时间：2023-05-30 08:55:37
关键词：机器人竞赛 创新 大学生
中图分类号：TP31 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）02（a）-0159-01
培养学生的创新精神和创新能力，成为21世纪对人才的重要需求。“智能机器人”是一个良好的平台[1]，将其用于教学可高效的培养学生创新能力和综合实践能力[2]，同时，作为平台开展机器人竞赛，充满了创造性、趣味性和观赏性，强烈激发学生参与的热情，有效的提高学生实践创新能力[3]。
该文小结了国内外比较有影响的机器人竞赛，系统调研四川省内重点高校开展机器人竞赛的相关情况，并结合成都理工大学的平台探索开展全校级别机器人竞赛。
1 国内外赛事
国际、国内上几项影响较大的机器人竞赛包括以下几种。
1.1 机器人足球竞赛
让机器人踢足球的想法是1995年由韩国科学技术院的金钟焕教授为了发展多智能体技术而提出的。国际上最具影响的机器人足球赛主要是FIRA和RoboCup。
1.2 机器人灭火竞赛
机器人灭火的想法是1994年由美国三一学院的Jack Mendelssohn教授首先提出的。比赛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。目前，机器人灭火比赛已成为全球最普及的智能机器人竞赛之一。
1.3 亚太大学生机器人大赛
亚太大学生机器人大赛于2002年由“亚洲太平洋地区广播电视联盟”发起，每年举办一届，已发展成为世界上最有影响力的大学生机器人竞赛之一。
此外，国内各高校也相应的开展各类机器人的赛事，笔者系统调研了四川省内重点高校的机器人竞赛的相关情况。四川大学连续7年开展“挑战杯”仿真机器人足球大赛比赛，并于2009参加中国机器人大赛暨RoboCup公开赛中获得FIRA仿真组项目比赛季军；西南交通大学从2006年开展第一届“实践杯”机器人大赛以来，连续开展6届，目前正在组建第7届，每次都吸引各个专业的数百名选手踊跃参赛；电子科技大学是亚太大学生机器人大赛赛事的传统强队，两度获得季军，3次夺得全国冠军，2次获得亚太总冠军；成都理工大学由机器人协会每年举办一次机器人兴趣大赛，在全国“电脑鼠走迷宫”多次获奖，2012获得全国总冠军，并代表中国大陆参加“电脑鼠走迷宫”世界竞赛。
2 成都理工大学的教学实践
2.1 机器人教学实践
2002年6月，我校金工实习基地买入AS-UII（能力风暴大学版机器人），这是一款专门为大学进行课程教学、工程训练以及科技创新的新型移动智能机器人。用于教学方面，从教育机器人与相关专业课程相结合、开放式教学，开设选修课程、有效利用毕业设计等多角度、多层次激发学生学习兴趣，培养学生的动手能力和创新能力[2]。
此外，结合我校的实际，积极开拓用于机器人竞赛环节。通过系统研究国内外的赛事和针对川内高校的调研结果，结合我校起步晚、底子薄，从节约成本、提高效率等方面考虑。在开展竞赛环节仅从仿真环节做文章，竞赛的题目初步定为：灭火机器人的仿真。通过jc编写程序，控制机器人在一间平面结构房子模型里运动，并在操作规则指导下以最短的时间找到代表火源的一根蜡烛并将它熄灭。它模拟了现实家庭中机器人处理火警的过程，那根蜡烛代表家里燃起的火源，机器人必须找到并熄灭它。
初步定下竞赛题目后，在教学环节中，教师有意识的讲授相关知识点。比如在机器人概述部分，播放最新的国际机器人灭火比赛视频以及灭火机器人在消防中的具体运用背景，让学生对灭火机器人的重要性以及实用性有个感官的认识；在编程环节讲解相似的实例，以走迷宫、飞蛾扑火等实例。走迷宫是机器人从迷宫入口出发，用最少的时间走出迷宫，到达迷宫的出口。目的是使学生掌握地面检测传感器；飞蛾扑火则是通过编程指挥着机器人到达光源附近后，围绕光源坐圆周远动，使学生掌握光敏传感器的应用。而机器人竞赛实质是这两种传感器的综合运用。
2.2 机器人竞赛的比赛规则
既然是竞赛，必然有其相应的规则，这方面我们充分吸收国内外高校的相关规则，并结合我校的实践，制定了与国际赛事、各省赛事和国内高校的校内比赛不同而具有自己特色的规则。
（1）比赛时间
由于仅是仿真操作，没有场地等限制，所以比赛时间没有具体要求，基本一个月的某个下午，大家来现场编程仿真并记录相应分数，我们将于年低统一看分数以决定相应名次。
（2）比赛场地
对于机器人灭火比赛的场地，大多数赛事是统一的，就其原因是大赛需要实际操作，统一更加有益于比赛，而我们仅是仿真，故别出心裁的定义模式系数，参赛者可定义场地，并且将其作为重要的记分点，不同模式的得分系数不同。比如可以多个房间、房间里面可以摆放不同的家具、衣帽架，甚至有几个同学设计人形躺在里面。这样比赛更加多样化，增添趣味性。
（3）房间系数
比赛时，机器人搜索1个房间就找到火源并灭火成功，则房间系数为1.0，搜索2个房间，房间系数为0.85，搜索3个房间，房间系数为0.50，搜索4个房间，房间系数为0.35。
（4）比赛分数
最终的实际得分=实际灭火时间×模式系数×房间系数。
3 结语
教学实践证明，在教学环节中，通过这种竞赛的方式在激发学生理论联系实际和独立能力、提高大学生创新思维能力方面确实起到作用。吸引了大量的学生的参与。2013年，我校上《智能机器人》的人数累计1251名学生，至少有400多人报名参加比赛，目前还陆续有需要参加的。
参考文献
[1] 李建祥.机器人教育的感受和认识[J].中国科教创新导刊，2012（9）.
防守机器人
对于机器人足球竞赛来说，有些教练员会沉迷于华丽的进攻，殊不知防守才是重点。不良的防守不仅会给对手更多进球的机会，还可能产生乌龙球。因此在“矛”与“盾”的关系中，应以后者为先。那究竟要如何评价“盾”呢？按照中国科协2011年的竞赛规则，在对方只有一台进攻机，自己一台防守机时，能保证全场不进一球，防守就是高效的。比赛中共有4台机器人参赛，会有各种各样复杂的情况发生，而对于程序研究者来说，只能在单纯的环境中保证万无一失，所以下面我将就各种因素分别展开讨论。
1.指南针的控制
指南针作为方向定位的重要传感器，时刻要担负着使防守机器人角度归零的重要任务，以保证防守机器人面对前方。以下是我根据2009年中国科协竞赛规则自编的一段代码，当机器人处于15°～45°的调整位置，使指南针值归零。这里的“零”不是一个值，而是指一个范围，也就是机身正对敌方即可。
while ( (b!=9999)&&(b>=0)&&(b
{
MaxValue = GetADextend(_ADEXTEND_1_, 10); /**读复眼值**/
if ( MaxValue>GuanKan ) /**发现球**/
{
break; /**跳出循环**/
}
b = GetCompassB(_COMPASS_1_);/**读指南针值**/
if ( b>15&&b
{
if ( bGuanKan )
/**角度已经转到位或发现球**/
{
SetMotor(_MOTOR_left_, 1, 30); /**左马达停止 **/
SetMotor(_MOTOR_right_, 1, 30); /**右马达停止 **/
SetMotor(_MOTOR_front_, 1, 30); /**前马达停止 **/
SetMotor(_MOTOR_back_, 1, 30); /**后马达停止 **/
break; /**跳出循环**/
}
SetMotor(_MOTOR_left_, 2, 70);/**以离15°最近的方向以70速度转动**/
SetMotor(_MOTOR_right_, 2, 70); /**以离15°最近的方向以70速度转动**/
SetMotor(_MOTOR_front_, 2, 70); /**以离15°最近的方向以70速度转动**/
SetMotor(_MOTOR_back_, 2, 70); /**以离15°最近的方向以70速度转动**/
SetCentiS(5); /**预留5％秒完成动作**/
}
经验表明，指南针是很可能出错的，因此，在程序开始端必须将出错情况排除。图1中将0°～360°分成9个区，其中0°≤b≤15°和345°≤b≤360°这个区域已经是正向面对敌方，无需再做调整。建议这个范围还可以稍大些。过于严格的范围虽然会带来准确性，但更大的可能是使机器人处于不断的调整之中。同理，在调整过程中也要保留宽松的出口条件，程序行if(bGuanKan)中b值就控制在20°，而不是区域分界值15°。
2.测距模块（超声波测距或红外测距）的优化
机器人要获取自身所处的位置和目标位置，就需要测距传感器进行定位。指南针归零后，就要马上移动到目标位置。一般情况下，机器人共有4个测距模块（也可以是3个），安装于机身的前后左右。笔者试图安装过8个，并求出算术平均值，以期得到更精确的数据，但事实上，过多的传感器会给机器人带来犹豫，更别说其存在的耗电问题。对于防守任务来说，快速回到球门是至关重要的。因此，后测距变量的值要根据停在球门前的适当位置来确定，宽松的条件是很重要的，不能因为追求准确而浪费了回防时间。不仅如此，后测距一定要优于左、右和前测距，回防动作要预留一定的运行时间，保证动作的完成（或部分完成），再顺序执行其他模块，所以程序中应选择循环语句，而不是条件语句。
3.误差的规避与出错的引导
任何传感器在应用中都存在误差甚至错误，这是不可避免的。在实际中，我们可以通过硬件挑选和程序设计来规避风险。
（1）传感器的挑选
许多指导教师常常一旦发现传感器有误差，就将其立即更换，却发现越换越差，事倍功半。其实，要规避传感器的误差，首先要了解传感器的技术参数。在日常训练中，笔者都会要求学生对传感器进行测试。这种测试不是简单地凭感觉进行草率评价，而是要用数字说话――画检测图。
