基于机器人竞赛的大学生创新素质教育

基于机器人竞赛的大学生创新素质教育

摘要:以机器人竞赛作为项目平台进行项目驱动教学,对大学生创新素质教育具有重要的现实意义。首先对国内外大学生参与的机器人竞赛进行总结回顾;然后探讨基于机器人竞赛的大学生创新素质教育,包括项目驱动教学方法、教学体系建设、我校实践情况;最后给出结论包括参与机器人竞赛的有益之处及注意事项。

关键词:大学生创新素质教育;机器人竞赛;项目驱动教学

在高校积极探索培养高素质创新型人才的途径和方法中,科技竞赛在培养学生综合素质特别是创新素质教育方面发挥了极为重要的作用[1]。近几年来,机器人竞赛在国内外迅速开展,其举办宗旨是为了推动机器人技术的发展,培养学生的创新能力。机器人竞赛涉及到人工智能、自动控制、机械设计、通讯技术等多领域的前沿研究,大学生参与机器人竞赛有助于增强自主学习兴趣,培养工程实践创新能力[2]。因而,基于机器人竞赛进行项目平台建设,对大学生实施项目驱动教学及大学生的创新素质培养具有重要的现实意义。

1国际大学生机器人竞赛

1) 机器人足球竞赛。

机器人足球竞赛最早是由加拿大不列颠哥伦比亚大学的Alan Mackworth教授于1992年正式提出的。目前,在国际上最有影响力的两类机器人足球竞赛为FIRA和RoboCup。FIRA(Federation of International Robot-soccer Association)是国际机器人足球联合会的缩写,自1996年在韩国大田的韩国科学技术院举办第一届比赛开始,FIRA已经举行了14届世界杯比赛。RoboCup(Robot World Cup)是机器人世界杯的缩写,自1997年在日本名古屋举行第一届比赛开始,RoboCup至今也已举行了14届世界杯比赛。机器人足球比赛的项目主要包括仿真组、拟人组等多个比赛项目。

2) 机器人灭火竞赛。

机器人灭火比赛是由美国三一学院的Jake Mendelssohn教授于1994年始创。比赛是在一套模拟四室一厅的住房内进行,要求参赛的机器人在尽可能短的时间里找到放置于任意一个房间随机角落中的蜡烛,将其熄灭,并要返回到起点。机器人比赛每年一次,目前已经举办了17届比赛。目前,主办方按机器人类型的不同将同一级别的比赛分为标准组和带有创新设计的非标准特别组,如分初级标准组和初级特别组、中级标准组和中级特别组、高中标准组和高中特别组以及步行机器人灭火组等。

3) 国际机器人奥林匹克竞赛。

IROC(International Robot Olympiad Committee)是国际机器人奥林匹克委员会的缩写,1999年组织了首届“国际机器人奥林匹克竞赛”,目前已经成功举办了11届。比赛分为不同年龄段的常规赛与创意赛。此外,2010年三星杯首届国际仿人机器人奥林匹克竞赛由哈工大机器人技术与系统国家重点实验室等多个单位主办。比赛设田径类、球类、对抗赛、体操类、舞蹈类、娱乐类、作业类等7个门类共24个项目,比赛规则大多采用人类奥运会的规则。

4) 亚太大学生机器人大赛。

“亚太大学生机器人大赛”(ROBOCON,ABU Asia-Pacific Robot Contest)始于2002年,是由中国、日本、韩国、新加坡、泰国和印度尼西亚组成理事会的“亚洲太平洋广播联盟”(亚广联)举办的每年一度的重大国际性赛事,目前已经举办8届。比赛主要面向本地区的在校大学生,特别是工科院校的在校生,着力培养各国青少年对于高科技的兴趣与爱好,提高各参与国的科技水平,为机器人工业的发展发掘和培养后备人才。每一届的具体赛事由理事会成员国轮流主持。

2国内大学生机器人竞赛

1) 中国机器人大赛暨RoboCup公开赛。

1999年,在RoboCup国际委员的支持和授权下,首届中国机器人大赛暨RoboCup公开赛在中国重庆举办,每年举办一届,现已举办12届。第12届比赛共设立12类65项赛事。

