作者:温才妃 来源:中国科学报 发布时间:2021/8/31 17:09:18
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北科大MEI机器人团队:从参赛到课赛结合的20年

 

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,北京科技大学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,北京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。

 
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