基于机器人竞赛的创新创业实验室建设

许 超,李 宾,白永生

(1.辽宁大学 物理学院,辽宁 沈阳 110036; 2.辽宁大学 教务处,辽宁 沈阳 110036)

基于机器人竞赛的创新创业实验室建设

许 超1,李 宾1,白永生2*

(1.辽宁大学 物理学院,辽宁 沈阳 110036; 2.辽宁大学 教务处,辽宁 沈阳 110036)

创新创业实验室是工科专业培养创新创业人才的重要载体,而机器人竞赛旨在引导和提升大学生学习的自主性、实践性和创新性,可以说符合创新创业实验室目标.创新创业实验室构建机器人竞赛平台,引导学生从毕业设计、创新创业项目、教师科研任务等几方面与竞赛结合,以此带动创新创业实验室的发展和建设.经过两年多的教学竞赛实践验证,这种方法对于创新创业实验室的建设取得了较好的成效.

机器人;竞赛;创新创业

0 引言

在国家实施创新驱动发展的重大战略以及大众创业的背景下,2015年辽宁省人民政府印发了《关于深化普通高等学校创新创业教育改革实施方案》,对高校创新创业教育改革的方向、目标、内容和重点进行了部署.而创新创业实验室是工科专业培养创新创业人才的重要载体,承担着引领学生动手实践和科研创新的重任.

测控技术与仪器专业的单片机应用创新实验室为辽宁大学校级创新创业实践平台,从2012年起承担辽宁大学机器人竞赛的组织、选拔和指导参赛工作,以“竞赛引导、实践基础、重心创新、多维保障”为宗旨,强化创新创业与专业实践教育融合,推动实验室全面建设.可以说,其为不同年级、不同专业的学生构建学科交叉的知识交流、工程训练、科学研究、应用孵化平台;同时促进辽宁大学在嵌入式应用领域学术水平的提升[1-5].

1 机器人竞赛促进创新创业实验室建设

建设创新创业实验室的根本目的,是实现教学的实践性、创新性和开放性.而机器人作为一个多学科交叉的新兴领域,是电子、机械、控制、仪器、计算机等工科专业最佳的教学实践和创新应用的平台.机器人竞赛旨在引导和提升大学生学习的自主性、实践性和创新性,可以说符合创新创业实验室目标.第一、通常组委会公布比赛规则和目标等,而学生要从机械结构、电路设计、底层算法等方面逐个调试;对于每一个难题,都需要学生将想法变成解决方案,让机器人实现从无到有以至于最后能够稳定运行.通过这些实践操作,学生将理论知识与实践操作相结合,并有利于激发学生的想象力,培养学生的设计能力、实践能力、创新能力等.第二、机器人竞赛是多学科知识综合的高技术对抗赛,但其竞赛往往具备趣味、可观赏性;相比以教师为主的传统教学模式,这种以竞赛促进实验教学的模式更注重学生为主导,教师不再单纯地注重学生被动的知识积累,极大地增强了学生学习的主动性,也更容易培养学生的创新思维.第三、这种模式可以培养学生的吃苦耐劳精神与团队合作能力.一套机器人的设计和制作离不开团队合作,参与机器人竞赛需要付出大量课外时间,甚至在关键时刻要熬夜赶时间,对目前大部分是独生子女的学生来说,培养吃苦耐劳精神和团队合作能力尤为重要.

反之,高校想在学生竞赛中取得优异成绩,必须注重学生梯队人才的培养,而依托创新创业实验室不失为一种行之有效的方法.它既可以加快对创新型人才的培养及选拔,也可以加强指导教师与参赛学生之间的沟通.同时,依托大赛,为建设实验室提供物质基础.

总之,学生参与机器人竞赛近似于一次科研活动,通过动手实践验证设计,这是理论知识和实践的高度结合,可以说涵括了验证性实验、综合性实验、设计性实验和创新创业项目等内容.因此,机器人竞赛作为一种高科技创新活动,是培养大学生实践创新创业能力的良好平台,这也是创新创业实验室的功能之一.

