以机器人竞赛为驱动培养学生创新能力的路径探究①

尹彬沣

（扬州大学机械工程学院 江苏 扬州 225127）

随着我国经济发展进入了快车道，新产业、新业态、新商业“三新”经济模式持续保持增长态势［1］，高科技人才对经济的助力作用越来越明显。机器人是当前科技变革的最重要领域之一，互联网、大数据、人工智能是人才培养的核心方向［2］，高等院校作为科技进步与发展的孵化器，越来越多地参与到机器人学科竞赛中，为此开设了以机器人学科竞赛为导向的专业课程，以提升学生的创新意识、培养学生的实践与应用能力、促进科学技术的进步。

1 机器人学科竞赛的意义

机器人技术是人类科技进步的体现，充分融入了人类的智慧，是人类运用工业设计的最强成就之一［3］，是人类智能化生产生活不可或缺的组成部分，机器人领域已经成为各国科技与产业发展的必争之地。机器人学科竞赛集合了人工智能、控制工程、机械自动化和仿生学等多种学科知识，是技术含量高、实践与理论深度融合的竞赛。机器人学科竞赛要求参赛人员具有很强的实践能力，通过比赛能有效激发学生的求知欲，是提升学生创新能力的有效途径。

2 传统教学存在的问题

20世纪末，科学技术实现了跨越式发展，其主要标志为机器人的产生与机器人学科的构建。传统机器人课程授课方式为教师在课堂上讲授，学生被动接受，理论授课多，实践操作少，内容形式都比较单一、枯燥、抽象，知识理解较为困难［4］。

当前本科生培养过程中存在竞赛意识淡薄、学科研究封闭、竞赛与科研相脱离等问题［5］。部分机器人学科课程设置复杂，实践教学较少，传授内容与实践脱离，且绝大多数实践教学为验证性实验，学生实践能力及创新能力的提升路径不明确。因此，如何有效利用机器人学科竞赛提升学生的创新与实践能力，是机器人学科课程设置中重点关注的内容。

3 机器人学科竞赛对大学生教育的影响

3.1 有利于培养学生学科竞赛兴趣和合作意识

机器人课程要充分利用各种教学手段，丰富教学内容。高校要将学生被动接受知识转换为主动学习，激发学习乐趣，在课程中引入创意分享案例，打造课堂内外，线上线下相结合的教学模式，学生愿意参与到机器人学科竞赛中，培养学生对机器人学科竞赛兴趣。同时，指导教师全流程深度参与机器人学科竞赛，培养学生创新、合作意识，依靠团队力量，完成机器人模型创意设计，达成预期竞技结果。

3.2 有利于学生理论知识与实践能力的结合

机器人学科竞赛需要学生掌握扎实的学科基础理论知识，将理论知识运用到机器人的设计及制作中。指导老师需要引导学生将计算机编程、传感器等模块合理融合，将一般验证性实验转为实践应用。参赛学生根据大赛规则，研究比赛策略，学思践悟，制作出有创新性、满足参赛需求的机器人作品。

3.3 有利于学生思辨意识与创新能力的提升

机器人学科竞赛是一种涵盖面广的竞技赛事。学生要完成机器人硬件设计、软件编写和软件硬件组合、机器人功能调试等流程，在此过程中，遇到难题或者故障是比较常见的，遇到问题，全面分析，提出方案，解决问题，使得机器人作品精益求精，整个过程锻炼了学生思考创新的能力，提升学生解决问题的能力。因此，机器人学科竞赛能够有效激发参赛学生的创新意识，培养学生求真务实的态度，提升学生的思辨能力。

4 机器人学科竞赛提升学生创新能力的路径

4.1 组建学科竞赛团队

组建机器人学科竞赛团队，应该坚持以学生兴趣为第一要义。兴趣相同的学生之间交流、讨论、协作，能够创造一个良好的学习氛围，有效地提升学习效率。根据学生个人特点组建团队，成员之间取长补短，在竞赛中各司其职，既做好本职工作，又服从大局。团队负责人应具有组织、协调、管理能力，善于倾听团队其他成员意见，做出合理决策，为竞赛取得好成绩做出贡献。团队全体成员须通力合作，共同完成机器人的设计、装配与调试，圆满完成竞赛的任务。

4.2 拓展课本外知识

突破传统教学以理论教学为中心的桎梏，通过项目教学模式［6］，在课程中激发学生的自主探究与自学能力。通过智能机器人在实际生产生活中应用，推进智能机器人相关教学改革。以机器人学科竞赛为驱动，实施“以赛促学”教学模式，培养学生通过试验方法提升机械设计，人工智能和运动方案技能，在项目学习中真正体现学生的主体地位。机器人学科竞赛应由项目指导老师进行评估，从前期资料的采集整理，方案的创意设计，项目的实践开展，到实物落地的评价，均由参与项目团队完成，鼓励学生充分利用互联网等途径，科学处理信息，拓展课本外知识。

4.3 推进机器人创新创业项目

以中国高校智能机器人创意大赛、中国工程机器人大赛暨国际公开赛中的优秀作品作为学生创新研究课题，结合机械工程、信息工程及生物医学工程的专业特点，遴选具有可行性、产业化前景的项目，并对专利和论文深入的研究，指导学生申报省部级、国家级创新创业训练计划。推动落实基础培训、专业技能、强化训练、综合实践等四大模块，推进学生创新能力的提升［7］。

4.4 创建机器人创新实验室

高等院校实验室是实施项目教学，实施素质教育，提升学生创新能力的主要平台。设立专门的开放式机器人综合实训和创新实验室，将理论教学和实践教学相结合，践行“教授、实践、反馈”机制，推进学生创新思维塑造，加强理论储备与实践技能的双向培养。机器人综合训练和创新实验室需满足机械设计实践、智能制造实践、工程应用实践的需求，为学生提供创新实践平台。

以机器人学科竞赛为驱动，通过组建学科竞赛团队，将专业教学与机器人竞赛结合，拓展课本外知识，推进机器人竞赛的创新创业项目，创建机器人创新实验室等途径，培养学生实践能力，提升学生创新意识和创造能力，塑造集综合型、创新型、应用型为一体的新工科人才，有效推动新工科的建设，助力新经济的发展。