陳妍冰 劉琳靖

摘要：隨著教學(xué)改革的不斷推進(jìn)，各類學(xué)科競賽已經(jīng)成為培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的新平臺，而機器人競賽由于其自身的綜合性、科技性，也為現(xiàn)代教學(xué)改革注入了新的力量。本文列舉了國內(nèi)外規(guī)模較大、影響力較廣的幾項機器人競賽。分析了機器人競賽對于培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力以及其他綜合能力的推動作用。最后，提出了基于機器人競賽的實踐創(chuàng)新教學(xué)體系，并得到了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵字：機器人競賽;創(chuàng)新能力;實踐教學(xué)體系

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）21-0123-02

隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機器人已經(jīng)越來越多地融入到我們的日常生活中。機器人技術(shù)作為一項涉及了人工智能、機械工程、自動控制、傳感技術(shù)等多領(lǐng)域的綜合性學(xué)科，受到各行各業(yè)的關(guān)注。機器人競賽由于其自身的綜合性和競爭性已在國內(nèi)外十分盛行，它給現(xiàn)代教育改革注入了新的能量[1]。我校工程訓(xùn)練中心創(chuàng)新班自2010年第一屆“中科歐鵬杯”中國教育機器人大賽以來，連續(xù)4年參賽，并取得一等獎近20項、二等獎10余項的好成績。本文分析了機器人競賽對于教學(xué)改革的積極意義，提出以機器人競賽為目的的實踐創(chuàng)新教學(xué)體系，并得到良好的教學(xué)效果。

一、國內(nèi)外賽事

目前，國際上的各類機器人競賽大多自上世紀(jì)末興起，歷經(jīng)近二十年的發(fā)展，已成為了綜合性教育改革的新力量。近年來，國內(nèi)的機器人競賽也在迅速開展，旨在推動機器人技術(shù)發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力，并取得了良好的效果。國內(nèi)、國際上一些影響較大的機器人競賽包括以下幾項。

1.機器人足球竟賽。機器人足球競賽需要由若干機器人組成隊伍，通過機器人之間的互相通信、配合，協(xié)同進(jìn)行比賽。目前，國際上最具影響力的兩個機器人足球賽事組織為：FIRA國際機器人足球聯(lián)合會和ROBOTCUP國際機器人足球世界杯賽。

2.機器人滅火競賽。機器人滅火競賽最早是由Jack Mendelssohn教授在1994年提出，該競賽模擬機器人在一套四室一廳的房間內(nèi)進(jìn)行滅火，要求參賽的機器人在盡可能短的時間內(nèi)熄滅房間中隨機放置的蠟燭。目前，機器人滅火競賽已成為全球最普及的智能機器人競賽之一。

3.亞太大學(xué)生機器人大賽。“亞太大學(xué)生機器人大賽”始于2002年，由“亞洲太平洋地區(qū)廣播電視聯(lián)盟”（ABU）發(fā)起，每年舉辦一次，已成功舉辦13屆。大賽主要面向包括中國、日本、韓國、新加坡、泰國和印度尼西亞等國家和地區(qū)的在校大學(xué)生，著力培養(yǎng)學(xué)生的科技創(chuàng)新能力。

4.“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽。“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽是教育部為提高我國大學(xué)生創(chuàng)新實踐能力、團(tuán)隊協(xié)作精神，委托高等學(xué)校自動化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會主辦的機器人競賽。大賽2006年首度舉辦，分為競速賽與創(chuàng)意賽兩類。

另外，國內(nèi)還舉辦有中國機器人大賽、全國機器人大賽、“廣茂達(dá)”杯中國智能機器人大賽等賽事，旨在為RoboCup公開賽、FIRA世界杯機器人大賽以及國際機器人滅火競賽的中國賽區(qū)選拔優(yōu)秀的隊伍。

二、機器人競賽促進(jìn)學(xué)生能力培養(yǎng)

