以賽促學

周海燕?朱銀龍

摘 要：為貫徹落實國務院發布的《新一代人工智能發展規劃》，引導高等學校加強相關專業和課程建設，加強科研和工程實踐的訓練，注重培養大學生的創新能力、理論知識應用能力、動手能力和協作精神，學院積極組織學生參加機器人競賽，通過比賽來提升學生對機器人課程的興趣，并將課堂所學的基礎知識和核心課程應用到機器人競賽實踐中，從而增強學生的創新思維，達到以賽促學的目的。

關鍵詞：機器人競賽;以賽促學

0 引言

在中國制造2025（工業4.0）的時代背景下，機器人在各個工業領域快速增長，我國也迎來了機器人的快速發展時期，各大高校也開出了很多機器人相關課程及機器人專業。[1]為契合國家對本科院校培養應用型、技術技能型和創新型人才的目標要求，南京林業大學機械電子工程學院積極組織和指導學生來選拔和培養學生代表學校參加省級、國家級大學生機器人比賽，鍛煉學生的動手能力、科技創新能力和培養實踐精神。[2，3]眾所周知，機器人是一種典型的多學科交叉的機電產品，所涉及的專業知識比較多，[4]需要學生具備多種專業知識和技能，課程難度較大，課程學習偏理論較枯燥，我們采用以賽促學的方式，以達到較好的教學效果。

1 興趣引導

興趣是最好的老師，興趣不僅能激發人的好奇心和求知欲，還可激發人的創造熱情。為此，在每年的新生開學季，機器人協會在招新的時候都會做機器人展示，吸引有興趣的新生加入機器人協會，將機器人協會打造成培養機器人人才的搖籃。在機器人協會里，每個學生都能根據自身水平，探索和學習不同的機器人，整個協會充滿濃厚的學習氛圍。自然，每年的省級或國際級機器人比賽的參賽選手更多的是來自機器人協會，這樣就很好地形成了以賽促學、以學促賽的模式。

2 基礎知識培養和核心課程的構建

利用興趣吸引學生參加機器人協會是第一步，如何利用好大家并提高學生的專業技能是我們需要關注的事情。作為學院機器人協會的指導教師，每個學期給協會學生舉辦兩次講座，介紹機器人的機械結構、工作原理和控制方法，將復雜的專業知識簡單化，煩瑣的專業技能系統化。例如，讓學生就一個典型的機器人展開討論：首先是機械結構的設計，不同的比賽環境和作業地形需要什么樣的機器人底盤？手抓的自由度能否滿足要求？機器人運動需要什么樣的電機和減速器？其次，在確立了機械結構的基礎上，根據機器人的工作需要選用適當的控制器、傳感器、電源等，設計硬件電路;最后，如何利用軟件編程將自己的控制算法寫入控制器，驅動機器人完成特定的動作。這幾個步驟都涉及不同的專業課程，如機械結構涉及機械原理、機械零件設計、理論力學等課程;硬件電路的設計包括模電、數電、單片機、微機接口電路、傳感器與檢測技術等課程;軟件編程則涉及c、c++語言的應用。

利用一個機器人將大學階段所學的主要專業基礎課和專業課串起來，并將書本知識和具體的動手實踐聯系起來。這樣對不同年級的學生起到不同的作用，讓低年級同學了解將來要學習的每門課程的作用，帶著問題去聽課。高年級學生則可以更好地將老師在課堂上教授的專業知識用到具體的實踐中，做到理論和實踐相結合，更好地強化學習效果。

3 創新思維訓練和隊伍建設

機器人實踐活動可以培養學生的思維能力，挖掘學生的潛能，提升學生的思想深度，從而自主合理地處理各種問題。我們的做法是利用項目式教學引導學生進行發散思維、并行思維。通過這種方式可以使學生所學的理論和具體的實踐結合起來，更好地驗證所學習的理論知識，同時通過“項目式”教學增強學生的工程意識，以及分析問題、解決問題的能力。解決同一個問題，有多種方法。例如，針對機器人運動過程中的避障，每個學生可能提出使用不同的傳感器。讓大家進一步思考，每一種傳感器的工作特點和使用范圍是什么樣的，用在這個機器人上效果如何。

在實際操作的時候，還利用分組競賽的方式來激勵學生。針對具體的機器人工作要求，將學生分組，每一組設計的機器人最后放到一起來進行小組競賽，看哪一組的效果好。大家再一起討論，進一步改進。

人的因素是第一因素，擁有一支能吃苦、樂奉獻、能力強的教師隊伍是團隊持續發展的源泉，擁有一支有熱情、肯鉆研、講團結的學生隊伍是團隊興旺活躍的動力。在指導老師方面，利用機電院多個專業的骨干教師組成機器人比賽指導教師。在學生隊伍建設上，以機器人協會和電子愛好者協會為依托，形成了以老師為指導、大三大四為主力、大一大二作為梯隊培養的組織構架。

4 結語

通過競賽可以激發學生的學習熱情，大賽是學生們一個非常好的鍛煉自己、把理論化為實踐的機會。有的項目以前從未接觸過，一開始有些丈二和尚摸不著頭腦，于是就在課余查找資料，還經常開會討論方案。通過比賽還可以發現理論教學中存在的問題，在機器人的設計過程中，學生們經常向指導教師提各種各樣的問題。可以發現，學生將理論轉化為實際的能力還是有所欠缺，設計時有許多考慮不足的地方。主要原因在于實踐機會不多，學到的書本上的知識沒有扎實的鞏固。通過比賽，可以增強大家的創新能力、動手能力。在設計基本完成之后，開始搭建機器人。有時套件不能滿足我們的需求，我們就親手加工、修配零件、焊接電路、編寫程序。通過比賽，制作機器人的過程其實是一個不斷發現問題、解決問題的過程。大家集思廣益，發揮各自的長處和優勢。作為學生，學習是最重要的職責，但科技競賽能很好地鍛煉他們的綜合素質和動手能力，從而也能很好地促進學生學習。

參考文獻：

[1] 趙越.工業機器人專業教學中培養學生實踐能力的重要性[J].中外企業家，2019（24）：200-201.

[2] 胡發煥，劉祚時，朱花.以機器人大賽為契機探索大學生創新能力培養模式[J].中國電力教育，2013（28）：53-54+56.

[3] 張莉，王江華.以機器人競賽為平臺? 提高大學生創新實踐能力[J].科技風，2019（26）：32+35.

[4] 胡冠山，潘為剛.以科技競賽為驅動的大學生創新實踐能力建設研究[J].教育現代化，2018，5（49）：54-56+77.

作者簡介：周海燕（1988—），女，浙江溫州人，碩士研究生，實驗師。

朱銀龍（1981—），男，江蘇東海人，博士，副教授。