以Sharp芯片组的红外测距为例，在产品的标贴中，就已经明确说明其有效测试距离在8cm～80cm，距离越远，红外数值越小。特别是当距离小于8cm时，其读取数值不变小，反而增大，也就是所谓的盲点。通过绘制红外值与距离的关系图，就可以发现产品的优劣。图2的曲线接近于线性，没有突变，特别是在10cm～100cm区间，红外值依次递减，说明其测距效果更佳。
（2）出错的引导
在竞赛中，经常会出现防守机器人在一个位置（死角）卡住并对来球无反应的情况。这在2011科协规则中被定义为“损坏”的机器人的一种，会被罚移出场外。此时，对于防守方极为不利。发生这种情况的原因较为复杂，除了程序设计有问题外，也不能排除传感器出错的因素。笔者曾试图用读取系统时间的方式来解决，也就是该状态出现150毫秒后，就重新读值或执行命令，代码如下。
SetSysTime(0); /**设置系统时间**/
while (1)
{
t = GetSysTime();/**读取系统时间值**/
if ( t>150 ) /**当时长超过150毫秒**/
……/**执行命令**/
}
4.不出黑区
为了适应竞赛规则的不断变化，防守已经从攻防兼备发展到纯防守，也就是说不出黑区（图3中的“罚球区”）。最常见的方法是，通过读取地面灰度的颜色值作为回黑区的判断条件。那么，当对方来球时，防守机器人却因上一次推球而部分机身出了黑区，接下来是要优先返回黑区还是处理推球程序呢？如果执行返回黑区，就可能会在调整过程中露出空门。如果执行推球，也会因为防守机器人没有调整到位而造成推球方向错误，最终导致防守失败。
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要解决这个问题，灰度阀值定为多少才合理呢？如果发现机器人不断地在黑区内前后左右移动，并且对来球不敏感，就要把灰度阀值调大些。此外，再配合使用后红外测距判断机器人是否已经离球门较远，如果是，则执行返回程序。这样调整灰度阀值可以加“油门”，后红外测距可以踩“刹车”，操作起来就游刃有余了。
进攻机器人
在自身拥有了严密的“盾”后，“矛”就应该出场了，毕竟足球竞赛是要求胜的。那如何评价进攻机器人的优劣呢？简单地说，当进攻机器人面对空门（无人防守）时，能够快速进球，就是好的进攻。这个“快速”的具体时间值要根据其位置不同而变化。下面，就进攻程序与参数值进行具体分析。
1.分清左右
很难想象一台无法分清左右的进攻机器人能够获胜。足球在机器人的左边，机器人就要通过位置调整，把球向右推向对方球门，若反之，则向左推。这样，才有可能高效地快速进球。
一般情况下，人们都是利用地面灰度来帮助机器人确定左右，最多配合使用红外测距。但在日常训练中，我们发现其判断的准确率较低，这与周围光线有一定的关系，也可能与追球模块有关。后来，我们尝试使用复眼模块来确定位置，通过复眼的22个通道（从0到10为前半圆，11到21为后半圆）所读到的红外值的差别，并利用库函数EyeChMax()来获取火焰最大值的通道号，来确定足球的相对位置（图4），代码如下。
void eye_s(void)
{
ch1=EyeChMax();/**ch1为最大红外值的复眼通道号，也就是离球最近的通道号**/
if(ch120) flag=4; /**此时通道号为0和21，球就在左边4号位**/
else if(ch1>=1&&ch1
else if(ch1>=4&&ch1
else if(ch1>=7&&ch1
else if(ch1>=10&&ch1
else if(ch1>=12&&ch1
else if(ch1>=15&&ch1
else flag=6; /**此时通道号为18、19和20，这样球就是在6号位**/
}
这样，就可以得到球相对于进攻机器人的位置，并将其分为8个方向。通过复眼的通道号就能直接得到向左或向右推的判断。
2.合理的追球速度
当进攻机器人已经分清左右了，这只是开始，它还要调整自身的位置。这时，调整速度不能过快，也不能过慢。因为过快的速度很可能会失去推球的准确性，以致无功而返。过慢的调整速度似乎可以带来准确性，但也可能造成机器人不断地调整位置。当调整到位，过高的推球速度也是不可取的。因此，无论是调整速度还是推球速度，其适宜的速度值要在实践中获取，而流畅与否是重要的评价指标。
加强辅助设备
数年前，我校和澳门队对抗时，对方就已经在使用电动吸射球。在去年全国赛上，澳门队又首次使用了气瓶击球的方式，大获成功。这些设备都是他们自己动手设计制作的，不由得令人佩服。我校参加的VEX项目中有气缸弹球的装置，只要加以修改即可达到气瓶击球的效果，使足球机器人真正拥有“踢”的能力，令对手防不胜防。
由于竞赛规则中规定，机器人重量限制在2.5kg以内，压力不得超过0.8MPa，所以不能使用金属气瓶，并且由于对气瓶的耐压性要求不是很高，使用硬质的可乐瓶即可。这时只要将数据线插入RCU中，利用“电子开关”SetSwitch(1, 0)（值为0表示关闭，值为1表示启动）就可以自如地控制气瓶进行击球动作。
很多指导教师在调试机器人时，常常会一直修改某个参数。这样会造成机器人在某个方面达到目标，而在其他方面却不尽如人意，从而顾此失彼。因此，评价标准只有一个――概率。成功的概率越高，说明机器人的性能越好，反之亦然。另外，在编写程序时，每个模块的条件设置应分割清晰，不要重复或有交集，这样就可以避免机器人在运动上出现犹豫。一台足球机器人是一个相互关联的整体，程序上各种条件与判断相互制约，正如在火星上探索数年的美国“勇气号”机器人现已陷入流沙，是否就可以责怪研发者为什么不提升其动力配置？其实，综合性能才是其核心所在。
青少年机器人比赛时，队员在有限的时间内进行高强度对抗的比赛，难免会出现各种不正常的反应，影响到其正常水平的发挥，使训练时可以达到的目标，在比赛中却没有达到，造成应得到的分数没有得到。从结果看这一现象就表现为“失分”。
队员们在进行机器人比赛时要做到发挥正常水平，实在不是一件容易办到的事情。通过了解和调查，不少选手“失分”的原因，有的是单一因素的影响，有的是受多种因素共同作用的影响。从以往比赛中看，主要有以下方面：
训练时间短，缺少临场竞赛经验
现在国内各省市的机器人竞赛，每年普遍不会超过3次。很多选手上场比赛机会太少，没有实战经验，这是失分的主要原因。
选手由于课程安排和升学压力的原因，每周只有很短的时间如周末晚上，或者双休日的某个半天进行培训。学生们平时训练时间短，技术不扎实，知识积累不够，过多依靠教练临场指导，甚至依赖教练来搭建机器、编写程序等，学生自己对程序以及机器人的搭建不熟悉，训练时不知道应该怎样去做，为什么要这样去做。
现在大多数的学校训练都是“封闭式”的，基本上都是在自己学校里开展活动。学生不了解自己的训练水平到底如何，也不知道自己的训练成果是好是坏，没有比较；整体活动训练缺乏对抗性，强度也不大，积累不了实战经验。学生都是些十几岁的孩子，孩子的天性决定了在训练的时候，往往过高地估计了自己的临场能力，过分相信能轻而易举地完成临场任务，对自己要求不严格，感觉差不多就行了，不追求精细。学生们在训练时感受不到正式比赛时的环境、气氛和紧张程度。
功利心强，患得患失，缺乏自信心
学生们在刚开始参加机器人活动的时候，无一不是兴高采烈、满腔热情的，但是随着活动的开展，不可避免地受到一些来自家庭及学校等社会因素的影响，如家长的愿望、学校的要求、教练员的期盼等。活动的动机变得复杂起来，由原来单纯的就是喜欢，变成一定要获奖、为学校争光、为自己获得特长生身份等。学生开展活动的目的简单到就是为了拿奖牌，无法自主探究机器人活动的奥秘，也没有人引导他们去作深层次的思考。这些都会在无形中给学生产生巨大压力，造成学生们害怕失败，完全享受不到活动的乐趣。
选手们一旦带着压力进行比赛，临场前就会出现情绪低落、缺乏勇气和信心，缩手缩脚，有的甚至不想参加即将开始的比赛。如果比赛中再遇到困难，或者偶然出现失误，情绪马上紧张起来，进而出现越赛越乱的场面，影响比赛水平的正常发挥。
例如在2010年教育部机器人比赛中，我校选手前几轮的比赛成绩一直都是满分，但是到最后一轮比赛上场时，一位裁判员在询问了我校选手的最快完成任务时间之后，好心提醒了他一句：“你要发挥你最好的水平啊，否则你就会被某队超越，虽然成绩一样，但是速度没他们快，他们就是冠军，你就变成亚军。”本来我校选手还是充满了自信心，觉得自己得冠军是十拿九稳，但是听了裁判员的话之后，担心真的速度没别人快，害怕自己得不了冠军，心理一下子起了变化，产生了极大的压力，手上动作不稳定，个别任务完成拖泥带水，2天的比赛，首次出现失误。结果别说是冠军，就连亚军也没有拿到，只得了个季军――惨痛的教训。
缺少应急预案
竞技类项目比赛中，选手出现偶然失误是很正常的事情。在正式的比赛中，因为受诸如场地平整度、现场光线强度、电力输出、程序的连贯性等不确定因素的影响，会导致程序运行达不到既定目标。但是学生在比赛前，却因训练时一直都很顺利，而没有考虑到如果完不成任务怎么办，没有心理准备，也没有制订应对突发状况的相应措施，造成出现突然性失误却无补救措施而失分。
在合肥市2009年机器人竞赛中，某校一名选手比赛之前没有认真适应场地，结果在上场比赛时，突然遇到场地纸有一处打滑，机器人在上面不能够正常行走。由于他没有准备备用程序，导致无法补救。还有一个例子，一名选手在完成一个任务时，出乎意料的是某个程序没有完全运行，此时只需要采取最简单的方式，将该程序再走一遍即可完成任务，但是，该队选手明显没有想到会出现这种情况，稍愣之后，他们并没有再走一遍该程序，而是选择了放弃，直接走下面的任务程序！结果没有得到应该可以得到的分数。
对规则理解不准确
