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摘要：近年来，随着现代信息化的飞速发展、人工智能的稳步迈进，社会呼吁更多的创新实践人才。基于对大学生创新实践的培养，机器人竞赛迅速发展起来，由于其多学科、多专业、多技术的综合性深度融合的特点，成为了众多高校培养创新实践性人才的载体。结合两届参与河南省大学生机器人竞赛的实际经验，阐述机器人竞赛的相关经验以及如何更好发挥竞赛本质作用。
关键词：创新;实践;竞赛;人才培养
本文引用格式：郭鹏，等.如何更好发挥学科竞赛的本质作用——依托大学生机器人竞赛培养学生创新实践能力[J].教育现代化,2020,7(44):43-46.
How to Better Play the Essential Role of Subject Competition
——Relying on the Robot Competition of College Students to Cultivate their Innovative Practical Ability
GUO Peng，GAO Run-jie，GE Xiang-hong，YANG Lin-feng
（Zhongyuan University of Technology,Zhengzhou Henan）
Abstract:In recent years,with the rapid development of modern information technology and the steady progress of artificial intelligence,the society calls for more innovative practical talents.Based on the cultivation of innovative practice for college stu dents,robot competition has developed rapidly.Due to the characteristics of comprehensive and deep integration of multidiscipl inary,multi professional and multi technology,it has become the carrier for many colleges and universities to cultivate innovativ e practical talents.Combined with the practical experience of two times of College Students’robot competition in Henan Provin ce,this paper expounds the relevant experience of robot competition and how to better play the essential role of the competition.
Key words:Innovation;Practice;Competition;Personnel training
一引言
知识经济时代呼唤素质教育[1,2]，教育的发展促进时代的进步，二者相辅相成，共同前进。当今社会已经阔步进入信息智能化发展的新时代，曾经的机械机器已经被当今的智能机器逐步取代。智能机器之所以智能，是因为它可以融入编程算法，更加高效地通过计算精准控制机器的行为，来为人们完成既定的工作。因智能化机器时代的到来，它也需要更多地顺应时代的相关人才。就如何培养更多的创新实践性人才，机器人竞赛成为了智能化创新实践人才的载体[3]。
机器人竞赛是通过制定相应的规则，不同种类机器人完成不同的任务，参赛选手通过自由组队，强强联合，自主设计开发机器人进行参赛，最终以得分最高，性能最优者取胜的形式进行，目的主要通过设定不同任务让参赛者进行自主设计以此开发、培养学生的创新实践能力。由于机器人的设计需要多种学科、多个专业、多重技术的融合，因此它可以更好地锻炼学生的综合能力和创新思想，同时也是很好的多学科交叉学习过程。下面本人主要以VEX工程挑战机器人为例介绍机器人竞赛的相关经验。
二 机器人竞赛的总体把握——引导学生用正确的心态面对比赛
VEX机器人竞赛是由卡耐基梅隆大学、美国太空总署(NASA)等机构大力支持的机器人项目。学生以及老师可以通过每年不同的比赛规则，大胆发挥自己的创意想象，用手中的工具和材料创作出属于自己的机器人[4]。VEX机器人竞赛规则是在已知比赛任务的前提下，参赛选手自行设计搭建机器结构，自行编程来使机器人达到既定的目的。机器人做任务的过程又分为自动和手动两个阶段，这两个阶段既体现了机器的智能化，也展现出机器设计的结构和程序设计的合理性。在赛场上，一个更加合理的方案能够方便操作手快速上手，以及机器自身能够展现更加敏捷的动作，以至于在短时间内完成更多的任务以取得理想的成绩。
