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中图分类号:TP242 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)11(b)-0171-01
机器人竞赛是教育和高科技的结合,由于机器人自身的特点和对未来社会的影响,机器人不仅仅是全面素质教育的好教材、好办法,而且是科普教育的重要园地。随着机器人技术的发展和信息技术普及深入,机器人教育及竞赛已广泛深入高校甚至中小学校,成为培养学生创新能力、设计能力、动手能力、综合应用能力和学习兴趣的重要手段。机器人竞赛实际上是高技术的对抗赛,从一个侧面反映了学校信息与自动化领域基础研究和高技术发展的水平。机器人竞赛使研究人员能够利用各种技术,获得更好的解决方案,从而又反过来促进各个领域的发展,这也正是开展机器人竞赛的深远意义,同时也是机器人竞赛的魅力所在。
1 项目分析与研究方案
1.1 机器人系统的组成
功能方面来分:机器人主要由构架系统、感知系统、执行系统、决策系统、能源系统等几大部分组成,如图1所示。
构架系统:相当于人体的躯干和骨骼,它承载着机器人的所有部件,是机器人的根本和基础。感知系统:相当于人的眼睛、耳朵、鼻子、皮肤等,可以感知外界的各种信息,如:距离、声音、气味、温度、湿度、形状、颜色等。执行系统:相当于人的肌肉和四肢,可以使机器人具有行走、移动等功能,并完成特定的任务,如取物、灭火、营救、排爆、踢球等人们设计的各种动作。决策系统:相当于人的大脑,它将机器人从感知系统感知的各种外界信息进行处理、判断,然后做出决策,并发出信号控制执行系统按照程序预设的方式进行处理。决策系统常用的控制芯片有:C51单片机、PIC单片机、AVR单片机、高端ARM处理器等。能源系统:相当于人的心脏和肺,它给机器人的感知系统、执行系统、决策系统提供能量,如电能、热能、机械能等。
1.2 本平台研究的主要内容
(1)构架系统与执行系统。
结合人形机器人、轮式机器人及其他形状机器人的结构特点,开发一套花键式结构连接件。利用该套连接件可以搭建各类机器人机械平台。
(2)感知系统。
感知系统中,常用的传感器有:测距声纳、红外测距传感器、红外光电开关、姿态传感器、碰撞开关、声强传感器、光强传感器、声音传感器、颜色传感器、摄像头等。本项目拟开发模块化的上述组件(不包括摄像头)。
(3)决策系统。
决策系统将机器人从感知系统感知的各种外界信息进行处理、判断,然后做出决策,并发出信号控制执行系统按照程序预设的方式进行处理。决策系统常用的控制芯片有:C51单片机、PIC单片机、AVR单片机、高端ARM处理器等。
(4)能源系统。
2 采取的研究方法、技术路线和试验方案
2.1 研究方法
(1)调研法:通过广泛的调研,结合学院电信、应电、电气、模具等专业对开展机器人教育的需求及国际国内有关机器人竞赛的平台,分析技术细节、难点,确定平台建设架构。
(2)试验法:通过仿真、硬件搭接及调试等途径完成各电路模块的硬件设计,然后拼装各类机器人,运用数学建模知识、自动控制原理及有关软件技术,实现各类机器人的决策控制,并形成配套的技术资料。
3 特色与创新之处
“创意之星”机器人竞赛及实训平台是一套用于高等工程创新实践教育的模块化机器人平台,可通过数百个基本“积木”单元的组合,搭建出各种发挥想象力的机器人,并可为自己搭建出的机器人编程。因此,无论是机械、电子还是电气专业,都可以基于该平台,根据需要选择自己的侧重点,承载学生的实验、实训、课程设计、毕业设计或技能竞赛。
4 结语
实践证明,该平台可靠性高,灵活性强,解决了目前机器人系统不能灵活拼拆组合,实现既可“独立”又可“复用”的技术问题并且可适用于各类大众机器人竞赛,节约了竞赛和培训成本,提高了工作效率,具有较强的推广价值。
参考文献
关键词:机器人竞赛;培训;参赛选手
机器人竞赛活动是一项综合多种学科知识和技能的科技活动,旨在培养学生良好的科技素养,发展学生的科学创新精神、实践动手能力和团队协作能力,它集知识性、趣味性、竞技性于一体,深受学生喜爱。作为一名高中信息技术教师,同时也是机器人竞赛活动的辅导教师,如何将机器人竞赛活动的培训工作高效的、有秩序的开展下去,培养出优秀的高科技人才,使得机器人比赛更加精彩。笔者认为针对机器人竞赛活动的培训工作是有方法和策略可寻的,结合自己的实践操作和经验总结谈谈几点想法。
一、选拔主体对象――参赛选手
参赛选手的选拔是机器人竞赛活动培训过程中的第一个步骤,也是最重要的一个环节。新课程标准的核心理念是学生是学习和发展的主体,这也是机器人竞赛活动有效开展的主要对象,机器人教学的出发点和归宿都应体现在学生身上。所以,参赛选手的选拔尤为重要,如何才能在众多的学生当中“相中”高科技苗子,寻到自己满意的参赛选手,建议可以从以下两个方面着手。
1.对机器人有浓厚的兴趣
兴趣是最好的老师,是学生学习的强化剂。有人认为:我们每个人从事各种活动,都是由一定的动机、兴趣所引起的,有了动机、兴趣才能去从事各种活动,从而达到一定的目的。所以,机器人竞赛活动选的学生不仅需要对机器人具有很强的好奇心,而且还需要他们对机器人有足够的兴趣。
2.动手能力强
从近几年的机器人竞赛活动的情况来看,无论是重庆市选拔赛(各项目的第一名晋级全国赛),还是重庆市常规赛,大多数项目都要求参赛选手将机器人的零件拆成散件带入比赛现场,在规定的时间内完成搭建机器人,然后编写程序调试机器人。这就要求负责搭建机器人的参赛选手在搭建机器人的时候上手一定要快而准,当然,这也是对每个参赛选手的基本要求。
