学生实践能力培养分析

摘要：

随着我国素质教育的不断推进，工科院校开始着手培养学生的实践和创新能力，传统教学模式已经不能适应目前国内工业发展对人才的需求，以机器人比赛为载体的实践教学应运而生。通过举办参加各种机器人比赛激发学习兴趣，加深对专业知识的理解，二者的有机结合充分挖掘学生的创新意识，深化素质教育。

关键词：

机器人实践教学；机器人竞赛；创新意识；素质教育

中图分类号：G4

文献标识码：A

文章编号：16723198（2012）24017802

1　引言

为了满足社会对人才的需求，适应工业化的日益发展，很多工科院校开始注重建设创新型校园和培育创新型人才，逐步摆脱传统的“应试教育”和“被动接受”两大弊病。我校机器人研究与教学团队自2007年开始组建，经过几年的发展已经逐渐形成了一整套以机器人比赛为载体的工程训练体系。老师对不同专业的学生进行短期培训，分成小组进行比赛，学生通过机械结构设计、编制程序、焊制控制板，激发创新思维，培育合作精神，做到真正意义上的学以致用。目前我校机器人实践教学已经几乎覆盖全校，同学们兴趣极佳，取得了很好的效果。通过选拔优秀选手参加一些部级的机器人竞赛，开拓同学们的视野，提高我校的知名度。因此实施机器人实践教学是工科院校培养创新人才，开展素质教育的有效途径。

2机器人实践教学的突出优势

机器人是机械和电子的有机结合，综合了视觉图像技术、无线通信技术、智能控制技术、计算机仿真技术及社会组织学等多学科综合技术。随着科技的飞速发展和电子产品的不断更新，机器人的种类和外观也呈多样化，越来越多的走进人们生活，国内很多高校开始以机器人创新教学作为工程训练、实践教学、课外竞赛以及科研的理想平台。

2.1促进各专业的融合，培育综合型人才

机器人实践教学过程就是编程、数据图像处理、传感器以及机械结构优化设计的有机结合，课堂上学生们积极参与，通过参加机器人实践教学使相关专业知识融合、相互联系、协调发展。学生对这种学习方式有着浓厚的兴趣，激发了学生对各个学科的主观创造性学习。为培育创新综合型人才打下坚实基础。

2.2教师不断积累专业知识，组建优秀创新教学团队

我校是一所以本科教学为主兼硕博一体的工科类院校。对于本科生来说，专业面还不是很宽，如果没有专业的教师进行指导，学生需要很长时间才能把相关知识综合到一起，再加上机器人技更新换代较快。因此，指导老师必须拥有宽泛的专业知识和敏捷的洞察力，紧跟机器人学科的最新发展。通过对学生基础理论知识的讲授、在实践中不断探索、改进。日积月累，使得对机器人前沿领域有了更加详尽的把握，不断提升教学理念以及授课方法，使机器人教学实践不断壮大，成为以教学为主辅以科研的优秀教学团队。

2.2.1以老师为主导，引导学生自主学习提高创新意识

在机器人实践教学工程中，同学们会结合自己所学过的专业知识，理论联系实际，做到学以致用。但是由于机器人学科涵盖面广，同学们除了相互交流外，会主动去网络或者图书馆查阅资料，研究和讨论决策出最终合理的解决方案，从机器人的总体设计方案到具体实施，全过程都是由学生积极参与独立完成，在分析和解决问题过程中，结合所学专业理论知识进行实践操作，从以前的被动接受转向主动。经过研究讨论，利用最佳方案设计机器人的硬件构成。除此之外还要进行尝试不同的编程算法，极大地发挥潜能，对学生的设计能力、实践能力和跨专业学习的综合创新能力都是一个很好的锻炼，从根本上破除了以前教师灌输式的教学方式，培养了学生独立思考、自主学习的能力。

2.2.2任务驱动，分组竞赛

机器人是一门综合性强、学科广，专业范畴大的综合性学科，一个团队要想很好的完成机器人实践项目，在竞赛中取胜，除了必须具备广泛的专业知识外，还需要成员之间必须具有团队合作精神，齐心协力，共同致力于整个项目的研究和开发。整个过程培养了学生沟通与协作能力，增强了团队合作意识。

我校采用以项目为驱动，每个班级分成由4人组成的小团队，例如：在足球机器人项目教学中，小组内部的每一个学生根据自己的特长进行分工。我们将任务分成机械结构设计、自动化和软件编程三部分。负责机械部分的同学需要对整个机器人的机械结构进行合理设计。自动控制部分的同学设计选择传感器、单片机扩展板以及电机驱动板等。有较深厚编程基础的同学编制程序。整个制作过程中，组内成员之间虽然有分工，但是还要及时沟通、共同协商，这样才能保证整个项目及时顺利完成。老师在整个过程中主要起到指导、排疑和协调的作用，使同学们在项目制作过程中能够顺利完成。

