一步學習。

（3）實踐訓練。在提升階段，主要以企業課程為主，關注人工智能、機器學習等方面，讓學生與企業導師面對面，與社會前沿緊密接觸，獲取實踐能力。

（4）競賽提升。有了以上基礎的沉淀，接下來是競賽階段，讓學生和其他學校的學生一起在同一平臺上進行交流、切磋，不僅了解了別人的水平，同時也清楚了自己在哪些方面存在的不足，通過競賽進一步提高其創新實踐能力。

（5）創新創業。在校企合作平臺上，通過企業提出的新方向、新課題，輔以產品開發訓練及創業輔導課程，讓學生實現從基礎實踐能力向創新創業能力的提升。

圖2 階梯式創新課程教學體系

2.3 科技競賽

堅持以競賽為驅動的創新型人才培養方式，能夠滿足基礎技能訓練、高級創新競賽、尖端創業能力培養等多層次的訓練要求，讓不同階段、不同專業的學生得到相應的訓練機會。以項目式管理為基礎，突出成本管理、工程管理等，形成完善的創業型競賽團隊組織架構，實現學生自主化團隊管理，在潛移默化中培養學生領導力、創新力，提升學生團隊合作能力。

1.3.2.1 調節飲食 ①保證每日正常早餐;②每日晨起空腹飲水200～300 mL，分2～3次飲用;③每日飲水總量不低于2 000 mL;④每日給予粗纖維蔬菜(青菜、芹菜、韭菜等)250～500 g;⑤每日給予粗糧(糙米、谷物等)1～2種;⑥每日給予水果(香蕉、蘋果、橙子等)1～2種;⑦禁忌食用辛辣、生冷、油炸、油膩等食物。

在層次化競賽平臺上，主要通過基礎、拓展、提升三個層次優化機器人競賽教學體系（見圖 3）。在基礎方面，設置了完整的課程內容，包括技術課（涵蓋機械設計、電控、視覺等）、競賽工程探究課、賽前輔導課等，并通過以課促賽的方式，為學生提供競賽保障。在課程之外，為了擴大競賽受益面，面向全校各年級學生每年組織多項校內競賽，包括區域競賽、對應全國賽的選拔賽、企業合作的 Workshop等。通過以賽促教的方式，使學生方便參與各種競賽活動。在拓展方面，從課程及各類校內活動中進行各賽隊的新成員招募，充實競賽團隊。在完成日常技術開發及訓練后，選拔優秀隊員參加各類高級別競賽，如RoboMaster機器人競賽、RoboCup機器人競賽等。在提升方面，通過優化團隊建設，加強組織管理，真正實現創業化團隊素質的培養，同時從競賽團隊中提取各類優秀創新項目，在創業導師的引導下進行科技孵化，最終實現創新成果的轉化。

2.4 校企合作

深度開展校企合作“雙創”人才培養基地的建設，依據“調查—研究—實踐—再研究”的思路，將企業文化、工程思維與創新創業思想引入教學，結合校企聯合實驗室管理制度和企業導師制度，從課程育人、項目訓練、實踐基地三方面，形成既分工又合作的多層次校企產學合作模式（見圖4）。

（1）課程育人。為了引入企業的工程管理、前沿技術、產品開發理念，我校與企業合作開發課程，并作為學校教務處認可的全校學生的學分課。通過聘請優秀的校友企業導師進課堂，與我校教師合作講授企業選修課、企業公開課，讓學生與工程師、企業家面對面，彌補了大學校園缺少的產業化實際經驗，同時通過舉辦 Workshop和講座，讓學生全方位了解前沿技術、產業需求及工程生產管理方法。

圖3 機器人競賽教學體系

圖4 多層次校企產學合作模式

（2）項目訓練。為了進一步讓學生獲得項目訓練機會，我校大學生創新實踐計劃增設了校企大創項目。由企業出題，校內導師和企業導師共同指導完成。此外，我校邀請企業導師參與學生的畢業設計和指導，將企業研究項目需求在校內立項，支持品學兼優且具有較強科研潛質的在校學生開展自主選題并進行企業項目的科學研究工作。在相關項目訓練中，強調選題的科技前沿性、學科交叉性、學術創新性及社會價值，重視對學生創新創業思維和創新實踐能力的培養。

（3）實踐基地。為了實現學校和企業的“零距離”，采取參觀體驗、進入實習基地的方式。讓學生在企業獲得就業、創業指導，不僅提高了學生實際工程能力和創新創業能力，也增強了職業素養和就業能力。此外，與我?！半p創”示范基地建立合作關系的70多家企業，均以學生“雙創”能力訓練需求為出發點，根據各企業自身特色，制定具體合作內容。在創新平臺上，與華為、大疆、創首等公司積極合作，其主要形式以課程、Workshop、講座、實習、畢業設計、課題項目開發、競賽等，充分發揮各企業優勢，培養適應社會需求的創新型人才。

