方 峻，王曉斌，張 翔

（1.電子科技大學 信息與軟件工程學院，四川 成都 610054；2.電子科技大學 計算機科學與工程學院，四川 成都 610054；3.電子科技大學 成都學院，四川 成都 611731）

傳統(tǒng)的大學本科教育體系以教師講授為核心地位，以課堂學習為主要方式，注重傳授專業(yè)知識和解題技能。在這種教育方式下，學生的基礎知識比較扎實，知識結構較為全面系統(tǒng)，但是，這種方式使得學生的自主學習能力、工程實踐能力、技術創(chuàng)新能力沒有得到足夠的訓練。對于工科院校或工程專業(yè)的畢業(yè)生，在實踐中綜合運用知識解決實際問題的能力尤為重要［1］。在目前的本科生培養(yǎng)體系中，畢業(yè)設計是為數(shù)不多的能讓學生接觸實際問題、培養(yǎng)動手能力、強化工程訓練和激發(fā)創(chuàng)新思想的重要環(huán)節(jié)。如何增強畢業(yè)設計的培養(yǎng)質量，提升畢業(yè)生綜合素質，把好本科生“總裝出廠”最后一關，是教學研究中非常重要的問題。

作者在最近指導大學本科生畢業(yè)設計的實踐過程中，對畢業(yè)設計的教學思想進行了改革創(chuàng)新。具體思路是：依托機器人仿真足球比賽設計論文題目，從中抽取關鍵技術作為研究目標，圍繞重要的科學問題進行實驗分析。同時，鼓勵學生大膽申請國家發(fā)明專利，積極撰寫學術論文。在這個過程中，注重培養(yǎng)學生的工程實踐能力和獨立研究問題的能力，重點訓練學生分析和解決問題的思路和技巧，增強相互協(xié)作的團隊意識，強化創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

1 以機器人仿真足球比賽題目為依托，注重訓練平臺建設

選題的優(yōu)劣決定了畢業(yè)設計的訓練質量和綜合論文的水平高低。在選題中注重先進性、實用性、可執(zhí)行性的三原則。先進性是指被研究的算法、模型、平臺等，或者在理論上是前沿的、新穎的，能對現(xiàn)有科學問題的理論方法進行改進或重構，或者在工程上是空缺的、關鍵的，具有技術上填補、完善或上升的空間。實用性是指題目具有項目背景，來源于工程實踐，具有實際應用價值?？蓤?zhí)行性是指任務目標的制定要考慮學生現(xiàn)有的知識結構和專業(yè)特點，因人制宜，題目難度適當，工作量適中，具有在規(guī)定的畢業(yè)設計時間內(nèi)完成的可能。

選題背景源自機器人世界杯足球錦標賽Robo－Cup。RoboCup比賽包括仿真組和機器人組，我們重點關注仿真組比賽的軟件平臺Soccer Server。該平臺具有標準性、開放性和可評價性的特點，能夠讓由不同語言編寫的自主球員程序進行比賽。它采用客戶端/服務器（Client/Server）結構。服務器端為比賽平臺，而客戶端為球員程序［2］。

之所以選擇Soccer Server作為依托平臺，在于作為目前機器人仿真領域世界最高水平的賽事之一，機器人球員智能體技術還很不完善，有大量的科學問題和關鍵技術亟待解決。依托這個平臺，可以開展多個學科的交叉研究，如多智能體系統(tǒng)、分布式人工智能、機器學習、機器人學等［3］。該平臺研究面寬廣，可從不同層次提取研究點，既有理論研究價值，又有工程應用價值，體現(xiàn)了選題的先進性。其次，通過這些問題和技術的解決，能夠確實提高機器人比賽水平，增加比賽勝率，支持了選題的實用性。再次，本著“依托大平臺，放寬選題面，做精小題目”的原則，精心挑選可研究的問題，找準關鍵技術和突破點，做好工作計劃，保證選題的可執(zhí)行性。

2 以關鍵技術為研究目標，增強實踐能力訓練

2.1 任務清晰，分工明確，培養(yǎng)團隊合作精神

該組畢業(yè)設計的學生擬定的題目是：利用Java語言，基于Soccer Server端口協(xié)議編寫一個客戶端球員智能體程序，要求該程序能用于比賽實戰(zhàn)，具有基本的推理能力，該球員智能體程序被命名為Java Junior Soccer Agent，簡稱JJSA。JJSA智能體的總體結構設計如圖1所示。整個智能體結構可以看作一個分層結構，如圖2所示，大體上可分為4個層次。其中通訊協(xié)議層我們已經(jīng)掌握了現(xiàn)成代碼，需要研究和實現(xiàn)的是反應層和規(guī)劃層里的工作模塊。