参加竞赛的选手在正式比赛之前，尽管已经有教练员对竞赛的规则和要求进行解释和说明，并且在后期的训练中，也能够继续熟悉比赛规则，但这显然是不够的。选手必须精通机器人竞赛规则，准确理解、熟悉机器人竞赛流程，并能够参照规则积极处理比赛中各种千变万化的实际问题。
有的时候，教练员本身就对规则不太清楚，对一些规则理解上有偏差，凭经验、想当然，就不可能让学生更清楚。
关键词 创新 机器人 竞赛 能力
中图分类号：G644 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2017.05.021
2016中国杭州G20峰会已于9月4日在杭州召开，本次峰会的主题确定为“构建创新、活力、联动、包容的世界经济”，创新再次成为了关键词。深圳优必选智能人形机器人登上了央视G20峰会国家宣传片，不仅代表了我国最前沿的高科技，更是凸显了我国对于以智能机器人为代表的科技创新精神的大力支持。2016年，国务院《“十三五”国家科技创新规划》，我国工业和信息化部、发展改革委和财政部共同推出的机器人产业“十三五”发展规划。创新不是一蹴而就的，是需要恒久的坚持和深入的思考。
0引言
何谓“创新”？创新是以新思维、新发明和新描述为特征的一种概念化过程，是主观能动性的高级表现形式，是推动民族进步和社会发展的不竭动力。从本质上说，创新是创新思维蓝图的外化和物化。以现有的思维模式提出有别于常规或常人思路的见解为向导，利用现有的知识和物质，在特定的环境下，改进或创造新的事物、方法、元素、路径或环境，并获得一定有益效果的行为。
军校教育相对于地方基础教育和高等教育而言，儆谝愿叩冉逃为基础的军事专业教育和职业教育。现代科学技术在军事领域的广泛应用，我军科技强军、质量建军的要求，未来战争对作战行动的影响，以及世界范围内新的军事革命的挑战，促使军队日益成为知识密集、科技密集、人才密集的群体，从而对军事人才素质的要求也越来越高。
对于学生而言，创新并不是一个新名词，也不是一个遥不可及的概念，实际上是一种基本素质，是可以培养和训练，并形成习惯的一种基本能力。创新能力是指技术和各种实践活动领域中不断提供具有经济价值、社会价值、生态价值的新思想、新理论、新方法和新发明的能力。依据人才培养目标，本着“厚基础、宽口径、强能力、高素质、广适应”的要求，我校成立了“烽火”机器人俱乐部，作为学生科技活动创新实践基地，营造全面、开放、综合的创新实践环境，以适应我校人才培养转型的需要。
1层次化创新培养体系的构建
信息化条件下的战争是联合作战，着眼于当前军事斗争准备和部队需要，我校认真贯彻创新教育思想，更强调自主学习能力、科学思维能力、工程应用能力和创新能力的培养。
“烽火”机器人俱乐部依托机器人竞赛为学生提供了提升自我能力的平台，学校鼓励感兴趣、有能力的高年级和低年级学生积极参与。机器人研究涉及多个学科，如力学、机械、电子、控制、计算机等，俱乐部成员需要具备一定的专业基础知识和能力。学生在参加比赛过程中不仅可以拓宽知识面，促进学科交叉，还能突破“搬砖式”的教学和实验困局，开始学生的创新之旅。
目前，国内影响力最大的机器人竞赛是原中国机器人大赛暨RoboCup中国公开赛，该项赛事从1999年开始到2015年，一共举办了17届。从2016年开始，原公开赛中非RoboCup项目继续举办中国机器人大赛，原RoboCup比赛项目和RoboCup青少年比赛项目合并在一起，举办RoboCup机器人世界杯中国赛。2016年在将原有子项目进行了充分合并的基础上，设置了空中机器人、水面机器人和救援机器人等多项符合机器人发展热点和难点的比赛项目，整个比赛项目的技术难度涵盖不同层次。
为帮助学生树立系统的概念，培养系统地分析问题、解决问题的能力，提高工程实践能力，与专业课程体系相配套，构建多种层次的创新课程体系。该体系使学生从简单的小系统到大系统，从模块到整体，由点到线，由线成面，由面建体，逐步、分层次、全方位的动手实践，学生在拟定设计方案、搭建系统、调试整机等过程中，充分激发和展现学生的创新性和能动性。
“层次化”创新能力的培养中，组织了四层培养体系：
（1）基础层：针对机器人竞赛的要求，主要培养学生在方案设计，结构设计与制作，传感器和摄像头使用，舵机和电机的运用，控制板的使用和软件的编程，通信系统等方面的基本技能。
（2）提高层：针对竞赛中各个项目的具体要求，培养学生新器件和新知识的应用能力以及新思路和新想法等创新设计思维能力。
（3）综合层：针对项目中需要达到的指标，培养学生对所有技能的综合应用能力，引导学生思考真正需要解决的问题。
（4）创新层：围绕差异性、可行性、价值性等特征，突破、创新，培养学生一步一步把创新的想法变成现实的过程。
2创新实践能力培养的具体实施
以参加机器人比赛项目为目标而提出具体建设项目，而不是机器人竞赛中所设立的项目。主要思路是通过梯队建设，不仅能够完成机器人竞赛等科技竞赛，而且能够为相关专业和学科的学生提供自主创新设计及研究的平台。机器人俱乐部采用以学生自主学习为主、老师指导为辅的教学模式，老师的主导作用与学生的能动作用的和谐统一。学生能动作用所表现的范围、广度、深度、侧重点有所不同，老师在实施过程中注意启发诱导学生独立地进行学习、思考、练习、应用。结合实际电路设计的需要，按照先易后难，先简单后复杂的思路进行，在实验中注重新技术、新器件的运用，提前布置实验内容，要求学生独立思考，自行设计，仿真并搭建电路。以提高学生的理论联系实际、独立思考、分析解决实际问题的能力，同时培养基本的实验技能和动手能力。对学有余力的学生着重培养设计、综合和创新能力。
2.1变换角度
重新审视讨论的主题，如果一条道不容易走通时，就可以换一条道路。变换角度看问题，对于所有的现象，当大家认为不可能时，换一种思维模式时，就会有解决方案。只有变换一个角度考虑问题，就可以获得意想不到的创意。人型搬运机器人需要完成搬运物块的任务，手部设计很关键，不可能完全按照人手结构，也不可能用手指去拿，但是我们换个角度想一想，手部只要能完成搬的功能即可，也不一定是个正常的手，可以在手部加上小舵机，用舵机控制两个夹片，采用抱合的方式搬，这样还能增加夹片和物块之间的摩擦程度，抓取比较牢固，不易滑落。
2.2打破常规
常规是大家认为一直遵守的规则或习惯。在很多情况下，大家都认为是不可能的时候，打破常规，超越现实可以使得事情做成。在搬运项目人型比赛中，机器人将搬运的物块放置到规定位置后，需要沿线返回，再去搬运其他物块，这个过程中正常的思路是人转身再沿线往回走，但是机器人在转身的过程中需要不时调整脚上的传感器对准黑线，用时不少。我们在设计的过程中，可以将机器人设计成既能向前也能倒退的形式，脚上的传感器前后合理布局，不转身，直接程序控制成倒退模式，这样就节省不必要的麻烦，而且循线很准。所以说，创新不一定是非常大的东西，创新设计思维的创新往往是很重要的。同时，安排历届参赛获奖的学生对新学生进行培训和辅导，不断积累比赛经验，并进行研究。
2.3团队效应
在创新思维的过程中，需要集思广益，就像是项目组一样，从智商IQ走向众商WeQ，由不同专业的人员组成设计团队，各自给出完全不同的建议和想法，再进行民主集中制，获得大家公认的最佳方案。让不同专业和不同年级的学生进行组合，不仅扩大了不同专业学生的参与面，还建立了相应的梯队，为后续的竞赛奠定基础。团队建立后，由指导老师确定一名能力比较强的高年级学生作为队长，利用传帮带作用开展活动。以人型搬运机器人比赛项目为例，在进行任务分配时，尽量考虑团队中学生的特长和专业，如，机器人的机械结构设计，由具有机械设计基础的队员负责，硬件电路的设计和制作，如舵机和电机的驱动部分、控制电路部分、循线电路、搬运电路等由电路基础好的队员负责，软件程序的设计由计算机相关专业的学生负责，团队中每个队员的分工非常明确，还要注重自我管理，责任细化。
论文摘要：介绍教育机器人在机器人竞赛及课内外教学中的应用现状，并提出其教育价值。
1 引言
自从20世纪50年代末世界上第一台机器人诞生之后，机器人技术得到了迅速的发展。机器人技术是一个国家科学技术水平和国民经济现代化、信息化的重要标志，也是打开21世纪大门的钥匙[1]。
随着机器人技术的发展，其在教育领域的应用也逐步得到重视。目前教育机器人主要应用于课内外教学和参加各级各类科技创新活动，表现出了无可比拟的教育价值和极待挖掘的发展前景。
2 机器人的定义
在科技界，科学家会给每一个科技术语一个明确的定义，但机器人的定义却至今没有统一。原因之一是机器人还在发展，根本原因则是机器人涉及到了人的概念，使之成为难以回答的哲学问题。早在1967年日本召开的第一届机器人学术会议上，就有专家提出了两个有代表性的定义[2]。之后又不断涌现新的见解。我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度协同性的自动化机器。”[2]
3 教育机器人简介
干国胜在其硕士论文中对教育机器人解释如下：用在教育领域的以人工智能决定其行动的机器人[2]。从学习角度讲，“教育机器人是由生产厂商专门开发的以激发学生学习兴趣、培养学生综合能力为目标的机器人成品、套装或散件”[3]。它除了机器人机体本身之外，还有相应的控制软件和教学课本等。
国内已有一些企业和公司可以生产教育机器人或教学平台。不同种类的教育机器人不断涌现，如SmartCar[4]、SUUNY618、博思威科教育机器人等均已投入市场。
4 教育机器人产生背景
机器人技术是在二战以后才发展起来的新技术。1958年美国的Consolidated公司制作出了世界上第一台工业机器人，由此揭开了机器人发展的序幕[5]。1967年日本川崎重工公司从美国购买了机器人的生产许可证，日本从此开始了研究和制造机器人的热潮。随着机器人在工业上的广泛应用，如何加强工人对机器人的了解从而提高他们对机器人的控制也就成为一个显著的问题。机器人教育也就随之产生。2003年4月3日到7日，日本横滨举行了2003年机器人博览会[6]。专门用于教学的教育机器人从此诞生了。