（一）赛前准备
正所谓“台上一分钟，台下十年功”，想要打赢一场比赛，赛前是必须要进行充分的，多种方案准备的。
（1）组队和队员的分工。心理学家马斯洛说：杰出团队的显著特征，便是具有共同的愿景与目的等等。一个好的团队的建设应达到以下几个要素：1）要有共同的目标和志向，所谓志同道合，又有劲往一处使才能更大限度发挥团队能量；2）团队领导。千军易得，一将难求。一个好的团队更需要一个优秀的领导；3）团队间的相互信任，队员的相互信任可以让团队凝聚更强力量，减少内部矛盾，共同奋斗；4）团队需要组织健全，分工明确[5]。VEX工程挑战机器人队员不能超过三人，首先队员的分工至关重要，以三人小队为例：一人着重负责结构搭建、一人着重程序编译、一人着重机器人操控，但是在机器组装、调试过程中，所有队员应当全程参与，每个人要做到对机器的每一部件性能了如指掌。组装出一台性能优良的机器是需要多方面的协调的，队员虽有不同的侧重，但是全程参与便可以在设计中从不同的角度提出问题，从不同的角度进行平衡优化，这其中一定要选出一名思路清晰，责任感强，又要能够充分调动其他两名选手的一名全能队员，这名队员也可以称之为队长。只有全面了解各个方面的有机组合，才能在制造机器的过程中综合各个方面的问题，最终选择定出最优解决方案；同时在比赛中也能够及时拍板解决一些突发问题，能够更加高效地利用赛前的调试时间，以至于更好地发挥机器的最佳性能。（2）参赛队员必须充分了解比赛规则。机械耗材都很昂贵，拿到任务先不要着急上手，先把每一条规则细细研读，了解透彻，这样才能清楚什么能干、什么不能干；需要做什么、不需要做什么；并且能够更加清楚怎样做才能够拿到更高的成绩。如此一来，便能在后续的设计中更有倾向性，充分发挥机器的性能，更加得心应手地去做机器的设计，并且在赛场上碰到临时出现的问题也能进行更好、更及时的正确处理。（3）关于机器的设计。机器的设计是VEX比赛的核心，一台机器的性能如何，跟机器的结构设计有很大的联系，一个巧妙的设计，便能最大化地发挥机器的某一方面的性能，由于机器的体积空间有限，但是赛场上要做的任务很多，这就要求参赛队员在有限的体积下通过结构的优化改进，最大限度地让机器去做更多的任务，这样的话，如果机器结构设计不够巧妙，势必会产生多余的附加累赘而占用机器的空间，以至于不能让机器负载更多的功能。另外，巧妙地结构科技简化程序，让机器控制更加方便，让操作手操作起来更加顺手。一台好的机器是好的结构、好的程序的有机结合，一台机器性能的发挥是好结构、好程序和好的操作的巧妙结合，因此其结构和程序编译是决定机器性能的重中之重，这也是上文提到为何要求队员全程参与，三方结合的重要原因。但很多情况下也会出现机器功能很全，但是没有突出的亮点的情况，在某些情况下这样的机器是不占优势的，所以在机器的设计中要充分根据比赛规则，抓住比赛拿分点，选择性地突出机器单方面性能，也是在比赛中智取获胜的关键，这便要求队员要懂得取舍，并且恰到好处，至于如何恰到好处就要根据比赛规则，抓住得分点，进行衡量了。当然在有限的空间里既有机器的特长和性能的亮点，又能兼顾各种比赛要求做的任务的功能，这是我们最好的平衡结果，如此一来，便可以更好应对赛程的变化，实现了进可攻退可守的优势。
（二）赛场发挥
挥汗如雨的准备，就是为了比赛那几分钟的发挥，但是如何抓住比赛的那几分钟，充分发挥机器的良好性能，不在赛场上留下遗憾。对于队员们来说，大多是第一次参加比赛，并没有经验之谈，所以赛前一定要借鉴一下往年的经验。在此综合我个人两年来的比赛经验谈谈自己的经验和收获。
（1）比赛前提前一天进入赛场熟悉场地。首先要进行机器的调试工作。赛前我们或有相关的模拟场地，但是场地发生变化，各种环境因素也就随之而变，我们能否很快地适应新的场地环境，已经多半决定了机器性能能否正常的发挥，因此赛场的调试尤为重要。拿VEX机器人自动阶段调试来说，由于场地摩擦力发生变化，势必影响机器的行走速度，路径时间，前先自动阶段的控制时间限定可能已经不能按照预定轨迹去做任务，这就要在紧迫的时间里能够静下心来去调试自动程序。其次来得早到话可以和别的院校优秀选手进行交流，看看别的学生的机器设计方案，设计理念，多了解一些信息，而交流可以让我们加固已有知识，认识到不足和下一阶段努力的方向。
（2）比赛过程的发挥在比赛中校与校之间的合作队友是两两轮流组队的，也就是参赛队员在赛前是没办法与队友商量机器的设计结构和赛场分工的，但是想要尽可能地发挥机器的性能，取得比赛的好成绩，就要求队员们必须临时做出分工，以至于在赛场上或者在比赛中能够相互配合，有条不紊地打完这几分钟的比赛，所以这就要求在比赛正式开始前几分钟，队长和队友的队长有个短暂的交流，迅速了解双方机器的优劣势，并作出合理有效的分工调整，共同对抗对手。因此在比赛中也要不断交流，并尽可能做到有一人冷静的把控全局，并对两名操作手做出指导，以更大限度的发挥两队的协调配合能力，已达到取得最好成绩的目的。当然这有个前提，便是队友的相互信任。
（三）赛后总结
