“双创”示范基地中机器人创新实践平台的建设与应用

冷春涛，武书昆，郝 丽

（上海交通大学 学生创新中心，上海 200240）

自“大众创业，万众创新”方针实施以来，各高校以及教育管理部门逐步明确了创新型、创业型人才的需求。为此，国务院办公厅指出[1]，深化高等学校创新创业教育改革，是国家实施创新驱动发展战略、促进经济提质增效升级的迫切需要，是推进高等教育综合改革、促进高校毕业生更高质量创业就业的重要举措。为满足新时代建设创新型国家提出的人才需求，各高校不断进行创新创业教育改革思考[2-3]，面对新的环境，进行探索与实践[4-7]。

随着科学技术的进步、社会的发展，机器人已经深入到工业、农业、军事、服务等各个领域。此外，由于机器人技术具有高度综合的交叉创新特性以及产业活跃度，机器人作为生动的教学与实践对象，可以最大限度地调动学生的学习兴趣，成为培养大学生协同创新能力的理想平台[8-9]。以机器人为教学实训对象，进行大学生学科竞赛平台建设[10-11]，以及开展机器人创新实践教学研究[12-15]等，使得机器人创新实践平台在“双创”教育中的作用显得尤为重要。

1 机器人创新实践平台整体框架设计

我校根据当前社会发展需要，针对高科技人才培养要求，从综合性的机器人平台资源、层次化的创新教学体系、立体式的能力培养方法等方面，规划建设了机器人创新实践平台（以下简称“创新平台”）。此外，借助多学科交叉特性，针对不同专业、不同年级的学生，创新平台采取立体式的综合能力培养方法，以基础知识、基本方法、基本技能为开端，注重知识运用、系统设计、工程技能训练，最终培养面向社会的创新创业综合型人才。

我校创新平台通过创新实验室、课程建设、科创竞赛、校企合作等为学生提供专业指导与训练，实现学生创新能力培养的目的。此外，将创新平台中的优秀创新项目依托零号湾、产业园等校外机构进行成果孵化，实现学生创业的目的。机器人创新实践平台整体框架设计如图1所示。

图1 机器人创新实践平台整体框架设计

2 机器人创新实践平台建设

2.1 创新实验室

在创新实验室建设过程中，建立了科创空间、创新工坊等，为学生提供良好的科创环境，如 C200创新工坊等配置了设备图书馆，旨在让我校学生能够像借阅图书一样借用设备，方便学生的科创活动。设备图书馆配有各类配件、各类“掌上实验室”“口袋仪器”等。除了常规的五金、耗材，还有各种信号发生器、Arduino入门开发套件、树莓派开发板、SoC开发板等。学生只要通过dev.si.sjtu.edu.cn网址，使用本校Jaccount账户登录，在线下单，就可以进入设备图书馆线下仓库领取所需的仪器设备及耗材。

学生入驻创新实验室后，可以自由进入 3D打印服务中心、激光切割中心、软件中心等，真正将它们打造成为学生的第二课堂，学生只要怀揣合理的创新设想走进创新实验室，利用这里所有的资源进行创作，最后就可以捧着自己的作品走出实验室。

2.2 课程建设

建立“基础认知—交叉探究—实践训练—竞赛提升—创新创业）”的阶梯式创新课程教学体系（见图2），重视基础知识和因材施教，实现课程体系从“理论理解能力”向“反思实践能力”转变。瞄准当前移动机器人、仿人机器人、工业机器人等社会前沿科技，突出科技创新课程的核心地位，兼顾专业能力与创新创业能力的培养。

（1）基础认知。以基础实践课作为认知阶段课程，从机械、电控、传感、编程等 4方面，以 Arduino、VEX、LabVIEW等为平台进行教学。

（2）交叉探究。在拓展选修阶段，以典型机器人平台为主，学习移动机器人、机械臂、仿人机器人等内容，学生可以在自己感兴趣的方向进一步学习。

（3）实践训练。在提升阶段，主要以企业课程为主，关注人工智能、机器学习等方面，让学生与企业导师面对面，与社会前沿紧密接触，获取实践能力。

（4）竞赛提升。有了以上基础的沉淀，接下来是竞赛阶段，让学生和其他学校的学生一起在同一平台上进行交流、切磋，不仅了解了别人的水平，同时也清楚了自己在哪些方面存在的不足，通过竞赛进一步提高其创新实践能力。

