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試析以機器人競賽為平臺的機電專(zhuān)業(yè)創(chuàng )新能力培養探索論文
論文摘要：介紹了機器人競賽的基本情況以及機器人競賽的特點(diǎn)，結合機電專(zhuān)業(yè)的特色，從政策的支持、教師的努力、結合其他教學(xué)環(huán)節和學(xué)生的分工協(xié)作等方面，提出了以機器人競賽為平臺，探索一條適合機電專(zhuān)業(yè)學(xué)生創(chuàng )新能力培養的新途徑，經(jīng)實(shí)踐取得了良好的效果。
論文關(guān)鍵詞：機器人；機電專(zhuān)業(yè)；創(chuàng )新；競賽
國家教育“十二五”規劃和國家中長(cháng)期教育改革發(fā)展綱要中明確指出，高等教育承擔著(zhù)培養高級專(zhuān)門(mén)人才、發(fā)展科學(xué)技術(shù)文化、促進(jìn)社會(huì )主義現代化建設的重大任務(wù)。提高人才培養質(zhì)量乃是高校工作的中心任務(wù)，而只有通過(guò)不斷深化教學(xué)改革才能有效提高人才培養的質(zhì)量。
適應國家和社會(huì )發(fā)展需要，遵循教育規律和人才成長(cháng)規律，創(chuàng )新教育教學(xué)方法，探索多種培養方式，形成各類(lèi)人才輩出、拔尖創(chuàng )新人才不斷涌現的局面，是未來(lái)教學(xué)改革的主要方向。機器人作為典型的機電一體化系統，成為機械電子工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生常見(jiàn)的教學(xué)和實(shí)驗對象。而機器人競賽具有能夠激發(fā)學(xué)生的好奇心、營(yíng)造獨立思考、自由探索、勇于創(chuàng )新的良好環(huán)境及培養學(xué)生的興趣愛(ài)好等特點(diǎn)，正越來(lái)越多地被廣大高校所重視。本文以機器人競賽為平臺，探索出一條培養機電專(zhuān)業(yè)創(chuàng )新能力的新途徑。
一、機器人競賽介紹
2001年6月21日中國自動(dòng)化學(xué)會(huì )機器人競賽工作委員會(huì )成立標志著(zhù)我國機器人競賽事業(yè)進(jìn)入了一個(gè)新的階段。通過(guò)機器人比賽和技術(shù)研討，除了增強參賽者的創(chuàng )新能力外，也為推動(dòng)和促進(jìn)機器人與自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng )新，為我國的快速持續發(fā)展貢獻力量。國內的機器人競賽很多，影響力比較大的主要有兩個(gè)，一個(gè)是以由中國自動(dòng)化學(xué)會(huì )機器人競賽工作委員會(huì )、RoboCup中國委員會(huì )等組織的一年一度的“中國機器人大賽”，另一個(gè)是由中央電視臺組織的一年一度的“Robocop機器人大賽”。省級機器人競賽中影響力較大的屬江蘇省教育廳支持、江蘇省自動(dòng)化學(xué)會(huì )組織的江蘇省大學(xué)生機器人大賽，距今已舉辦4次。大學(xué)生機器人大賽設立的比賽項目已達數十項，包括RoboCup足球機器人比賽、RoboCup救援組比賽、RoboCup家庭組比賽、FIRA足球機器人比賽、空中機器人比賽、水中機器人比賽、舞蹈機器人比賽、雙足競步機器人比賽、機器人游中國比賽、機器人創(chuàng )新設計等。隨著(zhù)比賽項目的逐年豐富，越來(lái)越多的高校都投入到機器人大賽中來(lái)。
二、機電專(zhuān)業(yè)的創(chuàng )新能力培養
機械電子工程專(zhuān)業(yè)俗稱(chēng)機電一體化，是機械工程與自動(dòng)化的一種，也是最有前途的一個(gè)方向。機械電子工程專(zhuān)業(yè)包括基礎理論知識和機械設計制造方法、計算機軟硬件應用能力，能承擔各類(lèi)機電產(chǎn)品和系統的設計、制造、試驗、開(kāi)發(fā)工作。這個(gè)專(zhuān)業(yè)的特色就是強調機械動(dòng)手能力與機電控制能力相結合，側重于機電控制和數控維修。以數控所需各種能力為主線(xiàn)，突出機電控制的專(zhuān)業(yè)核心地位，培養會(huì )設計、能編程、具有較強的機電設備操作、調試、維修、維護等實(shí)際操作技能的技術(shù)工程師和職教師資。