国外教育机器人的研究开展较早。早在上世纪六十年代日本、美国、英国等西方发达国家已经相继在美国大学里开始了对机器人教育的研究，到了六十年代他们在中小学也开始了机器人教学，在此过程中也推出了各自的教育机器人基础开发平台[5]。我国的机器人研究在七八十年代就已开展起来，在我国的“七五”计划，“863”计划中均有相关的内容。但针对中小学的机器人教学起步较晚，到上世纪九十年代后期才得到了初步的发展，目前发展仍不完善。
5 教育机器人应用现状
教育机器人主要用于机器人竞赛和课内外教学。
5.1 机器人竞赛机器人教育对高科技社会的巨大影响已经引起了美国、欧洲、日本等发达国家和亚洲各国的高度重视，也得到了我国教育界的极大关注。国内外机器人赛事不断，引人注目。目前，全球每年有一百多项机器人竞赛，参加人员从小学生、中学生、大学生到研究者[5]。
1）国际比赛。①机器人足球竞赛。让机器人踢足球的想法是在1995年由韩国科学技术院（KAIST）的金钟焕(Jong-Hwan Kim)教授为了发展多智能体技术而提出的。1996年11月，他在韩国政府的支持下首次举办了微型机器人世界杯足球比赛(即FIRA MiroSot’96)。
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。
FIRA ( Federation of International Robot-soccer Association)是国际机器人足球联合会的缩写，于1997年第二届微型机器人锦标赛(MiroSot ’97)期间在韩国成立的。FIRA每年举办一次机器人足球世界杯赛(FIRA Robot-Soccer world Cup)，简称FIRARWC，比赛的地点每年都不同，至今已经分别在韩国(三届)、法国、巴西、澳大利亚(两届)、中国等国家举办了多届赛事。
RoboCup (Robot World Cup)是一个国际性组织，1997年成立于日本。RoboCup以机器人足球作为中心研究课题，通过举办机器人足球比赛，旨在促进人工智能、机器人技术及其相关学科的发展。RoboCup的最终目标是在2050年成立一支完全自主的拟人机器人足球队，能够与人类进行一场真正意义上的足球赛。RoboCup至今已组织了八届世界杯赛。比赛项目主要有:电脑仿真比赛、小型足球机器人赛、中型自主足球机器人赛、四腿机器人足球赛、拟人机器人足球赛等项目。
②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Jack Mendelssohn教授首先提出的。比赛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。参赛选手可以选择不同的比赛模式，比如，在比赛场地方面可以选择设置斜坡或家具障碍，在机器人的控制方面可选择声控和遥控，熄灭蜡烛所用的时间最短，选择模式的难度最大，综合扣分最少的选手为冠军。虽然比赛过程仅有短短几分甚至几秒钟的时间，用来灭火的机器人体积也不超过31立方厘米，但其中包含了很高的科技含量。目前，机器人灭火比赛已成为全球最普及的智能机器人竞赛之一。
③机器人综合竞赛。国际机器人奥林匹克竞赛。主要是亚太国家参与的一项国际机器人赛事，2002年中国北京成功举办了第四届比赛，有包括韩国、新加坡、中国大陆、香港、台湾、菲律宾、泰国在内的七个国家和地区参加了这一赛事，比赛圆满成功，第五届比赛于2003年月11月6日～10日在韩国举行。
FLL机器人世锦赛，1998由美国非盈利组织FIRST发起，目前有10多个国家(英国、法国、德国、北欧5国家、新加坡、韩国、中国)及美国的46个州参加该活动。每年秋天，由教育专家及科学家们精心设计的FLL挑战题目将通过网络全球同步公布。各国/区域选拔赛在年底举行，总决赛于4～5月在美国举行。竞赛内容包括主题研究和机器人挑战2个项目，参赛队可以有8～10周的时间准备比赛。
④其他比赛。在国外，1980年，第一届全日本机器人走迷宫比赛；1992年，第一届美国人工智能学会移动机器人比赛；1998年，第一届国际海洋机器人竞赛；2001年，日本政府举办第一届国际机器人节，举行了十几项各种机器人比赛。教育智能机器人是目前欧美国家流行的用于培养学生动手能力，计算机应用能力，和创新思维的学习工具。
孙媛媛、何花撰文指出，国际机器人竞赛有以下特点：比赛规模不断扩大，比赛项目不断完善，比赛的影响力不断完善，推动技术进步，促进学校教育[7]。
2）国内比赛。在国内，2000年，FIRA中国区比赛;2002年，CCTV杯机器人比赛;2004年，第五届全国中小学电脑制作大赛；自2005年开始的全国青少年教育机器人竞赛[8]；中国科协主办的中国青少年机器人竞赛，中央电教馆举办的中小学生电脑制作活动，教育部关心下一代工作委员会、中国发明协会举办的全国中小学信息技术创新与实践活动[9]。还有近几年各省、市组织各种类型机器人比赛。
3）机器人竞赛的教育价值。何智等撰文指出中小学机器人竞赛对当前的教育会产生重大的作用：促进教育方式的改革，培养学生的综合能力；有利于建立一门新的标准课程；寓教于乐；培养学生的团队协作精神和宽容为怀的人文品格[9]。
北京科技大学的郗安民教授在接受访谈时指出，大学生机器人比赛是一项很好的科技创新活动，不仅易于激发兴趣，而且综合了多学科的知识，是一项比较大的训练工程[10]。张云洲等探讨了机器人竞赛对于大学生教育的价值：机器人竞赛活动的开展有效激发了学生参与科技创新、开发与研制的兴趣爱好，有利于其综合素质的培养[11]。
5.2 学科及课外教学目前，除将教育机器人用于参加各种比赛外，教育机器人还被用于课内外教学，以提高学生设计、开发、应用机器人的能力和创新能力。北京、上海、广东、浙江、江苏、湖北等省市已经先后将教育机器人纳入地方课程或校本课程。到2005年底，我国已有76所中小学成为机器人教学实验学校。教育机器人正在逐步地走入我国的各类学校[3]。
王立春撰文从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等各个方面探究教学机器人所具有的独特的教育价值，指出教育机器人在教育领域的顽强生命力和巨大发展前景[12]。
张兴华以硕士论文的形式深入探究了基于机器人的青少年活动的教育价值。她从亲身体验的活动案例出发，把握了全国基于机器人的青少年活动的形势，在深入研究的基础上认为基于机器人的课外活动的教育价值主要体现在三个方面：对青少年各方面能力的培养；促进教育方式的改革；有利于建立一门新的标准课程[13]。
6 结语
教育机器人事业方兴未艾。教育机器人活动知识覆盖面广、能力锻炼多样、情感体验丰富，受到越来越多的师生欢迎，正向广大师生的普及过渡。教育机器人必将为我国的素质教育做出应有的贡献。教育机器人的前途是光明的。
参考文献
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[9]何智,胡又伦,艾伦.中小学生机器人竞赛的教育价值述评[J].中国教育技术装备,2006(1)
[10]以机器人比赛推动素质教育——访北京科技大学郗安民教授[J].机器人教育与应用,2004(4)
[11]张云洲,吴成东,崔建江,丛德宏.基于机器人竞赛的大学生创新素质培养与实践[J].电气电子教学学报,2007(2)
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.项目的申请根据学院参加机器人竞赛的实际情况，中国机器人大赛暨RoboCup公开赛，作为全国最具影响力的机器人比赛。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。五、结论实践教学的目标是培养学生通过实践发现、分析和解决问题的能力，培养创新精神和初步的科学研究能力。机器人创新实践活动以其高度的实践性被越来越多的高校引入实践教学。本校自动化学院机器人实践教学的具体实施，促进了学院各学科综合发展，提高了教师的理论、实践教学水平和科研水平，使学生对机器人相关课程融会贯通，提高了学生自主学习、创新和团队合作等综合能力，推动了学院实践教学体系的发展和完善。
本文作者：毛丽民刘叔军李鑫戴梅工作单位：常熟理工学院电气与自动化工程学院
计算机学科竞赛［4－5］是在正常的教学实践的基础上，以竞赛的方式综合运用学生的计算机知识技能，进一步加强学生的实践动手能力的课外科技活动［6］。学生通过对竞赛的规则、平台以及相关技术的理解，学会发现问题、分析问题，进而提出解决问题的方案，并实践验证其有效性或高效性。在这一过程中，学生的创新思维和团队合作意识得到了培养和加强。学科竞赛在营造良好学风、促进实践教学和激发学生潜能等方面具有重要作用。计算机学科的竞赛主要分为竞技类和设计类。竞技类赛事主要有：RoboCup机器人足球［7］、机器博弈［8］、信息对抗［9］等；设计类赛事主要有：ACM／ICPC程序设计竞赛、互联网软件大赛、数学建模等。竞技类比赛以对抗为主，设计类比赛则注重创意。两者的本质差异在于比赛的结果是客观的还是有主观因素的。相对而言，竞技类竞赛更激动人心，容易激起本科生的兴趣和参与热情。竞技比赛在培养学生“胜不骄，败不馁”的优良品质和铸造学生不断进取的拼搏意志方面有着不可或缺的重要性。计算机学科竞技比赛，主要是在一个公共的标准平台上进行基于软件和硬件的对抗，展示参赛选手的计算机应用技术，其中代表性学科竞赛是机器人足球。作为促进人工智能和机器人学研究的工具，机器人足球赛事得到国内外一流高校和研究所的积极响应和踊跃参与。赛事的规模逐年扩大，由早期的全球10余所高校发展到目前近3000所各类院校。剑桥大学、得克萨斯州大学奥斯汀分校、北京大学、清华大学、中国科学技术大学等国内外著名高校引领着赛事的发展。越来越多的高校不断参与，进一步促进了赛事的发展。