（5）创新创业。在校企合作平台上，通过企业提出的新方向、新课题，辅以产品开发训练及创业辅导课程，让学生实现从基础实践能力向创新创业能力的提升。

图2 阶梯式创新课程教学体系

2.3 科技竞赛

坚持以竞赛为驱动的创新型人才培养方式，能够满足基础技能训练、高级创新竞赛、尖端创业能力培养等多层次的训练要求，让不同阶段、不同专业的学生得到相应的训练机会。以项目式管理为基础，突出成本管理、工程管理等，形成完善的创业型竞赛团队组织架构，实现学生自主化团队管理，在潜移默化中培养学生领导力、创新力，提升学生团队合作能力。

1.3.2.1 调节饮食 ①保证每日正常早餐;②每日晨起空腹饮水200～300 mL，分2～3次饮用;③每日饮水总量不低于2 000 mL;④每日给予粗纤维蔬菜(青菜、芹菜、韭菜等)250～500 g;⑤每日给予粗粮(糙米、谷物等)1～2种;⑥每日给予水果(香蕉、苹果、橙子等)1～2种;⑦禁忌食用辛辣、生冷、油炸、油腻等食物。

在层次化竞赛平台上，主要通过基础、拓展、提升三个层次优化机器人竞赛教学体系（见图 3）。在基础方面，设置了完整的课程内容，包括技术课（涵盖机械设计、电控、视觉等）、竞赛工程探究课、赛前辅导课等，并通过以课促赛的方式，为学生提供竞赛保障。在课程之外，为了扩大竞赛受益面，面向全校各年级学生每年组织多项校内竞赛，包括区域竞赛、对应全国赛的选拔赛、企业合作的 Workshop等。通过以赛促教的方式，使学生方便参与各种竞赛活动。在拓展方面，从课程及各类校内活动中进行各赛队的新成员招募，充实竞赛团队。在完成日常技术开发及训练后，选拔优秀队员参加各类高级别竞赛，如RoboMaster机器人竞赛、RoboCup机器人竞赛等。在提升方面，通过优化团队建设，加强组织管理，真正实现创业化团队素质的培养，同时从竞赛团队中提取各类优秀创新项目，在创业导师的引导下进行科技孵化，最终实现创新成果的转化。

2.4 校企合作

深度开展校企合作“双创”人才培养基地的建设，依据“调查—研究—实践—再研究”的思路，将企业文化、工程思维与创新创业思想引入教学，结合校企联合实验室管理制度和企业导师制度，从课程育人、项目训练、实践基地三方面，形成既分工又合作的多层次校企产学合作模式（见图4）。

（1）课程育人。为了引入企业的工程管理、前沿技术、产品开发理念，我校与企业合作开发课程，并作为学校教务处认可的全校学生的学分课。通过聘请优秀的校友企业导师进课堂，与我校教师合作讲授企业选修课、企业公开课，让学生与工程师、企业家面对面，弥补了大学校园缺少的产业化实际经验，同时通过举办 Workshop和讲座，让学生全方位了解前沿技术、产业需求及工程生产管理方法。

图3 机器人竞赛教学体系

图4 多层次校企产学合作模式

（2）项目训练。为了进一步让学生获得项目训练机会，我校大学生创新实践计划增设了校企大创项目。由企业出题，校内导师和企业导师共同指导完成。此外，我校邀请企业导师参与学生的毕业设计和指导，将企业研究项目需求在校内立项，支持品学兼优且具有较强科研潜质的在校学生开展自主选题并进行企业项目的科学研究工作。在相关项目训练中，强调选题的科技前沿性、学科交叉性、学术创新性及社会价值，重视对学生创新创业思维和创新实践能力的培养。

（3）实践基地。为了实现学校和企业的“零距离”，采取参观体验、进入实习基地的方式。让学生在企业获得就业、创业指导，不仅提高了学生实际工程能力和创新创业能力，也增强了职业素养和就业能力。此外，与我校“双创”示范基地建立合作关系的70多家企业，均以学生“双创”能力训练需求为出发点，根据各企业自身特色，制定具体合作内容。在创新平台上，与华为、大疆、创首等公司积极合作，其主要形式以课程、Workshop、讲座、实习、毕业设计、课题项目开发、竞赛等，充分发挥各企业优势，培养适应社会需求的创新型人才。