比赛只是水平的一种展示形式，参赛人员最终的目的应该是在比赛中学到知识、学习经验、开阔眼界等；换句话说，比赛只是大家学习交流的一个平台。如果队员仅仅着眼于我们在比赛中取得的成绩，为自己的好名次而沾沾自喜沉浸其中，抑或是因为没有拿到名次而闷闷不乐、伤痛至极，我认为这种心态参加这个比赛是没有意义的，比赛名次固然是参赛队员水平的衡量，但它只是对前一段的努力和水平的总结，而在比赛中学到的经验和知识才是让我们终身受益的。所以大家应该更加侧重于后续学到了什么？从中找出什么个人的缺点不足、机器的什么不足和优势、队友协调配合等等，发现问题并能及时找到改进方案，从中吸取教训，好的优势继续保留，这才是促进我们一步步进步的垫脚石，才是珍贵的财富，而这些都需要赛后的反思来完成，没有反思就难有收获，所以比赛结束了，并不意味着比赛就过去了，队员们应该进一步抓住比赛的尾巴，在一起讨论比赛中的优势、收获和不足，并深究原因和改进办法，这在以后的其他比赛或者生活学习中也是很好的借鉴经验。如此一来才真正把比赛改变成为了前进路上的垫脚石。
作为比赛选手应时刻保持清醒头脑、长远的眼光和经验的积累，比赛的经历要比结果更加重要，结果是对现有水平的认可，而经历却是伴随一生的财富[6]。正所谓：“行万里路，读万卷书。”书本带来的是知识，而经历带来的是经验，只有既装满知识理论，又有充足丰富经验的大脑才是最强大的，才能做出成就，引领创新。如果把知识比作是我们进步路上的“武器”，那经验便是该“武器”的说明书，只有拿到了“说明书”，又又强有力的武器装备，我们才能用的得心应手，充分发挥其能力，引领我们进步。因此，任何创新都将包含着知识与经验的巧妙融合，所以，在创新的历程中，必须学会提高警惕，随时汲取经验，经验可谓是推动创新进步的动力！而赛后总结，正是对经验汲取和分享的过程，理应重视和把握。
三 改进现有比赛模式，更好发挥学科竞赛的本质作用
VEX机器人竞赛的存在就是为了解决生活中一系列的问题。它将团队协作，问题解决，科学发现等方面以特有的方式相结合，VEX竞赛机器人的学习涵盖了STEM的各个学科[7]。
省级学科竞赛一年一次，大一学生还不具备相关专业知识，大四学生大多准备考研、找工作，所以大二、大三本科学生是参赛的主力军，如果由于经验不足，见识较少，没有发挥出自己的特长而想要再次比赛则要经历一年的时间，这对学生的精力是个大的消耗，这一点可能会淘汰掉更多有想法有特长的同学，以至于不能最大化地在比赛中突出选拔人才。为更好发挥平台作用，比赛工作可以做以下改进[8]。
（1）拉长准备周期。周期可以延长至一年时间，从一次比赛的结束作为下一次比赛准备的开始，并在准备周期相应安排几场自发组织性地比赛，促进队员们之间的交流。
（2）在准备周期内安排一到两场区域性比赛交流。相关指导老师负责协调组织，规则可以按照往年规则，新的规则提前交流某种意义上限制了学生的创新思维。所有准备参赛人员均可参与，让队员们可以自主设计机器参加比赛，真正融入到经验和学习交流当中。
（3）组织举行跨区域交流学习的比赛。通过区域性比赛成绩较好的队员，或后续改进较好的小组可以自愿报名参加跨区域比赛交流，该比赛同样可以采取往年的比赛规则。
（4）以上比赛均放在准备期的前半年完成，后半年时间队员们则可全身心投入，如此一来，即便是新的队员，也能够有至少一次机会感受到赛场的氛围，并从中获取相关的经验来用到新的比赛准备当中，对于一些有特长想法，而又缺乏经验的人才，无疑是一种很好的挖掘方式。
通过如此层层的比赛和交流，无疑更好地达到了以赛促学的真正意义，让比赛的本质更好的发挥，让队员真正从中学到经验，学到知识，并能够更大限度的发挥自身水平，更多的挖掘相关人才，也能从中选出更优质的代表参加后续不同等级的比赛。
四 结语
时代在发展，社会在呼唤。人工智能时代正在阔步走来，培养更多适应社会需求的专业人才迫在眉睫，学科竞赛可以激发同学们学习专业知识的热情，是一个以赛促学、以赛交友的很好平台，希望更多的队员能够认识到竞赛的真正目的，在竞赛中找到乐趣、在竞赛中培养兴趣、在竞赛中学习知识，培养自己成为适应时代潮流的新时代优秀大学生！
参考文献
[1]梁志伟，朱松豪.机器人竞赛与学生创新能力的培养[J].学周刊，2011,4:8.
[2]孙方红，徐翠翠，刘应瑞，等.以机器人竞赛为载体，提高学生的实践创新能力[J].高校实验室工作研究，2013(3):20-21．
[3]袁睿思,费晓通,闫广泽,等.基于STEM理念的VEX竞赛锥体堆叠机器人设计与实现[J].计算机产品与流通,2018(12):118.
[4]陈军统，杨舒捷.大学生科技竞赛（机器人团队）建设与研究[J].科技文汇，2014，9（中）：211.
[5]毛勇.创客教育不能唯竞技是瞻──以机器人竞赛为例[J].中国信息技术教育，2014（11）：11.
[6]VEX官方手册[EB].VEX机器人竞赛设计委员会.
[7]付雄，陈春玲.以科技竞赛为载体的大学生创新能力培养研究[J].计算机教育，2011（3）：29-31.
[8]邹国柱，葛浩.机器人竞赛对创新实践性人才的培养[J].教育现代化，2017，4（36）：40-41.
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