机器人足球竞赛在大学生创新教学中的初探

2012-04-13范庆春刘路路

合肥师范学院学报 2012年6期

王凡，范庆春，刘路路

（合肥师范学院计算机科学与技术系，安徽合肥 230601）

0 引言

随着高等教育的发展及教育体制改革的逐步深入，创新教育越来越受到高等教育的重视，《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》明确提出建设创新型国家的重大战略目标，并强调要“深化教育改革，加快教育发展，推进素质教育和创新教育，为建设创新型国家培养结构合理、素质优良的各级各类人才。”高校科技创新平台是国家创新体系建设中的重要组成部分，也是高校提高科技自主创新能力，落实“人才强国”和“人才强校”战略的重要措施［1］。

在我国高校普遍重视校舍建设、师资队伍建设、学科建设的同时，作为培养应用型创新人才重要手段的实践教学改革创新却相对滞后，已成为提高我国高等教育质量的一个软肋。高校科技创新平台是为了将学科建设、人才建设与科技发展统一起来，实现人才和资源的充分共享，继而形成一种新的、交叉的、重要的科研组织运行模式。创新教学是培养学生自主学习能力，动手实践能力、科学研究能力的重要手段。因此，创新教育对高等专业人才的培养是至关重要的。作者近年来一直在本校从事一线教学和科研工作，多次指导学生参加机器人相关各级科技创新竞赛，现结合多年教学和科研经验，对本科生的创新教育做一探讨。

1 机器人足球

机器人足球的最初想法，首先是由加拿大不列颠哥伦比亚大学的Alan Mackworth教授在1993年出版的计算机视觉——理论、方法与应用文集中提出［2］，最终目标是经过五十年左右的研究，使机器人足球队能战胜人类足球冠军队。机器人足球比赛，顾名思义，就是训练和制造机器人进行足球比赛，就是通过体育竞技的形式来提高人工智能领域、机器人领域的研究水平。由于它是以竞赛的形式开展，因此引起了越来越多的学者特别是广大青年学生的兴趣［3］。

作者指导的合肥师范学院机器人代表队参加了2009－2011年的中国机器人大赛暨RoboCup公开赛，均取得较好成绩，最高曾获国家级一等奖。本文结合近年来实际工作经验，对机器人竞赛对大学生创新素质培养的影响进行探讨。

2 机器人足球竞赛促进教学改革

近年来，为了发挥机器人足球竞赛在本科教学中的促进作用，我们不断探索以实践能力和创新能力培养为目标的新型本科人才培养模式，并致力于构建以机器人创新竞赛为平台的大学生创新素质教学培养模式。我们结合学校“应用型”人才培养的办学定位，以“知识传授和能力培养协调发展、实验教学与理论教学统筹兼顾”为原则，坚持“以培养学生实践能力和创新精神为目标，以高水平学科平台为依托，夯实基础，强化综合，倡导创新”的教学理念，形成了较为科学的培养体系——创新精神与实践能力培养相结合，切实提高计算机系本科生的创新素质。

2.1 理论教学模式的改革

我们在教学过程中采取“案例启发式”和“团队法”两种形式相结合的课堂教学模式。在相关课程学习时，将竞赛中的实际案例贯穿课堂教学始终，在课堂教学中将基础理论知识讲解完毕后，继续对竞赛案例相关内容进行讲解，整个课程下来给学生完整的竞赛项目开发的印象。同时，课堂教学之余，组织学生以竞赛小组为单位，开展组内例会活动，对所学的知识进行讨论，不断进行阶段性学习总结，并制定后继学习计划。通过理论教学模式的改革，提高了学生的学习兴趣，培养了学生自主学习、主动学习的意识，培养了学生的团队精神，增强了学生的团队协作能力。

2.2 实践教学模式的改革

我们在教学过程中积极尝试“项目驱动”教学法。在应用型人才的创新能力培养过程中，“项目驱动”教学法极大的调动了学生的积极性和创造性，使学生明确理论应用于实践的学习目的，从而学习过程由被动变为主动，由后台走向前台。学生在学习了理论知识以后，如何能够在实践中掌握并使用所学到的开发方法和技能，是一个值得关注的问题。结合各竞赛项目，将课程实践从单纯的“验证性实验”转为“验证性与开发研究性实验”相并重的教学方式，合理设置实验教学内容，增设创新设计性实验，完善实验教材，打造一个开放式的专业实践场所。将参加科技竞赛活动、产学研项目作为提高学生能力的一个重要载体，以参加各项国家级省级大赛作为创新成果检验平台，培养学生的创新能力、科学思维能力和综合分析能力。

2.3 结合竞赛设置各类开放性、设计性实验

我们根据不同竞赛活动的特点，有针对性地进行开放性实验教学，在实验中有意识地加大综合性、设计性实验内容，给大学生参加各类创新竞赛创造了良好的实验环境，学生的学习态度从被动学习转变为主动学习。通过设置和开展具体的针对性的实验，大大提高了学生的创新意识和动手能力，同时，此类实验的开放性给与了学生高度的自主性，充分调动了学生学习的主观能动性。

3 机器人足球竞赛促进大学生创新素质培养

3.1 培养学生创新意识和创新能力

当前大学生思维敏捷，想象力丰富，且随着学习的深入，其知识和经验的不断积累，他们的创新动机和创新意识逐渐增强，期待在学习中产生新思维、新理念、新方法。但是，由于知识面窄、视野不够开阔、经验缺乏、思维单一等原因，他们在学习中难免会出现闭门造车走弯路的现象。所以，在重视加强知识学习的同时，更应该注重培养学生的创新意识和创新能力。通过机器人足球竞赛的平台，充分的发挥了学生学习的主动自觉性，也更好的对他们日益成长的创新思维进行了有效的引导，极大的发挥了个人创造力，培养了学生的设计能力和综合应用能力。

3.2 培养学生的团体意识和团队协作能力

团体意识和团队协作能力是当代计算机专业毕业生必备的就业素养，是走上工作岗位和步入社会应具备的基本素质［5］。机器人足球竞赛项目的体系相对较大，其设计、开发、测试等环节均需要多人协同配合完成，通过长期的优化磨合，团队的创造力远远强于个人的单兵作战。我们通过老队员协助新队员、定期的技术交流例会、小组内部讨论等方式，进行团队建设，由于不同队员的思维方式、解决问题的方法都不尽相同，所以良好的团队协作促进了队员之间相互学习、相互尊重。

3.3 培养学生的创新科研能力

创新素质培养离不开科研能力的培养，机器人足球竞赛是多种新技术新成果综合的应用，是一个很好的结合了创新教育和前沿研究的平台。我们在建设教学创新实践平台的同时，以各类机器人足球竞赛项目为基础，将学科的前沿理论和最新成果运用到创新教学中，通过教师指导的方式，让学生参与到科研过程中来。通过机器人足球竞赛平台，使学生改变了学习观念、拓宽了专业视野、增强了创新意识、激励了创新思维，更为学生开展科研活动奠定了良好的基础。

4 应用情况

经过几年的实践，我们以大学生机器人足球竞赛为平台，尝试进行教学改革并开展各类创新素质培养活动，取得良好效果。我们设置的各类开放性、设计性实验项目共有15项获得了合肥师范学院开放实验资助项目立项，其中获得重点立项7项。已有4名本科生在教师指导下成功申报了三项2011－2012学年合肥师范学院大学生学术科技创新基金项目，并顺利结题。近两年来，我们积极培养本科生的创新能力和综合素质并参加了一系列比赛，共获得国家级奖项25项，其中一等奖6项，二等奖13项，三等奖5项。