二、辅导教师做好准备工作
机器人辅导教师大多为信息技术教师。作为信息技术教师在给学生上课之前要做的第一件事就是钻研教材,认真写好教案。俗话说得好,要给孩子半桶水,自己就要有一桶水。辅导机器人的教师也不例外,所以,辅导教师应做好充分的准备工作。
首先,要读懂并吃透比赛规则,这一点非常重要。有的辅导教师对比赛项目的规则理解不够透测甚至是理解错误,尤其是比赛项目所要完成的任务要求模棱两可,这样会导致辅导方向有误,培训效果不明显,比赛结果是显而易见的。
其次,辅导教师要树立正确的荣辱观,并且要对学生加以正确的引导,要让他们知道比赛只是一种形式,是培养他们创新能力、实践能力、团队协作能力的手段。既然是比赛,那么就应该众在参与,拿奖或不拿奖或者拿几等奖都不重要,最重要的是通过这次比赛自己和以前相比综合能力有了明显的提高、增长了知识、开拓了眼界等等,只要做到了其中一点,那么,你就是最大的赢家。
三、培训参赛选手
在新课改的背景下,一天正常的行课安排为上午五节课,下午四节课。为了保证机器人竞赛活动的训练能顺利且有效地进行,参赛选手培训时间一般为中午、下午放学后或周末的课余时间,让参赛选手在短期内进行集中训练,在这期间参赛选手要学习的东西很多,主要有以下几点。
1.参赛选手要认真研读比赛规则
比赛规则除了辅导教师要学习之外,参赛选手也要仔细研究,因为比赛规则里面包含了很多重要的信息,如竞赛流程、竞赛所要完成任务、评分标准等等。正式比赛时,辅导教师不能进入比赛现场。所以,参赛选手要对这些重要条款做到心中有数,甚至还要记住某些注意事项,以免在比赛过程中丢失分数或者犯规。
2.参赛选手要反复练习编写程序,调试机器人
从机器人竞赛活动的各个项目比赛情况来看,有些比赛项目的任务要求不确定,只有参赛选手进入比赛现场的时候才知道所要完成任务的具体情况。所以参赛选手要反复习练习编写程序,调试机器人。只有这样,学生在比赛中才能游刃有余。
3.参赛选手还要学会如何应对在比赛过程中的突发状况
参赛选手平时在训练的时候可能一切都顺理成章,没有遇到过突发状况,即使遇到了也是辅导教师帮忙解决。可是在比赛现场有很多不确定的因素是我们无法预料的。所以,在训练过程中,教师就要预设各种突发状况,让参赛选手学会解决各种问题的方法,防止在比赛现场参赛选手措手不及。
四、做好赛后反思
作为高中信息技术教师在教学过程中有教学反思,那么,作为机器人辅导教师在每次比赛过后也要有所总结和反思。每次比赛下来要总结和反思的东西有很多,无论是好的或者不好的都要做好赛后总结和反思工作,把好的、有价值的东西保留下来方便以后再用;不好的想想为什么不好,总结出原因,避免下次再犯同样的错误。
辅导教师要坚持做好每次赛后的反思和总结,这样不仅有助于辅导教师自身的发展,而且还有助于辅导教师积累丰富的经验、方法。
机器人竞赛活动越来越丰富多彩,每个辅导教师对于参赛选手的培训工作都有自己独到的见解,相信在广大同仁的共同努力下,一定会总结出一套既科学又完善的培训策略。
参考文献:
[1]王道俊,王汉澜.教育学[M].北京:人民教育出版社,1999:551.
[2]全国十二所重点师范大学联合编写.心理学基础[M].北京:教育科学出版社,2002:60-61.
2014 年7 月26~28 日,“金山杯” 第9 届全国青少年教育机器人奥林匹克竞赛暨第26 届ROBO-ONE 国际机器人竞赛和第3 届国际青少年教育机器人奥林匹克竞赛全国选拔赛,在华东师范大学附属枫泾中学举行。国家教育部教育装备工作领导小组副组长韩呼生, 国际机器人ROBO-ONE 中国委员会主任马巍等参加活动。
竞赛中,来自全国25 个省市(港澳地区)共1800 余名机器人竞赛运动员,分小学组、初中组、高中组三个组别,分别参加了双足机器人技能赛、机器人轨迹赛、双足机器人舞蹈赛、机器人球类比赛等11 个项目的竞赛。本届竞赛获奖选手将入选中国代表队参加国际机器人竞赛。
本次竞赛是上海市首次举办的全国性大规模的国际青少年教育机器人奥林匹克竞赛全国选拔赛。相比往届竞赛, 本次竞赛活动规模最大、赛事规格最高、参赛人数最多、竞赛项目最齐全, 竞赛人数从去年的800 人猛增至今年的1800 人。
历时两天的比赛为我国青少年机器人教育提供了展示的舞台, 有利于普及机器人教育,拓展青少年的科技视野。
(董少校陈少国)
【关键词】虚拟仪器;抢答器;逻辑;结构
1 设计任务与要求
1.1 设计任务
设计一台可供4名选手参加比赛的智力竞赛抢答器。主持人开始抢答,选手可以按下强大按钮抢答。最先按下的选手蜂鸣器响铃,对应的指示灯亮。答题完主持人可以按下复位键重新开启下一轮。
1.2 设计要求
1)四个参赛者每个人有一个抢答按钮编号为1号、2号、3号、4号,对应的指示灯为1号灯、2号灯、3号灯、4号灯;
2)主持人有一个控制按钮,用于将所有的灯熄灭与将大屏幕清零,并控制抢答的开始;
3)当参赛者按下抢答按钮时,蜂鸣器响铃,对应的指示灯亮,同时大屏幕上显示最优先抢答者的编号;
4)具有互锁功能,有人优先抢答后系统会关闭,其他人无法继续抢答,必需等主持人清零后,重新喊开始才能重新抢答。
实际操作:当主持人按钮打开时VI才能运行,当1-4号有一个按钮被按下时,灯亮、蜂鸣器响且VI停止运行,当主持人按钮关闭时运行VI就能清零。
2 原理电路和程序设计
3 设计的抢答器的主要特点
1)涵盖抢答题、抢答自锁,复位、报警等功能;
2)结构简单,易操作。功能较少,但应答较为迅速;
3)面板上设有组号窗口,显示清晰,同步显示,没有干扰;
