構(gòu)建機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐基地的探索與實(shí)踐

徐曉紅， 鄭志強(qiáng)， 盧惠民

(國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院,湖南 長沙 410073)

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構(gòu)建機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐基地的探索與實(shí)踐

徐曉紅， 鄭志強(qiáng)， 盧惠民

(國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院,湖南 長沙 410073)

依托“十二五”國家本科教學(xué)工程建設(shè)項(xiàng)目，以專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐基地建設(shè)成果，探索引發(fā)學(xué)習(xí)者創(chuàng)新意識、建設(shè)創(chuàng)新實(shí)踐平臺、培養(yǎng)創(chuàng)新實(shí)踐能力和形成創(chuàng)新文化的途徑。在多元化創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)牽引下，構(gòu)建將實(shí)踐教學(xué)貫穿于創(chuàng)新人才培養(yǎng)全過程和全方位的立體化實(shí)踐教學(xué)體系，提出創(chuàng)新實(shí)踐基地條件建設(shè)的新思路與新方法，開創(chuàng)創(chuàng)新實(shí)踐基地管理與運(yùn)行的新模式，落實(shí)全開放機(jī)制。結(jié)果表明，以亞太大學(xué)生機(jī)器人大賽為背景，建設(shè)專業(yè)創(chuàng)新實(shí)踐基地，促進(jìn)專業(yè)教學(xué)建設(shè)，提高專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量。

創(chuàng)新實(shí)踐基地； 機(jī)器人； 人才培養(yǎng)； 創(chuàng)新能力

0 引 言

為適應(yīng)軍隊(duì)信息化建設(shè)對人才培養(yǎng)提出的加強(qiáng)學(xué)生復(fù)合知識結(jié)構(gòu)和創(chuàng)新能力的要求，國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)發(fā)揮各學(xué)科的優(yōu)勢資源，投資建設(shè)了如機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐基地、機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)踐基地、電子設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)踐基地等7個(gè)本科創(chuàng)新實(shí)踐基地。機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院依托“控制科學(xué)與工程”、“機(jī)械工程”和“儀器科學(xué)與技術(shù)”學(xué)科，建立了本科機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐基地。該基地面向全校各專業(yè)學(xué)生開放，開展機(jī)器人技術(shù)相關(guān)的創(chuàng)新實(shí)踐和學(xué)科競賽活動(dòng)，以及承擔(dān)學(xué)院各工程技術(shù)和學(xué)歷合訓(xùn)專業(yè)的相關(guān)課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等任務(wù)。

機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐基地建設(shè)，緊密圍繞提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，重點(diǎn)研究了創(chuàng)新人才培養(yǎng)四要素(意識、平臺、能力和文化)及它們之間的相互作用關(guān)系，提出并實(shí)施了本科機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐基地建設(shè)的新思路、新型的實(shí)踐指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)組織管理模式和創(chuàng)新實(shí)踐基地運(yùn)行管理模式；探索建立了一套由課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)和課外創(chuàng)新實(shí)踐相結(jié)合，基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)、工程訓(xùn)練實(shí)踐和創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)踐活動(dòng)相補(bǔ)充的立體化實(shí)踐教學(xué)體系。將實(shí)踐教學(xué)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)貫穿在專業(yè)系列課程教學(xué)和人才培養(yǎng)的全過程和全方位，為解決創(chuàng)新人才培養(yǎng)過程中，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識、搭建創(chuàng)新平臺、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力及形成創(chuàng)新文化等教學(xué)問題提供了環(huán)境和管理經(jīng)驗(yàn)。參與基地活動(dòng)的學(xué)生，綜合素質(zhì)得到大幅提高，在以亞太大學(xué)生機(jī)器人大賽為典型背景的學(xué)科競賽中，取得了優(yōu)異成績。

1 創(chuàng)新實(shí)踐基地支撐立體化實(shí)踐教學(xué)體系

本科機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐基地早在2002年由學(xué)校立項(xiàng)建設(shè)，是重要的課外創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)場所，它有別于傳統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，是本科控制技術(shù)與工程實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的延伸，也是構(gòu)建立體化創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)體系不可缺少的必要環(huán)節(jié)。