3以机器人大赛为平台，提高学生科技创新实力

机器人竞赛作为一种高科技创新活动为大学生创新能力的培养提供了广阔的舞台，就国内而言目前高校参加的规模较大的机器人竞赛主要有两个：一个是以由中国自动化学会机器人竞赛工作委员会、RoboCup　中国委员会等联合主办的“中国机器人大赛”，另外一个是中央电视台主办的亚太大学生机器人大赛国内选拔赛，亚太大学生机器人大赛的口号是“让思维沸腾起来，让智慧行动起来”，集中体现了大赛的创新理念。机器人竞赛已经成为激发大学生参与创新实践，展示大学生创新能力、团队合作精神和当代大学生风采的舞台。

3.1　积极组织校内机器人创新赛，为参加部级比赛做准备

自从2007年以来，已经在校内连续五年举办校内机器人创新设计比赛，通过比赛，学生更加深入的了解机械电子等学科的最新理论。每年的比赛指导老师都要对所有参赛队员进行集中培训，作为指导老师，我们首先为学生搭建完整而合理的知识结构体系，明确比赛目的和各层次任务以及比赛的评比规则等，学生才能做最充分的准备，开拓创新思维，争取比赛的胜利。每年我们都从校内的比赛团队里面选出优秀队员来参加部级的机器人大赛。这样，也是对同学们参加校内比赛的一个激励。

实际上，参加机器人大赛和企业开发产品在某种程度上一致，因此，整个参赛过程，大学生接受系统化工程训练，精心设计机器人，提高同学们的工程实践能力。通过评比出优秀选手参加部级竞赛，为校外比赛取得优异成绩得到保障。

3.2　机器人比赛项目对大学生工程实践能力的培养

总体来说工程实践能力主要包括两个方面，分别是专业知识与实际应用相结合的能力，和工程项目协调管理的能力。前者包括：获取有价值信息能力、项目开发能力、工程设计实施能力、项目管理能力等；工程项目协调管理能力包括：综合协调与计划能力、投资费用控制能力、技术质量控制能力、组织人员控制与管理能力等。

3.2.1　专业知识与实际应用相结合的能力

机器人竞赛作为前沿学科的高科技对抗，涉及机械、电子、通信、自动化等多学科的先进技术，综合利用了多学科的专业知识，具有很高的综合性。大学生参加机器人比赛，在机器人比赛项目制作过程中是自我学习与完善创新的过程。

（1）获取有价值信息：这些信息包括大赛信息、各个参赛队伍信息、元器件市场信息、标准规范、文献、专利等的检索与获取等；

（2）项目设计实施：机器人总体设计、单元模块设计、电路板设计、机械结构设计、加工装配工艺设计、程序设计、场地搭建、元器件采购、零部件加工、电路板焊装、系统调试等。

3.2.2协调管理能力

（1）综合协调。

对机器人开发、比赛过程中所需要的人员、场地、资金、设备以及参赛目标等进行规划与协调。将整个机器人开发、比赛过程划分为调研、方案、设计、制作、调试、改进和参赛等阶段，明确各阶段的任务，设置时间节点和标志等。

（2）技术与质量管理。

开发设计、技术储备、新技术应用、现场技术咨询、技术资料共享、开发人员协调分配；开发平台与工具的统一，功能性能指标的制定，方案、设计图纸的讨论、审核、审批，加工、装配质量保证，外购、外协件的质量保证。

（3）人员管理能力。

小组划分与人员分工，人员选拔、淘汰、考勤、考核、激励；原材料、设备、元器件等的采购、验收、保管、领用等。设计文件的存档、备份与更新，资料、规范、标准的编写、存档、借阅等，对机器人开发、比赛过程中可能出现的人员、技术、资金、进度等风险进行识别和处理，如：关键技术问题长时间不能解决，资金未到位，进度滞后等。

通过近几年来指导校内及部级机器人比赛的探索与实践，我们就如何以机器人竞赛为载体构建以学生为主体的专业知识、管理和创新能力训练体系，进行了不断深入改进，已经取得很好的效果。

4总结

实践教学的目标是培养学生通过实践发现、分析和解决问题的能力，培养创新精神和初步的科学研究能力。机器人技术以其高度的实践性被越来越多的高校引入实践教学。我校机器人实践教学的具体实施，提高了教师的理论、实践教学水平和科研水平，使学生对机器人相关课程融会贯通，提高了学生自主学习、创新和团队合作等综合能力，推动了实践教学体系的发展和完善。自从我校参加部级比赛以来，先后在robcup以及亚太机器人比赛中获得很好的成绩，使学生从中得到锻炼，也提高了我校的知名度。

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