依托机器人竞赛构建大学生创新实践教育平台

李 锐，刘云清

(长春理工大学电子信息工程学院，吉林长春 130022)

由于我国经济社会对高层次创新型人才的迫切需求，大学生不仅需要具有多学科知识、良好的综合素质，还需要具备较强的工程实践能力和创新能力。国家教育部提出，高校需要进一步加强大学生实践教育，注重培养大学生的创新意识和实践能力。我国已启动以国家级、省级实验教学示范中心为代表的“质量工程”建设，不断提升高校实验室的建设水平；近年来，又启动了国家双创示范基地、省级创新创业基地等项目建设，旨在进一步提高大学生工程实践能力和创新创业能力[1]。随着我国创新创业教育的持续推进，大学生培养规格不断提高，如何提升大学生工程实践能力和创新能力成为高校教育工作者普遍关注的研究课题。

1 我国高校创新实践教育的现状

我国高校早期创新实践教育主要立足于实验、实习、课程设计和毕业设计等实验教学活动，主要培养学生发现、分析和解决问题的能力。此后，在国家级实验教学示范中心等一系列项目建设的带动下，实验教学的地位得到了迅速提升，项目式教学、创新实验项目、科研训练等教学模式得到广泛探索与实践，对培养大学生工程实践能力发挥了积极作用[1]。丰富多彩的创新实验室、创新实践基地、工程训练中心等高校创新实践教育平台，能够有效地促进大学生创新能力的培养。

自李克强经理提出大众创业、万众创新以来，全国掀起了创新、创业的新浪潮。随着国家、各省市教育主管部门的持续推动，我国高校各类大学生创新实践教育平台建设取得了丰硕成果，但是也存在一些问题，例如：课外创新教育经费投入严重不足；侧重实验室硬件建设，忽略教学模式、教学体系、教学内容等软件方面建设；缺乏专业化指导教师，学生创新实践项目层次较低；创新实践活动不够丰富，学生参与率低；仅以竞赛为教育手段，忽视创新实践教育内容、模式、体系、方法等深层次理论问题。

2 机器人竞赛对大学生创新实践能力培养的促进作用

目前，我国高校普遍举办或参与的理工科竞赛有“互联网+”竞赛、电子设计竞赛、智能汽车竞赛、机器人竞赛、“挑战杯”竞赛等。近年来,机器人竞赛从无到有、从简单到复杂、从单一到综合地快速发展。机器人竞赛已经成为赛事类别最多、覆盖学科最多、参与最广泛、影响力最大的学科竞赛之一[2]。机器人竞赛的独特优势及对大学生创新实践能力培养的促进作用主要体现在如下方面。

2.1 机器人竞赛具备创新实践教育优良载体的独特优势

国际具有较大影响力的机器人竞赛是FIRA和RoboCup,中国有全国大学生机器人大赛、中国教育机器人大赛、中国青少年机器人大赛等赛事。这些竞赛涵盖足球机器人、灭火机器人、助残机器人、医疗机器人、水下机器人、无人驾驶机器人、无人机、机器人对抗、机器人舞蹈等30多个分项目赛。2018年，中国在北京举办世界机器人大会，迎来了全球近150家知名机器人企业、近10万人参会，影响力空前。与大学生电子设计竞赛、智能汽车竞赛等赛事相比，机器人竞赛层次全、规模大、影响力广等优势是其它学科竞赛无法相比的，是创新实践教育最理想的载体。

2.2 机器人竞赛多学科交叉，有助于深化高等教育深层次改革

机器人竞赛涉及机械工程、光学工程、电子科学与技术、控制科学与工程、计算机科学与技术等约7个博士授权或硕士授权一级学科、10多个二级学科[3]。高校可以跨学科、跨专业开设机器人相关专业必修或选修课程，如机器人学、机电一体化、自动控制原理、图像识别、单片机开发、电机拖动等。以机器人研究为主线，能够有效促进学科之间的交叉与融合，形成系统性、系列化、特色化专业知识技术体系，并持续带动课程体系、工程实践等方面的深刻变革和实践。

2.3 机器人竞赛专业覆盖面广，有助于提高大学生知识覆盖面

机器人竞赛覆盖机械、光学、计算机、电子、通信、自动化等20多个理工科专业，是专业覆盖面广、各层次大学生均可参与的大学生学科竞赛。在素质教育深入发展的今天，促进大学生知识融合和综合素质发展是创新实践教育的目标之一。学生通过参与机器人的研究、分析、设计、调试和竞技，可以获得丰富的知识储备、技能训练和科研体验。