1.1 構(gòu)建立體化實(shí)踐教學(xué)體系

創(chuàng)新型人才培養(yǎng)依賴于良好的教育培養(yǎng)模式【1】，需要突出專業(yè)特色，設(shè)置個(gè)性化課程、豐富教學(xué)方法以促進(jìn)學(xué)生個(gè)人形成良好的學(xué)習(xí)行為。我校自動(dòng)化專業(yè)把實(shí)踐教學(xué)作為創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要途徑，堅(jiān)持實(shí)踐教學(xué)不斷線，以課程實(shí)踐為基礎(chǔ)，拓展課外創(chuàng)新實(shí)踐，構(gòu)建立體化的實(shí)踐教學(xué)體系。

立體化是指將實(shí)踐教學(xué)貫穿于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的全過程，全方位，課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)和課外創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目相結(jié)合，基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)、工程訓(xùn)練實(shí)踐和綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)踐相補(bǔ)充。課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)和課外創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目是基于本學(xué)科知識開展的實(shí)踐活動(dòng)，而工程訓(xùn)練實(shí)踐是跨學(xué)科開展的實(shí)踐活動(dòng)，綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)踐則是學(xué)科交叉融合開展的實(shí)踐活動(dòng)。形成了專業(yè)特色突出，學(xué)科交叉融合，多元化的實(shí)踐教學(xué)模式。

經(jīng)過多年實(shí)踐，學(xué)院各專業(yè)的學(xué)生依托本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成本專業(yè)系列課程的基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)，依托金工實(shí)習(xí)中心完成跨專業(yè)的工程訓(xùn)練實(shí)踐，依托機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐基地完成綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)踐。例如：自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生在控制技術(shù)與工程實(shí)驗(yàn)室完成控制系列和計(jì)算機(jī)硬件系列課程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，在機(jī)械學(xué)科建設(shè)的金工實(shí)習(xí)中心完成工程訓(xùn)練實(shí)踐，在機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐基地完成課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和開展課外創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，如參加學(xué)科競賽、大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目、機(jī)器人文化節(jié)等活動(dòng)。“逐步形成了與專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)相適應(yīng)的，以專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)踐為基礎(chǔ)，拓展創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)踐，課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)與課外創(chuàng)新實(shí)踐相結(jié)合的立體化實(shí)踐教學(xué)體系”。

1.2 實(shí)踐創(chuàng)新人才培養(yǎng)的案例

學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是從創(chuàng)新意識啟蒙開始、通過在創(chuàng)新平臺上實(shí)施、逐步形成一種創(chuàng)新文化的過程。大量教學(xué)實(shí)踐表明：學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神不是老師“教會(huì)”的，而是學(xué)習(xí)者自己“學(xué)會(huì)”的，更是依靠學(xué)習(xí)者的主動(dòng)實(shí)踐在“體會(huì)”中培養(yǎng)的。因此，不論是“學(xué)會(huì)”還是“體會(huì)”，本質(zhì)上都是以學(xué)習(xí)者為主體，通過實(shí)施合適的教學(xué)模式，構(gòu)建合適的創(chuàng)新實(shí)踐平臺而實(shí)現(xiàn)的。

亞太大學(xué)生機(jī)器人大賽(簡稱Robocon)，由亞洲-太平洋廣播聯(lián)盟發(fā)起，亞太地區(qū)各個(gè)國家輪流承辦的國際性機(jī)器人賽事。參與對象是各國的本科生，比賽目的是促進(jìn)大學(xué)生國際交流，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。每年比賽的主題和規(guī)則由承辦國發(fā)布，主題設(shè)計(jì)通常反映了本國的風(fēng)俗，具有民族特色。如2010年，承辦國為埃及，比賽主題是搭建三座金字塔。2011年，承辦國為泰國，比賽主題是祈福河燈。2012年，承辦國為中國香港行政區(qū)，比賽主題是平安大吉。

