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北科大MEI機器人團隊:從參賽到課賽結合的20年

單位(作者):溫才妃 | 來源:中國科學報 | 更新時間:2021-09-01 | 點擊數:

瞄準、投射、正中壺心……一系列動作如行云流水般展現在觀眾眼前,引起臺下陣陣的喝彩聲……這是不久前舉行的第二十屆全國大學生機器人大賽Robocon大賽上的場景。在觀眾的驚嘆聲中完成這一系列動作的,是一臺外形像弓弩車、一米高的“射箭”機器人。

如果時光有記憶,會記得在十年前,機器人和它們的操作者也是憑借這樣的表現,在央視舉行的“全國大學生機器人電視大賽”上一戰成名的。

只是在2011年褪去央視轉播的光環后,一群熱血的少年人仍在繼續。近日,北京科技大學MEI競技機器人團隊(以下簡稱MEI)在Robocon大賽的“投壺行觴”賽中取得亞軍,“機器馬術”賽中獲全國一等獎,將在今年12月代表中國出征Robocon亞太大學生機器人大賽。

成立于2001年的MEI,在20年間共培養了600余名北科學子。近兩年,該團隊更是以課賽結合的方式,系統梳理了人才培養模式。

備賽就像經營公司

“準備大賽的過程有點像經營一家公司,它的運作方式也是進行專業分工和團隊協作?!苯邮堋吨袊茖W報》采訪時,北京科技大學高等工程師學院機器人工程實踐基地主任王旭如是說。

2005年,受導師的影響,當時還是一名學生的王旭已經有了把大賽與主流教學相結合的想法。然而,當他開始準備時,卻發現難度要比自己想象的大很多。

王旭告訴《中國科學報》,一般而言,競賽類項目比較開放、時間緊,沒有標準答案和流程,如果要做成課程,需要花費大量精力以適應現有課程的開設要求?!斑@類課程(競賽)并不適合普通教學的‘全體學生’,主要面向有興趣、有能力的拔尖學生。因此,課程開設要配合拔尖學生的培養方案?!?/span>

兩年前,已經留校任教11年的王旭,才真正將課賽結合付諸實踐。彼時,北科大決定將機器人方向的實踐課與大賽結合起來,學生如果選修這門課程且參加比賽,就能獲得相應的學分。

然而,過去的十多年時光并沒有閑置,準備工作一直在進行。為了做好課賽結合,該校的高等工程師學院樓三層被劃出了近300平方米的區域,專供機器人大賽的場地之用。

如今,這一區域已經建立了6個主題創新實驗室——MEI競技機器人實驗室、Reborn機器人團隊、航模隊、人工智能實驗室、學科交叉實驗室、數碼設計實驗室。這里有一批能彈吉他、吹葫蘆絲、打羽毛球的機器人,更有一群來自不同專業的青春面孔。

在王旭看來,把比賽變成課程,首先要抓住規律,從前的課程講授是以知識體系為目的,但現在是以解決比賽設定的問題為目的?!皟烧咦畲蟮牟煌?,在于后者要先明確目標,再提出方案,還需要反復調試、迭代修改?!倍?,“我們模擬的是產品開發的流程,流程涉及的關鍵點、可參考經驗實際上是通過討論的形式傳授給學生的”。

一門課程考完試就結束了,但比賽則需要不斷追求極致?!啊畡e人做到10秒,我還想沖擊8秒’,這樣的狀態通常長達10個月,需要學生時刻保持激情和斗志,還需要相互信任的團隊氛圍,讓學生們產生更強的自驅力?!蓖跣裾f。

把學生帶入科研思維

傳統的賽事準備是以學生為主導,教師發揮的指導作用相對有限。在課賽結合的新模式下,教師能發揮怎樣的作用?