2.4 机器人竞赛带入感强，有助于激发大学生科技创新积极性

与部分枯燥或高尖的竞赛相比，机器人竞赛更能够吸引大学生主动参与工程实践活动，更能够营造浓郁的科技创新文化氛围。美国哈佛大学霍华德·加德纳教授曾经说过：“一个人主动地去问、去想、去寻找答案，是知识积累的最佳途径，被动地接受不能产生持久的影响”。机器人是极具趣味与挑战的领域，学生通过参加机器人竞赛能够激发创新创造的热情，培育协同创新与团结合作的精神。可见，机器人竞赛对创新型人才培养具有重要作用。

3 大学生创新实践教育平台条件建设的探索和实践

近年来随着创新创业教育的发展，国内高校筹建了众多大学生创新实践教育平台。一般情况下，创新实践教育平台主要职能有学术交流、学科竞赛、工程实践、科学研究、创新创业、社会公益等。平台建设是一项系统性、复杂性工程[4]，总体方案见图1。

图1 大学生创新实践教育平台总体方案示意图

由图1可以看出，机器人竞赛在科学交叉、技术特点等方面具有独特优势。以机器人竞赛为主线，可构建创新实验室群,丰富课程体系与内容，全面带动科技创新活动发展。创新实践教育平台建设是一项复杂的系统性工程。

3.1 科学界定机器人研究方向，提升创新实践教育平台内涵与比较优势

机器人竞赛类别繁多，各个竞赛项目难度不尽相同。针对重点本科、一般本科、高职院校等办学方向和专业优势，需要科学选择、区别对待，以某一个或几个机器人竞赛为突破口，重点攻关，以点带线，以线带面，循序渐进。例如，某高校在水声领域具有学科与科研优势，可以选择水下机器人作为重点创新对象，如此既可以保证创新实践的层次和水平，也可以促进学科和科研发展。

3.2 挖掘机器人“牵引力”，深入改革创新实践教育体系与内容

机器人研究覆盖光、机、电、算、材等众多新知识、新技术、新方法。通过竞赛，可以将新知识、新技术和新方法引入课程，增设专业必修或选修课程，提高第二课堂教学质量。在机器人竞赛拉动下，多学科、多类别竞赛协同发挥效益，将会极大促进创新实践教育体系与内容的变革和发展。

3.3 依托机器人竞赛，持续优化创新实践教育平台硬件环境

创新实验室是创新实践教育平台的重要硬件支撑之一。国内高校在建设创新实验室时，往往侧重基础仪器设备的购置或更新，而忽略了实验室硬件的系统性、针对性、专业化。以机器人技术为主线，构建创新实验室群，能够提高创新实验室建设的层次和水平，同时服务于竞赛、工程、科研等科技创新实践活动。

3.4 不断锤炼师资队伍和学生团队，不断提升创新实践教育软环境

硬件是基础，人才是关键。机器人研究需具备较强的理论基础、技术水平和创新能力。一方面，通过机器人研究和创新活动，教师的业务素质会大幅度提升；另一方面，机器人竞赛往往需要较长时间做准备，能够很好地锻炼学生的团结、协作、实践和创新能力。

4 大学生创新实践教育平台的管理体制和运行机制

为确保创新实践教育开展、创新型人才培养的实施和效果，必须改革创新实践教育平台的管理体制和运行机制[4]。

4.1 实施校院二级管理体制，创建创新实践教育高效实施的制度保障

在宏观管理方面，学校的作用不能忽视。从图1可以看出，创新实践教育平台涉及较多要素，学校在规章制度、师资队伍、实验室、经费投入等方面应提供政策倾斜和保障。

在中层管理层面，学院需整合资源，构建创新实践教育实施主体，例如创新实践训练中心、科技创新实践基地、创新实验室等。

在主体管理层面，要强化主任负责制，中心或基地设置主任1名、副主任1～2名，配置专职管理教师2～3名，专兼职指导教师若干名(根据中心或基地规模确定)。

在实体机构基础上，开展规章制度建设，力争形成科学、合理、系统的管理模式、方案和措施，形成坚实有力的制度保障。

4.2 以学生为主、教师为辅，创建开放式创新实践运行机制

大学生是创新实践的主体，应该充分发挥大学生的主动性和创造性，构建大学生管理团队。大量实践证明，学生管理的效率和实效性更强。此外，创新实践教育平台要向全校和社会开放，包括机器人竞赛等各类科技创新活动都需要机械、光学、电子、计算机等多专业人才参加并组建团队[5]。以灭火机器人竞赛为例，按照竞赛规则，需要3～5个人组成学生团队，设置团队带头人1名，电子、计算机、控制等学生成员若干名。学生之间取长补短、团结合作，才能有效地完成竞赛任务。