4)主要是应用LabVIEW软件对抢答器进行模拟。所以设计中应用的主要是LabVIEW逻辑结构和编程技术;
5)简单运用LabVIEW的逻辑结构实现4路抢答功能,具有互锁功能,有人优先抢答后系统会关闭,其他人无法继续抢答,必需等主持人清零后,重新喊开始才能重新抢答。
4 总结
电子课程设计是本学期的第一门课程设计,我们选择的是四人智力竞赛抢答器的设计,这个课题应用了LabVIEW软件特点,设计了有抢答、数据锁存及显示、声音提示功能、启动等功能的抢答器,通过这次课程设计,使我们对LabVIEW这个软件有了一定的了解,对课本上的知识有了进一步的掌握。
设计过程:我深刻的体会到在设计过程中,需要反复实践,其过程很可能相当烦琐,有时花很长时间设计出来的电路还是需要重做,那时心中未免有点灰心,有时还特别想要放弃!此时更加需要静下心,查找原因。设计思路是最重要的,只要你的设计思路是成功的,那你的设计已经成功了一半。因此我们应该在设计前做好充分的准备,像查找详细的资料,为我们设计的成功打下坚实的基础。
关键词:世界技能大赛;职业院校;技能人才;培养质量
中图分类号:G710 文献标识码:A 文章编号:1672-5727(2016)11-0005-05
自2010年10月加入世界技能组织后,我国于2011、2013、2015年分别派选手参加了第41、42、43共三届世界技能大赛,参加的赛项数量分别为6项、22项、29项,参赛选手分别为6人、25人、32人,并分别获得1银5个优胜奖、1银3铜13个优胜奖、5金6银4铜11个优胜奖的好成绩。如今,世界技能大赛参赛国家和地区达到59个,赛项数量也达到历史最高的50项,覆盖世界经济六大领域。我国在第43届世界技能大赛中参赛项目已经扩大到这六大领域。
加入世界技能组织后,我国成立了世界技能大赛中国组委会,组委会设在人社部,由人社部职业能力建设司、国际司、职业技能培训鉴定中心、国际文化交流中心以及劳动保障出版集团等部门联合组成。大赛秘书处设在职业能力建设司。
第三次参加世界技能大赛,我国不仅实现金牌零的突破,更以15枚奖牌位列世界参赛国家(地区)奖牌榜的第四位,前三位的国家或地区分别为巴西、韩国、中华台北。
参加世界技能大赛带动了我国参赛选手技能水平的提升,也使世界技能大赛参赛项目培训基地收获了诸多技能人才培训的经验和成果,积累了技能人才培养的国际标准和经验,对我国职业院校对接世界技能标准开展职业培训,提升技能培训质量,促进我国现代职业教育体系建设,具有重要的借鉴与启示意义。
一、参加世界技能大赛收获的技能人才培训经验
(一)对参赛选手选拔与培训的经验
1.对照世界技能大赛项目技术文件开展国赛选拔
参加世界技能大赛的国家和地区都对照世界技能大赛竞赛规则与技术标准开展国赛选拔,我国也不例外。对代表国家参加世界技能大赛的选手,经由世界技能大赛中国组委会组织进行国赛选拔,获得国赛参赛资格的选手基本为省赛或行业大赛第一名。我国在专业设置上与世界技能大赛赛项没有直接对接,在举办国赛前三个月左右时间,由参赛项目国家集训基地专家组依照世界技能大赛规则及技术标准,为参赛单位或个人提供70%的试题及公布使用的设备,另外30%试题在比赛时公布。
经国赛选拔,获得前5名的选手进入国家集训基地进行集训(不同项目有差异)。通过集训再进行两轮晋级赛选拔,最终确定1名选手或1个团队代表国家参加世界技能大赛。
2.依据世界技能大赛历届赛项试题培训参赛选手
进入国家集训基地的选手需要接受来自基地专家和教练团队的职业技能提升培训。如同参加世界技能大赛的很多国家(地区)训练参赛选手的方式一样,对照往届世界技能大赛赛题对选手进行全方位的技能培训。
在第43届世界技能大赛上,组委会首次委托第三方出题,难度加倍。其他国家对参赛选手常采用历届“比赛真题”训练。第43届世界技能大赛数控铣项目技术指导专家鲁宏勋大师认为,世界技能大赛是对选手综合能力的考验,掌握的工艺越多,适应的设备种类越多,越能出成绩,且先进的工艺能大大提高操作效率。在集训期间,为了保障选手每周有一套新的训练试题,鲁大师围绕赛项技术标准,完成了180张设计图纸共60套训练考核试题,试题库基本满足了选手训练与考核的需要。为提升选手解决问题的应变能力以及比赛时呈现稳定的心态,设法将全部考核要素装进训练试题中。在出题时,打破常规思路,有意“挖坑”,考验选手的技术能力。事实证明,鲁宏勋大师培训选手的技法成功而科学,成功背后彰显的是鲁大师的辛勤付出。
3.对参赛选手实施全方位的职业素质提升训练
世界技能大赛不仅检验参赛选手技能掌握的熟练程度,更主要的是检验选手对产品的质量、工艺和精度的掌握能力,以及赋予产品的创新能力。
在技能训练中,选手不仅要深刻了解技术规则、标准,而且要牢固树立质量、精度意识,更要重视养成职场工作的安全、环保意识及职业习惯。如在第43届世界技能大赛上获得银牌的电器装置项目指导专家介绍,在对选手进行技能提升训练中,特别注意加强选手的职业行为习惯等职业素养的训练,这对大赛上取得优异成绩至关重要。鲁宏勋大师为培养选手的职业素养,更是亲自动手对工具箱进行设计、改装,划线、钻孔、攻丝、装调都是亲手操作完成。为了克服巴西机床两轴联动加工的不足,鲁大师甚至调动了班组的资源,专门设计制作了角度定位器。制作的其他辅助工具也都为选手提供了更多的技术手段,使选手掌握了更多的制作技术技巧。鲁大师所做的一切,潜移默化地影响着选手们,使大家逐渐养成了良好的职业习惯,更明白了要成为一名高技能人才所必须具备的职业素养。