2) 全国机器人大赛暨FIRA世界杯机器人大赛中国队选拔赛。

1999 年,在FIRA中国分会的组织下,首届全国机器人大赛暨FIRA世界杯机器人大赛中国队选拔赛在哈尔滨工程技术大学举办,每年举办一届,现已举办11届。第12届大赛共设立4类25项赛事。

3)“广茂达”杯中国智能机器人大赛(暨国际机器人灭火比赛中国赛区选拔赛)。

“广茂达”杯中国智能机器人大赛是中国人工智能机器人专业委员会等多个单位主办的一项全国性赛事。从2000年开始,每年举办一届,现已举办10届。大赛包含机器人救火大赛、机器人足球比赛、机器人创新大赛、机器人搜救大赛、机器人擂台赛和机器人舞蹈戏剧大赛等6个主题项目。其中机器人救火大赛是国际赛制机器人灭火比赛(暨国际机器人灭火比赛中国赛区选拔赛)。

4) 全国大学生机器人电视大赛(暨“亚太大学生机器人大赛”的国内预选赛)。

“全国大学生机器人电视大赛”作为“亚太大学生机器人大赛”的国内预选赛,

由中央电视台主办,是国内大学生竞技机器人技术方面最重要的赛事。大赛始于2002年,每年举办一届,现已举办8届。

5)“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛。

为了加强大学生实践、创新能力和团队精神的培养,教育部委托高等学校自动化专业教学指导分委员会主办每年一度的全国大学生智能汽车竞赛。高等学校自动专业教学指导分委员会决定飞思卡尔半导体公司为协办单位,赛事冠名为“飞思卡尔”杯。竞赛分竞速赛与创意赛两类比赛。自2006年首次举办以来,“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛已经成功举办了5届。

3创新素质教育

3.1项目驱动教学

项目驱动教学是是指通过实施一个完整的项目工作而进行的教学活动,是基于建构主义学习理论的教学方法[3]。在建构主义学习理论指导下的项目驱动教学方法适用于各类实践性和操作性较强的知识和技能的学习[4]。基于机器人竞赛的项目驱动教学是指以参加上述的国内外机器人竞赛为建设项目,项目建设期间的资源和成果不仅仅用于机器人竞赛,还可用于相关的教学和科研工作中。因而,结合机器人竞赛项目进行项目驱动教学,高校可以在开展机器人竞赛的同时,为相关专业学科的学生提供自主创新的平台。

具体而言,高校可以结合具体的机器人竞赛项目开展项目驱动教学。如我校结合“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛,制定了相应的项目负责制实施办法及教学任务表,并根据项目名称、内容、要求,分别在电气与计算机学院遴选项目负责人。项目负责人确定后,由项目负责人根据人数、职称结构等要求自行组织教学团队,负责所承担项目教学内容的制定、理论教学、实践指导、教学内容更新、教学方式与方法的改革、成绩考核及上报、项目总结等。教师在教学过程中,基于项目驱动教学方法进行教学。教学分为理论教学和实践教学,不同于普通课程教学的理论学时大于实践学时,以实践教学为主。例如,我校设定理论学时为总学时的20%,实践学时为总学时的80%。理论教学并不纯粹讲解课本知识,还要介绍“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛的举办背景、往年的竞赛视频、比赛规则等;实践教学将项目分解为智能车组装设计、运动控制、道路识别等具体子任务,以具体子任务实现为目标,学生分组通过团队合作来完成具体的各个子任务以及整个项目。学生通过任务分析,提出实现策略和实施方案,并负责制作和调试工作,这样可以培养学生自己动手解决问题的能力。

3.2教学体系建设

面向全校进行跨专业培养。可以以多种方式进行宣传招募学生,包括海报公布、网上发布、传单宣传等;之后召开师生见面会回答学生问题,并举行机器人表演让学生直观理解;学生根据意愿自愿报名,通过面试进行筛选;集中进行学习培训,竞赛校内预先选拔。