每屆機(jī)器人隊(duì)的學(xué)生們面對的都是全新的主題，需要研制全新的機(jī)器人以完成比賽任務(wù)。機(jī)器人的研制有明確要求和限制條件，除能夠自動(dòng)完成特定的任務(wù)外，數(shù)量(3～4個(gè))、尺寸(機(jī)器人全伸展長寬高限制)、重量(總重量<50 kg)、時(shí)間(3 min內(nèi)完成任務(wù))、通信方式(禁止使用射頻)等方面有嚴(yán)格的要求。

比賽機(jī)器人的研制涉及到控制、機(jī)械、儀器及信息等多學(xué)科內(nèi)容研究，能為學(xué)生提供了一個(gè)多學(xué)科交叉融合的綜合創(chuàng)新研究平臺。因此比賽機(jī)器人技術(shù)的挑戰(zhàn)性、趣味性和競賽性質(zhì)本身的殘酷性都能極大地激發(fā)廣大參賽隊(duì)員的創(chuàng)新意識，而他們在比賽機(jī)器人的研制中則需要充分發(fā)揮創(chuàng)新實(shí)踐能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作精神，才能在最后的比賽中取得優(yōu)異成績。在整個(gè)準(zhǔn)備比賽過程中，學(xué)生的創(chuàng)新能力能得到極大的鍛煉。經(jīng)過幾年的積累傳承和指導(dǎo)教師的引導(dǎo)，就會(huì)在機(jī)器人參賽隊(duì)伍中形成一種創(chuàng)新文化，即只有通過創(chuàng)新才能提高技術(shù)水平取得最后比賽的勝利。

我國的國內(nèi)賽始于2002年，由中央電視臺和教育部共同承辦。每年的比賽吸引了全國包括北京航空航天大學(xué)、北京郵電大學(xué)、東北大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、西安交通大學(xué)、上海交通大學(xué)等知名院校在內(nèi)的超過40支隊(duì)伍參賽。我校機(jī)器人代表隊(duì)，依托機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐基地，參加了十二屆比賽，取得了較好的成績，水平一直保持在前列，3次獲得全國亞軍，獲得國家級一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)13項(xiàng)，最佳策略獎(jiǎng)3項(xiàng)，最佳表現(xiàn)獎(jiǎng)2項(xiàng)，最佳技術(shù)獎(jiǎng)2項(xiàng)，被譽(yù)為國內(nèi)“傳統(tǒng)強(qiáng)隊(duì)”。

2 創(chuàng)新實(shí)踐基地條件建設(shè)的探索與實(shí)踐

學(xué)生有了創(chuàng)新意識，還需要搭建不斷完善的創(chuàng)新平臺供學(xué)生學(xué)習(xí)、思考和實(shí)踐，該創(chuàng)新平臺的建設(shè)和完善需要教師、學(xué)生以及具有一定創(chuàng)新能力的企業(yè)共同參與才能完成。我校本科機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐基地條件建設(shè)的思路是：以學(xué)科競賽項(xiàng)目研制為背景，相應(yīng)需求為牽引，謀劃加強(qiáng)創(chuàng)新實(shí)踐基地建設(shè)，構(gòu)建創(chuàng)新實(shí)踐平臺，增強(qiáng)支撐創(chuàng)新性探索性自主性實(shí)踐的能力。

2.1 創(chuàng)新實(shí)踐基地建設(shè)的思路與模式

以培養(yǎng)創(chuàng)新人才為指導(dǎo)、相應(yīng)需求為牽引，科學(xué)謀劃和大力加強(qiáng)機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐基地建設(shè)。經(jīng)過多年實(shí)踐，我們探索提出了“創(chuàng)新人才培養(yǎng)需求牽引、項(xiàng)目方案驅(qū)動(dòng)，共享基礎(chǔ)設(shè)施資源，發(fā)揮學(xué)科科研優(yōu)勢，自研自制、自研定制和自購結(jié)合”的本科機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐基地建設(shè)的新思路、新模式。

