基于机器人科技创新活动的学生综合能力培养

刘峥 初俊博 韩特 王勇申 郝政 孙恒震

摘要：鼓励学生自主学习，激发学生的自主能动力，从而提高学生的创新能力，提升学生的综合素质和能力，是教育发展前进的未来方向，本文以一次课题创新活动为例，分析了课题创新活动对学生学习产生的影响，简要综述了此类活动如何充分提高学生综合素质，并提出了一些创新课题活动面临的现有问题和对未来发展方向的看法。

关键词：综合能力；创新能力；课题创新活动；仿水雷智能小车；促进学习；培养兴趣；启发思维

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）30-0236-02

一、概述

步入21世纪以来，随着计算机技术的发展和科技的进步，社会对人才的期望越来越高，传统的单一型学科人才开始越来越满足不了社会发展的需要，如何加强学生综合素质的培养和综合能力，如何培养创新型复合型人才，是所有教育机构将要面临的新问题。

二、课题创新活动与机器人技术

智能机器人技术是新世纪以来最热门的技术之一，自第一台工业机器人诞生以来，机器人的发展已遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。近年来机器人的智能化水平不断提高，并且迅速地改变着人们的生活方式。随着计算机、微电子、信息技术的飞快发展，智能机器人技术也在快速进步，在海洋开发、宇宙探测、工农业生产、社会服务、娱乐领域、军事领域等各个领域得到了广泛的应用，并且收到了良好的效果。

课题创新活动是当下比较常见的教学活动之一。活动一般由教师发起并确立课题，学生自由组队，以小组形式讨论并完成课题。该活动能很好地调动学生的学习热情，增强学习动力，加深学生对课堂知识的理解。但是，以往的课题创新往往以编程、上机实验和仿真模拟为主，学生只能通过电脑软件仿真完成课题，而无法自己动手制作出成果，缺少了将知识变成实践这一重要过程。而若将课题创新活动与机器人设计结合起来，由于机器人技术课题新、难度大、学科综合程度高、制作较复杂等特点，能够很好地锻炼学生的动手能力，提高学生综合能力。

三、仿水雷小车的课题创新设计

进入21世纪以来，计算机科学飞速发展，智能技术日臻完善，从原来的遥不可及，到现在的遍及身边每一个角落，可以说，智能技术的发展进入了一个全新的时代。如今，智能技术在民用、军事、航空航天、科学研究等方面已获得了广泛的应用，作为各类科研的基础模型，智能小车具有很大的研究空间，适合多领域的研究和开发。以基于51单片机的智能小车课题创新设计为例。智能小车作为现代的新发明，具有很高的研究价值。智能小车一般分为三部分——传感器部分，控制器部分，执行部分，根据不同的设计要求，能够进行功能的拓展，使其具有自动循迹、寻光、避障等功能，它可以按照预先设定的功能运作，不需要人为的控制，可用于科学勘探等等的用途，也可以作为一个模型，用来研究其他课题。

而随着智能技术的发展，关于智能小车的研究越来越受人关注。全国大赛和省内电子大赛几乎都有智能小车这方面的题目，全国高校也都很重视该题目的研究。可见其研究意义很大。本次课题创新以仿水雷小车为题目，在小车上加装红外、碰撞、循迹传感器以及CMOS摄像头等多种传感器，在单片机的管理和相关程序的控制下，能完成自动循迹及在复杂地形的迷宫中寻找目标、跟踪目标及打击目标的功能。在设计过程中，利用C#编程，完成仿水雷智能车上位机的设计。通过蓝牙串口连接，实现上位机（PC）与下位机（智能车）之间的通信，实时监测智能车运动情况及对智能车情况做出判断以便及时做出处理[1-4]。

四、课题创新活动提高学生综合能力

本次设计依据现代水雷的特点和表象特征，构建一个以智能小车为载体的仿水雷智能小车系统，主要实现了智能小车探测目标、识别目标、实时测量、避障等功能。在此过程中可以加深学生对单片机和控制理论的理解和认识，拓展和启发学生的思维，培养学生的创新能力和动手能力，提高学生的合作能力和进取精神，从而为日后的学习和工作打下了坚实的基础。

创新能力是在智力发展的基础上形成的一种综合能力，它是人的能力的重要组成部分，随着社会的发展，对人的创新能力要求越来越高，它已成为21世纪人才必备的素质之一。党的十八届五中全会提出“五大发展理念”，排在首位的就是“创新发展”，开展创新教育，培养和提高学生的创新能力，已成为当下教育的主题和未来教育的发展趋势。传统课堂教育的“主角”往往是教师，多采用“填鸭式”教学。而以教师为主导的教学，学生学习处于被动状态，注意力被纪律强迫到这个课堂中，学习积极性得不到调动，学生自身的思考和理解被弱化，更不强调质疑和创新，压抑了学生的创造力和对于知识的应用能力。课题创新活动使学生化被动为主动，让学生成为教学活动的“主角”，亲身参与到知识的实践过程中去，充分发挥学生的自主性和想象力。知识是从现实世界中抽象出来的，它源于实践，又用于实践，学生在课题创新活动中将抽象的知识用于现实的实践，亲身经历了知识的发生和发展过程，同时结合自身的思维，完成课题，能很好地激发学生的自主性，提高学生的创新能力。