2竞技比赛的作用
竞技比赛对计算机创新人才培养有着不可替代的重要作用，在教学实践中加强竞技对抗的实践，其有效性具体表现为：（1）培养和提高学生的多种能力。在竞技对抗运动中，涉及到各种各样的事务或技术的问题，都直接或间接地影响到对抗的结果。学生要能够认真对待并妥善解决好问题，防患于未然。在这一过程中，学生的观察和分析能力、想象和创造能力、实践和协调能力，包括语言、社交、组织能力都得到了培养和锻炼。（2）培养和加强团队的合作精神。竞技比赛是对抗性活动，也是集体性活动，个人的力量相对渺小。在竞技运动中，由多人构成竞技小组，大家分工合作、协调进程、共同解决每一问题。在共同的讨论中，每人都要提出自己的见解，理解别人的看法，激发自己的灵感。这样才能互通有无、共同学习、共同进步。团队精神和合作意识是一个集体凝聚力的基础，也是综合实力的体现。现代技术的发展，越来越多地要求多学科的交叉、融合，综合创新，各类不同的专业人员将不可避免地要集结在一起各司其职地合作完成任务。（3）建立和形成良好的学习氛围。通过竞技比赛，优秀的学生在群体中突显出来。他们某些能力强、成绩明显，成功的竞技之后会产生巨大的示范效应，以赢家为表率，加大其影响力和带动力。在事实和经验推动下，建立学习的整体氛围，推动学风建设。以点带面，逐步形成你追我赶，共同进步的局面。
3竞技项目的开展
竞技项目的开展可以从一年级开始，利用学生的课余时间，有计划、有步骤地按学科竞赛的知识需求，与正常的教学工作并行开展。着重把握从简单到复杂、从基础到综合、从学习到创新的循序渐进的过程。下面以安徽大学计算机应用技术实验区的RoboCup机器人足球项目为例，探讨竞技模式在创新人才培养的管理和实践过程中的基本经验。安徽大学计算机应用技术创新实验区依托计算机科学与技术学院，致力培养计算机应用技术的创新人才。RoboCup机器人足球是实验区开展的一个竞技类计算机学科竞赛的创新项目。
3．1项目的开展思路
RoboCup机器人足球项目的开展思路是紧跟先进技术、择优人员组合和定位研究角色。（1）紧跟先进技术，夯实专业知识，培养实践技能。督促学生紧盯全球竞技队伍的发展状态，把握竞技水平提升速度，培养学生的国际视野。针对具体的项目内容，夯实基本知识、加强专业技术、熟练操作技能。操作系统、数据结构、算法设计作为基石，数学建模、程序设计作为工具，软件工程作为指导，软件测试作为验证，严格规范地进行项目研发测试。以一流队伍的水平作为检验标准，赶超一流队伍作为目标。（2）择优人员组合，灵活教学方式，培养多维创新思路。竞技对抗的多面性要求不同专业、不同层次的人员组合。了解每个学生的特点、个性，合理化人员搭配是竞技的起点。统一的教学方法显然不适合于竞技团队［10］。各种教学模式都要尝试性运用，讲授、探究、案例、实践、问题式教学都要有。特别是自学的模式，学生要会自主学习、研究。要鼓励学生进行多向性和灵活性的思考。顺向、逆向、发散、收敛思维要有，形象、辨证、逻辑的思维也要有。（3）定位研究角色和专一探寻方向，全面收集信息资料。本科生的兴趣广泛，转变迅速，这会导致学而不专，责任心较差。因此需要参加竞技的学生事先承诺，未完成任务前不可轻言转向或放弃。明确学生的研究定位和方向，让学生有了一份厚重的责任。帮助和鼓励学生在一个确定的方向上收集、阅览全面的资料，进行学习、整理、总结、创新研究。全程关注学生的动态，指导学生掌握开展研究的方法。RoboCup的目标是在2050年机器人足球队员打败人类冠军队。为了这一目标，需要几代人的努力。鼓励学生为这一伟大的目标贡献自己的力量。
3．2项目的开展过程
RoboCup机器人足球项目的开展过程如图1所示：实验区创新人才的培养遵循：硬件软件硬件和学习掌握创新的过程。首先进行项目宣讲、演示、经验介绍，在经过培训后，学生自行组团成立战队，再进行相互间的对抗。对于成绩优异的战队，可以考虑拉出去，参加省内、国内和国际比赛。（1）从大一开始，首先接触类似于METAL－FIGHTER金刚战士这类机器人，了解机器人的每个关节和各类传感器，学习和掌握机器人的运动特点和平衡控制，在感性认识的基础上，通过简单的指令控制机器人的行为。在充分熟悉机器人后，开展一些基于速度、平衡、对抗之类的竞技项目，如快速竞步、爬楼梯、搏击等。与此同时，机器人、电子、自动化、机械学、运动学等的相关理论也被引入，并成了学习内容。（2）了解和掌握硬件知识后，软件能力的培养凸显其重要性。进入大二，加强学生程序设计能力和算法设计能力以及工程化的软件开发过程成了当务之急。高级程序设计语言和面向对象的程序设计语言是人机交互的工具，结构化和面向对象的分析、设计、实现成了技能，更加高效的算法设计是创新的核心，软件工程的开发过程是项目得以持续的基础，高级软件测试技术是项目高质量的保证。学生在实践中不断地发现自身知识的不足，学习的动力就从外部压力在不知不觉中变成了自己的要求了［11］。水中机器人项目［12］的开展可以检验学生知识技能的状态变化。开源的竞技平台、灵活的调试手段和熟悉的操作系统可以帮助学生渐入创新的佳境。（3）软件能力的提升，大三是一个创新时期。有了基本的知识技能，软件能力进一步提高的任务当属RoboCup机器人世界杯项目。从仿真2D的策略、到仿真3D的运动，从机器人家庭服务的意识，到家庭服务的实现，世界杯的舞台是精彩的。全世界的计算机精英的思想在这里交互。这也是一个可以充分张扬个性、展示魅力、提高声誉的场所。所有的一切尽在战队的表现中，胜不骄，败不馁。（4）大四是收获的季节。4年的努力当结出累累硕果。总结所有知识技能，创新地运用到实践中。运用软件技术，结合硬件能力，综合解决实际问题，进行创新创业，这既是大学本科阶段的完美收官，又是下一阶段工作或求学的起点。RoboCup机器人足球项目的开展贯穿了本科4年，以本科学生为对象、以项目研发为中心、以综合创新为目标，培养学生具有扎实的计算机理论、熟练的计算机技能、良好的基本素质和完善的团队精神，特别是要拥有较强的创新思维和创新能力。
4需要注意的问题
在计算机创新人才培养过程中引入竞技对抗方式，在具体的实施中需要注意以下几个问题。（1）加强机构制度建设。完备的组织机构、制度机制是开展竞技项目活动的重要保障。学校应制定规章制度，明确经费管理和奖励办法，协调人员和设备。竞技项目的开展应有专项资金支持和平台保障，组建专业的指导团队管理项目的运行，确保项目的开展呈现正常化、制度化。另外，学校还开设一定的与实践相关的选修课、实验课，供学生加强专业学习、补缺补差［13］。（2）完善激励机制。学校应对竞技项目出台一定的激励机制，主要是基于竞技开展中的鼓励和完成获奖后的奖励，包括面向学生的学术科技奖和面向项目的竞技成果奖。不仅要精神上，也需要在物质上，以调动教师和学生的参与热情。（3）加强团队建设。以学生为主体、以教师为主导的科研团体的组织结构包括了高中级职称的教师、硕博士研究生和本科生。在专业教师的定期指导和帮助下进行以学生为主体的科研活动。教师的跟踪指导和定期检查，解决了学生实践过程中产生的问题［14］。项目可以按计划不断深入，既增强了学生进行项目研发的信心，也提高了参与的兴趣。（4）通畅交流平台。计算机竞技赛事是一个集多学科知识技术于一体的项目。涉及到计算机科学与技术学院、电子信息工程学院、电气工程与自动化学院、数学科学学院、物理与材料科学学院的多个专业的融合。学生可以在项目的平台上进行深入的交流，互补知识体系。各专业发挥各自的优势，能力互补。
5结束语
关键词：职业院校；技能竞赛；选拔；训练；PHP
中图分类号：TP311 文献标识码：A文章编号：1009-3044（2017）02-0074-04
Design and Realization of Skill Contest Selection and Training System Based on PHP
LIN Cheng-hua
（Guangdong Machinery Senior Technical School， Guangzhou 510450， China）
Abstract： With the increasing demand for highly skilled professionals， skills competitions in vocational schools are actively developing， and skill competition， selection and training is a central task. In order to change the traditional mode， to promote the development of the skill competition and the development of vocational education， the computer technology can be applied to practical work. This design will introduce the design and implementation process of the skill competition selection and training system on the basis of PHP + Apache + MySQL combination.
