基于机器人竞赛的创新能力训练
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作者:宁萌 薛必伦 张秋菊 陈海卫 蒋毅
摘要：如何培养当代大学生的学习兴趣，提高其创新能力和动手能力，是当代大学教育的核心问题。因为学习兴趣是创造力的源泉，动手能力则是学生素质的体现，提高学生创新能力和动手能力，是教育的意义所在。本文主要介绍了通过让学生参与机器人教育以及机器人比赛来提高大学生的创新能力和动手能力，使学生掌握机械设计和控制理论学科的知识。
关键词：创新能力；动手能力；机器人教育；机器人比赛
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）06-0243-02
培养创新型人才、提高大学生的创新能力是高等教育中长期存在的一个富有挑战性的课题。大学培养的创新型人才要能够综合运用所学基础知识和基本技能，发现、分析、研究和解决实际问题，要具有较强的综合研究能力、自主学习能力、实践动手能力、管理协作能力，具有批判性思维、创新精神和团结协作精神[1]。
实践教学是大学教学中非常重要的教学环节，是帮助学生理解和运用知识，提高分析并解决实际问题能力的有效途径。合理开展实践教学能够提高学生们的动手能力，帮助梳理专业知识的体系结构、知识点，让学生们做到对所学知识的融会贯通，并养成正确的批判性思维习惯[1]。
一、传统教学模式存在的问题
（一）毕业大学生存在的问题
传统教学模式下的大学毕业生存在着以下问题：（1）缺乏专业技术和动手能力，无法满足现代制造企业对素质人才的需求；（2）有一定的盲目性，他们缺乏对当代制造企业的认识，不了解进入企业后要做什么；（3）没有创新创业精神。
（二）教育本身存在的问题
目前的大学教育存在以下弊端：本科教育严重滞后于外部世界的快速发展；大学教育的资源配置不合理，浪费现象严重；书本理论知识（许多实际上已经过时）过多，缺乏与实际生活的系统性联系。
其原因在于没有合适的实践对象或创新平台，学校安排的课程实验或者是课程设计往往都是一些“临摹”，毫无创造性，学生没有学习热情，无法培养他们的创造能力与实践能力，长此以往，造成了学生们专业知识体系不牢靠、知识点凌乱、动手能力不足，无法做到对所学知识的融会贯通，也难以养成正确的批判性思维习惯。
二、基于机器人教育的创新能力培养
什么是机器人教育，目前还没有统一的定论。彭绍东教授认为：机器人教育是指学习利用机器人，优化教育效果及师生劳动方式的理论与实践。郭善渡先生认为：机器人教育主要是指学习机器人的知识与技能。张剑平教授在《机器人教育：现状、问题与推进策略》中指出：所谓机器人教育，通常是指学习机器人的基本知识与基本技能，或利用教育機器人优化教育教学效果的理论与实践。
以机器人为主的教学活动是在具体实践的过程中逐步完成的，要在这个过程中充分发挥学生的主体作用，全面参与机器人教育，让学生提出机器人设计及实施方案，并互相讨论比较，并由学生负责参与制作和调试。指导老师应善于聆听学生的各种意见，鼓励他们的各种奇思妙想，调动他们的学习兴趣，独立完成自己分配到的任务并与队友合作完成总任务。
学生完成机器人竞赛的过程能有如下好处：
1.创新能力的培养。机器人教育以及机器人比赛是培养学生创新能力的有效途径，机器人教育或比赛通常是以小组的形式来开展并完成任务的，虽然要完成的任务是有限制的，但是如何完成这个任务却没有任何限制，譬如任务的分配、进度的规划都是不固定的，是开放性的。在这种没有过多束缚的开放性环境中，学生的想象力、创造力能被极大地调动，学生会为了完成自己的目标而积极主动地学习思考。
2.合作能力的培养。几乎任何一个现代产品、一个项目都不是一个人所能完成的，以小组的形式展开的机器人教育或比赛，必定是要强调合作精神的，往往组员之间的合作亲密程度决定了最终结果的好坏。而且学生之间的隔阂相对较小，学生之间敢于互相提问并合作解决，这极大地培养了学生的合作沟通能力。
