陶大鹏　普园媛　赵征鹏　王一荃

［摘 要］ 针对目前大学生创新创业能力总体偏低，无法结合专业知识提升自身创新创业能力的问题，云南大学信息学院在新工科建设背景下，以本科生课程“机器人学导论”为例，探索并实践了“项目—竞赛—实践”三位一体的创新创业能力培养新机制。云南大学信息学院以产学研用为目标，在教学过程中引入全国大学生机器人大赛内容，加强了学科融合；引入贴合实际工程应用的实践操作及实验室软硬件设施，激发了学生的创新意识。通过分析课程改革实施以来取得的成效，充分说明了信息学院改革模式的有效性，在培养具备深厚理论知识、高水平技术技能和创新创业意识的复合型人才中发挥了重要作用，也为相关课程的改革提供了新的思路。

［关键词］ 创新创业能力；机器人竞赛；人才培养；教学模式改革

［基金项目］ 2021年度云南省高等教育教学成果培育项目“产教融合助力机器人竞赛的学生创新创业能力培养机制探索及实践”；2021年度云南大学教育教学改革研究重点项目“产教融合助力学科竞赛的学生创新创业能力培养机制探索及实践”；2021年度云南省研究生导师团队建设项目“机器人与智能系统博士生导师团队”；2020年度教育部新工科研究与实践项目“面向新工科的信号与信息系统系列课程改革”（E-DZYQ20201402）

［作者简介］ 陶大鹏（1977—），男，安徽无为人，博士，云南大学信息学院教授，主要从事人工智能、机器视觉研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A［文章编号］ 1674-9324（2023）22-0022-04［收稿日期］ 2022-07-13

引言

学生创新创业能力是国家经济建设、科技进步和社会发展的重要因素。2018年4月，教育部印发了《高等学校人工智能创新行动计划》；2021年9月，国务院办公厅印发了《关于进一步支持大学生创新创业的指导意见》；2019年云南省政府工作报告指出，抢抓数字经济机遇，全力建设“数字云南”。积极、有序、稳妥推进“数字云南”建设［1］。由此可见，国家和云南省对大学生创新创业的支持力度逐年增加，创新创业将成为时代发展的必然要求。深化高校创新创业教育改革是国家实施创新驱动发展战略的需要，也是推进高等教育综合改革、提高人才培养质量的重要突破口［2］。然而，在此背景下，大学创新创业能力的不足在许多方面弊端初显，以至于影响了学校乃至社会创新创业能力的进一步提升。

国内外名校都在探索提高大学生工程实践和创新创业能力的方法。美国要求培养计划密切联系国民经济发展和社会发展需求；德国采取“双元制”模式，学校和企业各为一元，促使学生的专业理论和职业实践有机对接。我国清华大学发挥校企双导师和多学科导师组的效用，取得了明显的成效；深圳大学实施了“竞赛驱动、科研引领”的机械类创新拔尖人才培养模式，提出了“三体融合、四阶递进”的培养方案，凝练了创新拔尖人才［2-3］。然而，目前我国大学生创新人才培养方案依旧处于探索阶段，很难满足高等院校培养创新型高层次科研工作者和工程技术工作者的需求。

本文以云南大学本科生“机器人学导论”课程为例，以RoboMaster（RM）机器人比赛为载体，以产学研用为目标，提出学生创新创业能力培养的新模式，旨在建立课程理论与实践之间的联系，充分挖掘和锻炼大学生的创新创业能力。新模式通过引入竞赛，革新传统课堂内容和教学手段。竞赛作为实践活动的特殊形式，不仅可以增强学生的学习能力，同时也可以成为专业课程学习效果测评的新手段。

一、传统培养模式的弊端

传统培养模式中，教师的教学内容、教学能力和教学水平等因素决定了教学质量，学生的听课程度决定了其知识掌握的效果［4］。然而，大部分课程教学是教师按照教学大纲讲述知识，忽略了知识与实践结合的关系，限制了学生能力的提升。从教学情况和结果反馈看，传统培养模式存在以下几方面问题。

