以賽促學(xué)

周海燕?朱銀龍

摘 要：為貫徹落實(shí)國(guó)務(wù)院發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，引導(dǎo)高等學(xué)校加強(qiáng)相關(guān)專業(yè)和課程建設(shè)，加強(qiáng)科研和工程實(shí)踐的訓(xùn)練，注重培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力、理論知識(shí)應(yīng)用能力、動(dòng)手能力和協(xié)作精神，學(xué)院積極組織學(xué)生參加機(jī)器人競(jìng)賽，通過比賽來提升學(xué)生對(duì)機(jī)器人課程的興趣，并將課堂所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和核心課程應(yīng)用到機(jī)器人競(jìng)賽實(shí)踐中，從而增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，達(dá)到以賽促學(xué)的目的。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人競(jìng)賽;以賽促學(xué)

0 引言

在中國(guó)制造2025（工業(yè)4.0）的時(shí)代背景下，機(jī)器人在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域快速增長(zhǎng)，我國(guó)也迎來了機(jī)器人的快速發(fā)展時(shí)期，各大高校也開出了很多機(jī)器人相關(guān)課程及機(jī)器人專業(yè)。[1]為契合國(guó)家對(duì)本科院校培養(yǎng)應(yīng)用型、技術(shù)技能型和創(chuàng)新型人才的目標(biāo)要求，南京林業(yè)大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院積極組織和指導(dǎo)學(xué)生來選拔和培養(yǎng)學(xué)生代表學(xué)校參加省級(jí)、國(guó)家級(jí)大學(xué)生機(jī)器人比賽，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力、科技創(chuàng)新能力和培養(yǎng)實(shí)踐精神。[2，3]眾所周知，機(jī)器人是一種典型的多學(xué)科交叉的機(jī)電產(chǎn)品，所涉及的專業(yè)知識(shí)比較多，[4]需要學(xué)生具備多種專業(yè)知識(shí)和技能，課程難度較大，課程學(xué)習(xí)偏理論較枯燥，我們采用以賽促學(xué)的方式，以達(dá)到較好的教學(xué)效果。

1 興趣引導(dǎo)

興趣是最好的老師，興趣不僅能激發(fā)人的好奇心和求知欲，還可激發(fā)人的創(chuàng)造熱情。為此，在每年的新生開學(xué)季，機(jī)器人協(xié)會(huì)在招新的時(shí)候都會(huì)做機(jī)器人展示，吸引有興趣的新生加入機(jī)器人協(xié)會(huì)，將機(jī)器人協(xié)會(huì)打造成培養(yǎng)機(jī)器人人才的搖籃。在機(jī)器人協(xié)會(huì)里，每個(gè)學(xué)生都能根據(jù)自身水平，探索和學(xué)習(xí)不同的機(jī)器人，整個(gè)協(xié)會(huì)充滿濃厚的學(xué)習(xí)氛圍。自然，每年的省級(jí)或國(guó)際級(jí)機(jī)器人比賽的參賽選手更多的是來自機(jī)器人協(xié)會(huì)，這樣就很好地形成了以賽促學(xué)、以學(xué)促賽的模式。

2 基礎(chǔ)知識(shí)培養(yǎng)和核心課程的構(gòu)建

利用興趣吸引學(xué)生參加機(jī)器人協(xié)會(huì)是第一步，如何利用好大家并提高學(xué)生的專業(yè)技能是我們需要關(guān)注的事情。作為學(xué)院機(jī)器人協(xié)會(huì)的指導(dǎo)教師，每個(gè)學(xué)期給協(xié)會(huì)學(xué)生舉辦兩次講座，介紹機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)、工作原理和控制方法，將復(fù)雜的專業(yè)知識(shí)簡(jiǎn)單化，煩瑣的專業(yè)技能系統(tǒng)化。例如，讓學(xué)生就一個(gè)典型的機(jī)器人展開討論：首先是機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，不同的比賽環(huán)境和作業(yè)地形需要什么樣的機(jī)器人底盤？手抓的自由度能否滿足要求？機(jī)器人運(yùn)動(dòng)需要什么樣的電機(jī)和減速器？其次，在確立了機(jī)械結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，根據(jù)機(jī)器人的工作需要選用適當(dāng)?shù)目刂破?、傳感器、電源等，設(shè)計(jì)硬件電路;最后，如何利用軟件編程將自己的控制算法寫入控制器，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人完成特定的動(dòng)作。這幾個(gè)步驟都涉及不同的專業(yè)課程，如機(jī)械結(jié)構(gòu)涉及機(jī)械原理、機(jī)械零件設(shè)計(jì)、理論力學(xué)等課程;硬件電路的設(shè)計(jì)包括模電、數(shù)電、單片機(jī)、微機(jī)接口電路、傳感器與檢測(cè)技術(shù)等課程;軟件編程則涉及c、c++語言的應(yīng)用。