按這種新思路、新模式，在科學(xué)論證的基礎(chǔ)上，高質(zhì)量、高效益地完成了國家985工程建設(shè)規(guī)劃對機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐基地的投資計(jì)劃，并結(jié)合控制技術(shù)與工程本科實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)備裝置的合理升級換代，擴(kuò)展了實(shí)踐空間，改善了實(shí)踐環(huán)境，提升了實(shí)踐條件，為全面實(shí)施創(chuàng)新人才培養(yǎng)，構(gòu)建立體化創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)體系，創(chuàng)建國家級精品課程、湖南省教學(xué)實(shí)驗(yàn)示范中心，組隊(duì)代表學(xué)校參加亞太大學(xué)生機(jī)器人大賽發(fā)揮了重要支撐作用。

2.2 創(chuàng)新實(shí)踐基地軟硬件平臺建設(shè)

依托“控制科學(xué)與工程”國家級重點(diǎn)一級學(xué)科和“機(jī)械工程”“儀器科學(xué)與技術(shù)”國家一級學(xué)科的科研優(yōu)勢，以自研自制或自研定制的方式轉(zhuǎn)化科研成果為教學(xué)資源，直接用于支持創(chuàng)新實(shí)踐基地的條件建設(shè)和創(chuàng)新實(shí)踐平臺的搭建。

2.2.1 基礎(chǔ)平臺建設(shè)

(1) 機(jī)械加工：機(jī)器人創(chuàng)新基地購置有大小鉆床兩臺，銑床一臺，車床一臺，可以提供學(xué)生完成簡單的機(jī)械加工任務(wù)。主要零件加工依托于學(xué)院機(jī)械工程訓(xùn)練中心，管材焊接依托于校外的焊接工師傅。

(2) 控制器件：機(jī)器人創(chuàng)新基地可以完成除制作印刷電路板外的其他相關(guān)基礎(chǔ)工作?；匾劳斜究啤翱刂萍夹g(shù)與工程實(shí)驗(yàn)室”的建設(shè)條件，配有示波器、萬用表、電烙鐵和各類基本電子器件等設(shè)備，能夠滿足電路板焊接、機(jī)器人布線和相關(guān)電路維護(hù)等工作。

2.2.2 創(chuàng)新實(shí)踐平臺建設(shè)

依托完成每年的機(jī)器人比賽任務(wù)，創(chuàng)新實(shí)踐基地積累了多項(xiàng)機(jī)器人技術(shù)，搭建了適于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的軟硬件綜合平臺。

(1) 以智能機(jī)器人控制器研制和數(shù)字化、信息化武器裝備研制的成果和經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，原創(chuàng)設(shè)計(jì)了DSP運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和ARM控制系統(tǒng)。

(2) 以全向視覺機(jī)器人控制技術(shù)的項(xiàng)目研究為基礎(chǔ)，原創(chuàng)設(shè)計(jì)了雙目視覺點(diǎn)火控制系統(tǒng)。

(3) 以全向輪式移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)項(xiàng)目研究為基礎(chǔ)，以自研定制的方式設(shè)計(jì)了全向移動(dòng)機(jī)器人輪系模塊系統(tǒng)。

(4) 以機(jī)器人抓取不同形狀物體研究為基礎(chǔ)，原創(chuàng)設(shè)計(jì)了通用的抓取輕型物質(zhì)的抓手機(jī)構(gòu)。

(5) 以傳感器研究與應(yīng)用項(xiàng)目為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了激光測距傳感器模塊、激光雷達(dá)傳感器模塊、超聲傳感器模塊、陀螺傳感器模塊和色標(biāo)傳感器模塊等機(jī)器人感知模塊。