（一）培养模式落后

传统的培养模式多为课堂教学，大多数是学生和授课教师之间的互动，缺乏与科研团队或实验室的结合［5］。单一的教师指导有难以避免的问题，即缺乏完善的平台和系统引导，学生的学习紧迫感不强、学习动力不足。此外，由于受教学经费等影响，培养模式中前沿知识更新慢，实验内容长时间得不到更新与补充，教学仪器逐渐满足不了教学需求，学生在课堂上学习的理论知识难以在实验课程中得到验证。

（二）应用教学薄弱

传统教学过程中，培养模式与应用场景联系不紧密，学生解决问题的思路不清晰、创新性较弱，难以激发学生对专业知识的学习兴趣。此外，传统培养模式缺少将课堂教学和课外竞赛相结合的成功案例，难以为培养学生提供深入研究、思考和实践的参考［6］。在实验教学过程中，传统教学无法根据每个学生的专业特长设计个性化培養方案，而且实验室的设备有限，极大限制了学生实践与创新能力的提升［7］。

（三）实践培养不足

传统培养模式并没有将创新落到实处，学生缺乏行业信息的指引，只能泛泛谈创新，不能实践应用。这种培养模式下，学生往往无法将专业知识应用于未来工作中。

二、“三位一体”创新创业能力培养机制

“机器人学导论”课程专业性较强，课程内容涵盖了人工智能、电子信息等专业的必备基础知识，传统授课方式无法满足国家的培养要求。本文提出的项目—竞赛—实践“三位一体”的创新创业能力培养机制，是一种递进式工程实践创新培养体系，旨在培养和提高本专业大学生的创新创业能力，探索一条提升大学生综合创新创业能力的新模式，并为机器人等专业的深化改革提供参考。

（一）项目依托的“以研促创”培养手段

当前，我国大学生创新创业能力总体偏低，主要原因可以归为高校缺乏创新创业能力培养的完整体系，学生对专业方向理解不深。云南大学信息学院采用项目式学习（Problem-based Learning， PBL）方式，导师负责制，将创新人才培养计划嵌入项目研究和成果研发工作中，在科研成果的培育与转化中推动以研促创。信息学院机器人教学团队开展了机械臂智能抓取项目，针对具体课程组学生的兴趣及研究方向，为每个学生设计详细定制化的科研任务。学生通过参与探索性项目，迅速把握领域前沿，激发参与科研项目的热情。新模式以科研团队为依托，强化资源共享，可以提升导师培养学生的能力，同时提高学生的合作与创新素养，力争培养出素质、能力全面发展的优秀人才。

（二）竞赛载体的“以赛励创”培养模式

针对大学生学业知识到创业能力转化不足的问题，信息学院鼓励学生报名参加“互联网+”大学生创新创业大赛、RM大赛等，夯实学生的专业知识基础，推动学生成果转化，提升学生的就业创业能力。通过将机器人比赛作为教学载体，信息学院建立了以赛励创的培养模式。

在“机器人学导论”课程教学过程中，教师从RoboMaster大赛机器人的设计与制作实际出发，开设机械臂智能抓取、视觉定位、云台控制、自动控制等多个培养方向。每个方向细分了机器人结构设计、机器人加工制作、嵌入式控制硬件设计与制作等多个环节，最后将机器人的完成度、电路及逻辑复杂度、软件控制精度等性能指标纳入学生课程综合评价范畴。在机器人比赛的激励下，学生不仅可以在实践中检验理论知识，还能增强团队协作能力，提高学习兴趣及实际动手能力。