正是各参赛项目都努力通过大力度的技能强化训练和职业素质训练,我国参赛选手才能在世界技能大赛上取得非常优异的成绩,为在世界舞台上重塑中国制造大国的形象发挥了积极作用。
4.训练设备、训练方式与世界接轨
为尽快熟悉并提升参赛技术能力,我国对照世赛赛项技术文件要求中的技能标准对世界技能大赛参赛项目选手进行技能培训,同时配备世界技能大赛赛项专用设备,使用规定型号的专用工具和耗材等进行训练。
按照世界技能组织的要求,世界技能大赛赛项设备最迟要在赛前的7~8个月进行公布。为使选手尽快熟悉和熟练使用参赛设备,参赛项目一般对照上届大赛使用设备的情况,组织选手通过多种技能交流的方式,增加对相近各种设备的认识与使用的熟练程度,尽量给选手提供与世界技能大赛公布的赛项设备一致或接近的设备进行训练。为此,一些参赛项目采用“走出去、请进来”的国内、国际交流方式,提升参赛者技术技能训练水平,积累参赛经验。
相近的参赛项目间还采用相互借鉴的训练方式,进行训练技术交流。有些赛项积极与参赛项目技术强国开展技术交流活动,聘请世赛项目技术专家给予技术理念、方式、技法等方面的指导;世界技能大赛中国组委会也积极组织部分参赛项目选手参加大洋洲技能大赛、欧洲技能大赛以及英国、台湾地区、俄罗斯技能大赛,开展技术切磋,让选手通过实战演练积累参赛经验,熟悉设备,提升技能训练水平。
总之,参加世界技能大赛,并在世赛场上取得好成绩,表明我国的技术工人拥有在世界舞台上与世界同行竞争的一流技能,也一定程度反映出我国在技能人才培养方面取得的积极进步。这对我国制定青年技能人才培训策略具有直接的借鉴作用和启示意义。
(二)承担国家集训基地院校收获的技能人才培训经验
我国第43届世界技能大赛参赛项目共有29个,21个单位入选国家集训基地。国家集训基地共分三类,其中一类即为职业院校集训基地,共有15所职业技术院校承担国家23个参赛项目集训基地的任务,参赛选手80%以上来自职业院校的学生。
1.促进职业院校技能人才培养理念的转变
作为第42、43届汽车喷漆、第43届钣金两项目的世界技能大赛中国参赛项目国家集训基地,杭州技师学院在第43届世赛上代表国家首次收获了汽车喷漆项目的金牌。在交流世赛基地训练经验时,作为基地负责人的该学院领导提出:“世赛检验的内容就是解决相关技术工种的技术问题,与平时的教学内容吻合”,“参加世界技能大赛最大的启迪是教育理念的转变,必须学以致用,办学模式一定要和企业接轨,行业元素一定要在教学中有所体现,推进一体化教学,在学中做、做中学,提升学生的动手能力和主动思考问题的能力”。并且认为:“大赛的评价项目可直接转化为教学模块,其评分标准可变成对学生的评价方式”,“以往的考试强调结果,现在应改为强调阶段、过程,让学生通过正确的操作流程和技能解决问题。”
2.对接世界前沿技术,提升专业建设水平
承担汽车技术和美发两项目的国家集训基地重庆五一高级技工学校已获得美发项目第42届银牌、第43届金牌,第42、43届汽车技术项目优胜奖。作为项目基地负责人之一的学校领导认为,参加世界技能大赛,积累了选手培训经验和成果,这对行业发展和引领教学作用都很大。参加世界技能大赛,用于赛前培训的投入很高,但对于学校的师资、硬件建设都具有长远影响,特别是带动专业建设的提升。将该行业最优秀的选手和教练汇聚于参赛项目国家集训基地,在真实的工作环境中,通过探索,提炼、总结出反映该技术领域中与世界前沿技术对接的新技能,意义完全超出了参赛的范畴,对专业发展的贡献非常大。世界技能大赛规定各赛项每年要保持25%的技术更新,并且要反映世界前沿技术,否则赛项技术方案将不被采纳。在参赛项目上获得金牌,代表着对该领域技能的掌握已与世界前沿技术接轨。
3.提升了参赛院校师资队伍建设水平
无论是承担参赛项目国家集训基地任务的职业院校教师,还是参赛选手所在的职业院校教师,都是在参赛选手集训工作中通过学习与研究世界技能大赛技术文件,并与技术指导专家团队一起,对选手落实技能培训方案中深刻感受、了解、领悟并掌握世界技能大赛对技能人才培训的理念、技术标准与训练方法,在指导选手训练中同时获得自身的专业成长。在对世赛参赛项目国家集训基地的调查中,了解到基地院校一致认为,通过集训工作,基地锻炼了一批竞赛管理和服务人员,促进了专业建设,提高了专业师资水平,强力推进了以典型工作任务为载体的教学改革,将世赛的人才观、质量观、安全意识等融入教学中,以世赛规则技术文件结合企业实际任务去开发世赛班学习任务,转化为教学课程,实现与国际接轨,促进学校实训教学向更高水平迈进。这也是我国选择职业院校作为基地的目标任务之一,就是以世赛赛项带动专业建设和师资队伍建设,促进技能人才培训水平的提升。
二、对接世界技能大赛赛项技术标准,提升职业院校技能人才培养质量
(一)以世界技能大赛技术理念引领职业院校对接职业标准培养技能人才
世界技能大赛从办赛之初就重在推动各国重视技能人才实践能力的培养。经过几十年的发展,世界技能大赛致力于青年技能人才实践能力培养的理念和方法随着赛项技术的成熟日臻完善。这也是我国参加世界技能大赛收获的经验和体会。
世界众多知名企业参与世界技能大赛赛项的设计、技术标准的制定、竞赛过程的评判,提供竞赛设备和材料及培训等,使职业教育与企业的实际需求衔接,为技能人才培养提供了目标与标准。
世界技能大赛技术文件明确提出,所有赛项只测试实践能力,理论知识不直接进行测试,但必须具备专业领域的知识。竞赛项目是真实的生产项目或生活领域的实际内容,对比赛作品以完成质量、尺寸精度为评判标准,体现了对技能大赛选手的技能培训就是对接世界一流企业标准,培养掌握先进理念和技术标准的综合型技能人才。
