以赛促学

    周海燕?朱银龙

    摘 要：为贯彻落实国务院发布的《新一代人工智能发展规划》，引导高等学校加强相关专业和课程建设，加强科研和工程实践的训练，注重培养大学生的创新能力、理论知识应用能力、动手能力和协作精神，学院积极组织学生参加机器人竞赛，通过比赛来提升学生对机器人课程的兴趣，并将课堂所学的基础知识和核心课程应用到机器人竞赛实践中，从而增强学生的创新思维，达到以赛促学的目的。

    关键词：机器人竞赛;以赛促学

    0 引言

    在中国制造2025（工业4.0）的时代背景下，机器人在各个工业领域快速增长，我国也迎来了机器人的快速发展时期，各大高校也开出了很多机器人相关课程及机器人专业。[1]为契合国家对本科院校培养应用型、技术技能型和创新型人才的目标要求，南京林业大学机械电子工程学院积极组织和指导学生来选拔和培养学生代表学校参加省级、国家级大学生机器人比赛，锻炼学生的动手能力、科技创新能力和培养实践精神。[2，3]众所周知，机器人是一种典型的多学科交叉的机电产品，所涉及的专业知识比较多，[4]需要学生具备多种专业知识和技能，课程难度较大，课程学习偏理论较枯燥，我们采用以赛促学的方式，以达到较好的教学效果。

    1 兴趣引导

    兴趣是最好的老师，兴趣不仅能激发人的好奇心和求知欲，还可激发人的创造热情。为此，在每年的新生开学季，机器人协会在招新的时候都会做机器人展示，吸引有兴趣的新生加入机器人协会，将机器人协会打造成培养机器人人才的摇篮。在机器人协会里，每个学生都能根据自身水平，探索和学习不同的机器人，整个协会充满浓厚的学习氛圍。自然，每年的省级或国际级机器人比赛的参赛选手更多的是来自机器人协会，这样就很好地形成了以赛促学、以学促赛的模式。

    2 基础知识培养和核心课程的构建

    利用兴趣吸引学生参加机器人协会是第一步，如何利用好大家并提高学生的专业技能是我们需要关注的事情。作为学院机器人协会的指导教师，每个学期给协会学生举办两次讲座，介绍机器人的机械结构、工作原理和控制方法，将复杂的专业知识简单化，烦琐的专业技能系统化。例如，让学生就一个典型的机器人展开讨论：首先是机械结构的设计，不同的比赛环境和作业地形需要什么样的机器人底盘？手抓的自由度能否满足要求？机器人运动需要什么样的电机和减速器？其次，在确立了机械结构的基础上，根据机器人的工作需要选用适当的控制器、传感器、电源等，设计硬件电路;最后，如何利用软件编程将自己的控制算法写入控制器，驱动机器人完成特定的动作。这几个步骤都涉及不同的专业课程，如机械结构涉及机械原理、机械零件设计、理论力学等课程;硬件电路的设计包括模电、数电、单片机、微机接口电路、传感器与检测技术等课程;软件编程则涉及c、c++语言的应用。

    利用一个机器人将大学阶段所学的主要专业基础课和专业课串起来，并将书本知识和具体的动手实践联系起来。这样对不同年级的学生起到不同的作用，让低年级同学了解将来要学习的每门课程的作用，带着问题去听课。高年级学生则可以更好地将老师在课堂上教授的专业知识用到具体的实践中，做到理论和实践相结合，更好地强化学习效果。

    3 创新思维训练和队伍建设

    机器人实践活动可以培养学生的思维能力，挖掘学生的潜能，提升学生的思想深度，从而自主合理地处理各种问题。我们的做法是利用项目式教学引导学生进行发散思维、并行思维。通过这种方式可以使学生所学的理论和具体的实践结合起来，更好地验证所学习的理论知识，同时通过“项目式”教学增强学生的工程意识，以及分析问题、解决问题的能力。解决同一个问题，有多种方法。例如，针对机器人运动过程中的避障，每个学生可能提出使用不同的传感器。让大家进一步思考，每一种传感器的工作特点和使用范围是什么样的，用在这个机器人上效果如何。

    在实际操作的时候，还利用分组竞赛的方式来激励学生。针对具体的机器人工作要求，将学生分组，每一组设计的机器人最后放到一起来进行小组竞赛，看哪一组的效果好。大家再一起讨论，进一步改进。

    人的因素是第一因素，拥有一支能吃苦、乐奉献、能力强的教师队伍是团队持续发展的源泉，拥有一支有热情、肯钻研、讲团结的学生队伍是团队兴旺活跃的动力。在指导老师方面，利用机电院多个专业的骨干教师组成机器人比赛指导教师。在学生队伍建设上，以机器人协会和电子爱好者协会为依托，形成了以老师为指导、大三大四为主力、大一大二作为梯队培养的组织构架。

    4 结语

    通过竞赛可以激发学生的学习热情，大赛是学生们一个非常好的锻炼自己、把理论化为实践的机会。有的项目以前从未接触过，一开始有些丈二和尚摸不着头脑，于是就在课余查找资料，还经常开会讨论方案。通过比赛还可以发现理论教学中存在的问题，在机器人的设计过程中，学生们经常向指导教师提各种各样的问题。可以发现，学生将理论转化为实际的能力还是有所欠缺，设计时有许多考虑不足的地方。主要原因在于实践机会不多，学到的书本上的知识没有扎实的巩固。通过比赛，可以增强大家的创新能力、动手能力。在设计基本完成之后，开始搭建机器人。有时套件不能满足我们的需求，我们就亲手加工、修配零件、焊接电路、编写程序。通过比赛，制作机器人的过程其实是一个不断发现问题、解决问题的过程。大家集思广益，发挥各自的长处和优势。作为学生，学习是最重要的职责，但科技竞赛能很好地锻炼他们的综合素质和动手能力，从而也能很好地促进学生学习。

    参考文献：

    [1] 赵越.工业机器人专业教学中培养学生实践能力的重要性[J].中外企业家，2019（24）：200-201.

    [2] 胡发焕，刘祚时，朱花.以机器人大赛为契机探索大学生创新能力培养模式[J].中国电力教育，2013（28）：53-54+56.

    [3] 张莉，王江华.以机器人竞赛为平台? 提高大学生创新实践能力[J].科技风，2019（26）：32+35.

    [4] 胡冠山，潘为刚.以科技竞赛为驱动的大学生创新实践能力建设研究[J].教育现代化，2018，5（49）：54-56+77.

    作者简介：周海燕（1988—），女，浙江温州人，硕士研究生，实验师。

    朱银龙（1981—），男，江苏东海人，博士，副教授。