基于机器人竞赛的应用型人才培养初探

夏庆锋，丁 尧，万 凯

(南京大学金陵学院机器人实验室，江苏 南京 210089)

机器人技术是一项高度交叉的综合性技术。20世纪90年代起，在全世界范围内相继出现了一系列集高科技、娱乐和比赛于一体的机器人竞赛。大学生参与机器人竞赛有助于增强自主学习兴趣，培养工程实践创新能力，对应用型人才的培养具有重要的现实意义[1]。

1 创新实践平台的建立

1.1 智能机器人实验室平台

我校智能机器人实验室成立之初，就提出以机器人竞赛为切入点进行创新实践活动探索，以兴趣小组的形式组织学生进行竞赛机器人的设计，在此基础上先开设机器人实验课，后开设理论课，最后进行机器人科学研究，即以机器人竞赛带动机器人教学与研究的发展路线。虽然它与常规的做法有较大差异，但是经过两年多的实践，我们认为这种方法对于应用型本科学校来说，是一种捷径。

我们实验室教师经过走访与调研后认为，比赛项目的选择应该遵循入门的门槛低，技术深度大，趣味性强的原则，对观众及媒体吸引力强的竞赛项目最适宜作为切入点。

1.2 学生平台

为了突出学生的主体地位，重视和引导学生的个性化发展，并让学生得到全面的锻炼，智能机器人实验室和院学工办联合组建了一个机器人社团。通过这个平台，学生不仅学到了机器人知识，锻炼了自己的动手能力，而且还能够与其他学校建立联系与合作。

2 四级创新实践培养体系

2.1 低年级学生兴趣的培养

一年级学生在第一学期参加“竞赛机器人”课程学习。该课程的目的是让学生进入大学后就了解机器人和机器人竞赛，培养学生的兴趣。课程主要讲述机器人一般常识、国内外机器人竞赛现状、机器人竞赛项目的解释，还学习我校机器人竞赛视频以及参加机器人竞赛所需知识和能力等。学生并可以完成一些简单的趣味性机器人实验。

通过这样的课程能发现一些优秀学生，以便作为核心队员进行特别培养。这些学生可以现场观看高年级学生设计和调试机器人的全过程。通过亲身体验，他们能够对具有不同功能的各种机器人表演产生兴趣，并激发其动手欲望。高年级学生可以指导他们利用教育教学机器人套件搭建简单的机器人模型，利用图形化编程语言编写程序，控制由简单的电动器件及传感器构成的机器人。

2.2 初级动手训练

参加初级动手训练的学生分为若干小组，先由指导教师进行讲解和示范，然后以机器人社团培训为主，通过不同的项目使他们熟悉并掌握初级机械、电气、传感器及控制软件等基础知识。每个小组学生都要展示已搭建好机器人的模型及演示功能，并讲解模型的机械结构、电气、传感器和控制软件的特点及模型的工作原理。

初级动手训练阶段让学生的团队合作意识和口头表达能力得到提高，使他们掌握了常用的机械、电气、传感器及控制软件等基础知识。

2.3 高年级学生系统动手训练

经过前两个阶段的培养与训练，大部分学生已经具备了参加比赛的水平和能力，此时可以由竞赛指导教师组建竞赛团队，让大部分学生接受高强度训练。笔者注意到，有很多学生能够带着问题到图书馆或者网上查阅资料，还有的去请教其他教师。

在动手训练阶段，每一个竞赛项目设立两个以上的项目组，以项目驱动的方式进行设计。比赛前20天左右，组织内部比赛，从中选拔出优秀队员进行最后的准备。

2.4 综合创新设计

对于有过比赛经历的高年级学生，要为其提供更加开放的平台，充分尊重学生的主体地位，重视和引导学生的个性化发展，运用创新性实践课题对学生进行锻炼和培养，满足社会对该学科领域专业人才多元化的需求。

我校实行三学期制，每年暑假之前安排三周的小学期集中进行工程实践能力训练。智能机器人实验室在小学期有多项综合创新课题，以便让各专业学生找到适合自己的课题进行创新设计。

3 培养方法

3.1 队员选拔方法

我校在选拔队员方面已经形成了一套行之有效的方法。由于比赛需要各专业各方面有特长的学生有机结合到一起，我们采用多种方法和多种途径进行综合选拔。具体做法是:①在一年级的学生中依据“竞赛机器人”课程、社团中的表现以及辅导员的推荐圈定一个大体的范围，对他们进行跟踪观察至少一个学期;②由现任社团干部采用“学长制”的方式进行培养和考察，然后由指导教师安排相关设计任务进行综合评价;③由指导老师和社团干部对学生进行答辩考核以确定初步名单;④最终的参赛队员要到比赛前两周才能确定，如果初选学生表现不佳仍可被淘汰。

3.2 因材施教，分类培养

智能机器人实验室坚持以学生为主体，以教师为主导的培养理念，采用因材施教、分类培养的人才培养模式，对学生进行有效的培训。

我们根据学生的专业、特长以及兴趣爱好，对学生进行分组，包括方案组、机械组、硬件组、软件组和情报组等。分组不仅体现了专业区别，还照顾到了水平差异，这样就能做到所有专业任何水平层次的学生都能找到适合自己的小组。

指导教师要求每个队员每周写一篇总结体会并安排下周工作计划，籍此可以了解每个学生的状况，以针对他们的特点制定相应的方法。

3.3 多元化培养

在机器人团队分组的基础上，我们对各类学生采用不同的培养方法。对于基础较差的学生采用基于问题的学习，让他们带着问题去查阅资料，在不断提出问题和解决问题的过程中得到锻炼。对于基础较好的学生要让他们掌握自主发现问题、分析问题和解决问题的方法。

4 应用情况

我们在探索中将该方法应用于我校的机器人教学与竞赛实践中，取得了如下成绩。

(1)在教学改革方面

在该方法的推动下，我系近两年申报、承担和参与了多项教学改革项目，而且积极调研其他竞赛项目，例如电子设计大赛和数学建模大赛等。

(2)在提高学生创新能力方面

经过两年多的研究与实践，我们发现并培养了一大批学生骨干。他们可帮助教师对其他学生进行相关的培训。这些经验在我院开设的实验课、课程设计以及毕业设计中得到了更多的应用。

(3)在开放实验室和创新实验室建设方面

为了满足众多学生创新实践能力训练的要求，我们十分重视科技实践场地和设备的建设工作。首先我们加强开放式智能机器人实验室的建设，在保证机器人竞赛优势项目的基础上，循序渐进地引进更多的机器人竞赛项目，也为学生提供了更多的锻炼机会。同时，还与一些知名公司和高校逐步开展关于机器人研究的合作。

[1]张云洲，吴成东，崔建江等.基于机器人竞赛的大学生创新素质培养与实践[J].南京:电气电子教学学报，2007，29(1):116-119.