李臣龍，陶 皖，強 俊

（安徽工程大學(xué)計算機與信息學(xué)院，安徽 蕪湖 241000）

目前，中國已經(jīng)建成了世界上最大規(guī)模的高等教育體系，為現(xiàn)代化建設(shè)的人才培養(yǎng)做出了巨大貢獻。但隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，高校的人才供給與社會的工作需求關(guān)系發(fā)生了深刻變化。隨著經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的調(diào)整、產(chǎn)業(yè)升級的加快，不斷推動著中國創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略的變革，由此，高等教育的結(jié)構(gòu)性矛盾更加突出。畢業(yè)生就業(yè)難和就業(yè)質(zhì)量低的問題仍未有效緩解，生產(chǎn)服務(wù)一線緊缺的應(yīng)用型、復(fù)合型、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)機制尚未完全建立，人才培養(yǎng)結(jié)構(gòu)和質(zhì)量尚不適應(yīng)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級的要求[1]。

改革大學(xué)課程教學(xué)模式，重點是打破“以知識傳遞為目標，以教師為主體，以教材為中心，以課堂為陣地”的傳統(tǒng)教學(xué)范式。本文結(jié)合自身院校的辦學(xué)特點，結(jié)合近幾年創(chuàng)新實驗室的機器人競賽培養(yǎng)模式，提出了以理論課程體系為基礎(chǔ)，以機器人競賽為實踐創(chuàng)新的培養(yǎng)流程。

1 計算機傳統(tǒng)教學(xué)存在的問題

計算機專業(yè)教學(xué)有自身的特點，例如知識更新快、實踐與理論并重等。計算機教學(xué)要解決知識儲備與時俱進，實踐創(chuàng)新與理論儲備等矛盾具有很大挑戰(zhàn)性。當前傳統(tǒng)教學(xué)存在的主要問題包括以下兩個方面：

首先，大多數(shù)本科院校計算機培養(yǎng)方式強調(diào)理論的教授，實踐教學(xué)重視程度不高，也存在重視實踐但實踐本身與當前應(yīng)用性存在差距，原因在于計算機專業(yè)的人才培養(yǎng)方案的更新較慢，但是專業(yè)知識更新較快，從而出現(xiàn)課堂上的授課內(nèi)容存在與實用技術(shù)脫節(jié)的現(xiàn)象[2-3]，導(dǎo)致應(yīng)用性培養(yǎng)存在一定的困難。

其次，傳統(tǒng)課程的實驗教學(xué)模式單一，不利于學(xué)生的創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)。主要原因在于課程實驗教學(xué)內(nèi)容多為獨立的驗證性實驗，缺乏系統(tǒng)性、設(shè)計性實驗。另外由于原有課程體系教學(xué)的限制很難開展項目教學(xué)，這導(dǎo)致學(xué)生在項目團隊協(xié)作上的欠缺。如何模擬項目團隊建設(shè)、團隊項目調(diào)研立項、項目規(guī)劃、團隊分工協(xié)作以及項目測試交付等成為高校應(yīng)用型或技術(shù)型人才培養(yǎng)的重要內(nèi)容。

由此，如何改革傳統(tǒng)理論實踐教學(xué)，做到與時俱進，縮小與主流實用技術(shù)的差距；如何引入項目教學(xué)，提高學(xué)生的創(chuàng)新性思維，培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作意識，成為傳統(tǒng)計算機教學(xué)亟待解決的問題。研究與實踐表明，通過競賽驅(qū)動，幫助學(xué)生接觸主流技術(shù)，更新原有知識結(jié)構(gòu)，進而提高學(xué)生的實踐能力以及培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作有積極的作用。

2 創(chuàng)新實驗室機器人競賽培養(yǎng)模式

2.1 組織機構(gòu)建設(shè)

大學(xué)生創(chuàng)新實驗室作為組織機構(gòu)，從建立激勵機制、完善硬件建設(shè)、建立創(chuàng)新基地、加強隊伍建設(shè)、注重梯隊培養(yǎng)等方面入手促進創(chuàng)新人才培養(yǎng)[4]。先后組織了機器人、飛思卡爾、ACM、互聯(lián)網(wǎng)+等各項賽事。學(xué)院依托各個系部、教研室資源進行嵌入式技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、電子技術(shù)等多方面的綜合訓(xùn)練，注重實踐鍛煉，強調(diào)動手能力培養(yǎng)，組建了具有計算機與信息學(xué)院有特色的學(xué)科競賽隊伍：機器人競賽組委會（主要承擔Robocup仿真足球賽、人形機器人舞蹈、循跡競速車、機械臂搬運、武術(shù)擂臺賽、單片機競賽等項目），另外學(xué)院還設(shè)有飛思卡爾組委會（承擔飛思卡爾競速賽的競賽任務(wù)）、互聯(lián)網(wǎng)+大賽組委會以及中國大學(xué)生計算機設(shè)計大賽組委會。通過豐富多彩的競賽活動，培養(yǎng)學(xué)生在計算機應(yīng)用等方面的興趣，鍛煉了學(xué)生吃苦耐勞和團隊合作精神。

