基于機器人科技創新活動的學生綜合能力培養

劉崢 初俊博 韓特 王勇申 郝政 孫恒震

摘要：鼓勵學生自主學習，激發學生的自主能動力，從而提高學生的創新能力，提升學生的綜合素質和能力，是教育發展前進的未來方向，本文以一次課題創新活動為例，分析了課題創新活動對學生學習產生的影響，簡要綜述了此類活動如何充分提高學生綜合素質，并提出了一些創新課題活動面臨的現有問題和對未來發展方向的看法。

關鍵詞：綜合能力；創新能力；課題創新活動；仿水雷智能小車；促進學習；培養興趣；啟發思維

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）30-0236-02

一、概述

步入21世紀以來，隨著計算機技術的發展和科技的進步，社會對人才的期望越來越高，傳統的單一型學科人才開始越來越滿足不了社會發展的需要，如何加強學生綜合素質的培養和綜合能力，如何培養創新型復合型人才，是所有教育機構將要面臨的新問題。

二、課題創新活動與機器人技術

智能機器人技術是新世紀以來最熱門的技術之一，自第一臺工業機器人誕生以來，機器人的發展已遍及機械、電子、冶金、交通、宇航、國防等領域。近年來機器人的智能化水平不斷提高，并且迅速地改變著人們的生活方式。隨著計算機、微電子、信息技術的飛快發展，智能機器人技術也在快速進步，在海洋開發、宇宙探測、工農業生產、社會服務、娛樂領域、軍事領域等各個領域得到了廣泛的應用，并且收到了良好的效果。

課題創新活動是當下比較常見的教學活動之一。活動一般由教師發起并確立課題，學生自由組隊，以小組形式討論并完成課題。該活動能很好地調動學生的學習熱情，增強學習動力，加深學生對課堂知識的理解。但是，以往的課題創新往往以編程、上機實驗和仿真模擬為主，學生只能通過電腦軟件仿真完成課題，而無法自己動手制作出成果，缺少了將知識變成實踐這一重要過程。而若將課題創新活動與機器人設計結合起來，由于機器人技術課題新、難度大、學科綜合程度高、制作較復雜等特點，能夠很好地鍛煉學生的動手能力，提高學生綜合能力。

三、仿水雷小車的課題創新設計

進入21世紀以來，計算機科學飛速發展，智能技術日臻完善，從原來的遙不可及，到現在的遍及身邊每一個角落，可以說，智能技術的發展進入了一個全新的時代。如今，智能技術在民用、軍事、航空航天、科學研究等方面已獲得了廣泛的應用，作為各類科研的基礎模型，智能小車具有很大的研究空間，適合多領域的研究和開發。以基于51單片機的智能小車課題創新設計為例。智能小車作為現代的新發明，具有很高的研究價值。智能小車一般分為三部分——傳感器部分，控制器部分，執行部分，根據不同的設計要求，能夠進行功能的拓展，使其具有自動循跡、尋光、避障等功能，它可以按照預先設定的功能運作，不需要人為的控制，可用于科學勘探等等的用途，也可以作為一個模型，用來研究其他課題。

而隨著智能技術的發展，關于智能小車的研究越來越受人關注。全國大賽和省內電子大賽幾乎都有智能小車這方面的題目，全國高校也都很重視該題目的研究。可見其研究意義很大。本次課題創新以仿水雷小車為題目，在小車上加裝紅外、碰撞、循跡傳感器以及CMOS攝像頭等多種傳感器，在單片機的管理和相關程序的控制下，能完成自動循跡及在復雜地形的迷宮中尋找目標、跟蹤目標及打擊目標的功能。在設計過程中，利用C#編程，完成仿水雷智能車上位機的設計。通過藍牙串口連接，實現上位機（PC）與下位機（智能車）之間的通信，實時監測智能車運動情況及對智能車情況做出判斷以便及時做出處理[1-4]。

四、課題創新活動提高學生綜合能力

本次設計依據現代水雷的特點和表象特征，構建一個以智能小車為載體的仿水雷智能小車系統，主要實現了智能小車探測目標、識別目標、實時測量、避障等功能。在此過程中可以加深學生對單片機和控制理論的理解和認識，拓展和啟發學生的思維，培養學生的創新能力和動手能力，提高學生的合作能力和進取精神，從而為日后的學習和工作打下了堅實的基礎。

