大学生机器人竞赛与日常教学相结合的研究

丁旭东 徐志伟 姜燕

摘   要：文章针对大学生机器人竞赛的现状，对目前竞赛培训教学中存在的问题进行分析，从多个方面开展机器人竞赛的教学探索，有效促进了机器人竞赛的培训质量，提高了学生的竞技能力，有助于培养应用型人才的创新能力。

关键词：机器人竞赛;教学;大学生;教学方法

大学生机器人竞赛既有理论编程又有实际动手操作，对于学生动手能力、创新能力和理论联系实际能力具有极大的促进作用。南京邮电大学通达学院一直非常重视学生的动手实践能力的培养，积极鼓励学生参加各项学科竞赛，近两年，南京邮电大学通达学院独立组队参加大学生机器人竞赛，获得了较好的成绩，学生的参赛热情和学习积极性持续高涨[1-2]。

但目前机器人竞赛与日常教学之间仍缺乏有效的衔接，仅靠学生在课后自学，缺乏系统性的培训，学生无法系统地将竞赛知识加以运用。日常训练中对于学生实际动手能力的培养仅仅局限在课本和教学计划的范围内，学生往往是以完成作业为目的进行学习，不能有效调动学生的自主性和积极性。故本文针对机器人竞赛与日常教学相结合的问题进行分析研究，尝试探索一条系统有效的竞赛教学结合方案，提高学生的动手能力、分析和解决问题的能力，更好地促进学生的全面发展。

1    机器人竞赛培训存在的问题

1.1  竞赛培训系统性不足

南京邮电大学通达学院对于大学生机器人竞赛由教务处和教学保障处两个部门管理，管理交叉和不明确导致老师很难流畅地开展机器人竞赛培养的工作，对于学生的竞赛能力发展与提高都有影响。另外，针对机器人比赛的培养过程，采取临时抱佛脚的应对办法，平时难以采用集中培训的方法，导致竞赛培训对于机器人的结构、控制和编程等方面的知识不够系统，学习多是采用点滴式的学习，容易遗忘，培训的效果大打折扣[3-4]。

1.2  专业知识要求较高

现行的专业课程以传播知识为主，课程内容与现实应用中的实际问题有一定距离，机器人比賽要求掌握相关的专业技术实践知识，例如机器人的原理、构成、控制方式、深入的编程知识和数学建模理论，这是一般本科课程难以教授的，需要学生进行机器人比赛实践，学生在备赛的过程中，可以充分利用所学专业知识，探索机器人的控制方法，激发学生不断摸索、勇于创新的精神[5]。

1.3  师资培训力量不足

由于没有开设机器人相关专业，导致南京邮电大学通达学院没有专职的机器人指导教师，机器人指导老师由自动化实验中心管理人员兼任，基础理论和专业知识较为薄弱。有的老师虽然能够在竞赛时带队指导，但其主要精力还是放在个人课业教学或行政管理事务。目前南京邮电大学通达学院机器人竞赛指导老师无论从数量还是专业素质上都和想参赛学生的数量达不到合理的配备标准，限制了学生和指导老师交流学习的机会，对学生参赛能力的提高有所影响。

2    改革举措

2.1  开设机器人选修课程

针对学校目前没有相关机器人课程的现状，以机器人竞赛为依托建立了相应的实验教学课程，对全校学生开放，进行机器人比赛前期知识的教学工作，可以有效开展机器人竞赛的宣传和选拔工作，是培训学生机器人基本技能的重要载体。每个机器人竞赛项目均可作为机器人课程的教学内容，同时机器人比赛侧重于实践，教学过程中要更加注重理论知识的应用。可以先将讲授相关教材的理论知识，由学生自己动手完成相关程序任务。学生通过这个过程来加深应用所学的理论知识，逐渐掌握机器人的基本知识、各个子程序的编制、机器人的控制方式等[6]。

2.2  项目分类培训

目前南京邮电大学通达学院机器人项目有人脸和物体识别、高尔夫球、3D足球仿真、救援仿真等比赛项目，每个机器人比赛项目的竞赛内容区别较大，很难采用统一的教学与训练，而采用项目式教学可以很好地解决这一难题，在教学工程中根据项目的特色导入相应机器人项目知识，结合结构知识、编程语言、微处理技术、传感器理论等知识，把各个比赛项目的知识分解为子项目融入日常教学和训练中[7-8]。

2.3  改变传统的教学方法

教学过程中，教师要分析往年的比赛情况，结合当年的竞赛要求，分析下一步机器人项目的提升目标和优化内容，最终以此作为规划和导向教学[9]。首先，改变传统的课堂教学方式，机器人培训老师可以先开展理论教学，导入当天的教学任务和最终需要实现的功能，提示实现此功能所需学习和掌握的知识和技能。其次，分解功能并将学生分为若干组，每组布置功能目标和实现时长，让每组开展学习并讨论如何实现。在此过程中，教师充当指导者的角色，当学生遇到疑问时，给予必要的指导。最后，在项目实施工程中，要对每个学生都有明确的要求，要让每个竞赛参与者制定详细的学习和实施计划，根据竞赛的目标收集相关资料进行竞赛准备[10-11]。

