高校机器人创新教育团队建设探索与实践

汪帮富+王军+朱其新

【摘要】学生实践创新能力的培养是创新教育改革的目标，机器人学因其知识涵盖的广阔性和实践创新的多样性成为培养学生实践创新能力的首选平台。本文围绕机器人创新教育的团队建设，结合笔者自身的实践经验，阐述了机器人教育团队建设的重要性以及教师和学生团队建设的方法。实践结果对教学改革具有积极的借鉴意义。

【关键词】机器人 创新教育 团队建设

【Abstract】Training students' practical innovation ability is the goal of innovation education reform. Robotics has become the preferred platform for cultivating students' practical innovation ability because of its broad range of knowledge and diversity of practical innovation. Focus on the team building of robot innovative education， combined with the practical experience of the author， this paper expounds the importance of team building and the construction method of teachers and students team. The practice result has the positive significance to the teaching reform.

【Key words】 robot； innovative education； team building

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）10-0247-02

引言

近年来，随着国家对工程创新教育的提倡和引导，许多高校都在着手创新教育教学改革实践研究，提出了大量的改革方案，积累了许多经验知识[1，2]。为了培养学生的工程实践和团队合作的能力，建立一个有效的创新实践平台是关系到人才培养的关键。机器人学是自动化、电子学、计算机技术、人工智能和机械工程等多学科的交叉融合，代表了一个国家工业科技水平的最高体现，成为了各国高校和研究机构在教育和研究时的重要选题之一。机器人教育是指以机器人为主要教学内容或教学工具而展开的教与学的活动，这些活动是在具体实践的过程中逐步完成的[3]。以机器人教育为平台建立工程创新教育实践体系，已得到越来越多的关注，并成为了实践教育教学改革的一个切入点[4-6]。笔者所在苏州科技大学多年来一直致力于以机器人教育为驱动的创新教育改革，取得了一定的成效，本文重点围绕机器人创新教育团队建设，结合自身的实践经验，对团队建设的重要性和方法进行了阐述。

1.机器人教育团队建设的重要性

随着现代学科的不断分化和综合，其交叉性和渗透性的特点日益突出，过去“单打独斗”的生产方式已不能适应现代社会的要求，对于一些复杂的问题，特别是大型工程，必须要有团队的协作才能完成。组织行为学权威、美国圣迭戈大学的管理学教授斯蒂芬.罗宾斯于1994年首次提出“团队”的概念：为了实现某一目标而由相互协作的个体所组成的正式群体。教育创新团队是指为提高学生的创新能力、实现学习及科研目标而相互协作进行创新活动并产生一定价值成果的群体组织。通过团队协作，成员之间互相学习，相互包容，且能够学会尊重其他成员的个体差异性。团队之间的协作能够使整个团队产生较强的凝聚力，团队成员各行其职，然后进行有机地统一，能够促使团队发挥强大的力量，易于成员创新精神的培养，也易于取得成功。

机器人作为一个多学科交叉融合的技术，不仅涉及到不同的专业知识而且种类繁多，个人或单一专业的学生无法胜任其研发工作，只有不同专业知识背景的学生组成团队，分工协作才能顺利完成任务。机器人教育涉及到教和学两个层面，一方面，老师作为教学的主导，必须对机器人技术有全面的知识储备，然而我国现有的学科体系决定了我们的师资往往有专业的偏向，虽然都从事机器人的教学研究，但有人偏重机械结构设计，有人偏重智能控制，也有人偏重运动学和动力学分析等，这些现状决定了机器人教育教学时必须从师资上进行整合，形成团队集体；另一方面，学生作为学习的主体，都有自己的专业方向，不可能对机器人涉及的所有知识进行学习，也是没有必要的，但为了总体目标的实现又不能使某一技术的人员缺乏，所以对学生进行团队组合也是非常必要的，将不同专业背景和兴趣爱好的学生组合在一起，形成知识互补和技能合作。

2.机器人教育的学生团队建设

2.1团队组建模式

高校学生按专业班级为单位的教学模式决定了学生团队建设的层次性，一个机器人教育的学生团队拓扑结构如图1所示。团队系统呈金字塔形，由基层团队、中层团队和组合团队三部分组成。基层团队主要是按学科专业班级组建，团队成员一般来自一个专业或班级，有利于沟通交流，主要利用所学专业知识进行机器人相关功能部件的设计，每个团队的人数应该控制在4-5人，人员结构最好是高低年级组合。团队以自我学习训练为主，学习内容也以基础技能训练为主，借助学校的基础实验设施训练自身的专业实践能力。基层团队是储备力量，所以团队个数可以设置最多，这也是普及机器人教育的需要。中层团队由基层团队选拔组合而成，根据设计内容不同分为硬件设计和软件设计两类团队。每类团队的个数应根据学校资源的配置情况设置。中层团队人员涉及到跨学科专业的组合，需有老师的介入指导，且必须制定实际的训练项目。组合团队是在中层团队的基础上选拔组成，主要围绕某一机器人方向组建成一个集体，团队直接受团队指导老师管理，由团队老师安排任务并考核。