2.2 機器人競賽培養(yǎng)目標

計算機與信息學(xué)院從2009年著手準備安徽省機器人大賽和中國Robocup機器人大賽至今，制定了著力培養(yǎng)具備良好專業(yè)知識體系和與社會需求接軌的應(yīng)用技術(shù)型人才的目標，為此，為了培養(yǎng)學(xué)生計算思維、算法分析、系統(tǒng)設(shè)計等能力，提出了完善的競賽機制，將機器人競賽融入了計算機專業(yè)課程體系。結(jié)合本校和地方特色，積極融入合蕪蚌國家高新區(qū)和蕪湖機器人產(chǎn)業(yè)園的建設(shè)，以安徽工程大學(xué)機器人研究院為平臺進行科研成果轉(zhuǎn)化和學(xué)生應(yīng)用型人才培養(yǎng)，為高校應(yīng)用型或技術(shù)型人才培養(yǎng)提供了發(fā)展平臺。

2.3 機器人競賽培養(yǎng)模式特點

學(xué)院機器人競賽根據(jù)學(xué)院自身的專業(yè)設(shè)置、學(xué)科特點和培養(yǎng)目標，設(shè)置了以機器人競賽為主線的多樣化競賽項目，形成了以興趣為引導(dǎo)，以實踐創(chuàng)新為目標的校級競賽—學(xué)生普遍受益，省級、國家級、世界級比賽—優(yōu)秀生培養(yǎng)發(fā)展的階梯性競賽機制。

培養(yǎng)模式流程如圖1所示，以機器人競賽為主線，結(jié)合本院課程體系和賽事級別分4個層次，為不同年級的學(xué)生提供參與競賽的機會。4個層次主線從院級機器人大賽、省級機器人大賽、中國機器人大賽以及世界杯機器人大賽逐步深化，主線各個階段輔以計算機設(shè)計大賽、ACM程序設(shè)計大賽、互聯(lián)網(wǎng)+大賽等賽事。培養(yǎng)流程的知識儲備從專業(yè)基礎(chǔ)課到專業(yè)骨干課深化。

圖1 競賽培養(yǎng)規(guī)劃

第1學(xué)年下學(xué)期，以機器人大賽為主線的各項競賽，根據(jù)學(xué)生知識儲備（主要是計算機基礎(chǔ)課C語言和數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)課程）逐步開展。第1學(xué)年的主要培養(yǎng)目標是提高學(xué)生的實踐動手能力，培養(yǎng)學(xué)生在競賽中的團隊意識。例如，互聯(lián)網(wǎng)+大賽中學(xué)生要經(jīng)歷團隊組建、分工、創(chuàng)意思辨、項目規(guī)劃，推廣路演等步驟，能夠較好地增強學(xué)生的團隊協(xié)作能力；相較于院機器人大賽，除了團隊協(xié)作的要求，更注重專業(yè)基礎(chǔ)知識的項目運用。第1學(xué)期院機器人大賽的主要項目包括：機器人相關(guān)專利大賽、人形機器人舞蹈等，針對大一學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)以興趣引導(dǎo)為主，輔以入門門檻低的項目，讓學(xué)生切入機器人編程和創(chuàng)新性思維開發(fā)。

第2學(xué)期，以省機器人大賽和中國機器人大賽為主線，輔以ACM程序設(shè)計大賽、物聯(lián)網(wǎng)大賽等，發(fā)展學(xué)生中堅力量。機器人大賽主要項目有灰度循跡競賽、機械臂搬運、武術(shù)擂臺賽等。第2階段競賽項目要求學(xué)生具備嵌入式開發(fā)、傳感器技術(shù)，高級語言編程的能力。

第3學(xué)期，以培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新性人才為主要目標，整合競賽和學(xué)校機器人研究院實習機會，重點培養(yǎng)學(xué)生的項目開發(fā)能力。要求學(xué)生具備硬件設(shè)計和復(fù)雜算法的工程項目應(yīng)用知識。

2.4 團隊梯隊建設(shè)

2.4.1 團隊組建

機器人競賽團隊之所以發(fā)展壯大，離不開學(xué)生通過努力取得的驕人成績，更不能忽視學(xué)生人才的招募。加強機器人競賽宣傳讓學(xué)生投其所好是團隊梯隊建設(shè)的首要任務(wù)。一方面，機器人協(xié)會通過學(xué)校教務(wù)部門、二級學(xué)院、學(xué)生社團、輔導(dǎo)員、任課教師等大力宣傳機器人競賽的基本情況、入會要求以及所需的專業(yè)背景，引導(dǎo)學(xué)生建立起對學(xué)科競賽的正確認識，提高參賽積極性；另一方面，機器人協(xié)會通過組織召開機器人競賽招募大會，開展機器人競賽的專題講座及宣傳成果、開展機器人表演等方式吸引更多的學(xué)生參與到競賽中來。宣傳與招募活動吸引了大批學(xué)生加入，為了更好地發(fā)揮學(xué)生特長，選拔工作必不可少。機器人協(xié)會根據(jù)學(xué)生自由選擇的項目進行筆試考察，合理地分配機器人競賽項目和輔助項目，以最大程度滿足學(xué)生的競賽需求。