針對機電專(zhuān)業(yè)的特色不難看出，要想培養學(xué)生的創(chuàng )新能力就離不開(kāi)動(dòng)手能力的培養和實(shí)際操作能力的訓練。而機器人競賽作為機電專(zhuān)業(yè)創(chuàng )新能力培養的平臺是非常合適的，這也正是機器人競賽舉辦的初衷。下面以淮海工學(xué)院機械工程學(xué)院為例來(lái)探討如何以機器人競賽為平臺實(shí)現對機電專(zhuān)業(yè)創(chuàng )新能力的培養。
1.政策的支持
一直以來(lái)，學(xué)校和學(xué)院對機器人競賽都非常支持，淮海工學(xué)院為此專(zhuān)門(mén)制定了相關(guān)的獎勵措施，對舉辦機器人競賽也都大力支持并積極組織參與。機械工程學(xué)院為了支持機器人競賽，設立了機器人創(chuàng )新活動(dòng)室，還配備了電腦，購買(mǎi)了實(shí)驗工具以及器材，專(zhuān)為機電專(zhuān)業(yè)的同學(xué)們使用。對能夠獲得獎項的參賽同學(xué)除了頒發(fā)特殊獎學(xué)金外，還獎勵一定的選修學(xué)分，這些都促使很多學(xué)生參與到機器人競賽當中。與此同時(shí)，機器人創(chuàng )新活動(dòng)都安排有經(jīng)驗豐富的教師，對于能夠獲獎的給予適當獎勵，也激勵著(zhù)許多老師從事機器人的教學(xué)和競賽工作。學(xué)校和學(xué)院對于機器人活動(dòng)室的同學(xué)在申請創(chuàng )新項目上也有一定的政策傾斜。近年來(lái)活動(dòng)室先后有兩個(gè)江蘇省大學(xué)生實(shí)驗室創(chuàng )新項目，三個(gè)校大學(xué)生實(shí)驗室創(chuàng )新項目被批準，直接參與的學(xué)生達20多人，在項目中有兩個(gè)機器人參加2011年江蘇省大學(xué)生機器人大賽，在機器人游中國項目和機器人創(chuàng )新設計項目分獲二、三等獎。好的政策支持是培養學(xué)生創(chuàng )新能力的重要基礎。
2.教師的努力
教師在培養學(xué)生創(chuàng )新能力方面的作用是不可或缺的。沒(méi)有教師的努力，學(xué)生創(chuàng )新能力的培養就是一句空話(huà)。由于大學(xué)生還正處在學(xué)習階段，知識結構尚不完善，加之學(xué)校一般又都沒(méi)有專(zhuān)門(mén)針對機器人的系統的訓練計劃，大多數機電專(zhuān)業(yè)學(xué)生對于機器人知識體系的理解比較片面，尤其是低年級同學(xué)，參加機器人競賽的過(guò)程很多時(shí)候都還是一個(gè)摸著(zhù)石頭過(guò)河的過(guò)程。這就需要指導教師抽出時(shí)間系統培訓和引導學(xué)生。告訴學(xué)生應該看什么專(zhuān)業(yè)書(shū)籍、學(xué)習什么設計軟件等等。這對學(xué)生快速建立起對機器人的系統認識、更深入地了解機器人起著(zhù)非常重要的作用。
韓愈曾說(shuō)過(guò)：“千里馬常有而伯樂(lè )不常有�！狈e極參與機器人活動(dòng)的同學(xué)是很多的。作為指導教師應該發(fā)掘那些有科技創(chuàng )新能力或有潛質(zhì)的同學(xué)，并鼓勵他們積極地參與機器人競賽。教師在平時(shí)的教學(xué)中，要留心尋找那些基礎好、創(chuàng )新能力強的同學(xué)，支持他們到大學(xué)生創(chuàng )新活動(dòng)室學(xué)習和工作，為將來(lái)各種競賽儲備人才。待競賽時(shí)再從這些同學(xué)中挑選表現突出的同學(xué)參賽。實(shí)踐證明，好的開(kāi)始是成功的一半。
3.結合其他教學(xué)環(huán)節
現階段，我國還沒(méi)有專(zhuān)門(mén)設置機器人的專(zhuān)業(yè)，只有機電專(zhuān)業(yè)與機器人的關(guān)系最接近。但機電專(zhuān)業(yè)關(guān)于機器人方面的課程還是太少。所以淮海工學(xué)院有針對性地在專(zhuān)業(yè)課程的教授過(guò)程中加入機器人相關(guān)技術(shù)。 增加機器人技術(shù)課程，開(kāi)設了“機器人技術(shù)基礎”課程，又增加了“機器人控制技術(shù)”、“特種機器人”等選修課程，目的是希望增加學(xué)生對機器人技術(shù)的認識，提高他們學(xué)習機器人知識的興趣。在其他專(zhuān)業(yè)課中多引入機器人案例。例如在“機電一體化設計”課程中刪掉了部分數控機床的內容，增加了機器人的教學(xué)案例。在“機械設計”中增加了關(guān)于機器人方面的結構分析案例。這樣，就可以將機器人的機械、控制、傳感器、電機等部分分別對應到相關(guān)課程，學(xué)生對機器人會(huì )有一個(gè)系統的認識。將競賽機器人引入課程設計和畢業(yè)設計。針對高年級學(xué)生的“控制技術(shù)課程設計”、“機電系統課程設計”和畢業(yè)設計，將競賽機器人作為課程設計和畢業(yè)設計的任務(wù)分配給學(xué)生，課程設計做相對成熟的內容，而畢業(yè)設計就可以結合競賽來(lái)實(shí)施。通過(guò)其他的教學(xué)環(huán)節來(lái)支撐機器人教學(xué)能夠取得較好的效果，學(xué)生也感到學(xué)習的針對性和趣味性增加了。