3 機器人創新實踐平臺建設成效

3.1 團隊建設成效

在“雙創”建設中，從創新平臺涌現出了一大批優秀的學生團隊，主要包括 VEX機器人賽隊、RoboMaster交龍戰隊、RoboCup足球機器人賽隊等3個團隊，3年累計參與學生達1 000余人。機器人賽隊已不僅是技術團隊，更是創業團隊，已形成良性循環，成為我校最大規模的學生團隊，也為學校其他競賽團隊樹立了榜樣，并經常受邀開設相關講座分享經驗。競賽團隊采取自主管理模式，通過部門之間明確的分工，緊密的合作和成熟完善的制度，形成一個管理的閉環，實行有效的學生團隊自我管理、自我運行，達到培養學生創業能力的目的。除了常規的技術部門外，還設有服務部門，進行項目管理、日常運行、招新及校內比賽等活動的組織與宣傳工作。在與企業的對接中，開展技術交流、課程培訓等活動，同時設立商業部門，負責團隊的財務管理、經費募集等，目前已有3個學生團隊進入創業孵化階段。

3.2 競賽成績

創新平臺自建立以來，從 2017年開始參加各類機器人競賽，取得了良好的成績。榮獲RoboCup2017機器人世界杯小型組世界冠軍、全國大學生機器人大賽RoboMaster2017東部分區賽季軍及全國賽二等獎、RoboCup2018中國賽小型組冠軍及標準平臺組亞軍、全國大學生機器人大賽 RoboMaster2018中部分區賽二等獎及全國賽二等獎、2019VEX機器人世錦賽獲世界冠軍、全國大學生機器人大賽RoboMaster2019獲亞軍（特等獎）、2018—2019賽季亞洲公開賽獲最高獎等。

創新平臺的學生不僅作為參賽隊員參加了眾多競賽，也以組織管理人員的身份協助教師工作，在2017年，成功組織舉辦了第十六屆全國大學生機器人大賽東部分區賽，來自全國29個高校600多名參賽隊員參加了本次比賽；在 2018年，成功組織舉辦了中國VEX機器人大賽，來自全國各中小學、高校近 300支競賽團隊2 000多名參賽隊員參加了比賽。

3.3 為學校贏得美譽

交龍機器人團隊連續2次登上央視，參與《我與國旗同框》以及《開學第一課》的拍攝，并2度登上《中國青年報》，獲得了作為最美社團的案例做專題報道，VEX機器人社團也得到《中國日報》（海外版）報道，通過各類活動讓更多人了解了我校機器人團隊（見圖5）。

3.4 學生個人成績

學生榜樣具有強大的影響力和感召力，在學生群中的示范引領作用方面，是一種正能量的感召與傳遞，具有及時性、示范性等特點。學生榜樣來自學生之間，與學生聯系緊密，影響著周圍的學生。一個“雙創”人才榜樣可以帶動周圍的學生形成良好的學風、校風，形成“雙創”的輻射效應，從而有效地推進創新創業人才培養項目。機器人團隊中 1名學生被評為我校2017—2018年度人物，1名學生獲評我校2018—2019年度人物候選，在他們的帶領下，機器人賽隊成為我校熱門賽隊，隊員在各類創新競賽中屢獲佳績，數次獲得全國冠軍、世界冠軍。同時，在賽隊中僅 2019年便涌現出11名國家獎學金獲得者。這些都使得社團在招新季獲得了學生的表睞。

圖5 機器人團隊展風采

3.5 教學資源輻射中小學

我校進一步發揮大學服務社會的功能，讓教育資源惠及周邊，發揮高校對基礎教育的輻射作用，促進優質教育均衡發展。鑒于以上指導思路，從創新平臺走出的交龍機器人團隊，在自身獲得優異成績的同時，不忘反哺社會，團隊成員將自己所學知識、技能為中小學生提供指導和幫助，為來到實驗室參觀的中小學生演示機器人，其中 VEX機器人賽隊、RoboMaster機器人賽隊以及指導教師被邀請至 10多所中小學開設講座、參加訓練營等，將機器人科技帶入眾多中小學校，讓機器人“雙創”教學資源為更多青少年服務，真正體現了“雙創”示范性。

4 結語

建設創新平臺的本質在于將具有創新思維的教師和創新潛質的學生聚集在一起，讓他們的創新思想互相激發，形成使學生受益終身的創新能力。同時，它也是學校對外宣傳和形象展示的窗口，輻射到周邊的高校和中小學。創新平臺從實驗室建設、課程建設、科技競賽、校企合作等方面，探索了課程教學、科技競賽、創新創業相銜接的創新實踐教學模式，注重學生科技創新能力的培養，以培養創新創業人才為教學目標，為提高學生創新能力提供了強有力的保障，為學生提供了更多的創新實踐機會，增加了創業的可能性。