Key words： Vocational schools； skills competition； selection； training；PHP
业院校是国家培养高技能人才的基地，目前，我国各类职业院校每年为国家输送了大量的技术型人才，随着科学技术的不断发展，各类人才结构也在不断转型升级发展，同时，职业院校的学生也在通过各类技能竞赛，不断提升自我，提高技能水平，与世界接轨。当今，随着职业技能竞赛的蓬勃发展，国家对职业技能竞赛也越来越关注，自2010以来，我国已经参加了三届的世界技能大赛，取得了很好的成绩[1]，中国在世界技能大赛的成绩，充分证明了中国制造正在世界范围内发挥着越来越重要的影响，中国的高技能人才水平正在向全世界展示中国技术水平的精湛和实力。
为参加世界技能大赛，各个职业院校积极开展各类的技能竞赛，提升学生的技术水平，培养高技能人才。目前，技能竞赛的选拔和训练工作是很多职业院校的重要工作之一，而传统的竞赛模式中，教师需通过印刷大量的纸张竞赛题目选拔，改卷和后期训练，工作效率低，工作量大，学生参与的积极性也受到一定的影响。因此，基于改变传统的竞赛选拔和训练模式，本设计将从技能竞赛的角度出发，介绍基于PHP的技能竞赛的选拔和训练系统的开发设计和实现过程。
1 原理和技术
系统体系结构中，C/S结构和B/S结构是最常见的两种结构。B/S结构即浏览器/服务器结构（Browser/Server），相比C/S结构而言，B/S结构不管在电脑端、平板端还是手机端，它都可以通过浏览器进行相应操作，通过浏览器向服务器发出请求，然后服务器与数据库之间进行相应数据传输和处理，最后将浏览器发出的请求在浏览器端进行显示的模式[2]，B/S结构如图1所示。
在本设计的技能竞赛选拔和训练系统中，系统的搭建基于B/S结构，方便各类终端的接入，如系统在学校技能节的技能竞赛选拔中，通过搭建好的服务器接入到机房服务器中，参加比赛的学生即可通过机房电脑的浏览器访问系统进行在线测试并记录成绩，同时，也可以通过接入到学校网络的平板或手机终端进行相应的操作，大大提升了系统的便捷性。
在本设计的技能竞赛选拔和训练系统中，数据需要在B/S结构的三层结构中进行传输，而数据在各层之间的传输需要使用的是动态网页技术，本设计采用的是PHP+Apache+MySQL的组合。
PHP（超文本预处理器）作为一种脚本语言，可以嵌入到HTML文件中，具有速度快、语法简单、支持多种数据库等特点，是动态网页开发的一种快速工具[5]。
Apache服务器作为一种流行的WEB服务器，具有稳定、安全、支持多平台（如Linux、Windows）等特点[3]，在目前主流的网络web服务器中，Apache服务器已经占据了半壁江山。
MySQL数据库作为当今流行的数据库系统，它具有多平台支持、使用和管理方便、速度快等特点[4]。在本设计的技能竞赛选拔和训练系统中，由于很多竞赛面向的学生群体人数较多，如计算机操作员技能竞赛，面向的是全校100多个班级的参赛选手，如果系统选择的数据库速度不高，将严重影响竞赛的组织过程。
通过技术分析，在本设计中，B/S结构为系统带来了便利，而PHP+Apache+ MySQL的组合，为系统带来了技术的稳定和速度。
2 需求分析
本系统开发的作用是作为技能竞赛选拔和训练，因此，通过对系统的需求分析，系统面向的主体对象是学生、教师和管理员。其中，管理员主要负责对教师用户进行管理；教师用户主要对系统的各大主体模块和学生用户进行管理；学生用户在系统中可以进行注册登录、在线测试和记录查询、信息查询和疑问咨询等操作。
通过需求分析，系统将面向三类用户角色，他们分别参与的任务如表1所示：
通过对技能竞赛选拔和训练系统的分析，可获取不同角色的用例图，以学生角色为例，学生用户在系统中可以进行注册登录、竞赛和训练等操作，其用例图如图2所示。
竞赛选拔和训练作为系统的主体内容，学生用户在该模块中，可以进行在线竞赛考试，然后通过系统的自动审阅功能，学生可以马上知道竞赛的成绩，而在训练系统中，学生可以对每次模拟竞赛的成绩进行保存，以便明确自身的学习进度和进步水平。
3 系统功能设计
根据系统的需求分析，系统面向三类用户角色，管理员主要负责对教师用户进行管理，面向学生用户主要是系统登录相关功能、竞赛模块和训练模块等功能，面向教师用户主要是系统登录相关功能、学生管理模块、竞赛模块后台管理和训练模块后台管理等，其中，面向学生和教师的功能结构图如图3和图4所示：
面向学生用户各功能详细描述如下：
1）系统登录相关模块：学生用户通过该模块注册后可登录系统，在系统中可以进行用户资料的更改，同时也可以在该模块中退出系统。
2）竞赛模块：学生用户登录系统后通过该模块进行在线竞赛，竞赛后可以通过系统查看竞赛成绩并保存竞赛成绩。
3）训练模块：学生用户登录系统后可查阅竞赛相关信息、题型详解，可对训练过程中遇到的问题进行实时在线提问，可进行模拟测试并通过数据统计功能查看最近多次的训练成绩，也可以下载和上传竞赛资料。
面向教师用户各功能详细描述如下：
1）系统登录相关模块：教师用户通过该模块登录和退出系统。
2）学生管理模块：可以对学生用户以及班级信息进行管理。
3）竞赛后台管理模块：教师用户可以在竞赛前对科目、题型、题量和竞赛成绩进行管理。
4）训练后台管理模块：教师用户可以在该模块中进行模拟测试管理、竞赛信息管理、答疑管理、题目详解管理、数据统计管理、作业管理和资料管理。
4 用例实现
在该系统中，每个角色用户有各自不同的用例，下面选取了学生用户竞赛模块和答疑模块，通过文字和时序图介绍用例的实现过程。
竞赛模块是系统最主要的一个模块，搭载系统各类题型和对应的题目，该模块通过教师后台管理组卷并试卷，学生在竞赛模块中进行在线竞赛，并通过系统自动批阅功能查看竞赛成绩，同时可以保存竞赛成绩，时序图如图5所示，
该用例是教师用户针对学生用户在训练系统中提出的各种竞赛相关疑问而设计的功能模块，教师通过后台管理功能可以查看并审核学生提出的各种疑问，并及时作出回复，时序图如图6所示。
5 关键功能模块设计
本系统的主要作用是为学生提供一个技能竞赛和训练的平台，其设计过程需要在PHP+Apache+ MySQL组合的环境下进行开发设计，各个功能模块需要数据交互。接下来将以在线竞赛和数据统计模块作为典型功能模块设计为例，通过关键操作和关键代码等，介绍系统的详细设计过程。
5.1 在线竞赛模块
1）在线竞赛模块是系统最重要的一个模块，该模块的运行需要教师用户在后台管理模块中先进行组卷，确定好试卷的科目并进行题型和题量控制，其关键代码如下：
$amount = 题量； //控制题型的数量
$num_arr = range（数值1，数值2）； //题型的范围
$num_arr = array_flip（$num_arr）；
$p_num = array_rand（$num_arr，$amount）；
通过以上代码，可以通过教师用户后台组卷功能控制竞赛模块的题型和题量，从以上代码可知：PHP代码中，$amount将被赋值，该数值即可控制题型的数量，range（数值1，数值2）参数设置可控制题型的范围。
2）当设置完题型和题量，系统将通过随机抽取的方法抽取题型范围内的竞赛题目，由以下的关键代码实现：
$qestion_num = implode（"，"，$p_num）.'，'.implode（"，"，$s_num）； //随机获取的不同题型的题号
3）当随机题号抽取完成之后，接下来可以通过连接题库数据库并调用相应的题目的方法完成在线组卷功能，其关键代码如下：
include（"SQL_connect.php"）；//连接题库数据库
$sql="SELECT id，question FROM ps WHERE id IN （$qestion_num）"； //根据随机抽取的题号调用相应的竞赛题目。
4）通过以上操作，系统自动随机抽题组卷的功能完成，接下来，通过显示题号和题目代码即可完成题目在页面的显示，其关键代码如下：
//显示题号
//显示题目内容
学生在完成竞赛后，答案将被传送到答案校对页面进行核对，系统将根据学生先前的答题结果进行比对，生成竞赛成绩。
5）在训练模块中，学生通过模拟y试得到的成绩可以自行保存到数据库中，通过变量将最新的成绩保存，同时将上一次的成绩进行错位保存，实现成绩存储的数据统计功能。错位保存实现的关键代码如下：
5.2 数据统计模块
数据统计模块记录学生训练的多次成绩记录，可以反映学生对竞赛知识的掌握和学习进度，普通的数据保存为数值保存，虽然可以通过数据调用方便查看不同训练的成绩，但因数值数据不能很好地体现学习进展，因此，本系统使用了柱状图形式，直观反映学生学习进展，实现的关键代码如下：
height="
通过以上的关键代码操作，可以将普通的数据通过柱状图直观体现出来，方便学生及时掌握自身学习情况。
6 系统的实现
技能竞赛选拔和训练系统的主要功能是为学生提供竞赛和训练的平台，学生用户通过注册登录系统，可以进行竞赛或训练模块。在竞赛选拔阶段，学生用户登录系统后将直接进入竞赛模块界面（如图7所示），通过确认竞赛题目信息和考生信息后即可以开始竞赛，在完成所有题目答题后可以提交答案，系统可自动完成答案的校对工作并转入成绩显示页面，同时将考生答题信息传送到成绩结果显示页面，标记出学生答对和对错的题目，对打错的题目进行标识，给出正确答案。
在经过竞赛选拔后，学生可通过登录系统进入训练模块，进行竞赛训练，在训练模块中，可进行查阅信息、提问和上传资料等操作，同时可以进行模拟测试，系统可以记录学生最近模拟测试的成绩，并通过柱状图进行显示（如图8所示），通过柱状图，可以直观反映学生的学习情况和进步水平。
7结束语
本系统的设计目的主要是为了职业院校的各项技能竞赛的选拔和训练工作开展，方便教师，减轻工作量，提高学生竞赛和学习的积极性，目前，在本人工作的学校，已经在过去连续三届学校开展的技能节活动中得到充分的应用，相比先前传统的印刷试卷再到监考改卷的竞赛模式，该系统大大减轻了教师的工作量，因为信息传递的快捷，竞赛和训练的方便，统计数据的直观，受到学生的欢迎。通过本系统的设计，希望对职业院校技能竞赛的蓬勃开展，对职业技能人才的选拔、训练和培养上，有较好的促进和帮助作用。
参考文献：
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作为近年来组织与引导学生开展自主学习、科学研究与设计创新的第二课堂,大学生实践培训基地已逐渐引起国内各高校的关注,对于形成“课内外结合、全方位、立体化”的科技活动平台,提升学生工程实践能力起到了重要作用。近年来,桂林电子科技大学投资过百万创建了电子设计培训中心,该中心既是电子设计竞赛的学生培训基地,也是广西区电子设计竞赛的测评场所,更是桂林电子科技大学的电子信息科技活动平台。其建设思路定义为:以全国大学生电子设计竞赛为主线,整合电子信息类教学资源,以学生为中心,以创新思维和实践动手能力的训练为核心,以培养创新务实高素质的应用型人才为宗旨,以创新思维、基本科研技能及知识综合应用能力等多层次训练为目标的电子信息科技文化活动平台。中心根据学生科技活动特点及学科发展要求,除购置了电脑、示波器、信号发生器、稳压电源等常用仪器设备以外,还配置了EDA开发系统、DSP开发系统、单片机开发系统、德国“乐普科”自动制版系统等设备。中心网站定期公布一些题目,全校学生均可自愿参加制作,经培训中心指导教师验收合格后,即可进入中心学习。中心在时间、空间、资源、指导等方面对学生进行开放式管理,培养学生的自觉研究习惯。培训中心的主要功能包括:
1.1开展一系列分项目、分层次的讲座,包括有关电源、DDS信号源、扫频仪的原理,设计思路,高频电路,FPGA,单片机,控制理论,论文写作等专题以及电路调试中的实用方法和技巧。近三年来,电子设计培训中心在区内开出公开讲座2次,校内讲座10余次。