4.學(xué)生的分工協(xié)作
機器人作為一個(gè)復雜的機電系統，不是一個(gè)人所能完成的。所以團隊的合作、個(gè)人的不同分工是非常重要的。對于大學(xué)生們來(lái)講，知識結構、自學(xué)能力、工程實(shí)踐、團隊分工與協(xié)作是相輔相成的，他們需要在競賽過(guò)程中不遺余力地完善自己的知識結構，提高和培養自學(xué)能力、工程實(shí)踐、團隊分工與協(xié)作能力。機電一體化是以機械學(xué)科為基礎，融合了電子、計算機等學(xué)科的交叉學(xué)科，這就要求機電專(zhuān)業(yè)的學(xué)生所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識較多。在有限的時(shí)間里每個(gè)專(zhuān)業(yè)課都要學(xué)精那是不可能的，每個(gè)同學(xué)只能在一個(gè)或兩個(gè)領(lǐng)域里有所深入。對于機器人競賽而言，這就要求同學(xué)們有不同的側重點(diǎn)，比如有些同學(xué)把重點(diǎn)放在機器人機構的設計和制作上，有些同學(xué)就以控制系統電路設計作為自己的主攻方向，還有編程能力強的同學(xué)主要負責算法和程序的設計。這樣每個(gè)同學(xué)都會(huì )得到深入的鍛煉，再通過(guò)同學(xué)們的相互交流、取長(cháng)補短，同學(xué)們的創(chuàng )新能力就會(huì )有質(zhì)的飛躍。
三、實(shí)踐創(chuàng )新能力培養
通過(guò)參加機器人競賽提高和鍛煉了學(xué)生理論與實(shí)踐相結合的能力、動(dòng)手能力和自主創(chuàng )新能力。每年舉行的各種機器人大賽為機電專(zhuān)業(yè)大學(xué)生在基本理論與實(shí)踐相結合、實(shí)際動(dòng)手能力、創(chuàng )新設計等方面提供了良好的平臺。在當前注重學(xué)生綜合能力的形勢下，該平臺的建設對學(xué)生們參加機器人競賽和機器人、機電一體化系統創(chuàng )新設計、教學(xué)科研以及鍛煉和提高學(xué)生們的創(chuàng )新能力都具有非常重要的意義。通過(guò)機器人競賽前的培訓和演練以及競賽過(guò)程鍛煉和提高參賽隊員機電一體化系統的軟硬件創(chuàng )新設計能力，從機器人競賽平臺的機械本體結構設計、傳感檢測技術(shù)與方法、自動(dòng)控制理論與方法以及計算機編程技術(shù)等多方面都得到了很好的鍛煉�；春９W(xué)院機械工程學(xué)院一直以來(lái)都重視大學(xué)生參加機器人競賽，在歷屆江蘇省大學(xué)生機器人大賽獲得“機器人游江蘇”項目二、三等獎及“機器人游中國”項目二等獎、“機器人創(chuàng )新設計”項目三等獎，取得了豐碩的成果。
四、結束語(yǔ)
新的形勢下，高等院校如何實(shí)現可持續發(fā)展關(guān)鍵在于是否能夠培養出高素質(zhì)的創(chuàng )新人才，而機器人競賽則是培養學(xué)生創(chuàng )新精神和動(dòng)手能力的最佳平臺。參加機器人競賽可以激發(fā)學(xué)生的興趣與愛(ài)好，有利于提高學(xué)生自主學(xué)習的主動(dòng)性、科研動(dòng)手創(chuàng )新能力、團隊協(xié)作能力以及就業(yè)競爭能力。借助機器人競賽這個(gè)平臺，教師可以改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)教學(xué)體系的不斷完善。
借助機器人競賽的平臺，在提高學(xué)生創(chuàng )新能力方面作出了積極嘗試，并取得了良好的效果。若要想取得更好的成績(jì)，需要學(xué)校進(jìn)一步在政策和資金上加大投入力度，完善教師的激勵機制，鼓勵學(xué)生盡早參與機器人競賽，夯實(shí)專(zhuān)業(yè)基礎知識，建立起機器人的科研梯隊，這些都需要堅持不懈的努力。
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