機器人技術(shù)是一項涉及人工智能、機械工程、自動控制、傳感技術(shù)等多領(lǐng)域的綜合性學(xué)科。智能技術(shù)的迅速發(fā)展，也為機器人競賽提供了越來越完善的平臺。學(xué)生通過參加機器人競賽，能夠提高學(xué)科綜合能力，培養(yǎng)實踐創(chuàng)新能力以及團(tuán)隊協(xié)作能力。

1.機器人競賽與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。創(chuàng)新人才的培養(yǎng)是建設(shè)創(chuàng)新型國家的關(guān)鍵，本科教育則是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要階段[2]。教育部《關(guān)于實施高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程的意見》中強調(diào)：要大力加強實踐教學(xué)改革，推進(jìn)高校實踐教學(xué)模式的改革與創(chuàng)新，促進(jìn)學(xué)生自主創(chuàng)新興趣和能力的培養(yǎng)，激發(fā)大學(xué)生的興趣和潛能，培養(yǎng)大學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作意識和創(chuàng)新精神。在我國傳統(tǒng)本科教學(xué)體系中，通過教師授課是學(xué)生獲取知識最普遍的渠道，與此同時，考試成績也成為教師檢驗學(xué)生知識掌握情況的唯一方法。目前，隨著社會對于人才要求的不斷提高，實踐能力受到了越來越多的重視，各高校廣泛開設(shè)工程訓(xùn)練相關(guān)課程以提高學(xué)生的實踐動手能力。然而，筆者在輔導(dǎo)我校工程訓(xùn)練中心“電工電子基礎(chǔ)”課程時發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在傳統(tǒng)教學(xué)體系中缺少的并不僅僅是實踐動手能力，更重要的是創(chuàng)新能力。

創(chuàng)新能力是指運用已掌握的知識和理論，在科學(xué)、技術(shù)及各類實踐活動中，不斷提出具有社會價值、經(jīng)濟(jì)價值的新思想、新方法和新發(fā)明的能力[3]。機器人競賽為大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供了一個很好的平臺：①首先，在機器人競賽中，一般僅給定比賽目標(biāo)和規(guī)則，學(xué)生需要從底層算法、硬件設(shè)備、機器人外觀等逐個設(shè)計和調(diào)試。在這個從無到有的過程中，每一階段都要求學(xué)生提出自己的解決方案，很好地培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力;②機器人競賽內(nèi)容極具趣味性和可觀賞性，大大增強了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動性。相對于傳統(tǒng)的以教師為主的教學(xué)模式而言，以競賽促進(jìn)教學(xué)的模式更加以學(xué)生為主導(dǎo)，也更容易培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維;③采用競賽形式，具有一定競技性，一般要求各參賽隊從策略、技巧和時間三個方面進(jìn)行比賽，這就要求學(xué)生在備賽過程中不拘于傳統(tǒng)思維的束縛，勇于創(chuàng)新。

2.機器人競賽與綜合能力的培養(yǎng)。機器人競賽一般由學(xué)生自由組隊參加，并根據(jù)自身興趣愛好、專業(yè)方向等選擇參賽題目，每個參賽題目往往涉及多個學(xué)科，需要學(xué)生能夠靈活應(yīng)用所學(xué)知識，并與其他專業(yè)同學(xué)協(xié)作、溝通共同完成。在此過程中，不僅大大提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力，同時提高了其他綜合能力[4-6]：①學(xué)生在確定題目后首先需要通過書籍、文獻(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)等多種方式收集相關(guān)資料，并結(jié)合所學(xué)知識進(jìn)行分析，形成初步方案。這個階段提升了學(xué)生對于信息的獲取能力以及綜合分析能力;②在機器人制作過程中，學(xué)生需要親自動手操作，將自己的想法付諸實踐，并在實際操作中不斷發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。在這個階段中提升了學(xué)生的動手實踐能力;③機器人的制作大多涉及多個學(xué)科，需要學(xué)生通過團(tuán)隊的溝通、合作，最終達(dá)到目標(biāo)，這大大增強了學(xué)生的團(tuán)隊溝通、協(xié)作能力;④在機器人競賽中，除了制作機器人對于學(xué)生的考驗，還會遇到一些其他問題。如在正式比賽時參賽機器人常會由于場地、燈光等問題出現(xiàn)誤差，這就需要學(xué)生根據(jù)現(xiàn)場進(jìn)行快速的調(diào)試，這鍛煉了學(xué)生的邏輯思維及臨場應(yīng)變能力;另外，有的比賽項目需要向評審老師講解參賽機器人的原理、創(chuàng)新點等，這也鍛煉了學(xué)生的語言表達(dá)能力。