仿水雷智能小车是一个运用单片机、传感信息、通信、导航、人工智能及自动控制等技术来实现环境感知、自动行驶为一体的高新技术综合体。智能技术在军事、农业、科学研究等方面已获得了应用，作为各类科研的基础模型，智能小车具有很大的研究空间，适合多领域的研究和开发。此次课题涉及单片机、控制原理、传感技术、电子、机械、模式识别等多个学科，不仅使学生更深层次地消化理解已学到的知识，更使学生学到了在课堂上没学到的知识，掌握了研究设计的一般步骤和方法，开阔了学生的视野，增长了学生的见识，不仅加深了学生在课堂上学到的知识，更将理论知识转化为实际运用，培养了学生的动手能力。

此次课题活动，由五名高校学生与一名指导老师共同完成，在此过程中虽然遇到了种种困难，但是在学生自身的努力以及指导老师的认真引导下，终于完成了此次课题。在此次活动中，学生的合作能力和进取精神得到了非常大的锻炼。本次课题是本科期间学生第一次参与的科技创新活动，在此次活动中，学生们从无到有，从开始的茫然不知所措，到在指导老师的引导下讨论研究，逐步制定计划，修改方案，实施方案，验证与改善，一直到最后的达到设计要求，完成课题，可以说是收益良多。全过程当中，正是因为五名成员通力协作，团结一致，积极配合，分工明确，才能完成此次设计任务。培养了学生在团体活动中，积极参与的能力、有效讨论的能力、尊敬他人的能力、客观评价的能力和提出多样化观点的能力。团队协作能力在科技高速发展的今天显得极为重要，所有的大型科研项目、军事活动都不可能由一个人独立完成，所以要求今天的人才必须具备与他人合作的能力。此次活动当中，五名成员共同努力，相互交流，统一协调，共同完成了设计目标，这对其以后的学习和工作有着积极且深远的影响。

现如今，智能技术飞速发展，从军事、民用到其他各行各业均有应用。学习和制作智能小车不仅能激发高校大学生的学习兴趣，促进学习，更能全面培养学生动手能力和创造能力，同时也可以普及智能机器人的相关知识，使这项研究为更多人所了解。可以说，智能机器人技术从某种程度上反映了一个国家综合技术的高低，而智能小车作为最简单的一种智能机器人，对其系统的研究将有力推动智能机器人技术的发展，为智能技术收集更多创意。

此次设计主要实现了智能小车探测目标、识别目标、实时测量、避障等功能，将机器人技术与课题创新活动有机结合在一起，很好地加深了学生对课堂知识的理解，提高了学生的创新能力，培养了学生的动手能力，不仅能促进学生的专业学习，还为其以后参加工作起到一个良好的开头和启蒙作用。多组织类似的课题创新设计活动，能使学生培养对科学研究的兴趣，收获更多的知识，养成更强的能力。

五、未来的方向和面临的问题

创新课题活动作为一种能够多方面全方位提高学生综合能力的教学活动，以后必将成为高校教育中不可或缺的重要部分，成为未来教育的发展趋势。但是，此类活动仍面临一些难题：如教学资源不足；可供实验课题种类太少；创新课题活动一般难度大，周期长，与专业课程学习冲突等等。虽然如此，但我相信随着高等教育事业的发展，教学改革的逐步进行，课题创新活动将有更广阔的空间，受到更多的关注。

六、结语

仿水雷小车课题创新活动结束后，学生反映自身能够受到很大的锻炼，收获丰富的知识，也收获真挚的友情，希望以后多参与此类活动。

课题创新活动可以将课上听到的知识，让学生动手实现，更能使学生学到可上学不到的知识，提高学生创新能力，增强学生动手能力，培养学生的团队意识，增强团队协作能力，多方面有效提升学生的综合素质和能力，显著提高教学效率。

参考文献：

[1]郭惠，吴迅.单片机C语言程序设计完全自学手册[M].北京：电子工业出版社，2008：1-200.

[2]王东锋，王会良，董冠强.单片机C语言应用100例[M].北京：电子工业出版社，2009：145-300.

[3]韩毅，杨天.基于HCS12单片机的智能寻迹模型车的设计与实现[J].学术期刊，2008，29（18）：1535-1955.

[4]王晓明.电动机的单片机控制[J].学术期刊，2002，13（15）：1322-1755.