机器人创新应用实践能力培养模式的探索

摘要：为了顺应时代发展，社会对新型人才的需求加大，高校对传统课程进行一系列改革创新，探索与实践人工智能时代的人才培养路径。通过对机器人方向的本科实践教学改革，新建创新实验室、完善学科竞赛体系、积极申报大学生创新创业训练项目、成立大学生兴趣小组、加强大学生企业实习力度等方式，将机器人专业方向的素质培训融入本科实践教学改革中，不断提高教师及学生的专业技术能力。

关键词：机器人;实践教学;学科竞赛;人才培养

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）05-0141-02

1引言

随着时代的发展科技进步越来越快，人工智能时代已经到来，“机器人”技术应用领域越来越广，很多高校已将机器人相关专业课程納入大学生必修课，在学好机器人相关的理论基础之上，更多的是培养提高学生们的动手实践能力和创新应用能力，怎样有效地培养学生成为新时代的社会高新型人才至关重要[1]。

1机器人方向本科实践教学改革

自2011年开始，学校在计算机专业进行机器人方向的实践教学，坚持以竞赛促进教学，加强兴趣班建设，有效的发挥服务机器人协同创新中心的协同促进实践教学的优势，先后带动并建立健全了机器人类实践教学体系。专业方向实践教学体系原来由课程实验、课程实训、课程设计、IT项目实训与顶岗实习、科技创新与科技竞赛活动等8个部分构成，其中：传统实践教学学分在4年总学分中约占40%。而现将科技创新与科技竞赛活动改革形成以赛促教的实践子系统包含：各类软硬件和专业方向的学科竞赛、大学生创新实验室、专业方向兴趣小组、大学生创新创业训练项目和创新项目企业实践等共5个部分构成。

2机器人方向本科实践教学成效

以赛促教的实践子系统（原大学生科技活动和竞赛活动）作为本科实践教学体系的核心部分，极大地丰富了机器人类专业方向的学生的实践动手能力的培养，为积极推动机器人类应用型本科教学起到了积极作用[2]。

2.1大学生创新实验室

2010年，在学校的大力支持下，学院建立了“大学生创新实验室”，并根据需要添置了相关设备、工具和器材，制定了合理的管理制度，用于学生课余时间做有关赛前准备工作或开展各项实践活动，“大学生创新实验室”的建立既提供了活动场地，又丰富了学生课外生活。实验室特别指定了工作积极且能力较强的教师作为相关指导教师，坚持耐心动员、积极引导和组织学生开展科技创新与竞赛活动，积极推动学生实践能力的提高。2018年，学院设“机器人创新应用实验室”为开放性实验室，通过给学生创造研究性、设计性实验活动的环境，调动和激发学生学习的主动性和创造性，提高学生独立思考的能力和自主学习的积极性。对于低年级学生，主要训练其基本技能和实践能力;对于高年级学生，重在培养其科研意识和科研能力[3]。

2.2 大学生学科竞赛

2010年，为参加智能汽车赛做准备，安排了指导教师带领学生到相关企业与学校学习，打下了一定基础。2011年首次组队参赛，获得优秀奖。2012年，组织了2个队参加第七届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车大赛安徽赛区预赛暨安徽省第五届“炜煌”杯大学生智能汽车赛，获得两个二等奖的好成绩。2012年在全省机器人竞赛中，组织四个队参赛，取得一、二、三等奖各一个。2013年，在第八届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车大赛安徽赛区预赛暨安徽省“尔雅”杯大学生智能汽车赛上，我系组织2个队分别参加了电磁组和摄像头组的比赛，获得了两个二等奖，其中电磁组的风驰电掣队以12.877s的成绩排到名次表中的第四位。同年，我们在组织70人培训的基础上，经考核选拔了8人参加工信部人才交流中心和教育部信息咨询中心组织的“蓝桥杯”软件大赛，获得安徽赛区一等奖2名、二等奖1名、三等奖2名的好成绩。其中获得一等奖的2名学生到北京参加决赛，虽只获得优秀奖，但给学生们很大鼓舞，也为机器人类学生今后参加该项竞赛积累了宝贵经验。2018年，我院学生赛出好成绩，获得安徽省级“蓝桥杯”硬件组一等奖，并且获得全国赛决赛国家二等奖的好成绩。2013年至2018年，机器人方向的学生先后参加了“蓝桥杯”大赛、“程序设计大赛”“单片机比赛”“机器人大赛”、智能车比赛、“中国教育机器人大赛”。参赛的学生逐年参加，规模可以说是已经达到了普及的程度。

现已建立健全机器人类专业实践教学竞赛体系[4]，针对软件的有“蓝桥杯”大赛、“程序设计大赛”，针对硬件的有“单片机比赛”，针对机器人方向的有“安徽省机器人大赛”“中国教育机器人大赛”和“互联网+”大学生创新创业大赛等，充分体现了“以赛促教、赛教融合”的教学改革理念[5]。

2.3 大学生创新训练项目

2015年我们组织学生成功申报并获批了省级大学生创新训练项目“微控制设备科技创新中心”现已经成功结项;2016年在省级项目的基础上，申报并获批了国家级大学生创新训练项目“微控制设备科技创新中心”。2017年在此基础上，我们又申报有14个省级大学生创新创业训练项目和1个国家级大学生创新创业训练项目。截至2019年，共有44项省级和14项国家级大学生创新创业训练项目已完成结项，有14项国家级大学生创新创业训练项目已批准立项。

