大學生機器人競賽與日常教學相結合的研究

丁旭東 徐志偉 姜燕

摘 ? 要：文章針對大學生機器人競賽的現狀，對目前競賽培訓教學中存在的問題進行分析，從多個方面開展機器人競賽的教學探索，有效促進了機器人競賽的培訓質量，提高了學生的競技能力，有助于培養應用型人才的創新能力。

關鍵詞：機器人競賽;教學;大學生;教學方法

大學生機器人競賽既有理論編程又有實際動手操作，對于學生動手能力、創新能力和理論聯系實際能力具有極大的促進作用。南京郵電大學通達學院一直非常重視學生的動手實踐能力的培養，積極鼓勵學生參加各項學科競賽，近兩年，南京郵電大學通達學院獨立組隊參加大學生機器人競賽，獲得了較好的成績，學生的參賽熱情和學習積極性持續高漲[1-2]。

但目前機器人競賽與日常教學之間仍缺乏有效的銜接，僅靠學生在課后自學，缺乏系統性的培訓，學生無法系統地將競賽知識加以運用。日常訓練中對于學生實際動手能力的培養僅僅局限在課本和教學計劃的范圍內，學生往往是以完成作業為目的進行學習，不能有效調動學生的自主性和積極性。故本文針對機器人競賽與日常教學相結合的問題進行分析研究，嘗試探索一條系統有效的競賽教學結合方案，提高學生的動手能力、分析和解決問題的能力，更好地促進學生的全面發展。

1 ? ?機器人競賽培訓存在的問題

1.1 ?競賽培訓系統性不足

南京郵電大學通達學院對于大學生機器人競賽由教務處和教學保障處兩個部門管理，管理交叉和不明確導致老師很難流暢地開展機器人競賽培養的工作，對于學生的競賽能力發展與提高都有影響。另外，針對機器人比賽的培養過程，采取臨時抱佛腳的應對辦法，平時難以采用集中培訓的方法，導致競賽培訓對于機器人的結構、控制和編程等方面的知識不夠系統，學習多是采用點滴式的學習，容易遺忘，培訓的效果大打折扣[3-4]。

1.2 ?專業知識要求較高

現行的專業課程以傳播知識為主，課程內容與現實應用中的實際問題有一定距離，機器人比賽要求掌握相關的專業技術實踐知識，例如機器人的原理、構成、控制方式、深入的編程知識和數學建模理論，這是一般本科課程難以教授的，需要學生進行機器人比賽實踐，學生在備賽的過程中，可以充分利用所學專業知識，探索機器人的控制方法，激發學生不斷摸索、勇于創新的精神[5]。

1.3 ?師資培訓力量不足

由于沒有開設機器人相關專業，導致南京郵電大學通達學院沒有專職的機器人指導教師，機器人指導老師由自動化實驗中心管理人員兼任，基礎理論和專業知識較為薄弱。有的老師雖然能夠在競賽時帶隊指導，但其主要精力還是放在個人課業教學或行政管理事務。目前南京郵電大學通達學院機器人競賽指導老師無論從數量還是專業素質上都和想參賽學生的數量達不到合理的配備標準，限制了學生和指導老師交流學習的機會，對學生參賽能力的提高有所影響。

2 ? ?改革舉措

2.1 ?開設機器人選修課程

針對學校目前沒有相關機器人課程的現狀，以機器人競賽為依托建立了相應的實驗教學課程，對全校學生開放，進行機器人比賽前期知識的教學工作，可以有效開展機器人競賽的宣傳和選拔工作，是培訓學生機器人基本技能的重要載體。每個機器人競賽項目均可作為機器人課程的教學內容，同時機器人比賽側重于實踐，教學過程中要更加注重理論知識的應用。可以先將講授相關教材的理論知識，由學生自己動手完成相關程序任務。學生通過這個過程來加深應用所學的理論知識，逐漸掌握機器人的基本知識、各個子程序的編制、機器人的控制方式等[6]。

