機器人足球競賽在大學生創新教學中的初探

王 凡， 范慶春， 劉路路

（合肥師范學院 計算機科學與技術系，安徽 合肥 230601）

0 引言

隨著高等教育的發展及教育體制改革的逐步深入，創新教育越來越受到高等教育的重視，《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020年）》明確提出建設創新型國家的重大戰略目標，并強調要“深化教育改革，加快教育發展，推進素質教育和創新教育，為建設創新型國家培養結構合理、素質優良的各級各類人才。”高校科技創新平臺是國家創新體系建設中的重要組成部分，也是高校提高科技自主創新能力，落實“人才強國”和“人才強校”戰略的重要措施［1］。

在我國高校普遍重視校舍建設、師資隊伍建設、學科建設的同時，作為培養應用型創新人才重要手段的實踐教學改革創新卻相對滯后，已成為提高我國高等教育質量的一個軟肋。高校科技創新平臺是為了將學科建設、人才建設與科技發展統一起來，實現人才和資源的充分共享，繼而形成一種新的、交叉的、重要的科研組織運行模式。創新教學是培養學生自主學習能力，動手實踐能力、科學研究能力的重要手段。因此，創新教育對高等專業人才的培養是至關重要的。作者近年來一直在本校從事一線教學和科研工作，多次指導學生參加機器人相關各級科技創新競賽，現結合多年教學和科研經驗，對本科生的創新教育做一探討。

1 機器人足球

機器人足球的最初想法，首先是由加拿大不列顛哥倫比亞大學的Alan Mackworth教授在1993年出版的計算機視覺——理論、方法與應用文集中提出［2］，最終目標是經過五十年左右的研究，使機器人足球隊能戰勝人類足球冠軍隊。機器人足球比賽，顧名思義，就是訓練和制造機器人進行足球比賽，就是通過體育競技的形式來提高人工智能領域、機器人領域的研究水平。由于它是以競賽的形式開展，因此引起了越來越多的學者特別是廣大青年學生的興趣［3］。

作者指導的合肥師范學院機器人代表隊參加了2009－2011年的中國機器人大賽暨RoboCup公開賽，均取得較好成績，最高曾獲國家級一等獎。本文結合近年來實際工作經驗，對機器人競賽對大學生創新素質培養的影響進行探討。

2 機器人足球競賽促進教學改革

近年來，為了發揮機器人足球競賽在本科教學中的促進作用，我們不斷探索以實踐能力和創新能力培養為目標的新型本科人才培養模式，并致力于構建以機器人創新競賽為平臺的大學生創新素質教學培養模式。我們結合學校“應用型”人才培養的辦學定位，以“知識傳授和能力培養協調發展、實驗教學與理論教學統籌兼顧”為原則，堅持“以培養學生實踐能力和創新精神為目標，以高水平學科平臺為依托，夯實基礎，強化綜合，倡導創新”的教學理念，形成了較為科學的培養體系——創新精神與實踐能力培養相結合，切實提高計算機系本科生的創新素質。

2.1 理論教學模式的改革

我們在教學過程中采取“案例啟發式”和“團隊法”兩種形式相結合的課堂教學模式。在相關課程學習時，將競賽中的實際案例貫穿課堂教學始終，在課堂教學中將基礎理論知識講解完畢后，繼續對競賽案例相關內容進行講解，整個課程下來給學生完整的競賽項目開發的印象。同時，課堂教學之余，組織學生以競賽小組為單位，開展組內例會活動，對所學的知識進行討論，不斷進行階段性學習總結，并制定后繼學習計劃。通過理論教學模式的改革，提高了學生的學習興趣，培養了學生自主學習、主動學習的意識，培養了學生的團隊精神，增強了學生的團隊協作能力。

2.2 實踐教學模式的改革

我們在教學過程中積極嘗試“項目驅動”教學法。在應用型人才的創新能力培養過程中，“項目驅動”教學法極大的調動了學生的積極性和創造性，使學生明確理論應用于實踐的學習目的，從而學習過程由被動變為主動，由后臺走向前臺。學生在學習了理論知識以后，如何能夠在實踐中掌握并使用所學到的開發方法和技能，是一個值得關注的問題。結合各競賽項目，將課程實踐從單純的“驗證性實驗”轉為“驗證性與開發研究性實驗”相并重的教學方式，合理設置實驗教學內容，增設創新設計性實驗，完善實驗教材，打造一個開放式的專業實踐場所。將參加科技競賽活動、產學研項目作為提高學生能力的一個重要載體，以參加各項國家級省級大賽作為創新成果檢驗平臺，培養學生的創新能力、科學思維能力和綜合分析能力。