2.4  开展社团学习

机器人竞赛的宗旨是培养学生的创新精神、实践能力和相关理论的应用能力，组建以学科竞赛为目的的学习型学生社团是发展机器人竞赛活动非常有效的载体。而人才又是机器人社团的核心，应及早进行队员的选拔，在大学一年级第二学期开始选拔参赛队员，从学生的现有课程知、机器人的相关理论知识、动手能力、合作精神、兴趣爱好等方面全方位考察学生。制定合理的选拔制度，提前安排选拔工作，这样更加有利于参赛队员的培训和筛选，新队员的进入要经过初选、复选两个过程。初选时，通过自主报名的方式选入，然后由老师、社团主要负责学生组成面试组，通过学生的简历、相关的理论知识、实际操作等方面来确定合适队员。新队员进入后，社团会不定期组织相关培训，安排相关的课程任务进行定期考核，不断提高社员的学习能力、操作水平以及团队合作精神[12]。

2.5  增强指导教师队伍

一个好的机器人团队需要一支专业素质过硬的指导教师队伍。针对目前南京邮电大学通达学院指导教师缺乏及专业理论知识欠缺的现状，拟采取以下措施，逐渐形成一支专业的指导教师队伍。

（1）从南京邮电大学通达学院现有的专业教师和实验教师中选拔部分感兴趣的教师进行培训。培训由南京邮电大学通达学院共建单位南京邮电大学自动化学院负责。南京邮电大学自动化学院Apollo机器人团队和派宝服务机器人团队有着丰富的机器人竞赛经验，多年来在国际、国内各项赛事中获得多项荣誉。南京邮电大学通达学院教师可以在他们的培训指导下不断增强机器人专业理论知识和实践操作能力。

（2）指导教师队伍要不断增强责任感。既然通过选拔进入了南京郵电大学通达学院机器人竞赛团队，那么就要从思想上重视起来，一方面加强自身能力的培养，另一方面要对自己负责的竞赛项目以及参加竞赛的学生负责。一支高素质、责任心强的指导教师队伍才能够带出一支竞赛能力突出的学生队伍。

（3）指导教师队伍要坚持创新，不能一直死守着某一项或某几项机器人竞赛项目不变，要做到联系南京邮电大学通达学院实际情况，主动与科技前沿的发展接轨，不断开发新的参赛项目，提高竞赛指导教师队伍的科研创新能力和竞赛指导水平[13-14]。

3    结语

总之，全国大学生机器人竞赛是一项提高学生应用能力的科技活动，符合培养应用型人才的目标，本文结合南京邮电大学通达学院生源的特殊性和应用型人才培养模式的特殊性，立足于学生的群体特征与应用型人才的培养方案，探讨了大学生机器人竞赛与实验教学的结合研究工作，促进了大学生机器人竞赛的开展，提高学生的创新意识、动手能力和团队精神。

[参考文献]

[1]徐勇，张亮.基于Robocon竞赛的创新型人才培养模式的探索与实践[J].装备制造技术，2018（12）：254-256，264.

[2]袁睿思，费晓通，闫广泽，等.基于STEM理念的VEX竞赛锥体堆叠机器人设计与实现[J].计算机产品与流通，2018（12）：118.

[3]王海燕，朱文彬.移动机器人竞赛对日常教学的意义[J].河北农机，2018（12）：42.

[4]周长波.信息技术与虚拟机器人竞赛的融合—提升学生信息与科学素养的有效途径[J].科技风，2018（34）：72.

[5]齐晶薇.以机器人教学和实验平台为载体培养大学生实践创新能力[J].科技资讯，2018（32）：186-187.

[6]王凡，冯玉婷，何冀军，等.以机器人竞赛为载体促进创新素质全程化培养—以合肥师范学院计算机学院为例[J].电脑知识与技术，2018（24）：130-131.

[7]李生明，杨红.基于机器人教学平台的自动化类学生创新能力的培养[J].清远职业技术学院学报，2018（4）：62-64.

[8]胡星星.机器人技术教育与创新型人才培养策略探讨[J].科技视界，2018（13）：202-203.

[9]孙燕.STEM整合背景下的VEX机器人教学设计与实证研究[D].西安：陕西师范大学，2018.

[10]谢芳，赵吉文，张燕.机器人比赛对培养大学生综合素质的引导及影响[J].中国教育信息化，2013（14）：24-26.

[11]吴东，张立敏，张强，等.多维渐进式机器人课程实践教学体系构建[J].计算机教育，2018（3）：151-154.

[12]朱建平，曹新鑫，管学茂.大学生科技竞赛问题及对策探讨[J].科技资讯，2017（10）：160.

[13]王蕾，程志梅.以科技竞赛为平台促进信息类专业学生创新能力培养的研究[J].东华理工大学学报（社会科学版），2017（36）：190-192.

[14]付雄，陈春玲.以科技竞赛为载体的大学生创新能力培养研究[J].计算机教育，2011（3）：29-31.