為培養(yǎng)學生的科研團隊意識，同時發(fā)揮每位學生的專業(yè)特長和團隊的整體優(yōu)勢，要根據(jù)任務難度和工作量將問題拆分成多個子問題，每位學生負責解決其中的一個或幾個子問題，既能培養(yǎng)學生相互配合的意識，又能使他們相互激勵，相互比較，達到了比較好的訓練效果。綜合已有的平臺體系知識，同時考慮到結構的清晰性和易實現(xiàn)性，將反應層劃分為3個模塊：世界模型、運動預測、球員技術。考慮到該課題組共4名學生，我們安排3名學生分別負責反應層的3個模塊，另一名學生負責高層決策模塊。

圖1 JJSA系統(tǒng)的智能體結構

圖2 JJSA系統(tǒng)的分層結構

每個模塊確定了要實現(xiàn)的關鍵技術，按照技術難度從低到高排列，依次是：

（1）世界模型中的視覺信息處理技術；

（2）運動預測中的基本運動模型及其模型組合技術；

（3）球員技術模塊中的技術分層模型；

（4）高層決策中的陣型布置與角色分配技術。

這4個子課題相互關聯(lián)、相互依托，每個課題的實驗結果既是后一個課題的依據(jù)，又能證明前一個課題的結果是否正確。任務分配時力求與每位學生的綜合能力基本匹配。

2.2 階段劃分，定期匯報，保證計劃按時完成

學生之間的互幫互助和團結協(xié)作固然重要，指導教師也要從宏觀上加強調控和督促，特別對于平臺結構比較復雜、模塊劃分比較多的情況。多模塊同步進行開發(fā)，每個模塊的開發(fā)速度都會影響平臺整體開發(fā)速度，因此指導教師要協(xié)調各模塊的進度，規(guī)定每個模塊實現(xiàn)的功能、完成的時間以及模塊間交流的數(shù)據(jù)格式等標準。一方面，制訂嚴密的工作計劃，劃分任務階段，規(guī)定每一階段的目標和里程碑；另一方面，督促學生按期完成任務，分階段檢查完成情況，給學生一定的學習壓力，促使他們利用好時間，才能保證畢業(yè)設計按時保量地完成。

為了督促學生按時完成任務，制定了定期工作匯報制度。在整個畢業(yè)設計過程中，采用3天一個節(jié)點的方式，每周匯報2次，要求學生制作幻燈片，講解該階段看過的文獻、完成的任務、遇到的困難以及與其他同學討論的情況。這個過程不僅檢查了工作進度，還可以鍛煉學生的總結能力和表達能力，促進師生之間的溝通。

2.3 自由討論，思想碰撞，激蕩創(chuàng)新的火花

“溝通架起橋梁，碰撞產(chǎn)生火花”，堅持每周組織一次本科生自由討論，由一名博士生負責組織，指導教師不參加，學生可以無拘無束、海闊天空的暢談和辯論。如果學生有問題可以隨時找指導教師討論。自由討論的實際效果很好，誕生了很多新方法和新思路，甚至一些看似荒誕的想法中卻往往蘊含著精妙的解決思路。另一方面，雖然本科生思想活躍，但他們的知識結構和科學訓練還不夠，這些新思想一般都不夠成熟完善，離解決實際問題還有一定距離。當指導教師遇到這些好“點子”時，為了讓這些思想火花達到“星星之火，可以燎原”的效果，要及時進行總結歸納和理論拔高，將創(chuàng)新思想進一步系統(tǒng)化和理論化。另外，還要訓練學生通過實驗驗證自己的想法，學會總結提煉，辨?zhèn)未嬲妫ゴ秩【?/p>

3 以科學實驗為研究基礎，重視科研方法教育

3.1 有針對性地進行文獻調研，學會撰寫技術報告

在本科生畢業(yè)設計過程中，文獻調研是一項基礎工作和重要環(huán)節(jié)。因此，在確定選題范圍后，要求學生首先進行文獻調研，對需要研究的問題進行“橫向比較、縱向尋根”，搞清楚問題的來龍去脈、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、現(xiàn)有解決方法以及在該領域有影響力的研究機構與人員。只有在充分調研的基礎上，才能進行科學研究和方法創(chuàng)新。在這次畢業(yè)設計中，4位學生針對各自負責研發(fā)的功能模塊，在2周內(nèi)查找了IEEE和ACM相關文獻總計165篇，并從其中抽取了34篇文章進行精讀。為了鞏固文獻資料的學習效果，要求學生在文獻調研結束后撰寫技術報告，對自己本段時間所讀文獻和所做的思考做一個階段性總結。隨后，學生要根據(jù)技術報告做PPT演示，在例會上講演。實踐證明，學生不但能把要研究的問題講得很有條理，梳理了該領域的重要方法和關鍵技術，還指出了許多已有方法和技術的不足之處，提出了一些可能的技術突破點。