(6) 原創(chuàng)設(shè)計(jì)了電機(jī)選型軟件系統(tǒng)。

(7) 原創(chuàng)設(shè)計(jì)了比賽機(jī)器人在線交互調(diào)試系統(tǒng)。

(8) 原創(chuàng)設(shè)計(jì)基于手柄機(jī)器人操作控制系統(tǒng)。

(9) 原創(chuàng)設(shè)計(jì)了履帶車曲線路徑跟蹤算法。

上述裝置或技術(shù)，都是機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐基地的學(xué)生研制的，也是根據(jù)每年不同比賽任務(wù)攻關(guān)并積累的技術(shù)，更是每屆隊(duì)員技術(shù)傳承的見證。不僅用于完成學(xué)科競賽任務(wù)，而且還支持了實(shí)驗(yàn)室建設(shè)?！笆晃濉笨刂萍夹g(shù)與工程實(shí)驗(yàn)室自研定制的創(chuàng)意機(jī)器人組合系統(tǒng)裝置，其雛形就是全向移動(dòng)比賽機(jī)器人，關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)就是在機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐基地完成的。

由創(chuàng)新實(shí)踐基地構(gòu)建的實(shí)踐平臺，除滿足“自動(dòng)化系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)”、“微機(jī)接口與應(yīng)用課程設(shè)計(jì)”等課程設(shè)計(jì)教學(xué)需要外，還支持了本科優(yōu)異生和學(xué)有余力又有興趣的其他學(xué)生的業(yè)余自主設(shè)計(jì)開發(fā)活動(dòng)和本科畢業(yè)設(shè)計(jì)。

2.3 創(chuàng)新實(shí)踐基地條件保障

為提高機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐基地的資源效益，基地每年還向開展以硬件為主的控制類畢業(yè)設(shè)計(jì)的學(xué)生全面開放，向他們提供資源保障和指導(dǎo)。

近3年來，創(chuàng)新實(shí)踐基地為百余名工程技術(shù)類、學(xué)歷合訓(xùn)類學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)提供場地及設(shè)備條件，使學(xué)生有機(jī)會(huì)充分利用基地硬件設(shè)施，緊貼學(xué)科競賽完成設(shè)計(jì)任務(wù)，如“比賽手動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)”、“全向移動(dòng)機(jī)器人底盤控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)”、“自動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)”、“移動(dòng)機(jī)器人曲線運(yùn)動(dòng)控制算法研究”、“比賽機(jī)器人機(jī)電一體化設(shè)計(jì)”、“機(jī)器人位姿測量與定位方法研究”等。利用基地創(chuàng)新實(shí)踐平臺，充分鍛煉培養(yǎng)了學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

創(chuàng)新實(shí)踐基地平時(shí)全日制開放，鼓勵(lì)、吸納一部分學(xué)有余力、又有興趣的學(xué)生利用課余時(shí)間來做一些研究探索性實(shí)驗(yàn)或開展其他科技創(chuàng)新活動(dòng)，組織、指導(dǎo)學(xué)生積極申報(bào)國家級/省級/學(xué)校創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，參加機(jī)器人文化節(jié)(舉辦機(jī)器人擂臺賽)和各種設(shè)計(jì)競賽活動(dòng)。

3 創(chuàng)新實(shí)踐基地管理機(jī)制建設(shè)

為了確保創(chuàng)新人才培養(yǎng)方案實(shí)施及效果，推動(dòng)創(chuàng)新能力培養(yǎng)從時(shí)間上、空間上和內(nèi)容上全面開放，確保創(chuàng)新意識、創(chuàng)新平臺和創(chuàng)新能力協(xié)同作用，升華形成創(chuàng)新文化，必須創(chuàng)新實(shí)踐基地管理模式，實(shí)踐基地管理模式包括指導(dǎo)組織管理模式和實(shí)踐運(yùn)行管理模式。

3.1 創(chuàng)新實(shí)踐基地組織管理模式

多年來，我們參照國外名校先進(jìn)理念，結(jié)合本單位實(shí)際，打破傳統(tǒng)的實(shí)踐管理隊(duì)伍建設(shè)理念，創(chuàng)造性地提出并堅(jiān)持實(shí)行了一種新的實(shí)踐指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)組織管理模式：以學(xué)術(shù)造詣深的專家教授領(lǐng)頭，以教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富、工程實(shí)踐能力強(qiáng)的中青年教師為實(shí)踐活動(dòng)指導(dǎo)主力，以有參賽經(jīng)歷的在讀博士、碩士研究生為培訓(xùn)骨干，以管理能力強(qiáng)的專職教師為組織管理和運(yùn)行負(fù)責(zé)人。