（三）实践驱动的“以练激创”培养机制

目前，机器人专业的就业方向主要包括机器人架构设计师、机器人集成系统工程师和机器人应用工程师等。在具体教学过程中，结合与云南产业热点领域相契合的课题与项目，如智慧物流、消防救援、反恐协作等，教师可为学生创新创业大赛等多个科学竞赛课题提供广泛的选题范围与技术支撑。以实践为驱动，建立以练激创的创新创业能力培养新机制，既是校企双方的合作，又是学校、学生、企业、社会四方对人才培养模式的新探索。例如，云南大学信息学院为支撑机器人专业的建设与发展，与大疆公司开展“智能抓取零件系统”等可以直接落地的项目，建立了具有专业针对性的人才培养新机制。同时，与大疆、优必选等机器人公司展开多方合作，将更多软硬件资源引入教学过程，快速提升学生的创新创业水平，最终达到学校教育、人才培养以及企业产业创新的协同发展。在“以练激创”培养机制下，充分发挥学校、企业、科研单位的优势，把学校教育与生产实践、科研实践有机结合，以促进成果转化，服务社会，为培养出高素质的、具有创新意识的应用型人才提供了新的思路。

三、培养机制的特点及成效

（一）培养机制特点

1.整合多方资源，加强学科融合。机器人竞赛作为一项跨专业、跨学科的赛事，具有强大的资源整合力。云南大学信息学院采用的“三位一体”创新创业能力培养机制，通过深化信息、软件、物理等多个学科之间的相关性、相融性和互补性，打破了现有课程专业的壁垒，专注于探索学生的问题解决能力和综合创新素质培养。

云南大学信息学院Future机器人战队自2017年组建以来，汇集了多学院的60多名不同专业、年级的研究生和本科生，建立了一支跨年级（本科生、研究生）、跨学科（信息、软件、物理、材料、管理）、跨高校（中国科学院大学）的竞赛队伍，有效实现了跨学科融合教学，打破了学科间的壁垒，提高了学生的学习效率。

2.激发学生的创新意识和科技报国热情。对毕业学生的调研结果及学生自评报告显示，教学活动通过竞赛的任务机制牵引，一方面可以提升学生创新的积极性；另一方面，可以让大学生通过了解机器人发展历程和我国机器人发展概况，提升科技报国、为国争先的热情。Future机器人战队的多名学生参加了国家自然科学基金的重点项目“面向柔性定制作业的工业机器人视觉感知与理解问题研究”，并获得突出成绩。可见，机器人竞赛驱动的培养机制有助于增强学生的创新意识，激发学生的科技报国热情。

（二）培养机制成效

1.教学效果提升。由于云南大学信息学院“机器人学导论”课程在教学实践环节引入了RoboMaster机器人设计与制作课题，学生掌握了嵌入式电控知识和视觉算法基础，参与机器人竞赛和加入科研团队的积极性明显提高，在课堂上和教师互动的情况明显增多，取得了十分理想的教学效果。

2.升学率提高。近年来，依托机器人竞赛，信息学院培养了200余名优秀本科毕业生。毕业生中攻读硕士、博士学位的学生占95%以上，其中出国留学的学生占10%以上。在硕士和博士研究生阶段，众多学生利用他们在机器人竞赛中学习到的技能和知识，在实验室科研工作和机器人竞赛中继续发挥骨干作用。

3.获奖数量增加。三年以来，信息学院Future机器人战队以RoboMaster大赛为主战场，累计斩获国家级和省部级奖项近100项。尤其在2020年RoboMaster大赛上，代表云南大学获得了数十项国家级和省部级奖项。其中包括团体获奖证书11项（团体一等奖1项、团体二等奖8项、团体三等奖1项、优秀外观设计奖1项）、学生获奖证书49项（一等奖5项、二等奖38项、三等奖5项、优秀队长1项）、优秀指导教师奖16项。