2.3 結合競賽設置各類開放性、設計性實驗

我們根據不同競賽活動的特點，有針對性地進行開放性實驗教學，在實驗中有意識地加大綜合性、設計性實驗內容，給大學生參加各類創新競賽創造了良好的實驗環境，學生的學習態度從被動學習轉變為主動學習。通過設置和開展具體的針對性的實驗，大大提高了學生的創新意識和動手能力，同時，此類實驗的開放性給與了學生高度的自主性，充分調動了學生學習的主觀能動性。

3 機器人足球競賽促進大學生創新素質培養

3.1 培養學生創新意識和創新能力

當前大學生思維敏捷，想象力豐富，且隨著學習的深入，其知識和經驗的不斷積累，他們的創新動機和創新意識逐漸增強，期待在學習中產生新思維、新理念、新方法。但是，由于知識面窄、視野不夠開闊、經驗缺乏、思維單一等原因，他們在學習中難免會出現閉門造車走彎路的現象。所以，在重視加強知識學習的同時，更應該注重培養學生的創新意識和創新能力。通過機器人足球競賽的平臺，充分的發揮了學生學習的主動自覺性，也更好的對他們日益成長的創新思維進行了有效的引導，極大的發揮了個人創造力，培養了學生的設計能力和綜合應用能力。

3.2 培養學生的團體意識和團隊協作能力

團體意識和團隊協作能力是當代計算機專業畢業生必備的就業素養，是走上工作崗位和步入社會應具備的基本素質［5］。機器人足球競賽項目的體系相對較大，其設計、開發、測試等環節均需要多人協同配合完成，通過長期的優化磨合，團隊的創造力遠遠強于個人的單兵作戰。我們通過老隊員協助新隊員、定期的技術交流例會、小組內部討論等方式，進行團隊建設，由于不同隊員的思維方式、解決問題的方法都不盡相同，所以良好的團隊協作促進了隊員之間相互學習、相互尊重。

3.3 培養學生的創新科研能力

創新素質培養離不開科研能力的培養，機器人足球競賽是多種新技術新成果綜合的應用，是一個很好的結合了創新教育和前沿研究的平臺。我們在建設教學創新實踐平臺的同時，以各類機器人足球競賽項目為基礎，將學科的前沿理論和最新成果運用到創新教學中，通過教師指導的方式，讓學生參與到科研過程中來。通過機器人足球競賽平臺，使學生改變了學習觀念、拓寬了專業視野、增強了創新意識、激勵了創新思維，更為學生開展科研活動奠定了良好的基礎。

4 應用情況

經過幾年的實踐，我們以大學生機器人足球競賽為平臺，嘗試進行教學改革并開展各類創新素質培養活動，取得良好效果。我們設置的各類開放性、設計性實驗項目共有15項獲得了合肥師范學院開放實驗資助項目立項，其中獲得重點立項7項。已有4名本科生在教師指導下成功申報了三項2011－2012學年合肥師范學院大學生學術科技創新基金項目，并順利結題。近兩年來，我們積極培養本科生的創新能力和綜合素質并參加了一系列比賽，共獲得國家級獎項25項，其中一等獎6項，二等獎13項，三等獎5項。

5 總結

通過我校的近幾年的實踐，說明了在大學生創新素質培養中，機器人足球競賽是一個良好實踐平臺。所以，在應用型本科院校中開展機器人足球競賽，可以調動大學生的積極性和創造性，培養學生的創新意識、創新思維和創新精神，可以促進本科教學模式改革，為創新教育的全面開展提供了良好的平臺。

［1］張安富.高教強國視閾下我國高等教育質量與水平前瞻［J］.清華大學教育研究，2011，32（1）：33－39.

［2］A.Mackworth.On Seeing Robots［C］.In Computer Vision：Systems，Theory，and Applications.Singapore：World Scientic Press，1992：1－13.

［3］洪炳熔.機器人足球比賽－發展人工智能的里程碑［J］.電子世界，2004，（4）：4－5.

［4］徐建斌，徐濤.以教學水平評估為契機，推進實驗室建設［J］.實驗室研究與探索，2008，27（2）：144－145.

［5］張潤梅，龔劍.基于機器人足球的大學生創新素質培養的探索與實踐［J］.計算機教育，2009，（2）：22－23，29.