三、機器人技術(shù)實踐創(chuàng)新教學(xué)體系

機器人實踐創(chuàng)新教學(xué)體系是以機器人競賽為目標(biāo)而開展的一系列教學(xué)活動，主要分為三個部分，如圖1所示。

第一階段主要進(jìn)行基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)。我校工程訓(xùn)練中心自2011年起開設(shè)機器人技術(shù)選修課程，課程面向全校學(xué)生，共16課時，主要包括機器人演示實驗、機器人技術(shù)基礎(chǔ)知識。通過機器人技術(shù)選修課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以了解到機器人技術(shù)的基本概念，并掌握一些基礎(chǔ)知識，達(dá)到機器人技術(shù)的入門水平。最后，通過學(xué)生自身意愿和教師的篩選，進(jìn)入第二階段的學(xué)習(xí)。

第二階段主要在我校工程訓(xùn)練中心下設(shè)的創(chuàng)新班進(jìn)行學(xué)習(xí)。西安科技大學(xué)創(chuàng)新班成立于2004年，為開放性實驗室，采用模擬公司制度進(jìn)行自主化管理，師徒培訓(xùn)制進(jìn)行學(xué)習(xí)。通過學(xué)生之間的“師徒”式學(xué)習(xí)，讓每個學(xué)生以自己可以理解的方式傳授給“徒弟”，在互相溝通、交流中不斷提高。通過這一階段的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠基本掌握機器人技術(shù)，并且可以獨立承擔(dān)機器人制作中的特定環(huán)節(jié)。

第三階段為實戰(zhàn)訓(xùn)練。在學(xué)生基本掌握機器人技術(shù)后，通過一些競賽形式的項目讓學(xué)生熟悉整個比賽流程，提前了解比賽中可能出現(xiàn)的問題，發(fā)現(xiàn)自身相對薄弱的環(huán)節(jié)并加強學(xué)習(xí)。

通過以上實踐教學(xué)體系的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)能夠很好地掌握機器人技術(shù)，并熟悉機器人競賽流程。最后，由教師挑選的優(yōu)秀隊伍參加正式的機器人競賽。我校自2010年第一屆“中科歐鵬杯”中國機器人大賽以來，連續(xù)4年參賽，并取得一等獎近20項、二等獎10余項的好成績。實踐教學(xué)證明，機器人技術(shù)實踐創(chuàng)新教學(xué)體系有著良好的教學(xué)效果。

隨著現(xiàn)代化教學(xué)理念的不斷更新，各類學(xué)科競賽不斷開展，機器人競賽已經(jīng)成為教學(xué)改革的新力量。本文首先列舉了國內(nèi)外規(guī)模較大的機器人競賽，分析了機器人競賽對于現(xiàn)代教學(xué)改革的推進(jìn)作用。隨著機器人競賽活動的開展，激發(fā)學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力、團(tuán)隊協(xié)作能力以及其他綜合能力。最后，本文提出了以機器人競賽為目的的實踐創(chuàng)新教學(xué)體系，該教學(xué)體系收到了良好的教學(xué)效果。

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