4.科研产出增多。机器人是多学科交叉融合的领域，信息学院鼓励学生围绕竞赛的技术难点进行毕业设计和论文研究，让科研产出更具创新实用价值。近年来，信息学院Future机器人战队获发明专利十余项，优秀学士学位论文9篇。其中，学生论文On Comparing Different Metric Learning Schemes for Deep Feature based Person Reidentification with Camera Adaption被收录入2019年实时计算与机器人国际会议（IEEE RCAR）论文集，并获得最佳学生论文奖。

结语

本文以云南大学信息学院“机器人学导论”课程为例，探索并实践了以项目—竞赛—实践“三位一体”的人才创新创业能力培养新模式。自改革实施以来，信息学院共参与了五届全国大学生机器人RM比赛，不仅实现了对课程理论、实践教学内容的改革及对本专业学生的培养，更是汇聚了全校多个学院不同专业的學生组队参与赛事，累计获得国家级和省部级奖项近100项，取得了丰硕成果。综合来看，本文提出的教学改革模式能够达到新工科背景下大学生创新创业能力的培养目标。

参考文献

［1］阮成发.政府工作报告：2019年1月27日在云南省第十三届人民代表大会第二次会议上［EB/OL］.（2019-01-27）［2022-06-13］.https：//www.yn.gov.cn/ztgg/2019gzbg/2019gzbg/index.html.

［2］林健.新工科建設：强势打造“卓越计划”升级版［J］.高等工程教育研究，2017（3）：7-14.

［3］娄燕，程蓉.竞赛驱动、科研引领的机械类创新拔尖人才培养模式探索与实践［J］.科教文汇，2021（29）：68-70.

［4］徐晓红，郑志强，卢惠民.构建机器人技术创新实践基地的探索与实践［J］.实验室研究与探索，2015，34（3），185-189.

［5］赵华君，漆新贵，罗天洪，等.地方高校机器人工程专业新工科人才培养研究［J］.西南师范大学学报（自然科学版），2020，45（6）：127-132.

［6］阎世梁，张华，肖晓萍，等.高等工程教育中的机器人教育探索与实践［J］.实验室研究与探索，2013，32（8）：

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［7］秦涛，杨沫，王乙坤，等.基于“科研项目+学科竞赛”双驱动的机械创新设计课程教学改革与实践［J］.科技与创新，2021（17）：143-144+146.

Research on the Reform of Robot-driven Student Training Mechanism

TAO Da-peng1， PU Yuan-yuan1，2， ZHAO Zheng-peng1， WANG Yi-quan1

（1. School of Information， Yunnan University， Kunming， Yunnan 650500， China; 2. University Key Laboratory of Internet of Things Technology and Application of Yunnan Province， Kunming，

Yunnan 650091， China）

Abstract： The overall innovation and entrepreneurship capabilities of current university students tend to be subpar， and they encounter challenges in enhancing their innovation and entrepreneurship abilities through the integration of professional knowledge. In the context of the national “Emerging Engineering Education” initiative， the School of Information Science and Engineering at Yunnan University has explored and implemented a novel mechanism to nurture and foster the development of innovation and entrepreneurship capabilities. This mechanism integrates the triad of “projects， competitions， and practical experiences”， exemplified by the undergraduate course “Introduction to Robotics”. With the aim of integrating production-education-research-application， the School of Information Science and Engineering at Yunnan University has incorporated the content of the China University Robot Competition into the teaching process. Practical operations and laboratory hardware and software facilities， directly relevant to real-world engineering applications， have been introduced during the teaching process， which stimulates students innovation awareness. The analysis of the achievements since the implementation of the curriculum reform fully demonstrates the effectiveness of the reform model. This model has significantly contributed to the cultivation of individuals endowed with profound theoretical acumen， advanced technical proficiencies， and a resolute spirit of innovation and entrepreneurship. Moreover， it serves as a catalyst for generating fresh insights and novel perspectives regarding the reform of related courses.

Key words： innovation and entrepreneurship capabilities; robot competition; talent cultivation; teaching mode reform