世界技能大赛赛项设计内容对接技能标准培养选手,完全符合生产企业对高技能人才的培养标准,甚至能带动生产企业技能人才培养标准的提升。以焊接为例,参赛选手曾正超获得第43届世界技能大赛焊接项目获得金牌,从入选国家集训队到比赛,共进行了300多天训练,一个月的原料费用高达4万多元,共花费了上百万元。然而与企业从学徒开始培养焊接工人比,每年虽只花费3000~5000元,但直至成为高级技师,至少需要8年左右时间,而且只有极少的人才能达到金牌获得者曾正超的技能水准。相比之下,按照世界技能大赛技能标准培养技能人才是一条成功的道路。且世赛金牌效应巨大,正在激励着更多的青年人加入焊接队伍。而我国焊接技术人才非常缺乏,急需大量的青年加入这个队伍。举办技能大赛的效应也正在于此。
我国举办国家级技能大赛和省市级职业技能竞赛,也要充分借鉴世界技能大赛的先进理念、技术标准、比赛规则、工作流程和组织方式,并逐步与世界技能大赛接轨。我国承担国家集训基地任务的职业院校,已将选手集训期间研究制定的技能训练标准积极向同行职业院校及行业推广,以提升该技能领域技能人才的培养质量。为此,广大职业院校应积极了解和学习世界技能大赛竞赛工种的技能标准,对照职业标准,深化工学结合、校企合作,加大实训教学力度,按照世界技能大赛对技能人才素质标准设计提升学生的实践技能。
(二)与世界技能大赛竞赛工种相近的专业可参照赛项技术标准重新调整专业课程
世界技能大赛技术文件中,很多赛项技术标准及赛题清晰地描绘出该技能领域技能人才培养的体系,提示职业院校可以参照赛项标准设计职业培训体系,开发课程,设计技术标准。
2015年教育部《高等职业教育创新发展行动计划(2015―2018)》,明确提出了国家对高职院校专业建设和生产实训基地建设的导向,就是“对接技术先进、管理规范、社会责任感强的规模以上企业标准”,对学生进行符合企业用人标准的技能素质培养。
对接世界技能大赛竞赛标准培养生产或生活领域的技能人才,符合我国职业院校专业建设和生产实训基地建设要求。人社部也正在组织“系统梳理世界技能竞赛的先进标准,将其精髓与理念不断转化为我们人才培养的标准与规范,进而打造出与世界前沿接轨的专业,实现技能培训助推经济发展、助力产业腾飞的目标。”为此,引领职业院校将与世赛赛项相近专业对照世赛赛项内容重新设计专业课程目录,并参照技能标准要求,制定出掌握该技能领域的技能所涉及的专业与实践课程,对学生加大技能训练力度,提升学生的综合实践能力,培养符合生产实践领域要求的合格技能人才。
(三)重视学生职业素质的提升
对技能人才的评价标准是生产质量合格的产品。世界技能大赛的评价标准不强调高难度、快速度,重在看选手在制作产品过程中每一步的精度和质量,完成作品的精度与质量才是关键。工件难度系数再高,如果没有质量保证,等于生产废品。对照世界技能大赛赛项技术标准培训参赛选手,重在对于合格产品制造者的职业素质的培养。这已从我国对世赛金牌选手的技能培训经验中得到验证。
我国参加世界技能大赛所收获的技能人才培训经验表明,在技能人才培养过程中,只有坚持质量第一的原则,做到严格要求,一丝不苟,认真做好每件事情,对任何差错绝不放纵,才能培养选手养成踏实做事、精益求精的工作习惯。从训练遵守安全操作规程、节约使用材料、树立环保理念中领会职业品德养成的重要意义。只有具备全面的职业素质,才能在比赛中彰显技能人才风采,最终胜出。
为此,职业院校要致力于培养合格产品的制造者,要培养学生严谨、精细等良好的职业素养,并将职业素养的培养贯彻在教学标准、课程设计、教材及技能训练等环节中。
(四)重视学生团队合作能力与合作精神的培养
在世界技能大赛赛场上,由选手独立完成比赛任务,但其参赛背后是技能团队的精诚团结和通力合作,才使得选手在世界技能大赛中最终收获满意的成果。
每个参赛者背后都拥有强大的技能团队的支持,每枚奖牌的背后离不开教练的辛勤付出。为保障训练正常进行,国家集训基地既要为选手提供必需的技术保障,也要为选手提供必需的后勤保障,更要提供必需的训练设备等方面的保障。在集训期间,教练、专家与选手吃住在一起,定期召开研讨会议,分析选手的竞技状态以及竞技水平,严格检测每一个加工工件,分析问题并与选手讨论解决方案,预设赛场上出现的各种问题与困难,并做好每种技术问题的应急方案。
精诚团结、通力合作是我国参赛选手取得优异成绩的成功经验。合作能力是对技能人才培养的目标之一。企业凝聚力是企业生存发展的关键要素。凝聚力来自技能团队成员的通力合作,企业技术改造、创新团队建设,无不要求技术人员间的合作。大赛让选手充分感受到,没有技能团队的强有力支持,就没有自己的成就。为此,职业院校应开设师生间的项目合作教学课程,使师生在合作中感受到团队的凝聚力。还可以让学生积极参加到大赛比赛中来,感受团队合作的魅力,这也是现代企业对技能人才培养的素质要求之一。
(五)引领教师加入到研究世界技能大赛技术标准中来
世界技能大赛办赛目标之一就是提升广大教师的技能创新能力。2017年第44届世界技能大赛,我国将参加46个赛项,这意味着更多的职业院校教师会以各种形式参与到世界技能大赛工作中。为此,建议职业院校关注世赛,积极引导教师对照赛项技术标准,了解该技术工种发展的世界前沿技术,提升自身的专业水平,并在研究基础上将技术理念和技术标准引入教学,促进技能人才培养标准与质量提升,助力国家经济腾飞。
参考文献:
[1]李冰.第43届世界技能大赛中国代表团斩获5金 洛阳力量功不可没[N].洛阳日报,2015-09-07.
[2]熊丙奇.世界技能大赛夺冠喜悦之后的淡淡忧伤[N].中国青年报,2015-08-31.