利用一個(gè)機(jī)器人將大學(xué)階段所學(xué)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課串起來，并將書本知識(shí)和具體的動(dòng)手實(shí)踐聯(lián)系起來。這樣對(duì)不同年級(jí)的學(xué)生起到不同的作用，讓低年級(jí)同學(xué)了解將來要學(xué)習(xí)的每門課程的作用，帶著問題去聽課。高年級(jí)學(xué)生則可以更好地將老師在課堂上教授的專業(yè)知識(shí)用到具體的實(shí)踐中，做到理論和實(shí)踐相結(jié)合，更好地強(qiáng)化學(xué)習(xí)效果。

3 創(chuàng)新思維訓(xùn)練和隊(duì)伍建設(shè)

機(jī)器人實(shí)踐活動(dòng)可以培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，挖掘?qū)W生的潛能，提升學(xué)生的思想深度，從而自主合理地處理各種問題。我們的做法是利用項(xiàng)目式教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行發(fā)散思維、并行思維。通過這種方式可以使學(xué)生所學(xué)的理論和具體的實(shí)踐結(jié)合起來，更好地驗(yàn)證所學(xué)習(xí)的理論知識(shí)，同時(shí)通過“項(xiàng)目式”教學(xué)增強(qiáng)學(xué)生的工程意識(shí)，以及分析問題、解決問題的能力。解決同一個(gè)問題，有多種方法。例如，針對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中的避障，每個(gè)學(xué)生可能提出使用不同的傳感器。讓大家進(jìn)一步思考，每一種傳感器的工作特點(diǎn)和使用范圍是什么樣的，用在這個(gè)機(jī)器人上效果如何。

在實(shí)際操作的時(shí)候，還利用分組競(jìng)賽的方式來激勵(lì)學(xué)生。針對(duì)具體的機(jī)器人工作要求，將學(xué)生分組，每一組設(shè)計(jì)的機(jī)器人最后放到一起來進(jìn)行小組競(jìng)賽，看哪一組的效果好。大家再一起討論，進(jìn)一步改進(jìn)。

人的因素是第一因素，擁有一支能吃苦、樂奉獻(xiàn)、能力強(qiáng)的教師隊(duì)伍是團(tuán)隊(duì)持續(xù)發(fā)展的源泉，擁有一支有熱情、肯鉆研、講團(tuán)結(jié)的學(xué)生隊(duì)伍是團(tuán)隊(duì)興旺活躍的動(dòng)力。在指導(dǎo)老師方面，利用機(jī)電院多個(gè)專業(yè)的骨干教師組成機(jī)器人比賽指導(dǎo)教師。在學(xué)生隊(duì)伍建設(shè)上，以機(jī)器人協(xié)會(huì)和電子愛好者協(xié)會(huì)為依托，形成了以老師為指導(dǎo)、大三大四為主力、大一大二作為梯隊(duì)培養(yǎng)的組織構(gòu)架。

4 結(jié)語

通過競(jìng)賽可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，大賽是學(xué)生們一個(gè)非常好的鍛煉自己、把理論化為實(shí)踐的機(jī)會(huì)。有的項(xiàng)目以前從未接觸過，一開始有些丈二和尚摸不著頭腦，于是就在課余查找資料，還經(jīng)常開會(huì)討論方案。通過比賽還可以發(fā)現(xiàn)理論教學(xué)中存在的問題，在機(jī)器人的設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生們經(jīng)常向指導(dǎo)教師提各種各樣的問題?？梢园l(fā)現(xiàn)，學(xué)生將理論轉(zhuǎn)化為實(shí)際的能力還是有所欠缺，設(shè)計(jì)時(shí)有許多考慮不足的地方。主要原因在于實(shí)踐機(jī)會(huì)不多，學(xué)到的書本上的知識(shí)沒有扎實(shí)的鞏固。通過比賽，可以增強(qiáng)大家的創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力。在設(shè)計(jì)基本完成之后，開始搭建機(jī)器人。有時(shí)套件不能滿足我們的需求，我們就親手加工、修配零件、焊接電路、編寫程序。通過比賽，制作機(jī)器人的過程其實(shí)是一個(gè)不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程。大家集思廣益，發(fā)揮各自的長(zhǎng)處和優(yōu)勢(shì)。作為學(xué)生，學(xué)習(xí)是最重要的職責(zé)，但科技競(jìng)賽能很好地鍛煉他們的綜合素質(zhì)和動(dòng)手能力，從而也能很好地促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙越.工業(yè)機(jī)器人專業(yè)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的重要性[J].中外企業(yè)家，2019（24）：200-201.

[2] 胡發(fā)煥，劉祚時(shí)，朱花.以機(jī)器人大賽為契機(jī)探索大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式[J].中國(guó)電力教育，2013（28）：53-54+56.

[3] 張莉，王江華.以機(jī)器人競(jìng)賽為平臺(tái)? 提高大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力[J].科技風(fēng)，2019（26）：32+35.

[4] 胡冠山，潘為剛.以科技競(jìng)賽為驅(qū)動(dòng)的大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力建設(shè)研究[J].教育現(xiàn)代化，2018，5（49）：54-56+77.

作者簡(jiǎn)介：周海燕（1988—），女，浙江溫州人，碩士研究生，實(shí)驗(yàn)師。

朱銀龍（1981—），男，江蘇東海人，博士，副教授。