1.2编写《Protel设计与提高》、《FPGA实践与应用》等培训教材,面向电子设计爱好者组织经常性的培训,通过训练考核促进学生设计与制作能力的提高。同时,利用与电子行业相关企业建立的合作机制,由企业主动提供新产品、新设备,对师生开展进校集中培训,介绍行业的新知识、新理论、新技术。
1.3为有较强创新意识和实践动手能力的学生参与创新性实验项目、教师科研、毕业设计、课程设计等提供技术指导及设备支持。“小功率数控交直流电流源”、“基于FPGA的RFID实训平台”、“智能无线搜救系统”、“基于软件无线电的数字SSB无线收发机”等一批学生项目相继完成并通过测试。
1.4作为大学生电子设计竞赛广西赛区的测评基地,为整个广西赛区作品的测评提供全套设备和良好的测试环境。培训中心的管理采用教学改革项目模式,学校每年验收一次,根据中心当年的培训规模、参赛成果等划拨下一年度经费。电子信息类专业学生通过中心的活动扩大了知识面,同时学校也遴选出了一批参加区级和部级竞赛的种子选手。
2注重兴趣培养,夯实入门基础
在学生入校之初,就宣传“先实践、后理论、再实践”的学习方式,鼓励学生及早参与竞赛培训、体验实践创新。通过获奖学生经验介绍会等形式,使新生深刻意识到:具有大赛经历的学生,会带着大赛中的许多实践问题学习理论课,迅速渡过认知阶段,加深对理论知识的理解。因此,并非要课程都学完才能参加大赛,要提前介入,介入得越早越好[4]20-22。参与培训的学生以自愿为基础,采用三人组队形式。组队时,提倡专业搭配、学科交叉,具有电路制作、软件仿真、单片机编程、机械设计等专长的学生合理分工,优劣互补。组队形式从一开始便基本固定下来,经过长期的磨合、磋商后,一旦有了赛事,小组成员之间即可默契配合、各司其职,为获取佳绩奠定了基础。对于刚接触竞赛培训的学生,组织参观演示性强的往届学生获奖作品,提高学生的参与兴趣。分别从数字电路、模拟电路、单片机、DSP及EDA等几个方面介绍基础理论知识,然后开设一些简单的单元制作项目,具体内容包括:信源电路、抢答器、计时器、放大器、传感器、滤波器等。这些单元电路既是各种通用电路的基础,又都具有趣味性和可欣赏性,可以作为独立的成果进行展示,从而激发学生学习电子信息类知识的热情和自信心,初步体验电子设计制作的基本流程,迈出实践创新的第一步。
3研究竞赛选题,推行层次化训练
全国大学生电子设计竞赛的选题范围“以电子技术(包括模拟电路和数字电路)的应用设计为主,可以涉及单片机、可编程器件及微机(微机主要作开发用)。题目尽可能考虑到教学的基本要求,并兼顾新技术的发展。”历年竞赛题目主要分为:(1)无线收/发信机;(2)数据采集、测量、传输与控制系统;(3)高、低频信号源;(4)交、直流放大器。细化到实际课程中,则涵盖模拟电子电路、数字电子电路、高频电路、传感器技术及应用、微机原理、单片机接口技术、PLD可编程技术、自动控制原理等多门课程[5-7]131-148,415-420,130-132。根据大学生电子设计竞赛的题型和内容倾向,针对需要掌握的基本知识、技术及技能,结合电子信息类应用型人才培养方案要求,开展层次化训练。
3.1分项训练对于具备一定设计制作基础的学生,根据模拟电路、数字电路和单片机电路模块分别进行分项专题训练。模拟电路部分主要训练项目为:音频功放(包括音调、功率放大)、电源(稳压、稳流)、程控放大器;数字电路部分包括:常规器件实现数字钟、方波的展宽与变窄、常规器件实现的频率计;单片机电路部分包括:单片机配合A/D转换器实现数字电压表、单片机与D/A转换器实现的波形发生器、单片机对电机的控制。
3.2综合训练融合基础层次的多个模块给出设计题目和参数要求,启发性地讲解设计要点,使学生建立起系统的概念并自主设计、制作作品。
3.3跨学科集成训练集中进行涉及自动化、机械、光学等多方面、跨学科的综合训练,包括:直流稳压源、信号发生器、无线收/发信机、信号检测与控制系统、数据采集与控制等。指导教师给出参数要求和大致参考方案,具体的设计和实施则通过学生查阅资料、教师答疑和学生自己的实践来完成[8]154-156。
3.4赛前冲刺在开赛前期,参照电子设计竞赛模式,采用模拟试题,要求学生以2-3人组队的形式,在设定的时间限度内完成资料查阅、方案选择、电路制作、程序调试、问题排查、论文写作等一系列工作,体验竞赛氛围和工作模式。同时,邀请有丰富竞赛经验的指导教师或企业工程师开设专题讲座,讲评电子制作作品,补充竞赛方法和技巧,开拓学生的知识结构,使学生的实战能力得到快速提高[9]120-123。为了能更真实地反映出学生电子设计制作的实际水平,当前在区级赛和部级赛中,逐渐加设了全封闭式的制作类专项竞赛。由组委会提供仪器设备、电路元件、万能板等硬件设备,各参赛队只能携带参考书籍和未写入程序的单片机小系统板入场。参赛队员需自行查阅资料、设计电路方案、列出元件清单并领用元件、在万能板上布设元件、焊接电路、调试并测量数据。针对这一竞赛形式,反馈到赛前培训中,则更需要加强对学生基础知识、独立工作能力和拼搏精神的培养和锻炼。
4开展校级竞赛,提供练兵舞台
学科竞赛是考查学生基本理论知识和提高解决实际问题能力的重要途径,同时也是培养学生实战经验和良好心理素质,从而在电子设计竞赛中获取佳绩的重要保障。参照电子竞赛的题型设置和考核方式,结合学校电子信息类专业培养目标,定期举办多项校级竞赛。竞赛依托丰富的校企合作资源,多采用企业提供竞赛经费或器件设备的形式,在题目中引入企业生产的实际问题,使竞赛来源于实践、服务于实践。“TI杯”模拟电子设计赛、“柯蓝杯”电子设计竞赛、ARM嵌入式系统设计竞赛等各类赛事为学生提供了真刀真枪比能力的练兵平台,同时极大地丰富了校园科技文化的内容,营造出浓厚的创新实践学习氛围。在竞赛种类的安排上,贯彻“高低年级并行、基础与提高并重”的方针,注意涵盖各年级学生的需求。针对低年级学生,定期举办实验仪器操作技能大赛,鼓励学生熟练掌握仪器设备使用、数据读取及常见故障处理技能,为之后的电子设计制作训练奠定坚实的基础。
赛事概况
全国大学生机器人电视大赛，也称“CCTV全国大学生机器人电视大赛”，是在“亚洲太平洋地区广播电视联盟”倡导下，由中央电视台主办，科技部高新技术发展及产业司、国家“十五”863计划机器人主题、中国自动化学会机器人竞赛工作委员会协办的全国大学生科技活动。自2002年创办以来，即是以“亚太大学生机器人大赛国内选拔赛”的形式出现的，其实也可称为“亚广大学生机器人大赛”的预选赛。
“亚广大学生机器人大赛”的前身是日本广播协会的机器人比赛，该项赛事从1988年开始，于1989年成为日本NHK每年的赛事，命名为“全日本机器人大赛”。1990年第一次邀请除日本之外的国外代表队参赛，成为一项国际性比赛。该活动的宗旨是致力于培养各国青少年对于开发、研制高科技的兴趣与爱好，提高各参与国的科技水平，为机器人工业的发展发掘培养后备人才。它需要学生综合应用本科所学的机械制图、数电模电、单片机、传感技术、自动控制、图像处理、计算机编程语言、电机拖动等多门学科的知识。通过机器人平台，可使学生对机电一体化系统有完整的系统认识，增强学生综合应用所学理论知识，理论联系实际的能力，培养学生的创新思维能力和创新能力。
该项赛事自举办以来，竞技水平和比赛规模逐年提升，每年吸引来自清华大学、中国科学技术大学、哈尔滨工业大学、西安交通大学等全国各地约40所高校1000余名师生组队参赛。此项比赛虽然历届规模不大、人数较少，但参与高校都是技术力量最强的工程类高校。由于都是大学之间高新技术的激烈碰撞，吸引了许多师生和社会的关注。
2013年6月26日至28日，2013年亚太大学生机器人大赛国内选拔活动在国防科学技术大学举行。本届大赛有来自16个省的包括哈尔滨工业大学、电子科技大学、西安交通大学、国防科技大学等27所国内知名高校代表，共28支队伍参加同场竞技。经过激烈角逐，电子科技大学机器人队以7场全胜的绝对优势夺冠。
目前，2014年亚太大学生机器人大赛国内选拔赛计划在2014年5月举办，现各校正在招募组队中。参赛学生一般为大二、大三年级的本科生，专业不限。但是，由于每次比赛主题不同，各项比赛内容和规则也各不相同。此次大赛把“舐犊情深”确定为比赛主题，以表彰父母辈的巨大贡献。其中，每支参赛队由同一所大学或学院的3名学生和1名指导教师组成，只允许3名学生进入比赛场地。每支参赛队伍必须自行设计和制作2台机器人，1台为自动机器人（机器儿童），1台为手动机器人（机器妈妈）参赛。每场比赛时间为3分钟；两支参赛队伍最先完成规定游戏即为获胜。
大赛影响
多年来，国内选拔赛始终以“让思维活跃起来，让智慧沸腾起来”为宗旨，为优秀人才的脱颖而出提供优越的实践平台，大力促进高等学校素质教育，培养大学生对于开发、研制高科技的兴趣，提高学生创新能力，为机器人工业的发展发掘培养后备人才。近年来，国内各高校机器人研制的技术水平不断提高，代表中国出战的队伍在国际赛事上曾取得4连冠，国内赛场上的竞争激烈程度甚至高于国际赛场。
全国大学生机器人电视大赛，为我国大学生提供了一次探索科技、创新思维与实际行动结合的机会，激发了广大青少年对高科技的兴趣与爱好，提升了师生的科技创新意识和积极性，大大活跃了校园科技活动，为培养未来科技人才提供了大舞台。中央电视台将一年一度举行的“全国大学生机器人电视大赛”着力打造成青年知名品牌节目，使其产生深远的社会效应，成为深化“科技兴国”战略方针的一个有效举措。
关键词：科技竞赛；测评；管理系统
中图分类号：TP315 文献标识码：A 文章编号：2095-2163（2015）05-
Design and Implementation of College Students' Scientific and Technological
Competition Evaluation System Based on Web
JI He， LIU Xiaoguang， LI Yuejun
（College of Optical and Electronical Information Changchun University of Science and Technology，
Changchun， 130012）
Abstract：With the development of college students' scientific and technological competition scale and level， its organization and management standardization and the network is the inevitable trend. This paper introduces the evaluation management system that the whole process of competition organization will be managed by computer， through the Internet video broadcast and real-time release test results， and with functions of video on demand， query， complaint review， etc. This system will improve the college student competition activity evaluation and modernization level of organization and management means， to further improve the influence of the events， to improve students' interest in competition activities play a positive role.
