基于水下机器人竞赛的培养模式探索与实践

基于水下机器人竞赛的培养模式探索与实践 摘要：全国大学生水下机器人学科竞赛是一项面向全国海洋工程、海洋技术类专业的全国性的大学生学科竞赛，浙江大学结合三年“水下机器人设计校内竞赛的经验，为全国海洋学子提供一个可以互相学习、互相研讨、互相竞技、共同提高的专业性交流平台。文章在充分分析水下机器人学科竞赛与大学生实践创新能力培养关系的根底上，提出“课-赛结合的人才培养模式。全国大学生水下机器人学科竞赛与专业课程结合的实践说明：“课-赛结合的人才培养模式的实施成效显著，可以作为其他学科培养学生创新思维、锻炼学生动手能力的参考。关键词：水下机器人;“课-赛结合;培养模式;创新能力中图分类号：G640文献标志码：A文章编号：2096-000X202114-0021-04Abstract：Theunderwaterroboticscompetitionofnationaluniversitystudentsisanationalcompetitionformarineengineeringandmarinetechnologymajors.Baseonthecompetitionexperienceofunderwaterrobotdesigninthreeyears，ZhejiangUniversityestablishedaprofessionalcommunicationplatformformarinestudentstolearnfromeachother，discusswitheachother，competewitheachother，andimprovetogether.Theclass-racecombinedtalenttrainingmodelwasproposedbasedonafullanalysisoftherelationshipbetweentheunderwaterroboticsdisciplinecompetitionandthecultivationofuniversitystudentspracticalinnovationability.Thepracticeofcombiningthenationaluniversitystudentsunderwaterroboticscompetitionswithprofessionalcoursesshowsthatthetalenttrainingmodelofclass-racecombinationhasachievedremarkableresultsandcanbeusedasareferenceforcultivatingstudentsinnovativethinkingandtrainingtheirpracticalabilitiesinotherdisciplines.Keywords：underwaterrobot;class-racecombination;trainingmode;innovativeability在國家大力开展海洋事业，重视海洋战略意义的大背景下，浙江大学海洋学院应运而生。2021年搬迁至中国第一大群岛和重要港口城市浙江省舟山市，身负为国家输送海洋综合型人才的重任【1】。浙江大学海洋学院在加强大学生实践能力、创新能力及团队协作精神的培养等方面一直在进行探索与实践，旨在培养高素质海洋领域高端人才。2021年以前海洋工程、海洋技术类专业尚未有全国性的大学生学科竞赛，全国海洋学子缺少一个可以互相学习、互相研讨、互相竞技、共同提高的专业性交流平台。基于竞赛平台的大学生创新能力培养模式被越来越广泛认同2-6。浙江大学结合三年“水下机器人设计校内竞赛的经验，联合中国海洋学会海洋技术装备专业委员会，创办了全国大学生水下机器人学科竞赛。竞赛秘书处单位设立在浙江大学海洋学院，与专业委员会秘书处联署，负责竞赛的组织和开展。一、全国大学生水下机器人学科竞赛建设情况概述一开展历程2021年结合专业综合设计课程，创办了第一届“水下机器人竞赛;2021年该竞赛被认定为校级竞赛。2021年成功举办了“遨拓杯浙江大学第二届“水下机器人设计竞赛，有30支队伍87名大学生参赛，竞赛影响力逐步扩大，首次有外校进一步扩大赛事影响力，把全国水下机器人学科竞赛推向全国涉海高校和涉海专业，建设成为有影响力的有知名度的全国性的海洋学科竞赛，推进与企业合作共赢，加快竞赛成果的转化和研发。二目标定位全国大学生水下机器人学科竞赛是面向全国大学生的海洋工程与海洋技术类学科，通过大学生参与竞赛，提高大学生的实践创新能力和知识运用水平，增强学生们对海洋的热爱，开阔学生们的视野，为我国广阔海洋学子提供一个展示风采的平台。竞赛的主要任务是：加强大学生创新能力、实践能力及团队协作精神的培养;提高大学生了解和运用海洋工程与海洋技术知识、解决实际问题、领略海洋机器人技术的能力;同时激发创新思维，促进“海洋工程和“海洋技术类专业与机电光算控相关专业的交叉与融合;促进海洋工程与海洋技术领域创新创业教育，推动赛事成果转化和产学研相结合。浙江大学以水下机器人学科竞赛为牵引，提炼多年竞赛组织的经验，提出“课-赛结合的人才培养模式，探索实践创新能力培养模式。二、“课-赛结合特色课程构建和实施一健全的硬件保障校企共建实践基地提供该基地所需大局部设备、硬件条件以及实验教学资源和方案，促进实践基地各种科研教学活动的开展，提高实践教学水平;根据学校的具体教学活动情况，中心构建一个具有多种功能的机器人实验室，包括水下机器人调试实验区、创意水下机器人实验区、机器人活动展示区，构成完整的实验室系统。扩建了大学生创新实践基地：扩建后的水下机器人联合实验室设有16张工作台，每张工作台分两组，分别配套了专用仪器、工具箱、常用耗材等，可容纳96名学生同时使用。