以機器人競賽為驅動培養學生創新能力的路徑探究①

尹彬灃

（揚州大學機械工程學院 江蘇 揚州 225127）

隨著我國經濟發展進入了快車道，新產業、新業態、新商業“三新”經濟模式持續保持增長態勢［1］，高科技人才對經濟的助力作用越來越明顯。機器人是當前科技變革的最重要領域之一，互聯網、大數據、人工智能是人才培養的核心方向［2］，高等院校作為科技進步與發展的孵化器，越來越多地參與到機器人學科競賽中，為此開設了以機器人學科競賽為導向的專業課程，以提升學生的創新意識、培養學生的實踐與應用能力、促進科學技術的進步。

1 機器人學科競賽的意義

機器人技術是人類科技進步的體現，充分融入了人類的智慧，是人類運用工業設計的最強成就之一［3］，是人類智能化生產生活不可或缺的組成部分，機器人領域已經成為各國科技與產業發展的必爭之地。機器人學科競賽集合了人工智能、控制工程、機械自動化和仿生學等多種學科知識，是技術含量高、實踐與理論深度融合的競賽。機器人學科競賽要求參賽人員具有很強的實踐能力，通過比賽能有效激發學生的求知欲，是提升學生創新能力的有效途徑。

2 傳統教學存在的問題

20世紀末，科學技術實現了跨越式發展，其主要標志為機器人的產生與機器人學科的構建。傳統機器人課程授課方式為教師在課堂上講授，學生被動接受，理論授課多，實踐操作少，內容形式都比較單一、枯燥、抽象，知識理解較為困難［4］。

當前本科生培養過程中存在競賽意識淡薄、學科研究封閉、競賽與科研相脫離等問題［5］。部分機器人學科課程設置復雜，實踐教學較少，傳授內容與實踐脫離，且絕大多數實踐教學為驗證性實驗，學生實踐能力及創新能力的提升路徑不明確。因此，如何有效利用機器人學科競賽提升學生的創新與實踐能力，是機器人學科課程設置中重點關注的內容。

3 機器人學科競賽對大學生教育的影響

3.1 有利于培養學生學科競賽興趣和合作意識

機器人課程要充分利用各種教學手段，豐富教學內容。高校要將學生被動接受知識轉換為主動學習，激發學習樂趣，在課程中引入創意分享案例，打造課堂內外，線上線下相結合的教學模式，學生愿意參與到機器人學科競賽中，培養學生對機器人學科競賽興趣。同時，指導教師全流程深度參與機器人學科競賽，培養學生創新、合作意識，依靠團隊力量，完成機器人模型創意設計，達成預期競技結果。

3.2 有利于學生理論知識與實踐能力的結合

機器人學科競賽需要學生掌握扎實的學科基礎理論知識，將理論知識運用到機器人的設計及制作中。指導老師需要引導學生將計算機編程、傳感器等模塊合理融合，將一般驗證性實驗轉為實踐應用。參賽學生根據大賽規則，研究比賽策略，學思踐悟，制作出有創新性、滿足參賽需求的機器人作品。

3.3 有利于學生思辨意識與創新能力的提升

機器人學科競賽是一種涵蓋面廣的競技賽事。學生要完成機器人硬件設計、軟件編寫和軟件硬件組合、機器人功能調試等流程，在此過程中，遇到難題或者故障是比較常見的，遇到問題，全面分析，提出方案，解決問題，使得機器人作品精益求精，整個過程鍛煉了學生思考創新的能力，提升學生解決問題的能力。因此，機器人學科競賽能夠有效激發參賽學生的創新意識，培養學生求真務實的態度，提升學生的思辨能力。

4 機器人學科競賽提升學生創新能力的路徑

4.1 組建學科競賽團隊

組建機器人學科競賽團隊，應該堅持以學生興趣為第一要義。興趣相同的學生之間交流、討論、協作，能夠創造一個良好的學習氛圍，有效地提升學習效率。根據學生個人特點組建團隊，成員之間取長補短，在競賽中各司其職，既做好本職工作，又服從大局。團隊負責人應具有組織、協調、管理能力，善于傾聽團隊其他成員意見，做出合理決策，為競賽取得好成績做出貢獻。團隊全體成員須通力合作，共同完成機器人的設計、裝配與調試，圓滿完成競賽的任務。

4.2 拓展課本外知識

突破傳統教學以理論教學為中心的桎梏，通過項目教學模式［6］，在課程中激發學生的自主探究與自學能力。通過智能機器人在實際生產生活中應用，推進智能機器人相關教學改革。以機器人學科競賽為驅動，實施“以賽促學”教學模式，培養學生通過試驗方法提升機械設計，人工智能和運動方案技能，在項目學習中真正體現學生的主體地位。機器人學科競賽應由項目指導老師進行評估，從前期資料的采集整理，方案的創意設計，項目的實踐開展，到實物落地的評價，均由參與項目團隊完成，鼓勵學生充分利用互聯網等途徑，科學處理信息，拓展課本外知識。

4.3 推進機器人創新創業項目

以中國高校智能機器人創意大賽、中國工程機器人大賽暨國際公開賽中的優秀作品作為學生創新研究課題，結合機械工程、信息工程及生物醫學工程的專業特點，遴選具有可行性、產業化前景的項目，并對專利和論文深入的研究，指導學生申報省部級、國家級創新創業訓練計劃。推動落實基礎培訓、專業技能、強化訓練、綜合實踐等四大模塊，推進學生創新能力的提升［7］。

4.4 創建機器人創新實驗室

高等院校實驗室是實施項目教學，實施素質教育，提升學生創新能力的主要平臺。設立專門的開放式機器人綜合實訓和創新實驗室，將理論教學和實踐教學相結合，踐行“教授、實踐、反饋”機制，推進學生創新思維塑造，加強理論儲備與實踐技能的雙向培養。機器人綜合訓練和創新實驗室需滿足機械設計實踐、智能制造實踐、工程應用實踐的需求，為學生提供創新實踐平臺。

以機器人學科競賽為驅動，通過組建學科競賽團隊，將專業教學與機器人競賽結合，拓展課本外知識，推進機器人競賽的創新創業項目，創建機器人創新實驗室等途徑，培養學生實踐能力，提升學生創新意識和創造能力，塑造集綜合型、創新型、應用型為一體的新工科人才，有效推動新工科的建設，助力新經濟的發展。