机器人足球赛目前国家所提倡的素质教育中,能力培养是核心。机器人足球提供了一个对学生的能力进行培养的大舞台。国际上最具影响的机器人足球赛主要是FIRA和RoboCup两大世界杯机器人足球赛,这两大比赛都有严格的比赛规则,融趣味性、观赏性、科普性为一体,为更多青少年参与国际性的科技活动提供了良好的平台。
灭火竞赛是机器人灭火竞赛机器人灭火的想法是在1994年由美国三一学院的JackMendelssohn教授首先提出的。比赛是在一套模拟四室一厅住房内进行,要求参赛的机器人在最短的时间内熄灭放置在任意一个房间中的蜡烛。
机器人综合竞赛无论是机器人足球比赛系列还是机器人灭火比赛系列都主要围绕着一个主题进行的机器人竞赛,在国际上,除了这些机器人单项竞赛之外,还有把各项机器人竞赛组合在一起的比赛系列,即机器人综合比赛。
机器人大赛主要比的是机器人足球赛、机器人灭火竞赛以及机器人综合竞赛。
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机器人竞赛
机器人竞赛是一项很好的科技创新活动,形式繁多,内容丰富。设计方案的开放性,也为学生的创新奠定了基础。参赛者可以用不同的方法实现同一个项目,通过比赛,激发其对机器人的学习兴趣,引导他们积极探索机器人新科技,为其自主创新能力的培养提供良好的平台。中国机器人大赛暨RoboCup公开赛:1999年,在RoboCup国际委员的支持和授权下,首届中国机器人大赛暨RoboCup公开赛在中国重庆举办,目前是中国机器人最具影响力的赛事,比赛共设立12类65项赛事。机器人竞赛种类多、规模大、水平高,为大学生进行创新实践活动提供了很好的平台。“未来伙伴”杯中国智能机器人大赛(暨国际机器人灭火比赛中国赛区选拔赛),是中国人工智能机器人专业委员会等多个单位主办的一项全国性赛事。大赛包含机器人救火大赛、机器人足球比赛、机器人创新大赛、机器人搜救大赛、机器人擂台赛和机器人舞蹈戏剧大赛等6个主题项目。其中机器人救火大赛是国际赛制机器人灭火比赛(暨国际机器人灭火比赛中国赛区选拔赛)。“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛,由教育部委托高等学校自动化专业教学指导分委员会主办。竞赛分竞速赛与创意赛两类比赛。自2006年首次举办以来,“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛已经成功举办了6届。
机器人实践教学的具体实施
机器人竞赛、创新实践是一项很好的科技创新活动,机器人的趣味性易于激发学生学习和研究的兴趣,同时将创新实践、竞赛引入教学过程,使学生变被动学习为主动学习和研究。“机器人项目教学法”的一般教学结构如图1所示:“项目教学法”最显著的特点是“以项目为主线、教师为引导、学生为主体”,改变了以往“教师讲,学生听”被动的教学模式,创造了学生主动参与、自主协作、探索创新的新型教学模式。本文以参加2012年中国机器人大赛暨RoboCup公开赛的医疗与服务机器人组的项目为例,在比赛初期确定人员,将不同专业和不同年级的学生组成一个竞赛小组,研究竞赛规则、制定项目方案、机器人结构设计、电路设计、程序调试,学生分工合作,过程中集思广益、取长补短、团结协作。这种在探索中学习的过程是其他教学环节无法实现的,对于培养学生的实践创新能力非常重要。本文以一种医疗与服务机器人设计为导向的项目教学法,按照以下六个教学步骤进行:
1.项目的申请
本学院主要参加了医疗服务机器人、机器人游中国、擂台等机器人项目,学生可以针对感兴趣的比赛项目,或者根据江苏省高等学校大学生实践创新训练计划,申报项目,填写申请书。教师针对学生申报的项目,分析学生的实际情况,建议选择项目规模和难度适中的项目。中国已经进入了老龄化社会,而且在今后几年内老龄人口数量将会呈上升趋势,老龄化将更加严重。老龄化使社会的劳动力减少,一些老年人不仅不能参加劳动,而且有的甚至失去了自理能力,需要人照顾,这就增加了他们的子女以及社会的负担。年轻人为了工作日益繁忙,在目前服务行业工作者稀缺的背景下,在医院时不时会有行动不便的病人需要护士和家人的搀扶。而在没有人帮助的情况下,行动不便的病人寸步难行,稍有不慎就有可能摔倒受伤。所以笔者建议学生选择参加医疗与服务机器人创新设计与制作赛项,设计一种医疗服务机器人更好的服务病人。
2.项目团队的建立
建立学生团队,营造互相竞争、互相帮助的学习氛围,学生在做项目过程中携手合作,弥补相互间的不足,遇到问题大家一起讨论解决,这让学生体会到团队的重要性,做到共同进步。同时,团队的学生分工明确,每人负责项目的某一部分,使学生真正参与到项目中,整个项目的完成,离不开每一个学生,学生为使项目不会因为自己负责的部分没有完成而主动学习,主动查资料,可以培养和提高学生的自主学习能力。学生团队的建立,应考虑学生的专业,年纪,特长等因素。教师确定一名队长,根据项目的特点,队长可以自己招学生,实现学生管理学生。参加医疗与服务机器人创新设计与制作赛项,笔者选择了5名学生,队长由09级的一名学生担任,该生组织能力比较强,专业能力也比较脱出,由他负责整个项目的进展,汇报工作。其他学生分别是1名2009级的,2名2010级的,1名2011级的,专业分别是自动化、测控、电气。
3.项目任务、计划的制定