实践基地全天候开放，由学生自主管理，可充分支持课程、竞赛、SRTP的学生使用。二精准的教学目标全力打造特色课程三年前学院开始精心设計打造?综合实践训练型课程水下机器人设计?课程，以课程为载体，以竞赛为牵引和考核，让学生经历从设计、动手、调试到竞赛、辩论等科研工程的全过程图2为学生在水下机器人实践基地为竞赛做准备。课程与竞赛结合，科研与教学结合，多学科知识的综合运用、跨专业领域实践能力训练，受到学生欢迎和好评，学生反响这是一门投入最多、学到东西最多、感受最深的课程。课程通过水下机器人设计原理的教学，以及学生自主研读相关论文，互相交流讨论相关关键技术和科研结果等，培养学生的学习研究兴趣及动力;通过以小组为单位设计并动手制作一种水下机器人，使学生掌握水下机器人动力建模设计、控制理论与应用、结构分析与设计、电力电子线路、软件开发、传感器信息及信号处理、材料分析等根本方法，并在系统方案设计中了解最正确性能评估的方法，包括静水性能分析：浮性及稳性，应用经验公式和系列图表等方法来预估水下机器人的水动力性能和推力需求;通过结构分析与设计，掌握耐压结构设计、配重等方法;通过控制系统的学习和应用，掌握控制电路设计、控制算法设计和调试;结合推进系统的设计，估算推进功率及航速。最后，学生能依靠团队力量，分工协作，制作水下机器人实物样机，并通过竞赛进行实际测试。三丰富的教学内容全面提升学生能力课程第一周发布竞赛题目并对题目、课程讲解，前四周为理论课，介绍设计方法、结构推进、控制系统、电路设计等方面的内容，后十二周学生分组开展下机器人控制导航算法设计及调试。每个模块实验为8个学时，学生课外还需要完成相关内容的调研和根底设计，课内利用1学时进行检查，检查结果计入实验过程成绩。学生通过“课-赛结合模式，实践能力全面提升。三、“课-赛结合特色课程的实践成果一学生的创新意识与实践能力明显提升通过“课-赛结合，以竞赛为牵引让学生经历从设计、制作、集成、调试到竞赛、辩论等科研工作的全过程，实现专业知识从“珍珠到项链的串联，同时培养了学生多学科知识的综合应用能力和团队合作精神，激发了学生的专业自豪感。学生通过解决实际问题，领略海洋机器人的魅力。学生的创新意识与实践能力明显提升。海洋学院学子在国内外多个“水下机器人竞赛中崭露头角，获得了多个一等奖奖项。除了成功举办校级竞赛，学院还鼓励学生向外拓展，走向学校以外的竞技舞台，并取得了亮眼的成绩。2021年5月21-25日在澳大利亚举行的国际机器人与自动化会议软体材料机器人挑战赛上，海洋学院学子获得软体抓手挑战赛一等奖等多个奖项;2021年7月10-11日在上海临港机器人竞赛中，海洋学院代表队跻身前三甲，获得较好成绩;2021年7月26-27日，在大连举行的第十一届国际水中机器人大赛中，海洋学院首次组队参赛即创佳绩，获得3项一等奖、2项二等奖和1项三等奖;2021年8月12日，海洋学院本科生在第七届全国航行器设计大赛上获得设计制作类水下组一等奖。二创办国家级竞赛通过三届学生的“课-赛结合、三次校级“水下机器人竞赛的历练，2021年海洋学院发起并创办了“遨拓杯第一届全国大学生水下机器人学科竞赛如图3、图4所示。为全国海洋学子提供了国家级的交流竞技平台，并且该赛事被列入中国高等教育学会工程教育专业委员会联合浙江大学机器人研究院首次发布的“全国高校机器人竞赛创新指数中。中国高等教育学会工程教育专业委员会与浙江大学机器人研究院共采集18项高校机器人竞赛。从竞赛奉献、组织奉献两个维度构建评估模型，以开设“机器人工程专业的本科院校为对象，发布“全国高校机器人竞赛指数本科清单，浙江大学排名TOP10%。三促进海洋领域高端人才培养面对世界海洋强国的竞争，加强海洋人才的培养对建设海洋强国具有重要的意义。海洋学院正处在融入国家战略、浙江大湾区和舟山群岛新区，把海洋学院建设成为太平洋西岸重要的海洋科教中心，为国家海洋战略培养更优秀的各类海洋人才，全面加快开展的重要战略机遇期。当前我国海洋科技的整体实力明显增强，急需人才。通过实践“课-赛结合的人才培养模式、创办海洋领域国家级竞赛，不仅培养了本校学生实践能力和创新能力，也可以吸引相关工程类人才对海洋领域的关注，为国家海洋战略培养更优秀的高端海洋人才。四、结束语基于全国大学生水下机器人学科竞赛“课-赛结合的人才培养模式，彰显了海洋学院的课程设计特色，加强了大学生创新能力、实践能力及团队协作精神的培养，为学生提供了综合运用海洋工程与技术知识、解决实际问题、领略海洋机器人魅力的优质平台，是学生理论联系实际，教学科研结合的良好探索和实践。参考文献：【1】郝帅，周大成.整合优质资源建设高水平海洋实验教学中心J.高教学刊，202112：200-201.【2】李静，陈巍，郁汉琪.基于竞赛平台的大学生创新能力培养模式探索与实践J.教育教学论坛，2021，39452：164-165.【3】陈竹秋，李颖，郑新旺.基于学科竞赛的单片机课程案例教学模式的构建与实践J.吉林医药学院学报，2021，405：399-400.工程素质培养模式探究J.实验室研究与探索，2021，389：151-155.【5】戴海容.以学科竞赛推动高职院校电子商务专业人才培养模式改革探究J.职教通讯，202114：33-35.【6】顾涵，钱斌，张惠国，等.基于学科竞赛的应用型本科院校创新能力培养模式探索与实践J.实验室研究与探索，20218：213-215.【7】刘长宏，戚向阳，王刚，等.实践基地建设与大学生创新能力培养的实践研究J.实验技术与管理，202110：161-163.8赵志强.大学生创新实践基地建设思考与探索J.中国印刷与包装研究，2021，54：94-98.9陈一艳，麻伟炉.校内实践创新基地建设的思考与探索J.新课程研究中旬刊，20212：127-128.