一個實際場景往往需要機械結構、加工裝配、嵌入式系統、傳感技術、編程算法等多個專業領域的知識?!白钣行У膶崿F方式是組成跨專業團隊?!蓖跣裾f。

頭腦風暴是隊內的“常規動作”。有時候為了一個問題,隊員們爭得面紅耳赤,誰也不服誰,此時就需要教師出面引導。

擔任這門課的教師并不輕松?!皞鹘y課程中,教師在教學前就已經有了明確的方法和答案,但課賽結合模式中,剛拿到題目時教師往往也不知道答案是什么?!蓖跣裉寡?,“這就相當于教師與學生一起探究解決問題的方法?!睕r且Robocon每年的主題都會變換,也會給教師制造一定的心理壓力。

教師與學生最大不同之處在于思維。

王旭指出,教師雖然不知道答案,卻熟悉獲得答案的方法。而學生的慣性是感覺“差不多”就開始做。剛加入團隊的學生最愛犯的毛病就是不列參數,尚未分析問題就開始畫圖,甚至光憑嘴說不畫圖。比如做一個四足機器人,部分學生認為跑起來就可以了,但不考慮速度極限、運動空間等問題。

在他看來,做研究的第一步是分析問題,發現問題、分解問題很重要,盡管有時分解問題的過程會很長。但只有將學生帶入這種科研思維中,才能真正實現育人的目的。

此外,還要糾正學生的思維缺陷,如不注重前人的基礎,一上來就提自己的方案;頭腦風暴需要發散思維,而不是一上來就否定可能性等,這些也是他在指導過程中所看重的。

王旭表示,有了課賽結合,這些過程可以落實到學生考核中。盡管考核是課賽結合的難點之一,但相對于傳統課程,課賽結合的考核可以結合個人、團隊的表現,而非簡單地用考卷、論文來衡量?!安贿^,賽事獲獎并不與課程成績直接掛鉤,學生的成績包括技術評價、教師評價,往往早在比賽之前就已經出來了?!?/span>

在這里累積創業精神

“您知道一個防松螺母要多少錢嗎?”采訪中,北科大機械工程專業學生高路平向《中國科學報》記者問了這樣一個問題。

“這種防松螺母一毛錢一個?!彼詥栕源?。 高路平是怎么知道的?原來,去年暑假時,團隊為了節約成本,發動大家動手從廢舊機器上拆螺母。

在進入基地前,學習機械工程專業的她很難想象自己有一天要扛起財務的職責。但實際上,如今的MEI更像是一個綜合型團隊,不僅涉及技術,還有財務、物資、信息管理、戰術策略、運營宣傳等非技術的職責。

盡管在20年間,MEI的團體獎杯、個人獎項拿到“手軟”,僅團隊成員創辦的機器人領域相關企業就有14家,但團隊吸引力仍是王旭近年來考慮的重點?!皥竺膶W生會衡量付出,會有避難就易的心理,加之近年來各類大賽的涌現,吸引優秀學子入隊的競爭也日趨激烈?!庇谑?,MEI中又誕生了宣傳團隊,開發微信公眾號,拍攝短視頻、攝影作品,組織20周年校友返?;顒?,還不時迎接中小學生參觀基地。

只是一旦入隊,學生就需要按團隊的規矩辦事。從參加校內賽到進入基地實驗室,再到參加各類型全國級機器人競賽,對“要講究,不將就”的做事方法、“態度決定一切”的做事精神、“追求卓越,創新求變”的做事理念都要有高度的認同感。

對于學生偶爾的“不靠譜”行為,團隊有自己應對的措施。 “比如,我們有一個水果基金,凡是遲到的隊員,每一分鐘認罰一元錢,這個錢累積起來,最后拿來給大家買水果?!北笨拼髾C械工程專業學生楊恭領說。

在一項針對機器人比賽參賽學生的調研中,關于“參加機器人比賽項目的最大收獲”的問題,排名前3位的回答分別是團隊合作能力、專業技能、吃苦耐勞的精神。

“通宵干活是常有的事?!辈痪们?,在MEI20周年校友返?;顒由?,回憶起學生時代在MEI的經歷,因時科技CEO蔡穎鵬的腦海里浮現的是凌晨一兩點在實驗場地煮面吃,“一大幫人搶一鍋面,別提吃得有多香了”。

在蔡穎鵬的創業起步期,最難的是一開始怎么去找合伙人?!癕EI最大的收獲是結識了一群志同道合的朋友,比賽上是戰友,彼此間磨合與信任已非常充分”。后來,他先后做了兩家公司,合伙人都是大賽的隊友。

“雖不是創業課程,但過程中培養的卻是點滴創業精神?!盡EI指導教師張希琛說。

原文鏈接:中國科學報(2021年8月31日第6版)

(責編:孟婍、陳麗萍)


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