团队负责人制定机器人项目工作计划,确定工作步骤。机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的智能仪器。本次设计的医疗服务机器人由小组讨论决定,医疗服务机器人外形像轮椅,病人能够独自驾驶去化验室拿取报告,去门诊找医生复诊,降低护士工作量及病人家属的负担。为使医疗服务机器人更好的服务病人,该团队为机器人设置了两种模式:座椅模式和病床模式,免去了病人就诊、休息时需要被移动到病床上的麻烦。机器人将现场键盘控制和远程控制相结合,实现护士对病人的远程监护,机器人在前进过程中,检测到前方有障碍物时就会立刻停下,减少不必要的事故。同时机器人配备了机械手,可以帮助病人取物品,最大程度帮助病人。根据团队中学生的专业、特长等分配任务,负责机器人机械结构设计的学生需要画图纸、电焊等来完成机器人结构的设计、机械手的设计;电路设计的学生制作包括单片机电路、电源稳压电路、电机驱动电路、红外避障电路、键盘输入电路;测控专业的学生负责电路的测试、场地的制作等工作;程序编写的学生,完成程序的设计、调试;控制界面的设计由另外一个学生负责,主要是VB编写上位机、WIFI摄像头的调试、蓝牙通信的调试。根据机器人项目的特点,学生在制作过程中可适当地作一些调整。根据项目完成的时间确定工作步骤,进行时间分配。最终得到教师的认可才能执行。
4.项目制作
学生自己确定各自在小组中的分工,然后按照已确立的工作步骤和程序工作。基于机器人项目的作品成果形式多种多样,可以是调查报告、实物模型、演讲稿、论文等。通过展示作品成果,可反映学生在项目完成过程中所掌握的技能。本次设计的医疗服务机器人成果包括机器人模型一个、机器人设计与使用说明书一份、演讲稿一份。在本项目比赛结束后,指导学生按照他们设计的医疗服务机器人撰写论文、申请专利。
5.项目检查评估
整个项目检查评估采用答辩的形式向教师汇报,首先由队长对整个项目进行汇报总结,再由队员对自己负责的工作进行汇报和自我评估,并且对设计的医疗服务机器人进行展示,教师根据团队成员的表现、研究成果表述和作品的展示进行检查,为到现场比赛作准备。针对项目中出现的问题,师生共同讨论,教师引导学生独立思考问题,解决问题。学生通过对比师生评价结果,找出造成结果差异的原因
6.项目资料归档或应用
为使学生养成良好的习惯,项目结束后,教师监督学生将项目工作资料整理归档,材料包括项目申报书、进度表、机器人机械结构图、程序设计流程、机器人控制程序、项目结项书、项目报告讲义等。
机器人项目教学的成果
机器人创新实践是一个综合性、高难度的科技制作过程,有利于提高学生的动手能力和创新能力。在教师指导下,学生通过自己查阅资料、提出有创意的设计方案,选择合适的元件,设计、焊接电路,编程、测试程序等,充分调动了学生的积极性,发挥学生的创造力,使学生在实践中进一步提高自己的综合能力。有助于将学生的兴趣应用到教师的科研中,使学生们热爱科技,投身科技,在学校形成良好的科技学术气氛。本校参加机器人竞赛源于2010年,当时参赛的赛事为“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛、中国机器人大赛暨RoboCup公开赛、江苏省机器人大赛、“未来伙伴”杯机器人竞赛,并因此开设了机器人技术、机器人创新实践与竞赛等公共选修课;制定了《大学生创新实验室项目负责制实施办法》,针对项目采取一系列措施,保证学生能在项目的过程中锻炼自己的能力,同时能保证创新实验室项目的创新性。实践教学效果显著,本校代表队在2012年第七届“飞思卡尔”杯华东赛区比赛中,获得摄像头组第一名,晋级参加全国决赛的队伍,获得全国摄像头组特等奖。2012年中国机器人大赛暨RoboCup公开赛获得3项季军,2010年“未来伙伴杯”获得灭火比赛冠军,受邀参加在美国举办的国际机器人灭火比赛。
随着智能技术的发展,机器人也走进了学生的视野和课堂教学之中。机器人技术综合了信息技术、电子工程、机械工程、控制理论、传感技术等前沿科技,备受各国科研与教育界关注,相继出现了一系列机器人设计大赛。而通过训练与参赛也的确培养了学生的创新精神、合作能力与竞争意识,提升了师生的综合素质。在全国中小学生机器人大赛风生水起之际,我刊特别组织到了广州市白云区的教师撰写了5篇机器人教学与参赛论文,介绍其经验,推广其成果。同时,我们也热诚欢迎更多教师参与此热点问题的探讨与交流。
机器人给我们的感觉是它只出现在科幻小说和电影里,而且总是集各种高尖科技于一身,无论是成人还是孩童,都对它充满想象和兴趣。机器人问世已有几十年,但是科技界因为其发展速度快一直没有给出明确统一的定义,随着科学技术的高速发展和信息时代的到来,人类的智慧更使机器人的内容与内涵不断充实与创新[1]。伴随人工智能的研究发展,人类对机器人的期待和创造更多地从小说和电影走向我们的现实生活。因智能机器人的创造与制作对青少年创新意识与创造能力培养具有独特影响,近年来机器人教育也进入到教育领域中来。
一、亦远亦近—机器人教育发展现状与趋势
国外的机器人教育一直是教育的热点,发达国家普遍高度重视机器人学科教育对高科技社会的作用和影响,其中,美国号称“现代机器人故乡”。自1992年开始,美国政府有关部门在全国高中生中推行“感知和认知移动机器人”计划,高中生可免费获得一套70公斤重的零件,自行组装成遥控机器人,然后可参加有关比赛。1994年,麻省理工学院(MIT)设立了设计和建造LEGO机器人课程,目的是提高工程设计专业学生的设计和创造能力,并开发了各种教学工具,通过与积木玩具商乐高公司紧密合作,开发出可编程的乐高玩具,帮孩子们学会在数字时代进行设计活动[2]。
日本机器人发展虽然比美国晚10年,但是也非常重视机器人教育和机器人文化。在日本,每所大学都有高水平的机器人研究和教学内容,每年定期举行各种不同层次的机器人设计和制作大赛,既有国际性高水平比赛,也有社区性中小学生参加的比赛[2]。
机器人国际赛开始于1995年,国际上较有影响力的机器人竞赛包括机器人足球、机器人灭火、机器人迷宫等,我国也有代表队参赛。