按照這一組織模式，機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐基地以控制學(xué)科、機(jī)械工程學(xué)科和儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科教授為帶頭人，他們學(xué)術(shù)造詣深，科研經(jīng)歷豐富，工程實(shí)踐能力強(qiáng)，總是站在學(xué)科前沿，不失時(shí)機(jī)、與時(shí)俱進(jìn)地進(jìn)行頂層謀劃，提出創(chuàng)新人才培養(yǎng)的思路和方案?？刂茖W(xué)科的教師作為創(chuàng)新實(shí)踐基地負(fù)責(zé)人，組織開展基地的全面工作。機(jī)械工程學(xué)科、控制學(xué)科副教授、講師等教學(xué)科研工程經(jīng)驗(yàn)豐富教師，負(fù)責(zé)技術(shù)指導(dǎo)。專職實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員負(fù)責(zé)創(chuàng)新實(shí)踐基地的日常管理。每年至少有2名博士研究生和6名碩士研究生參與指導(dǎo)，他們都是歷屆的競賽隊(duì)員，主要負(fù)責(zé)技術(shù)培訓(xùn)和傳幫帶。

3.2 創(chuàng)新實(shí)踐基地運(yùn)行管理模式

為解決競賽項(xiàng)目難度大，研發(fā)周期長，團(tuán)隊(duì)作戰(zhàn)，以及參加競技比賽要求機(jī)器人高可靠性、高穩(wěn)定性等問題，我們創(chuàng)造性地提出并實(shí)施了一種新型的創(chuàng)新實(shí)踐基地運(yùn)行管理模式：基本技能培訓(xùn)，方案策略討論，專家教授講座，關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，賽前強(qiáng)化訓(xùn)練，以及師隊(duì)組三級管理，本科生主力，以老帶新，教師決策。

我校機(jī)器人代表隊(duì)隊(duì)員來自自動(dòng)化、機(jī)械、仿真工程、測控技術(shù)與儀器、電子工程、計(jì)算機(jī)等專業(yè)的本科學(xué)員，一般以大四、大三學(xué)生為主力。

依據(jù)每年機(jī)器人比賽規(guī)則，隊(duì)員分成3或4個(gè)小組，2或3個(gè)機(jī)器人組和1個(gè)綜合保障組。設(shè)置機(jī)器人隊(duì)隊(duì)長、副隊(duì)長以及組長等管理崗位。參賽準(zhǔn)備工作分4個(gè)階段有計(jì)劃地進(jìn)行。4個(gè)階段的工作，各小組列有詳細(xì)計(jì)劃，導(dǎo)師組全程檢查、落實(shí)各環(huán)節(jié)工作。至少每周一次例會(huì)時(shí)間，首先各小組匯報(bào)完成工作計(jì)劃情況，說明問題及困難；其次是技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目匯報(bào)進(jìn)展情況；最后是集體討論解決辦法。

4 創(chuàng)新實(shí)踐基地建設(shè)成果與效益

機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐基地經(jīng)過幾年建設(shè)，培養(yǎng)了一批專業(yè)拔尖人才，促進(jìn)了教學(xué)建設(shè)。每年來創(chuàng)新實(shí)踐基地參加課外創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)的學(xué)生少則七八十人，多則一二百人。近3年，成功申報(bào)國家級/省級/校級大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目10余項(xiàng)。一批尖子學(xué)生在Robocon全國機(jī)器人大賽，RoboCup足球機(jī)器人和救援機(jī)器人比賽，各級電子設(shè)計(jì)、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)、挑戰(zhàn)杯、創(chuàng)新杯等大學(xué)生設(shè)計(jì)、發(fā)明大賽中取得了優(yōu)異的成績。近年來，有200人次相繼獲得學(xué)校、湖南省和全國這類大學(xué)生競賽的一、二等獎(jiǎng)，其中僅全國二等獎(jiǎng)以上就有106人(一等獎(jiǎng)87人)。