5 大学生创新实践教育平台的建设成果与示范效益

创新实践教育平台建设是一项系统工程，实验室是基础，学科竞赛是载体，课程体系是支撑，管理体制和运行机制是创新实践教育高效实施的关键[6]。这里结合长春师范大学和长春理工大学的教育实践，探索创新实践教育平台的具体措施。

5.1 发挥学校师范特色和优势，以创新实践教育为突破口，带动全校各项教育工作发展

长春师范大学是吉林省重要的基础教育、学前教育师资及应用型高级专门人才培养基地，是吉林省省属师范大学。学校拥有1个国家级大学生校外实践教育基地、3个吉林省大学生校外实践教育基地、5个吉林省实验教学示范中心、3个省级人才培养模式创新实验区。学校发挥师范教育特色，依托吉林省实验教学示范中心筹建了机器人创新实验室。学校教师与东北师范大学附属中学合作，开展面向青少年的机器人创新实践活动，多次开展青少年科技创新训练营。近5年来，学校参与指导的青少年参赛队获得省级以上竞赛奖励20多项。在机器人研究的带动下，教师业务水平得到显著提升，创新实验室的软、硬件环境不断完善，教师多次指导大学生获得电子设计竞赛、“挑战杯”竞赛获得国家级、省级奖励50多项。实验教学、创新实践教育的迅速发展和丰硕成果，直接促进了人才培养水平与教育质量的大幅度提升，也全面带动了学校国家级、省级特色专业、精品课程、优秀教学团队的建设与发展。

5.2 依托电子技术创新实践基地，充分发挥辐射示范作用，营造全校积极参加科技创新的校园文化

长春理工大学是一所以光电技术为特色，光、机、电、算、材相结合为优势，以工为主，工、理、文、经、管、法、艺多学科协调发展的教学研究型大学，是吉林省省属重点大学。2005年，学校重视创新实践工作，统筹软硬件资源，由教务处和电子信息工程学院牵头，筹建了电子技术创新实践基地。2007年，该基地被评为“吉林省大学生科技创新实践示范基地”。目前，基地专用场地500平方米，仪器设备300多台套，面向全校30余个理工科专业开放，年均受益学生2000多人次。

电子技术创新实践基地几个典型经验成果和措施如下：(1)基地设置主任1名、副主任2名，配置专职管理教师8名，兼职指导教师25名。基地依托大学生电子学会组建大学生管理团队，设置学会会长1名、兼职基地临时副主任，创新实验室负责人4名，分别设置安全、培训、仪器、耗材、财务等管理员6名。11名大学生构成基地大学生管理委员会，全面负责基地日常管理和运行、创新实践培训、学生流转等各项工作。(2)组建“理工之星”团队，主要由20余名优秀的高年级研究生和本科生组成，重点对复杂、高尖创新实践进行技术攻关，开展培训活动，并发挥示范带头作用。(3)组建“123”团队，主要由1名三年级学生、2名二年级学生、3名一年级学生组成。“123”团队是创新实践的主体，施行“传—帮—带”制度，自主参加各项实践、竞赛和创新活动。在机器人、智能车、无人机等领域研究的带动下，该基地教师和学生的科技创新能力得到显著提升。近5年来，基地大学生共获得国家级奖励和荣誉20多项，省级奖励和荣誉200多项。2016年，基地被评为吉林省首批“吉林省大学生创新创业基地”。电子技术创新实践基地已成为长春理工大学大学生科技创新的“主阵地”、学校人才培养的“倍增器”、展示大学生风采的“新名片”。

6 结语

机器人竞赛是高校开展大学生创新实践教育的优良载体。高校应不断重视并加强机器人竞赛的组织和参与工作，协同其它竞赛，持续提升大学生的工程实践能力、创新能力、团结协作能力。机器人研究对创新实验室建设、课程体系与内容改革、师资队伍建设、学生团队建设等方面具有直接的带动作用，对创新实践教育平台的内涵、定位、管理体制、运行机制建设具有重要的促进作用，可全方位提高大学生创新实践教育平台的综合实力和水平。