2 构建机器人竞赛平台,建设创新创业实验室

创新创业实验室成立之初,即将创新实践活动的切入点定位在机器人竞赛[6-9].实验室组织学生以兴趣小组的形式,分工合作、集思广益开展机器人竞赛,包括研究竞赛规则、制定参赛方案、构思机械结构、设计电路结构、编写调试程序等活动,以此为基础开设机器人实验课、机器人创新项目甚至是科学研究,即以机器人竞赛带动创新创业实验室的发展和建设[10-12].可以说,这与常规做法具有较大差异,但经过两年多的实践教学验证,对于创新创业实验室的建设这种方法是一种捷径.

2.1 与毕业设计结合,延续机器人竞赛训练

对于测控技术与仪器专业的学生来说,机器人竞赛分布在专业实验实践的各个教学环节,可将毕业设计视为机器人竞赛的延续与拓展.在实验室里学生通过机器人竞赛提前对毕业设计内容有所了解和认识,有效地前移毕业设计的工作时间,从而能够在教师指导下延续性地深入完成感兴趣的课题.以2013年辽宁省普通高等学校本科大学生机器人大赛为例,其主题为“庆全运,传圣火”,规定使用自动和手动各一台机器人完成“传圣火”过程,且要求手动机器人需用无线控制.而2013届姜瀚同学的毕业设计“基于Android系统和蓝牙通信的智能遥控小车设计”,正是延续了竞赛训练而凝结的毕业设计构想.这种以赛代练的指导方法、以实践验证的改正方法有益于学生的专业技能和创新能力培养.

2.2 以机器人竞赛为基础,开展创新创业项目申报

在开展竞赛的基础上实验室组织申报大学生创新创业项目.竞赛指导教师组成评审组,学生根据在实践机器人竞赛过程中遇到的具体问题或者提出的创意构想,申报创新创业项目在实验室内进行预评审.比如2012级王倩同学申报的“非特定人语音控制机器人设计”,2015年已经被推荐为省级大学生创新创业项目.创新创业项目与机器人竞赛相结合,不仅能够完成对竞赛型学生的培养,而且资源以及其成果可以用于实际的教学及科研中,能够为相关专业及学科的学生提供自主创新设计及研究的平台.

2.3 将竞赛训练与指导教师科研任务对接

实验室实行竞赛和项目指导老师负责制.实验室内指导老师提供适合竞赛训练的科研课题,学生根据兴趣和知识与老师进行双向选择,指导老师帮助学生解决实践过程中遇到的问题,并对学生的工作质量定期检查,使学生的竞赛训练与科研任务结为一体.以陀螺仪为例,现代陀螺仪是一种能够精确地确定运动物体方位的仪器,在教师科研中通常用于两相流的管道检测,而2015年辽宁省大学生机器人竞赛中学生通过陀螺仪实现了机器人移动路径的判断.像这种接“地气”的实在科研产品,学生通过对其组装、操作及扩展实践,可以熟练地应用到机器人竞赛中,提升竞赛的技术含量.

2.4 制度规范化,服务学生竞赛

因机器人制作过程涉及机械加工和焊接等环节,学生操作时存在一定的安全隐患,在面向全校开放式管理前提下实验室规定,学生进行机加等操作时需提前预约,实验室指导教师轮岗配合学生完成竞赛任务,保障足够的时间满足学生竞赛和实验的需求.由于机器人竞赛的比赛性质,学生机器人团队的流动性和更新性较快,实验室内部不断的吸收低年级的学生加入,保障机器人竞赛和项目研发的连续性和持续性.同时,为了方便更多的学生交流学习,实验室规定竞赛结束后学生将竞赛资料整理归档,包括竞赛方案、机器人机械结构图、程序设计流程、机器人控制程序以及后期的个人总结等.