4.1 提升了專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量

(1) 構(gòu)建的立體化實(shí)踐教學(xué)體系，已在2009人才培養(yǎng)方案的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)中全面實(shí)施。探索的創(chuàng)新人才培養(yǎng)四要素，即：創(chuàng)新意識，創(chuàng)新平臺，創(chuàng)新能力和創(chuàng)新文化，以及他們之間的相互作用，已通過亞太大學(xué)生機(jī)器人大賽得到驗(yàn)證。

(2) 近年來，依托本科機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐基地培養(yǎng)了300余名優(yōu)秀本科畢業(yè)學(xué)生。目前，他們中取得/攻讀博士、碩士學(xué)位的學(xué)生占96%以上;出國留學(xué)的學(xué)生占10%以上。在碩士和博士研究生階段，大量基地學(xué)生承擔(dān)了學(xué)生隊(duì)的管理工作，并在課程學(xué)習(xí)、學(xué)科競賽和實(shí)驗(yàn)室科研工作中充分發(fā)揮骨干作用。

(3) 創(chuàng)新實(shí)踐基地團(tuán)隊(duì)組織管理模式和運(yùn)行管理模式，造就了一個(gè)本科生在成長成才的關(guān)鍵機(jī)遇期，通過三年基礎(chǔ)知識的扎實(shí)學(xué)習(xí)，加上1年的綜合實(shí)踐與強(qiáng)化訓(xùn)練，不僅拓展了專業(yè)知識，提高了技術(shù)水平，而且明顯提高了組織管理能力，培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)意識，并養(yǎng)成了扎實(shí)的工作作風(fēng)，形成了敢于挑戰(zhàn)、勇于拼搏的頑強(qiáng)精神，走在了同齡人的前列，更為成為新型軍事人才打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐基地建設(shè)對于我校培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新性人才起到了重要支撐作用。

(4) 機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐基地開展創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)的成功經(jīng)驗(yàn)表明，創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，促進(jìn)了學(xué)科交叉人才培養(yǎng)。亞太大學(xué)生機(jī)器人大賽本身是典型的學(xué)科交叉綜合平臺，任務(wù)研發(fā)周期長，難度大，且需要跨學(xué)科人才。所以，我校機(jī)器人隊(duì)的隊(duì)員一般來自機(jī)械、控制、儀器、電子等大類專業(yè)的學(xué)生，經(jīng)過近9個(gè)月的協(xié)同工作，他們?nèi)￠L補(bǔ)短，相互學(xué)習(xí)，共同進(jìn)步，開闊了視野和知識面，全面提升了綜合利用多交叉學(xué)科知識分析問題和解決問題的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

4.2 促進(jìn)了專業(yè)教學(xué)建設(shè)

(1) 創(chuàng)新源于興趣，源于對事物的敏銳，需要探索的欲望【2】。創(chuàng)新意識發(fā)端于教師的課堂教學(xué)、學(xué)生的實(shí)踐體會(huì)、典型學(xué)生的示范效應(yīng)以及學(xué)生獲得的某些資訊。創(chuàng)新人才培養(yǎng)四要素相互協(xié)同作用效應(yīng)，反哺課堂教學(xué)，促進(jìn)了教學(xué)改革。在自動(dòng)化專業(yè)控制系列和計(jì)算機(jī)硬件系列課程，如：自動(dòng)控制原理、計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)、智能機(jī)器人系統(tǒng)、機(jī)器人技術(shù)新生研討課教學(xué)中，開展任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法研究，收到較好效果。

