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北科大MEI机器人团队:从参赛到课赛结合的20年

单位(作者):温才妃 | 来源:中国科学报 | 更新时间:2021-09-01 | 点击数:

瞄准、投射、正中壶心……一系列动作如行云流水般展现在观众眼前,引起台下阵阵的喝彩声……这是不久前举行的第二十届全国大学生机器人大赛Robocon大赛上的场景。在观众的惊叹声中完成这一系列动作的,是一台外形像弓弩车、一米高的“射箭”机器人。

如果时光有记忆,会记得在十年前,机器人和它们的操作者也是凭借这样的表现,在央视举行的“全国大学生机器人电视大赛”上一战成名的。

只是在2011年褪去央视转播的光环后,一群热血的少年人仍在继续。近日,365体育官网科技大学MEI竞技机器人团队(以下简称MEI)在Robocon大赛的“投壶行觞”赛中取得亚军,“机器马术”赛中获全国一等奖,将在今年12月代表中国出征Robocon亚太大学生机器人大赛。

成立于2001年的MEI,在20年间共培养了600余名北科学子。近两年,该团队更是以课赛结合的方式,系统梳理了人才培养模式。

备赛就像经营公司

“准备大赛的过程有点像经营一家公司,它的运作方式也是进行专业分工和团队协作。”接受《中国科学报》采访时,365体育官网科技大学高等工程师学院机器人工程实践基地主任王旭如是说。

2005年,受导师的影响,当时还是一名学生的王旭已经有了把大赛与主流教学相结合的想法。然而,当他开始准备时,却发现难度要比自己想象的大很多。

王旭告诉《中国科学报》,一般而言,竞赛类项目比较开放、时间紧,没有标准答案和流程,如果要做成课程,需要花费大量精力以适应现有课程的开设要求。“这类课程(竞赛)并不适合普通教学的‘全体学生’,主要面向有兴趣、有能力的拔尖学生。因此,课程开设要配合拔尖学生的培养方案。”

两年前,已经留校任教11年的王旭,才真正将课赛结合付诸实践。彼时,北科大决定将机器人方向的实践课与大赛结合起来,学生如果选修这门课程且参加比赛,就能获得相应的学分。

然而,过去的十多年时光并没有闲置,准备工作一直在进行。为了做好课赛结合,该校的高等工程师学院楼三层被划出了近300平方米的区域,专供机器人大赛的场地之用。

如今,这一区域已经建立了6个主题创新实验室——MEI竞技机器人实验室、Reborn机器人团队、航模队、人工智能实验室、学科交叉实验室、数码设计实验室。这里有一批能弹吉他、吹葫芦丝、打羽毛球的机器人,更有一群来自不同专业的青春面孔。

在王旭看来,把比赛变成课程,首先要抓住规律,从前的课程讲授是以知识体系为目的,但现在是以解决比赛设定的问题为目的。“两者最大的不同,在于后者要先明确目标,再提出方案,还需要反复调试、迭代修改。”而且,“我们模拟的是产品开发的流程,流程涉及的关键点、可参考经验实际上是通过讨论的形式传授给学生的”。

一门课程考完试就结束了,但比赛则需要不断追求极致。“‘别人做到10秒,我还想冲击8秒’,这样的状态通常长达10个月,需要学生时刻保持激情和斗志,还需要相互信任的团队氛围,让学生们产生更强的自驱力。”王旭说。

把学生带入科研思维

传统的赛事准备是以学生为主导,教师发挥的指导作用相对有限。在课赛结合的新模式下,教师能发挥怎样的作用?