2.4.2 學(xué)風建設(shè)

學(xué)風建設(shè)是一種文化傳承，機器人協(xié)會的學(xué)風建設(shè)直接影響到學(xué)科競賽間的結(jié)果，另一方面，科學(xué)、規(guī)范和系統(tǒng)的競賽體系也是促進良好學(xué)風的關(guān)鍵[5]。

學(xué)院機器人協(xié)會制定了完善的自習考勤制度，保證每位學(xué)生在投入機器人競賽時間的同時，也為平時指導(dǎo)老師及學(xué)生間交流學(xué)習提供了充足的時間。另一方面，學(xué)校也制定了完備的競賽激勵學(xué)分制度，為學(xué)生的興趣特長培養(yǎng)提供了支撐。通過競賽的歷練也培養(yǎng)了學(xué)生友誼第一比賽第二的團隊精神，傳承協(xié)作、共同進步的理念。

2.4.3 梯隊培養(yǎng)

機器人競賽隊伍建設(shè)有完善的選拔、分配和培訓(xùn)機制。以大一、大二本科生為主要選拔對象，通過課程成績、活動表現(xiàn)和考試選拔手段進行招募。為了延續(xù)競賽特長，讓學(xué)生快速入門，傳幫帶是隊伍培養(yǎng)的關(guān)鍵。

競賽培訓(xùn)方面，首先根據(jù)學(xué)生特長分配對口競賽項目，由有參賽經(jīng)驗學(xué)生定向培訓(xùn)，輔以指導(dǎo)教師的講座以及選修課程，完善培訓(xùn)體系。

另一方面，各項賽事由高年級學(xué)生搭配低年級本科生參加競賽，每次賽后寫總結(jié)報告、分析不足，完善培訓(xùn)資料，為后續(xù)工作指明方向，保證了各項賽事經(jīng)驗的傳承。

3 改革教學(xué)模式

在計算機相關(guān)專業(yè)的教學(xué)方面，教師針對機器人競賽的實際情況，對培養(yǎng)方案、計劃作了適當?shù)难a充與充實。主要是在相關(guān)課程中介紹和融入相關(guān)競賽案例，激發(fā)學(xué)生學(xué)習興趣。主要在微機原理及應(yīng)用、單片機技術(shù)、ARM嵌入式系統(tǒng)、傳感器技術(shù)等課程設(shè)計中增加相關(guān)技術(shù)的實踐，如：接口通信實踐（UART、TTL、RS-232、IIC等）；傳感器數(shù)據(jù)處理實驗（灰度傳感器、超聲波傳感器、磁力傳感器、重力傳感器、陀螺儀等）；另外還包括電機控制和機器人控制相關(guān)算法實踐（PID控制、循跡算法、陀螺儀歐拉角解算等）。課程之外，暑期實踐等實踐環(huán)節(jié)也是對學(xué)生進行選拔或提升的重要舉措，實踐項目會選取競賽相關(guān)課題，使學(xué)生能夠接觸、學(xué)習到課程理論之外的知識。由此，學(xué)院的機器人競賽與計算機教學(xué)改革相輔相成，相互促進，推進了學(xué)院傳統(tǒng)教學(xué)的應(yīng)用型改革。

另外，在機器人相關(guān)課程的團隊教學(xué)過程中，學(xué)生可以根據(jù)自己的特長組建項目團隊。學(xué)習團隊要有明確分工與工作驗收標準。在學(xué)習團隊中，學(xué)生相互學(xué)習，共同進步有利于培養(yǎng)團隊協(xié)作精神。

針對團隊中成績表現(xiàn)優(yōu)異的學(xué)生，結(jié)合學(xué)生發(fā)展興趣和相關(guān)單位的人才需要，學(xué)院依托安徽工程大學(xué)機器人研究院，為學(xué)生提供暑假實習機會，參與項目的開發(fā)；為了促進學(xué)生與企業(yè)間實踐交流，實現(xiàn)學(xué)生課程培養(yǎng)與社會需求的銜接，為應(yīng)用型創(chuàng)新發(fā)展提供學(xué)習平臺。

4 結(jié)語

本文以安徽工程大學(xué)機器人協(xié)會競賽組織為例，分析了機器人競賽為主的賽事組織模式，提出了一種以機器人競賽為驅(qū)動的計算機人才培養(yǎng)模式，有效地提高了學(xué)生在應(yīng)用技能方面的能力，機器人協(xié)會2009—2017年獲省級、國家級機器人。世界杯競賽證書近50項，其他競賽證書20余項；機器人協(xié)會成員歷年就業(yè)率達到100%，就業(yè)質(zhì)量高。實踐證明以競賽為驅(qū)動的課程培養(yǎng)模式，對應(yīng)用型本科院校計算機專業(yè)的教學(xué)改革起到了積極的促進作用。

參考文獻：

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