通过机器人竞赛的锻炼和探索,实验室培养了具有独立自主的思维能力和创新精神的学生,调动了每一名队员的潜能和主动性,让勇于创新和努力学习的学生们能够真正地参与到机器人的研究中.仅以2015年辽宁省普通高等学校机器人竞赛为例,实验室前后一共吸纳87名学生报名,经过培训选拔最终40人参加比赛,获得了省级2等奖1项、三等奖3项,申报发明专利1项.

3 结语

以机器人竞赛为平台的创新创业实验室,已经建立比较完善的机器人竞赛、创新实验和管理体系,给学生提供一个分析问题、解决问题的良好环境,激发学生自主学习性,充分体现以学生为主体建立工程概念,做到“时间上留有余地,空间上有足够场所,机制上有充分自由度”.通过实践证明可有效地解决实验室在后期扩建过程遇到的一些问题,这对目前刚起步且科研较弱的实验室而言至关重要.这种以赛促建、促改、促学的实验室建设方式,适合创新创业教育改革方向,具有一定的推广价值.

[1] 孙方红,徐萃萍,刘应瑞,等.以机器人竞赛为载体,提高学生的实践创新能力[J].高校实验室工作研究,2013,(115):20-21.

[2] 夏庆锋,丁尧,万凯.基于机器人竞赛的应用型人才培养初探[J].电气电子教学学报,2012,34(4):60-61.

[3] 许超,吴新杰.以机器人为工程对象的实验实践教学培养体系[J].实验室科学,2015,18(5):234-236.

[4] 陈巍.基于机器人竞赛的大学生创新能力的培养模式[J].实验室研究与探索,2012,31(7):297-300.

[5] 尹立萍.以实践创新能力培养为核心,全面推进实验室开放共享[J].实验科学与技术,2015,13(5):229-231.

[6] 姚志凤,薛少平,陈亚娟.机器人创新实验室的多元化模式探究[J].电气电子教学学报,2012,34(5):76-77.

[7] 张大伟,邓记才,赵新灿,等.智能机器人实验室可持续良性发展的探索与实践[J].教育教学论坛,2015,(9):237-238.

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[10] 毛丽民,刘叔军,李鑫,等.以机器人竞赛、创新实践为导向的项目教学法研究[J].中国电力教育,2013,(1):148-149.

[11] 戴亦宗,陈旭.基于三菱工业机器人的实验室建设方案设计[J].实验科学与技术,2015,13(1):194-197.

[12] 方峻,王晓斌,张翔.依托机器人比赛平台指导毕业设计的研究与实践[J].实验技术与管理,2014,31(5):28-31.

(责任编辑郑绥乾)

TheConstructionofInnovationandEntrepreneurshipLaboratory
BasedonRobotCompetition

XU Chao1,LI Bin1,BAI Yong-sheng2*

(1.CollegeofPhysics,LiaoningUniversity,Shenyang110036,China;2.AcademicAffairsOffice,LiaoningUniversity,Shenyang110036,China)

Innovation and entrepreneurship laboratory is the important carrier for developing talents with abilities of innovation,creativation and entrepreneurship in majors of engineering.The robot competition helps college students develop and increase their autonomy,practicality and creativity in learning process,that is in accord with the aim of the innovation and entrepreneurship laboratory.The construction of the robot competition platform in the laboratory can guide the students to combine robot competition with tasks in several aspects such as their graduation design,innovation and entrepreneurship project and teacher’s scientific research,and therefore will contribute to development and construction of the innovation and entrepreneurship laboratory.After the practice for two years,the well performance justifies our reforming view and measure.

robot;competition;innovation and entrepreneurship

2017-04-11

辽宁省普通高等教育本科教学改革研究项目(UPRP20140792)；辽宁大学第六批教学改革立项一般课题(JG2016YB0032)

许超(1981-)，男，辽宁义县人，硕士，实验师，主要从事信号处理和单片机技术研究,E-mail:xuchao@lnu.edu.cn.

*

白永生(1978-)，男，辽宁凤城人，硕士，助理研究员，教务处副处长，主要从事创新创业教育研究,E-mail: ysbai@lnu.edu.cn.

G 642,TP 242

A

1000-5846(2017)03-0285-04