3.2 借助文獻調研提煉研究亮點，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題的能力

在文獻調研的基礎上，通過與指導教師的討論，學生提出了許多初步的研究亮點。下一步的工作是在指導教師的幫助下，對這些研究亮點進行甄別、篩選、歸并、提煉。我們要求每位學生在閱讀文獻后，最終提出一個研究亮點加以重點研究，作為綜合論文的研究內(nèi)容。研究亮點的選擇要遵循第一節(jié)提出的先進性、適用性、可執(zhí)行性的三原則。這4位學生確定的4個研究亮點分別是：

（1）世界模型中的相對信息還原算法；

（2）運動預測中的神經(jīng)網(wǎng)絡預測算法；

（3）球員技術模塊中的基于機器學習的決策樹生成算法；

（4）高層決策中的基于形勢的策略定位算法。

對于學生的科研能力培養(yǎng)模式分為基本培養(yǎng)和高級培養(yǎng)。對于基本培養(yǎng)模式，在確定研究亮點時，沒有過于追求方法的前沿性或繁難性，不要求學生能夠對方法做較大改進或原始創(chuàng)新，只需將方法實現(xiàn)出來并根據(jù)具體問題做一些小改動即可。要保證學生不需具有太深的數(shù)學基礎即可上手，并可在畢業(yè)設計允許的時間內(nèi)實現(xiàn)計劃。對于部分基礎好，興趣濃，學有余力的學生，可以采用高級培養(yǎng)模式，要求他們進行更深入的研究，提出改進方案或創(chuàng)新思路，將研究成果整理成論文或專利發(fā)表。甚至可將問題進一步發(fā)揮，作為研究生階段的論文題目。

4 以發(fā)明專利或學術論文為質量檢驗，強化創(chuàng)新能力培養(yǎng)

培養(yǎng)創(chuàng)新型人才是大學教育的目標之一。創(chuàng)新人才要具有創(chuàng)新性思維能力，要培養(yǎng)科學的思維方法和獨立進行科學研究的能力。電子科技大學不乏具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的學生，他們通常表現(xiàn)出靈活、開放、好奇的個性，具有精力充沛、堅持不懈、注意力集中、想象力豐富以及富于冒險精神等特質。如何在本科畢業(yè)設計階段，引導這些青年學生將這些優(yōu)秀品質轉化為學習上的“正能量”，利用“初生牛犢不怕虎”的精神去挑戰(zhàn)傳統(tǒng)思想，結出創(chuàng)造性的果實，是一個非常重要的問題［4］。我們鼓勵本科畢業(yè)生積極申請國家發(fā)明專利或發(fā)表學術論文。在畢業(yè)設計之初，就提出每位學生爭取在畢業(yè)設計結束時完成一個國家專利申請或發(fā)表一篇學術論文。對于能夠完成的學生給予一定的獎勵。實踐證明，這種要求激發(fā)了學生的主動性和創(chuàng)造性，訓練了他們申請專利和撰寫學術論文的方法，提升了綜合論文的整體質量，保證了畢業(yè)答辯的水平。

5 結束語

經(jīng)過了本學期指導4名本科生畢業(yè)設計的實踐檢驗，本教學思想顯示了良好的效果。首先，學生實現(xiàn)了一個完全自主開發(fā)的，能用于比賽實戰(zhàn)的，具有基本推理能力的球員智能體程序JJSA，初步構建了一個RoboCup訓練平臺。工程訓練方面，在JJSA中實現(xiàn)了兩項關鍵技術：運動預測中的模型組合技術，以及高層決策中的陣型布置與角色分配技術。該項成果已經(jīng)申請了2項軟件著作權。除此之外，在理論研究方面提出了兩項創(chuàng)新點或改進點：基于神經(jīng)網(wǎng)絡的運動預測算法和基于模糊決策樹的球員技術生成算法。該項成果已經(jīng)形成2篇論文并已向2個國際會議投稿。最后，學生將這些研究成果整合進訓練平臺中，共同申請了一項發(fā)明專利“一種RoboCup平臺球員智能控制方法及其系統(tǒng)”。

此次畢業(yè)設計結束時，4位學生共申請了1項發(fā)明專利、2項軟件著作權，還提交了2篇會議論文。4名學生在綜合論文答辯中以全優(yōu)的成績通過答辯，他們的論文也得到答辯委員的一致好評。他們正計劃將該平臺進行完善，下一步將參加四川省大學生機器人足球錦標賽。4位學生一致反映，通過本次畢業(yè)設計，自己的工程實踐能力得到了有效鍛煉，創(chuàng)新能力得到了明顯提高。更重要的是，掌握了學習的主動性，品嘗了解決實際問題的成就感，第一次對“學什么，為什么學，怎樣學，怎樣用”有了直觀的體驗。

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