創新能力是在智力發展的基礎上形成的一種綜合能力，它是人的能力的重要組成部分，隨著社會的發展，對人的創新能力要求越來越高，它已成為21世紀人才必備的素質之一。黨的十八屆五中全會提出“五大發展理念”，排在首位的就是“創新發展”，開展創新教育，培養和提高學生的創新能力，已成為當下教育的主題和未來教育的發展趨勢。傳統課堂教育的“主角”往往是教師，多采用“填鴨式”教學。而以教師為主導的教學，學生學習處于被動狀態，注意力被紀律強迫到這個課堂中，學習積極性得不到調動，學生自身的思考和理解被弱化，更不強調質疑和創新，壓抑了學生的創造力和對于知識的應用能力。課題創新活動使學生化被動為主動，讓學生成為教學活動的“主角”，親身參與到知識的實踐過程中去，充分發揮學生的自主性和想象力。知識是從現實世界中抽象出來的，它源于實踐，又用于實踐，學生在課題創新活動中將抽象的知識用于現實的實踐，親身經歷了知識的發生和發展過程，同時結合自身的思維，完成課題，能很好地激發學生的自主性，提高學生的創新能力。

仿水雷智能小車是一個運用單片機、傳感信息、通信、導航、人工智能及自動控制等技術來實現環境感知、自動行駛為一體的高新技術綜合體。智能技術在軍事、農業、科學研究等方面已獲得了應用，作為各類科研的基礎模型，智能小車具有很大的研究空間，適合多領域的研究和開發。此次課題涉及單片機、控制原理、傳感技術、電子、機械、模式識別等多個學科，不僅使學生更深層次地消化理解已學到的知識，更使學生學到了在課堂上沒學到的知識，掌握了研究設計的一般步驟和方法，開闊了學生的視野，增長了學生的見識，不僅加深了學生在課堂上學到的知識，更將理論知識轉化為實際運用，培養了學生的動手能力。

此次課題活動，由五名高校學生與一名指導老師共同完成，在此過程中雖然遇到了種種困難，但是在學生自身的努力以及指導老師的認真引導下，終于完成了此次課題。在此次活動中，學生的合作能力和進取精神得到了非常大的鍛煉。本次課題是本科期間學生第一次參與的科技創新活動，在此次活動中，學生們從無到有，從開始的茫然不知所措，到在指導老師的引導下討論研究，逐步制定計劃，修改方案，實施方案，驗證與改善，一直到最后的達到設計要求，完成課題，可以說是收益良多。全過程當中，正是因為五名成員通力協作，團結一致，積極配合，分工明確，才能完成此次設計任務。培養了學生在團體活動中，積極參與的能力、有效討論的能力、尊敬他人的能力、客觀評價的能力和提出多樣化觀點的能力。團隊協作能力在科技高速發展的今天顯得極為重要，所有的大型科研項目、軍事活動都不可能由一個人獨立完成，所以要求今天的人才必須具備與他人合作的能力。此次活動當中，五名成員共同努力，相互交流，統一協調，共同完成了設計目標，這對其以后的學習和工作有著積極且深遠的影響。

現如今，智能技術飛速發展，從軍事、民用到其他各行各業均有應用。學習和制作智能小車不僅能激發高校大學生的學習興趣，促進學習，更能全面培養學生動手能力和創造能力，同時也可以普及智能機器人的相關知識，使這項研究為更多人所了解。可以說，智能機器人技術從某種程度上反映了一個國家綜合技術的高低，而智能小車作為最簡單的一種智能機器人，對其系統的研究將有力推動智能機器人技術的發展，為智能技術收集更多創意。

此次設計主要實現了智能小車探測目標、識別目標、實時測量、避障等功能，將機器人技術與課題創新活動有機結合在一起，很好地加深了學生對課堂知識的理解，提高了學生的創新能力，培養了學生的動手能力，不僅能促進學生的專業學習，還為其以后參加工作起到一個良好的開頭和啟蒙作用。多組織類似的課題創新設計活動，能使學生培養對科學研究的興趣，收獲更多的知識，養成更強的能力。

五、未來的方向和面臨的問題

創新課題活動作為一種能夠多方面全方位提高學生綜合能力的教學活動，以后必將成為高校教育中不可或缺的重要部分，成為未來教育的發展趨勢。但是，此類活動仍面臨一些難題：如教學資源不足；可供實驗課題種類太少；創新課題活動一般難度大，周期長，與專業課程學習沖突等等。雖然如此，但我相信隨著高等教育事業的發展，教學改革的逐步進行，課題創新活動將有更廣闊的空間，受到更多的關注。

六、結語

仿水雷小車課題創新活動結束后，學生反映自身能夠受到很大的鍛煉，收獲豐富的知識，也收獲真摯的友情，希望以后多參與此類活動。

課題創新活動可以將課上聽到的知識，讓學生動手實現，更能使學生學到可上學不到的知識，提高學生創新能力，增強學生動手能力，培養學生的團隊意識，增強團隊協作能力，多方面有效提升學生的綜合素質和能力，顯著提高教學效率。

參考文獻：

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