近年来,我国的机器人教育在计算机领域专家的大力推动下有了很大的发展,第八轮课程改革在高中信息技术课程设立了“人工智能初步”选修模块,迈出了我国高中阶段开展人工智能教育的第一步,这也意味着我国的人工智能教育在大众化、普及化层面上跃上了一个新的台阶[3]。青少年机器人竞赛的开展,促使各地方政府关注机器人教育,并组织信息技术或通用技术教师开展了小众性的培训辅导活动,一小部分实验学校还将机器人普及教育纳入信息技术课程中,如北京景山学校[3]。这些机器人教育先行者的研究实践所形成的机器人文化,无论是对机器人教育走近中小学生,还是对我国的机器人教育研究都有积极的意义。
机器人套件的售价昂贵及其更新速度快成为机器人教育普及的拦路石,机器人赛事几乎成为名校代表队的独欢宴。义务教育阶段的学生,大多未能触摸到这仿佛不是太遥远而又离他们学习很远的东西。
虚拟机器人又称软件机器人,是由用户基于虚拟机器人软件平台编制程序产生的机器人源文件,可在仿真环境下运行形成虚拟仿真功能。虚拟机器人的设计与出现,使机器人教育分成了实体机器人和虚拟机器人两类[4]。虚拟机器人软件最早出现在国外,2000年,世界RoboCup机器人足球赛的仿真组比赛就采用了虚拟机器人软件。近年来,我国出现了几款自行研制开发的虚拟机器人软件,比较常见的有中鸣公司的AI—RCJ虚拟机器人足球软件、纳英特公司的3D仿真机器人软件、南方数码公司的高仿虚拟机器人软件等。这些软件在不同地方被不同行政主管部门引入中小学生教育竞赛项目中,在一定程度上拉近了中小学校师生与机器人教育的距离[5]。
二、竞赛新宠—3D仿真虚拟机器人竞赛开展
踢开了实体机器人套件的价格阻石,虚拟机器人软件平台及虚拟机器人竞赛仿似“旧时王谢堂前燕,飞入寻常百姓家”。一直无奈地对各级实体机器人竞赛进行选择性忽略的我们,终于等来了学习钻研、培训辅导的参与机会。
7月15日,第十二届中国青少年机器人竞赛在天津市海河教育园开幕。来自全国33个省、市、自治区,港、澳地区的519支代表队的选手、教练等共计3100余人齐聚天津,他们带来了近万个造型各异的机器人。经过六天的角逐,北京代表队获得的金牌总数全国第一。
各路机器人厮杀激烈
在本次竞赛中,小到用乐高玩具拼装的机器人运载工具,大到可以靠程序运行自动投球的智能机器人,每一个机器人都独具特色。
在本次比赛中,分为“仿生机器人”的机器人创意、足球、综合技能、FLL工程挑战赛和VEX工程挑战赛五项比赛。其中北京代表队派出的96名选手参加了全部比赛,并在这次比赛中表现抢眼,取得14枚金牌13枚银牌7枚铜牌的好成绩。而主题为“大破栅门”的VEX机器人工程挑战赛是竞赛中最大的看点之一。
在这个汇集“眼球”的项目中,由付元、温科、牛靖程、李子程四名同学组成的小队代表人大附中参加了VEX工程挑战赛。
这四位同学花了几个月的时间设计出了他们的“投球勇士”。机器人使用了全向轮,可以进行平移,更有利投球。在机器人的后方还装有气泵和可以张开的机翼,展开时可以阻挡对方的进攻。为了更好地完成占位,同学们还用气泵制作了一个固定装置,可以将机器人牢牢地固定在场地上。
比赛一共2分半钟。前20秒是机器人自动投球的时间。队员现场编程后,机器人将在长3.6米,宽3.6米的场地中自行移动投球。这个环节看似简单,但是实际上并不轻松。“为了让机器人投入更多的球,我们要在现场根据场地等多种情况,设计比如最短的投球线路等程序,以保证机器人能投入更多的球。”付元告诉记者,这一部分的程序设定好坏,直接影响到最后的比分,所以大家一点都不敢怠慢。一点考虑不周,可能就会落下很多的比分。
而后2分多钟,才是真正的最精彩的部分,选手要亲自上场遥控机器人进行对抗比赛。为了增加难度,机器人要同时由两名队员控制,一个人负责移动、一个人负责手臂的活动。在两名队员的通力合作下,机器人投手在场上行走如飞。与对方机器人“狭路相逢”时,付元小组的机器人一次次展开机翼,阻挡对方进攻,由于对方“火力”也异常凶猛,付元小组的机器人几次险些被对方挤到一边,但是机器人自身携带的固定装置,一次次将危险化解。经过几番艰苦的“缠斗”,一步步的晋级,付元小组的同学们获得全国一等奖。
而在机器人比赛的其他环节,场面也异常精彩。在机器人“踢”足球项目中,双方队员操纵机器人参赛,机器人在孩子们的遥控下,通过光电感应和轮子滑动,或绕过对方,或以身体挡住对方,千方百计地把一个发光球体“踢”入对方球门。机器人的反应速度让在场观众颇为惊叹。
培养孩子敢想敢干
已经连续参加了11届比赛的Vex工程挑战赛裁判长、北大附小教师何立新告诉记者,比赛会涉及到很多的知识,比如传动结构、程序编排等。比赛考验选手对机器人结构的搭建、对程序的设计及机器人的即时反应能力,选手需要具备很强的动手能力才能完成比赛。
曾担任多项青少年科技比赛评委的北京理工大学机械与车辆工程学院教授陆际联表示,从上世纪末,机器人大赛就成为了广大青少年特别喜欢的一项活动。只要是青少年喜欢的事物,蕴含于事物当中的知识就容易被他们接受。授人以鱼不如授人以渔,让青少年在享受现代科技成果的同时,自己动手操作实现自己的想法,能帮助他们在竞赛中提高逻辑能力、动手能力、编程能力等。
而何立新对此深有感触,2001年他曾指导一个小学五年级的学生制作机器人。当时,双足直立行走机器人如何能一直行走不倒,是一个难题。但是在机器人制作的过程中,这个五年级的孩子,设计的一个小装置成功地解决了这个问题。“虽然设计制作还很粗糙,但是孩子的想象力最终将难题解决。”
培养团队合作能力
“比赛不但可以提高青少年的素养,同时还能培养孩子的团队合作意识。”陆际联说,竞赛中的每个项目都不是单独一个人能完成的,各个环节都需要队友的配合。比如,此次比赛中,队伍中成员各有分工,有参与硬件构建的,有专门编程的,参赛团队的成员们既需要“术业有专攻”、各司其职,又需要沟通讨论、通力合作才能完成任务。所以机器人竞赛是一项很能锻炼团队意识的活动。