(2) 機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐基地的建設(shè)成果，機(jī)器人大賽積累的先進(jìn)技術(shù)，以自研自制、自研定制等形式及時(shí)轉(zhuǎn)化為教學(xué)條件資源，建設(shè)了創(chuàng)意機(jī)器人組合系統(tǒng)、履帶機(jī)器人系統(tǒng)等模塊，推動(dòng)了控制技術(shù)與工程本科實(shí)驗(yàn)室建設(shè)更上一層樓。通過這些新的機(jī)器人教學(xué)設(shè)備在“自動(dòng)化系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)”、“微機(jī)接口與應(yīng)用課程設(shè)計(jì)”等課程中的使用，既提高了學(xué)員綜合應(yīng)用所學(xué)知識和解決實(shí)際問題的能力，又初步激發(fā)了學(xué)員們對機(jī)器人相關(guān)技術(shù)的研究興趣，為機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐基地選拔參賽隊(duì)員奠定了一定的基礎(chǔ)。同時(shí)共享創(chuàng)新實(shí)踐基地拔尖人才培養(yǎng)的成功經(jīng)驗(yàn)，將其應(yīng)用到專業(yè)人才培養(yǎng)中，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。

(3) 創(chuàng)新實(shí)踐基地建設(shè)成果是國家精品課程“計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)”和“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”，以及湖南省精品課程“自動(dòng)控制原理”和湖南省實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心“機(jī)電工程與自動(dòng)化綜合訓(xùn)練中心”申報(bào)內(nèi)容的重要組成部分。其中，立體化實(shí)踐教學(xué)體系，創(chuàng)新實(shí)踐平臺的構(gòu)建和創(chuàng)新實(shí)踐基地的管理模式，為國家級精品課程“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”、湖南省精品課程“自動(dòng)控制原理”和“機(jī)電工程與自動(dòng)化綜合訓(xùn)練中心”的建設(shè)提供了有力支持。

5 結(jié) 語

機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐基地是專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要場所，通過開展多元化的創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，培養(yǎng)了一批控制、機(jī)械、儀器等學(xué)科的優(yōu)秀人才。以亞太大學(xué)生機(jī)器人競賽為例，首先，按比賽規(guī)則設(shè)計(jì)機(jī)器人是激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識的過程[3]，需要不斷完善的比賽用機(jī)器人則是一個(gè)創(chuàng)新平臺，創(chuàng)新能力的培養(yǎng)在制作和調(diào)試比賽機(jī)器人過程中表現(xiàn)出來，機(jī)器人隊(duì)每個(gè)小組成員、小組以及指導(dǎo)教師與學(xué)生之間相互協(xié)調(diào)和共同努力，逐步形成了一種影響整個(gè)競賽過程的創(chuàng)新文化。創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力、創(chuàng)新平臺和創(chuàng)新文化之間的協(xié)同效應(yīng)通過競賽指導(dǎo)教師的引導(dǎo)，覆蓋了從理論到實(shí)踐的各個(gè)環(huán)節(jié)，全面促進(jìn)了教學(xué)建設(shè)，完善了高素質(zhì)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的實(shí)踐教學(xué)體系。

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Exploration and Practice of Constructing the Innovation Practice Base of Robot Technology

XUXiao-hong,ZHENGZhi-qiang,LUHui-min

(College of Mechatronics and Automation, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China)

Based on the National Undergraduate Engineering Construction Projects in the 12th Five-Year Plan, and considering cultivating innovative talents as the starting point, this paper integrates the development achievements of the innovation practice base of robot technology in NUDT, and explores the ways to inspire the innovation consciousness, construct the innovation practice platform, develop innovation practice abilities, and foster the innovation culture. Under the guidance of various innovation practice activities, the practical teaching and learning has been formed during the whole innovative talent training process, so the whole tridimensional practical teaching and learning system is constructed successfully. Meanwhile, the new methods of constructing the innovation practice base have been proposed, and the new mode of base management has also been used to realize the full-open mechanism. Under the background of ABU competition, the results show that the development of teaching philosophy was promoted and the quality of talent training was also improved by constructing the innovation practice base of robot technology.

innovation practice base; robots; talent training; innovation ability

2014-04-24

湖南省教育廳教育改革項(xiàng)目(湘教通【2012】401號)

徐曉紅(1966-)，女，黑龍江哈爾濱人，碩士，副教授，實(shí)驗(yàn)室主任，研究方向：計(jì)算機(jī)控制。

Tel.:13873120915;E-mail:xxhac311@126.com

TP 291

A

1006-7167(2015)03-0185-05