2.2 团队人员选拔机制

由于受教育资源的限制，不可能所有学生都参与到机器人创新团队教学中来。为了更好发挥学生的实践能力，需对学生进行择优选拔。基础团队成员的选拔主要以兴趣组合为主，学生根据自身的兴趣特长自由组合团队。中层团队成员的选拔则需要采用考核或推荐的方式，如举行班级或专业内部的设计大赛，将基础团队中表现突出的团队或个人择优录用进入中层团队训练，另外，也可以接受基础团队之外的社团或协会的人员推荐，如电子爱好者协会、机械创新社团、机器人社团等，这些人员虽然不在学校机器人学生团队建设的框架内，但都有着对本专业学习的浓厚兴趣和丰富的实践经验，对团队的建设有积极的推进作用。组合团队人员的选拔则需要更严格的选拔条件，一般队员都必须具有具体项目设计的实战经验，比如参加过校级或市级的学科竞赛，能迅速参与到具体的实践项目中来。组合团队是代表学校参加国家级甚至国际级学科竞赛的主力军，也是教师科研活动的得力助手，团队成员直接受指导教师的培养，同时也肩负着指导和帮助低级团队的任务。

3.机器人教育团队建设实践

笔者所在苏州科技大学多年来一直致力于机器人创新教育团队的建设，并取得了一定的成绩。依托本校省级实验教学与实践教育中心-机械工程综合训练中心，目前已形成了四个机器人团队方向和一个机器人研究所，如图2所示，四个机器人团队方向主要由学生组成，老师负责指导，目标在于培养学生的创新实践能力，对外参与各类大学生学科竞赛；数字化智能研究所主要是老师团队的科研基地，并负责管理下设的四个团队方向。

学校除建设有一般基础训练的实验室以外还建立了专门的机器人训练实验室，如机器人创新实验室、慧鱼机器人实验室等。学校通过开设机器人选修课和开展机器人科普讲座等方式激发学生的兴趣，同时在相关专业开设有机器人导论等课程，便于学生进一步学习。对于在各类学科竞赛中获得名次的学生，学校不仅在评先评优中重点考虑，而且可以计入学生的课外学分，以激励学生的积极性。对于指导学生获得竞赛名次的老师，在年终考核和职称评定的时候都将获得学校的认可，给予优先考虑，从而也提高了老师的积极性。

近年来，通过机器人团队建设，我校学生在各级别机器人学科竞赛中获得奖杯7座，一、二、三等奖104项，获得优秀指导教师称号的老师2人次。成绩的取得为学校创新实践教学改革提供了动力也指明方向。

结语

学生实践创新能力的培养是当今社会高级人才培养的关键，是高校教学改革的方向。机器人作为集机、电、光、液、控制等于一体的智能自动化装置，是工科学生实践创新能力培养的有效平台，在机器人平台上实施团队建设是保障人才培养成功的关键之一。科学合理的团队建设能有效提高学生的实践能力、形成集体协作的团队观念，同时也能促进老师学术水平的提升和教学改革观念的更新。

参考文献：

[1]戴敏，张志胜，史金飞.大学生创新与实践能力培养的探索[J].东南大学学报，2008，10（9）：258-260

[2]严薇，袁云松.大学生实践创新能力培养的探索与实践[J].中国大学教学，2012（9）：78-80

[3]夏庆霖，姚书振.加强实验教学示范中心建设，培养创新型人才[J].实验技术与管理， 2010，27（1）：102-105

[4]陈巍.基于机器人竞赛的大学生创新能力的培养模式[J].实验室研究与探索，2012，31（7）：297-300

[5]张小花，曾涛，叶丽萍.机器人技术教育与创新性人才培养浅析[J].科技信息，2011（29）：607-608

[6]于金霞，张英琦.基于机器人竞赛的大学生创新素质教育[J].计算机教育，2010（29：58-60）

作者简介：

张毅（1964-），男，汉族，教授，主要从事动力学与控制、力学中的数学方法等领域的科研和教学工作。

汪帮富（1978-），男，汉族，苏州科技大学机械工程学院，讲师，研究方向：主要从事先进制造与装备技术领域的科研和教学工作。