一个实际场景往往需要机械结构、加工装配、嵌入式系统、传感技术、编程算法等多个专业领域的知识。“最有效的实现方式是组成跨专业团队。”王旭说。

头脑风暴是队内的“常规动作”。有时候为了一个问题,队员们争得面红耳赤,谁也不服谁,此时就需要教师出面引导。

担任这门课的教师并不轻松。“传统课程中,教师在教学前就已经有了明确的方法和答案,但课赛结合模式中,刚拿到题目时教师往往也不知道答案是什么。”王旭坦言,“这就相当于教师与学生一起探究解决问题的方法。”况且Robocon每年的主题都会变换,也会给教师制造一定的心理压力。

教师与学生最大不同之处在于思维。

王旭指出,教师虽然不知道答案,却熟悉获得答案的方法。而学生的惯性是感觉“差不多”就开始做。刚加入团队的学生最爱犯的毛病就是不列参数,尚未分析问题就开始画图,甚至光凭嘴说不画图。比如做一个四足机器人,部分学生认为跑起来就可以了,但不考虑速度极限、运动空间等问题。

在他看来,做研究的第一步是分析问题,发现问题、分解问题很重要,尽管有时分解问题的过程会很长。但只有将学生带入这种科研思维中,才能真正实现育人的目的。

此外,还要纠正学生的思维缺陷,如不注重前人的基础,一上来就提自己的方案;头脑风暴需要发散思维,而不是一上来就否定可能性等,这些也是他在指导过程中所看重的。

王旭表示,有了课赛结合,这些过程可以落实到学生考核中。尽管考核是课赛结合的难点之一,但相对于传统课程,课赛结合的考核可以结合个人、团队的表现,而非简单地用考卷、论文来衡量。“不过,赛事获奖并不与课程成绩直接挂钩,学生的成绩包括技术评价、教师评价,往往早在比赛之前就已经出来了。”

在这里累积创业精神

“您知道一个防松螺母要多少钱吗?”采访中,北科大机械工程专业学生高路平向《中国科学报》记者问了这样一个问题。

“这种防松螺母一毛钱一个。”她自问自答。 高路平是怎么知道的?原来,去年暑假时,团队为了节约成本,发动大家动手从废旧机器上拆螺母。

在进入基地前,学习机械工程专业的她很难想象自己有一天要扛起财务的职责。但实际上,如今的MEI更像是一个综合型团队,不仅涉及技术,还有财务、物资、信息管理、战术策略、运营宣传等非技术的职责。

尽管在20年间,MEI的团体奖杯、个人奖项拿到“手软”,仅团队成员创办的机器人领域相关企业就有14家,但团队吸引力仍是王旭近年来考虑的重点。“报名的学生会衡量付出,会有避难就易的心理,加之近年来各类大赛的涌现,吸引优秀学子入队的竞争也日趋激烈。”于是,MEI中又诞生了宣传团队,开发微信公众号,拍摄短视频、摄影作品,组织20周年校友返校活动,还不时迎接中小学生参观基地。

只是一旦入队,学生就需要按团队的规矩办事。从参加校内赛到进入基地实验室,再到参加各类型全国级机器人竞赛,对“要讲究,不将就”的做事方法、“态度决定一切”的做事精神、“追求卓越,创新求变”的做事理念都要有高度的认同感。

对于学生偶尔的“不靠谱”行为,团队有自己应对的措施。 “比如,我们有一个水果基金,凡是迟到的队员,每一分钟认罚一元钱,这个钱累积起来,最后拿来给大家买水果。”北科大机械工程专业学生杨恭领说。

在一项针对机器人比赛参赛学生的调研中,关于“参加机器人比赛项目的最大收获”的问题,排名前3位的回答分别是团队合作能力、专业技能、吃苦耐劳的精神。

“通宵干活是常有的事。”不久前,在MEI20周年校友返校活动上,回忆起学生时代在MEI的经历,因时科技CEO蔡颖鹏的脑海里浮现的是凌晨一两点在实验场地煮面吃,“一大帮人抢一锅面,别提吃得有多香了”。

在蔡颖鹏的创业起步期,最难的是一开始怎么去找合伙人。“MEI最大的收获是结识了一群志同道合的朋友,比赛上是战友,彼此间磨合与信任已非常充分”。后来,他先后做了两家公司,合伙人都是大赛的队友。

“虽不是创业课程,但过程中培养的却是点滴创业精神。”MEI指导教师张希琛说。

原文链接:中国科学报(2021年8月31日第6版)

(责编:孟婍、陈丽萍)