Keywords：S&T competition； Evaluation； MIS
1 基于Web的大学生科技竞赛测评系统的应用
大学生各类科技竞赛活动如全国大学生电子设计竞赛、光电设计竞赛等是深受大学生欢迎的实践性活动。随着这类赛事规模的提档升级和层次的纵深发展，其组织管理的规范化和网络化即已成为潮流中的必然趋势[1]。目前国内尚无基于Web的大学生设计竞赛测评与管理系统。而在竞技体育方面虽有相应的测评与管理系统，但其测评、管理机制等却与前者有所不同，同时也不需要提供基于Web的视频直播和信息。
本次研究的设计目的是将竞赛组织的全过程纳入计算机管理，并通过互联网直播和测评结果的实时，集成实现了竞赛组织管理、实时信息和视频服务等一系列功能，从而为竞赛提供一个赛事活动测评和管理的规范化、网络化管理平台，由此保证和促进相应活动的广泛、深入、健康地开展。
系统的主要应用包括：
（1）系统组织管理。竞赛组织管理网络化，包括竞赛活动宣传、简洁报名方式、系统和针对性的培训、资源上传与下载、学习交流、竞赛信息和测评结果准确及时等管理功能[2]。竞赛测评和管理的网络化在竞赛活动高效组织管理的同时，使竞赛活动影响力和学生积极性都得到大幅度提高。
（2）系统测评管理。竞赛活动测评是一项关键、且繁难的核心工作，在传统人工管理情况下，要保证评测工作的公正、规范、透明和实时性都是比较难的。而作为本文成果的网络化的测评管理系统则在系统题目的同时即会测评标准，包括对每个竞赛题目各设计和实现部分的评分细则，特别地还会在竞赛制作阶段完成前征集参赛人员意见形成最后的测评标准。测评过程全部摄录，并且提供直播及日后的投诉复核服务等，保证了竞赛测评工作的实时、透明和规范化。
（3）实时直播。科技竞赛活动测评过程的视频服务是目前竞赛组织的一个空白[3]。基于技术实现难度和成本支付的考虑，系统实现了在校园网内基于多播技术的视频直播服务，除此之外还推出了对于一般校内竞赛以及省市竞赛在测评院校范围内、特别是对于参加测评的学生和测评管理人员来说高度重要的实时信息服务。对于广域网而言，系统还提供了基于Internet的文字直播、视频点播和下载服务。
2 系统设计
2.1 系统设计目标
系统设计目标是将竞赛组织的全过程纳入计算机管理，并特色提供互联网视频服务和实时测评结果。系统用户主要分为游客、参赛者、测评人员和管理员人员四类，具有不同的权限。系统流程设计则按用户使用需求进一步划分为竞赛组织管理、竞赛测评管理、视频服务管理、交流与培训管理和用户管理等五个子模块。
2.2 系统硬件架构
系统采用B/S结构。系统核心服务器由Web服务器、数据库服务器、WMS流媒体服务器、直播编码机组成。其中，WMS服务器（SGI Origin3x00系列）提供流媒体数据的，满足视频直播、录像点播等服务[4]；Web服务器负责用户接入；直播编码工作站采集AV信号，实时压缩成MPEG4数据流，到WMS服务器满足直播需求[5]。
服务器操作系统采用Windows Server 2008，IIS 7.0。Web采用SQL Server 2012+ MVC构建。
2.3软件架构
参照MVC模式，系统软件架构可分为三层。应用可以基于.NET平台快速便捷地部署三层架构。.NET中可以简捷实现组件的装配，后台代码通过命名控件可以独立使用自己定义的组件。显示层设定在ASPX页面中，数据库操作和逻辑层用组件来实现，这样就不仅可行、而且可靠地实现了三层架构。三层架构的分层式实现确保了“高内聚、低耦合”[5]。
负责直接与用户交互Web表示层，可达到统一接口，将用户交互与逻辑层衔接。经逻辑层统一处理后向下层传递。数据访问层，实现对数据库的操作。系统软件架构如图1所示。
3 系统实现
本应用软件系统由五大模块组成（见图2），具体描述如下：
（1）竞赛组织管理模块。包括竞赛组织单位官方文件管理、报名及资格审核、竞赛项目、竞赛成绩公告及投诉处理等功能。
（2）竞赛测评管理模块。包括测评规则、测评标准及测试项目评分细则管理、现场评测计分管理和现场成绩实时等功能。这个测试成绩仅为参考性的，并按测评分数依序。系统综合技术报告和测试成绩需经组委会统一确定后形成最终成绩予以公示。
（3）视频服务管理模块。本系统用户为校内竞赛和省级竞赛。前者基于校园网，后者要实现在Internet直播。综合考虑，本系统设计实现局域网视频直播，在Internet实现文字直播。实际上，具体到应用过程中，流媒体服务器通过RTSP/HTTP协议实现会话的建立和管理，通过RTP/RTCP协议实现媒体数据的传输和服务质量的管理。视频参数设置包括校园网视频直播涉及的路由器参数、多播组参数的管理、视频直播和点播管理等。
（4）交流与培训管理模块。包括和竞赛有关的技术资源的上传、下载管理、网上培训和论坛管理等功能。
（5）用户管理模块。包括注册与注销管理、用户信息管理、用户登录管理和权限分配等功能。
4 结束语
本文介绍的评测管理系统充分完善地实现了设计功能和指标，并在校级竞赛管理中获得良好实际应用效果。评测系统为大学生各类科技竞赛活动提供了一个赛事活动测评和管理的规范化、网络化管理平台，使竞赛的测评更加透明、公正、规范，对促进相应活动的广泛、深入、健康地开展具有积极、重要的作用。
参考文献：
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通过此项目竞赛，检验参赛选手对电子产品在规定设计方案(规定原理图与结构要求)下的工艺实现能力，包括对电子元器件的检测方法和常用电子产品制作工具的应用、电子产品加工方法和工艺的操作、电子仪器仪表的使用、现场问题的分析与处理、团队协作和创新能力等，引导中职学校重视电子行业职业工人基本职业能力的培养，指导和推动电子类专业开展教学改革，加快电子产品设计与制造实用技能型人才的培养。
二、竞赛项目：
1、七管收音机的装配和调试。(150分钟)
⑴元件选择。根据大赛组委会给定的七管收音机原理图和元件包，在给定的元件包中选出需要的电子元、器件及功能部件(所给元件包内元器件数量为实际用件数量的130%);在确定有不合格元件且没有焊接的情况下，可以提交现场裁判确认该元件不合格后予以更换，如属选手误判，予以扣分。
⑵装配与调试。根据赛场提供七管收音机原理图、安装图和零部件组装成整机成品，并独立完成整机的统调、检修。
2、原理图与pcb板图的设计(120分钟);
根据大赛组委会提供的特定纸质电路原理图，在protel99se或proteldxpxx软件环境中自行绘制原理图和pcb板图。
三、竞赛规程：
采取现场竞赛的方式，总竞赛时间为4.5小时。
每个参赛队按照竞赛题目要求，完成安装、调试和维护等任务，根据任务完成质量、完成时间及文明生产情况(工作态度、安全意识、职业规范、环境保护、成本控制等)评定竞赛成绩。
赛前公布设备型号、规格、技术参数、操作指南以及刀具、工具、量具、材料等详细清单。
五、选手自备工具
电烙铁、尖嘴钳、斜口钳、吸锡器、镊子、一字螺丝刀、十字螺丝刀、万用表(禁用数字型万用表)等。
五、评分细则
1、评分标准及分值。
根据在规定的时间内，选手完成工作任务的情况，参照信息产业部电子行业无线电调试高级工的国家职业标准进行评分
⑴七管收音机的装配和调试(80分);
①元件选择(10分);
按元器件的筛选、测试正确率评分。准确清点和检查全套装配材料数量和质量，进行元器件的识别与检测，筛选确定元器件。
②电路板焊接(20分);
根据焊接工艺质量评分。要求电子产品的焊接大小适中，无漏、假、虚、连焊，焊点光滑、圆润、干净、无毛刺;引脚加工尺寸及成形符合工艺要求;导线长度、剥头长度符合工艺要求，芯线完好，捻头镀锡。
③产品装配(20分);
根据装配工艺质量评分。要求印制板插件位置正确，元器件极性正确，元器件、导线安装及字标方向均应符合工艺要求;插件、紧固件安装可靠牢固，印刷板安装对位;无烫伤和划伤处，整机清洁无污物。
④产品调试(30分);
1、各级静态工作点及整机电流调试。
2、整机统调，调试根据测试、调试情况评分。
⑵原理图与pcb板图的设计(20分);
根据原理图、pcb板图的绘制情况，元件编辑、布局、布线等评分。
(1)根据给出的书面电路图绘制原理图和制作pcb板，pcb板原则上统一为单面设计，不排除双面板设计方案。
(2)将绘制好的原理图和pcb板图电子资料保存在一个文件夹中，注明选手姓名，竞赛号码，保存在桌面上，有裁判员统一拷出。
《1》
2、违规扣分。
选手有下列情形，需从参赛成绩中扣分：
⑴违反比赛规定,提前进行操作的,由现场评委负责记录,扣5—10分;
⑵选手应在规定时间内完成比赛内容。在赛程中，均有评委记录每位参赛选手违规操作，依据情节扣5—10分;