2.2 ?項目分類培訓

目前南京郵電大學通達學院機器人項目有人臉和物體識別、高爾夫球、3D足球仿真、救援仿真等比賽項目，每個機器人比賽項目的競賽內容區別較大，很難采用統一的教學與訓練，而采用項目式教學可以很好地解決這一難題，在教學工程中根據項目的特色導入相應機器人項目知識，結合結構知識、編程語言、微處理技術、傳感器理論等知識，把各個比賽項目的知識分解為子項目融入日常教學和訓練中[7-8]。

2.3 ?改變傳統的教學方法

教學過程中，教師要分析往年的比賽情況，結合當年的競賽要求，分析下一步機器人項目的提升目標和優化內容，最終以此作為規劃和導向教學[9]。首先，改變傳統的課堂教學方式，機器人培訓老師可以先開展理論教學，導入當天的教學任務和最終需要實現的功能，提示實現此功能所需學習和掌握的知識和技能。其次，分解功能并將學生分為若干組，每組布置功能目標和實現時長，讓每組開展學習并討論如何實現。在此過程中，教師充當指導者的角色，當學生遇到疑問時，給予必要的指導。最后，在項目實施工程中，要對每個學生都有明確的要求，要讓每個競賽參與者制定詳細的學習和實施計劃，根據競賽的目標收集相關資料進行競賽準備[10-11]。

2.4 ?開展社團學習

機器人競賽的宗旨是培養學生的創新精神、實踐能力和相關理論的應用能力，組建以學科競賽為目的的學習型學生社團是發展機器人競賽活動非常有效的載體。而人才又是機器人社團的核心，應及早進行隊員的選拔，在大學一年級第二學期開始選拔參賽隊員，從學生的現有課程知、機器人的相關理論知識、動手能力、合作精神、興趣愛好等方面全方位考察學生。制定合理的選拔制度，提前安排選拔工作，這樣更加有利于參賽隊員的培訓和篩選，新隊員的進入要經過初選、復選兩個過程。初選時，通過自主報名的方式選入，然后由老師、社團主要負責學生組成面試組，通過學生的簡歷、相關的理論知識、實際操作等方面來確定合適隊員。新隊員進入后，社團會不定期組織相關培訓，安排相關的課程任務進行定期考核，不斷提高社員的學習能力、操作水平以及團隊合作精神[12]。

2.5 ?增強指導教師隊伍

一個好的機器人團隊需要一支專業素質過硬的指導教師隊伍。針對目前南京郵電大學通達學院指導教師缺乏及專業理論知識欠缺的現狀，擬采取以下措施，逐漸形成一支專業的指導教師隊伍。

（1）從南京郵電大學通達學院現有的專業教師和實驗教師中選拔部分感興趣的教師進行培訓。培訓由南京郵電大學通達學院共建單位南京郵電大學自動化學院負責。南京郵電大學自動化學院Apollo機器人團隊和派寶服務機器人團隊有著豐富的機器人競賽經驗，多年來在國際、國內各項賽事中獲得多項榮譽。南京郵電大學通達學院教師可以在他們的培訓指導下不斷增強機器人專業理論知識和實踐操作能力。

（2）指導教師隊伍要不斷增強責任感。既然通過選拔進入了南京郵電大學通達學院機器人競賽團隊，那么就要從思想上重視起來，一方面加強自身能力的培養，另一方面要對自己負責的競賽項目以及參加競賽的學生負責。一支高素質、責任心強的指導教師隊伍才能夠帶出一支競賽能力突出的學生隊伍。

（3）指導教師隊伍要堅持創新，不能一直死守著某一項或某幾項機器人競賽項目不變，要做到聯系南京郵電大學通達學院實際情況，主動與科技前沿的發展接軌，不斷開發新的參賽項目，提高競賽指導教師隊伍的科研創新能力和競賽指導水平[13-14]。

3 ? ?結語

總之，全國大學生機器人競賽是一項提高學生應用能力的科技活動，符合培養應用型人才的目標，本文結合南京郵電大學通達學院生源的特殊性和應用型人才培養模式的特殊性，立足于學生的群體特征與應用型人才的培養方案，探討了大學生機器人競賽與實驗教學的結合研究工作，促進了大學生機器人競賽的開展，提高學生的創新意識、動手能力和團隊精神。

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