3.逻辑思维的培养。为了完成一次机器人教育或比赛的目标，需要学生从三个方面着手。第一是对实际问题进行抽象分解，得出其基本共通点进行建模并搭建机器人雏形。学生在刚开始搭建机器人时，需要运用逻辑思维来进行分解、抽象、建模。整体组装机器人时，又需要学生运用动手能力，整个过程锻炼了学生的数学、物理等基础学科的知识，又锻炼了学生的机械设计和控制理论。最后，学生在对机器人进行调试时，需要系统、综合地考虑所有问题，反思哪里出了问题，为什么出问题，原因是什么，是机器人搭建结构的问题还是程序编写的问题，然后反复修改，反复调试，以达到最后能够机械化执行任务的目的。这一系列的过程涉及科学、技术、工程、数学等学科，因此机器人教育还是STEM教育的主要阵地。
对于大学生来讲，创新能力、合作能力、逻辑思维能力的培养是相辅相成的，机器人教育的过程也是大学生接受系统化工程训练的过程，精心设计的机器人比赛也将极大地提高同学们的工程实践能力。
机器人教育还是一种良性循环，已经参加过比赛的团队成员可以帮助下一届学生开发和设计机器人，分享学习和参赛经验，帮助他们解决更加复杂的问题，在此过程中，不同层次的学生都可以获得深刻的实践技能和知识。通常，高年级学生帮助新生要比老师帮助新生更有效，这是因为学生之间没有了心理上的障碍，新生敢提出各种“稀奇古怪”的问题，参赛学生之间有了更多的深入沟通和知识互补。项目合理分配与小组有效讨论对于建立能够解决复杂实际问题的研究小组有重要意义。同时，低年级学生的加入，也在一定程度上激发了其所在年级其他学生的参与热情，带动了他们向参赛队员标准靠拢的积极性。与此同时，带队老师也应该具有丰富的项目管理经验，合理分配任务并整合团队成员的成果，将完成的机器人项目与现代生产实际相结合，传授相关经验，并能保证学生能够提出自己的想法，开发创造力并培养动手能力。
三、我校学生参与Robocon成果
“第15届全国大学生机器人大赛ROBOCON”以“清洁能源”为主题，作为首次参加全国大学生机器人大赛Robocon的队伍，这只队伍从零基础开始，克服重重困难，设计制做了自己的参赛机器人，并经过不断改进与刻苦练习，顺利通过了中期考核，从120支参赛队中脱颖而出，获得了参赛资格，并在最终参赛的60支队伍中取得了第19名的好成绩。
“第16届全国大学生机器人大赛ROBOCON总决赛”于2017年6月10日-11日在山东邹城举行。君远学院机器人队就已经开始招兵买马准备第二次参赛。本届大赛主题为“舞盘雅乐”，灵感来自我国古代传统游戏“投壶”，每场比赛有两支队伍参战，通过机器人抛掷飞盘落在远台的准确度与速度来决定胜负。代表江南大学参赛的君远学院机器人队齐心协力，顽强拼搏，从来自全国184所高校的参赛队伍中脱颖而出，挺进全国16强，荣获本届大赛“二等奖”和“最佳组织奖”。
四、总结
要想进一步激发大学生的创造力，培养更多有创新意识、综合能力高的学生，在激发内在动机的同时，学校以及社会外部环境对学生创造动机的影响也要给予充分的重视。通过设计良好的竞赛制度，建立完善的创新教育体系，以及通过科技竞赛塑造大学生创造性人格等方法来进一步激发大学生在科技竞赛中的动机，会进一步促进我国对创新人才的开发与培养。
开展机器人比赛活动，能够有效激发学生参与技术创新、程序开发与项目研制的兴趣与爱好，为其今后的学习工作生涯奠定基础。培养学生创新能力，激励学生创新意识符合当代社会对素质化人才的要求，通过参与机器人比赛，学生还能培养团队协作能力，将所学知识用在实处，获得良好的体验和高度成就感。
参考文献：
[1]卢惠民，李迅，徐晓红，郑志强.合作学习教学模式在学科竞赛中的应用研究[J].高等教育研究学报，2013，36（3）：80-82.
[2]Mehmet Tekerek.A human robot interaction application for robotic education[J].Procedia-Social and Behavioral Sciences，2009，1（1）.
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