3 机器人创新实践平台建设成效

3.1 团队建设成效

在“双创”建设中，从创新平台涌现出了一大批优秀的学生团队，主要包括 VEX机器人赛队、RoboMaster交龙战队、RoboCup足球机器人赛队等3个团队，3年累计参与学生达1 000余人。机器人赛队已不仅是技术团队，更是创业团队，已形成良性循环，成为我校最大规模的学生团队，也为学校其他竞赛团队树立了榜样，并经常受邀开设相关讲座分享经验。竞赛团队采取自主管理模式，通过部门之间明确的分工，紧密的合作和成熟完善的制度，形成一个管理的闭环，实行有效的学生团队自我管理、自我运行，达到培养学生创业能力的目的。除了常规的技术部门外，还设有服务部门，进行项目管理、日常运行、招新及校内比赛等活动的组织与宣传工作。在与企业的对接中，开展技术交流、课程培训等活动，同时设立商业部门，负责团队的财务管理、经费募集等，目前已有3个学生团队进入创业孵化阶段。

3.2 竞赛成绩

创新平台自建立以来，从 2017年开始参加各类机器人竞赛，取得了良好的成绩。荣获RoboCup2017机器人世界杯小型组世界冠军、全国大学生机器人大赛RoboMaster2017东部分区赛季军及全国赛二等奖、RoboCup2018中国赛小型组冠军及标准平台组亚军、全国大学生机器人大赛 RoboMaster2018中部分区赛二等奖及全国赛二等奖、2019VEX机器人世锦赛获世界冠军、全国大学生机器人大赛RoboMaster2019获亚军（特等奖）、2018—2019赛季亚洲公开赛获最高奖等。

创新平台的学生不仅作为参赛队员参加了众多竞赛，也以组织管理人员的身份协助教师工作，在2017年，成功组织举办了第十六届全国大学生机器人大赛东部分区赛，来自全国29个高校600多名参赛队员参加了本次比赛；在 2018年，成功组织举办了中国VEX机器人大赛，来自全国各中小学、高校近 300支竞赛团队2 000多名参赛队员参加了比赛。

3.3 为学校赢得美誉

交龙机器人团队连续2次登上央视，参与《我与国旗同框》以及《开学第一课》的拍摄，并2度登上《中国青年报》，获得了作为最美社团的案例做专题报道，VEX机器人社团也得到《中国日报》（海外版）报道，通过各类活动让更多人了解了我校机器人团队（见图5）。

3.4 学生个人成绩

学生榜样具有强大的影响力和感召力，在学生群中的示范引领作用方面，是一种正能量的感召与传递，具有及时性、示范性等特点。学生榜样来自学生之间，与学生联系紧密，影响着周围的学生。一个“双创”人才榜样可以带动周围的学生形成良好的学风、校风，形成“双创”的辐射效应，从而有效地推进创新创业人才培养项目。机器人团队中 1名学生被评为我校2017—2018年度人物，1名学生获评我校2018—2019年度人物候选，在他们的带领下，机器人赛队成为我校热门赛队，队员在各类创新竞赛中屡获佳绩，数次获得全国冠军、世界冠军。同时，在赛队中仅 2019年便涌现出11名国家奖学金获得者。这些都使得社团在招新季获得了学生的表睐。

图5 机器人团队展风采

3.5 教学资源辐射中小学

我校进一步发挥大学服务社会的功能，让教育资源惠及周边，发挥高校对基础教育的辐射作用，促进优质教育均衡发展。鉴于以上指导思路，从创新平台走出的交龙机器人团队，在自身获得优异成绩的同时，不忘反哺社会，团队成员将自己所学知识、技能为中小学生提供指导和帮助，为来到实验室参观的中小学生演示机器人，其中 VEX机器人赛队、RoboMaster机器人赛队以及指导教师被邀请至 10多所中小学开设讲座、参加训练营等，将机器人科技带入众多中小学校，让机器人“双创”教学资源为更多青少年服务，真正体现了“双创”示范性。

4 结语

建设创新平台的本质在于将具有创新思维的教师和创新潜质的学生聚集在一起，让他们的创新思想互相激发，形成使学生受益终身的创新能力。同时，它也是学校对外宣传和形象展示的窗口，辐射到周边的高校和中小学。创新平台从实验室建设、课程建设、科技竞赛、校企合作等方面，探索了课程教学、科技竞赛、创新创业相衔接的创新实践教学模式，注重学生科技创新能力的培养，以培养创新创业人才为教学目标，为提高学生创新能力提供了强有力的保障，为学生提供了更多的创新实践机会，增加了创业的可能性。