2.4 大学生兴趣小组

积极打造机器人兴趣小组，建设机器人创新实验室。已初步建成机器人的开发环境和学习平台，开设兴趣课题有：轮式机器人如：1）自主避障轮式机器人;2）语音控制轮式机器人;3）循迹取物轮式机器人;4）图像识别轮式机器人;5）两轮自平衡轮式机器人;双足机器人如：6）语音控制双足机器人;7）图像识别双足机器人;8）两个法国NAO机器人学习、开发平台;9）智能小车的研究。同时这些平台向全校师生开放，供我们的学生和老师进修、学习机器人。目前借助平台受益的学生人数达到500多人。

2.5 大学生创新项目企业实习

自2013年以来，我们和合肥凌翔机器人有限公司、安徽三联机器人有限公司保持紧密合作，我们的学生先后参与到企业的创新项目的实习与实践中。2015年我们和安徽三联机器人有限公司共建“冠名班”，有10多名同学参加该班学习并参与企业实习实训。近年来，我们连续选派有数十名同学进入合肥凌翔机器人有限公司进行创新项目的实验和训练中去，有部分学生已经在该公司就业并成为公司的技术骨干。2017年和科大智能共建“科大智能”“冠名班”，有39名同学参加该班学习并参与企业实习实训，该班是针对机器人方向的专业培训和实践的班级，学生在企业实习阶段均受到企业的好评。

3机器人方向素质培训

2017年、2018年，机器人工程学院作為“2017、2018年暑期高校教师‘机器人应用能力及高新技术操作能力’”双师素质培训点，本次培训针对省内各大中专院校机械工程、自动化、电气、数控、人工智能等相关专业教师，采用理论与技能实训、企业参观与学术讲座相结合的教学形式，重点提高参训学员机器人创新应用实践能力及高新技术操作的能力。成功地为来自省内十几所高职院校四十多名教师成功完成了相关培训工作[6]。

3.1素质培训主要内容

培训内容主要分为机器人创新应用实践能力培训和高新技术操作能力培训两块。机器人创新应用实践能力培训内容包括了工业机器人及移动机器人相关课程，如，Effort和fanuc机器人编程操作实训、机器人焊接模拟练习、机器人搬运与码垛操作、RoboDK机器人离线仿真编程与实训[7]、移动机器人创新应用能力训练等[8]。高新技术操作能力培训内容包含了常用的文字处理技术、图文混排及表格处理技术等，同时针对工作中存在的疑难问题进行分析讲解和专题讨论，有效的提升学员解决复杂问题的能力。培训总时长14天，在实际授课中，讲师将根据学员的接受情况，适当加快或延长培训时间，培训期间将会穿插相关学者的讲座、学术交流、企业参观等内容。

3.2素质培训特色与创新

1）授课形式灵活多样，深得学员好评

2017年、2018年暑期培训工作中，学院根据参训学员的个体情况，并结合学院拥有的优势资源，在课程安排上，采用“多媒体讲授+实验室实操+专家讲座+企业参观”等形式进行组织。在该期培训结束后的学员意见反馈表上，参训学员对于我们的授课组织形式一致给予很高评价。

2）双证课程无缝衔接，学员收获颇丰

学校拥有具有国家各类职业资格证培训和鉴定资质的“安徽三联职业培训中心”，所以在培训课程模块上，把《全国计算机信息高新技术考试合格证书》四级证书（中级）考证内容内嵌到本次培训中。培训结束经考核，参训学员同时也获得了由国家人力资源和社会保障部职业技能鉴定中心核发中级证书。

3）创新实践环节融入科技竞赛元素

为了更好地把培训内容与实际应用结合起来，真正在培训过程中提高参训学员的创新实践能力[9]。本次培训实践环节将把机器人大赛的部分赛项内容作为培训内容，并计划邀请安徽省机器人大赛组委会成员、合肥工业大学教授进行专门授课。

4 结束语

在人工智能飞速发展的时代，本科高校的办学效果将迎来新的要求和挑战，在传统的教育方式上进行一系列的改革探索，把切实提高学生的综合能力作为首要任务，多输出高素质、高水平的学生，不断推进教学实践相互促进共同发展。

参考文献：

[1] 赵治巨，于丽霞，杨立芹，等.新工科建设背景下地方院校的转型探索[J].教育理论研究，2017（22）： 84-85.

[2] 姚利花，张占东.综合性高校在实践教学中培养新工科创新型人才的研究[J].教育现代化，2018（12）：1-2.

[3] 李卫国，张文增，梁建宏.创意之星：模块化机器人设计与竞赛[M].北京：北京航空航天大学出版社，2016.

[4] 顾汉杰.基于学科竞赛的创新创业人才培养模式研究[J]. 教育技术，2017（2）：54-56.

[5] 肖春.面向卓越工程师培养的学科竞赛体系探索[J]. 浙江工业大学学报，2011（10）：205-210.

[6] 张静.民办高校师资培训内循环体系建设[J].人力资源，2019（16）：54.

[7] 李慧.基于RoboDK的工业机器人搬运工作站仿真设计[J].自动化应用，2020（6）：76-79.

[8] 李卫国，张文增，梁建宏.创意之星：模块化机器人设计与竞赛[M].北京航空航天大学出版社，2016.

[9] 施晓莉.地方本科院校教师专业发展的特点与趋势[J].集美大学学报（教育科学版），2015，16（6）：6-9.

【通联编辑：王力】

收稿日期：2021-04-29

基金项目：安徽省级重大教学研究项目（2020jyxm0562）;省级教学研究项目（2019jyxm0514、2020jyxm0571）;校级重点研究项目（21zlgc002、20zlgc048）

作者简介：郑杨（1990—），女，安徽合肥人，讲师，硕士，研究方向为智能控制、信号处理。