應用型本科機器人專業教育思考

劉娣　陳桂　劉坤

摘 要：針對機器人行業的發展及人才需求，分析了目前國內機器人教育的現狀，不同于研究生階段和高職院校的機器人教育，應用型本科階段的機器人教育更重視提升學生的專業綜合素質。分別從理論教學、實踐教學、師資提升三個方面對應用型本科院校機器人專業教育方法提出了優化措施，通過完善教學體系、改進教學方法有效提高了學生的學習主動性和積極性，為培養高層次機器人專業技術人才提供參考。

關鍵詞：應用型本科 機器人教學 課程建設 教學改革

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）08（a）-0221-02

Abstract：According to the development and talent demand of robot industry， the current situation of domestic robot education is discussed. Different from the robot education in graduate level and high vocational school， the robot education in application-oriented institutes should pay more attention to improve students professional comprehensive quality. The optimization scheme of robot major talent training of application-oriented institutes is discussed from theory teaching， practice teaching and to enhancing the quality of teachers. Through consummating the teaching system and innovating the teaching methods can effectively enhance the students initiative and enthusiasm. The proposed scheme provides reference for training high level professional and technical talents of robot major.

Key Words：Application-oriented； Robot teaching； Course construction； Teaching revolution

機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術于一體的重要自動化裝備[1]，機器人可分為工業機器人和服務機器人兩大類，其在工業、農業、服務業、醫學、建筑、國防等領域中均有重要用途，是一個國家工業自動化水平的重要標志。近五年來，全球工業機器人銷量年均增速超過17%，全球制造業機器人密度（每萬名工人使用工業機器人數量）平均值也逐年增長，其中工業發達國家機器人密度普遍超過200。隨著勞動力成本的快速上升，中國的工業機器人及工業機器人自動化生產線相關產品快速發展，目前已是全球增長最快的機器人市場[2]。

目前機器人發展瓶頸已不是產能，而是各類機器人專業技術人才的短缺，無論是機器人技術人員的數量還是質量，企業的需求都在逐年遞增，在未來幾年內還將出現爆發式增長需求。因此，在大力發展高端制造技術和機器人產業的同時，如何完善人才培養模式、優化人才培養方案，有效提升技術人員隊伍素質和技能水平是促進機器人產業健康持續發展的重中之重。

1 機器人行業人才需求及教育現狀

1.1 機器人行業人才需求

2015年5月8日國務院發布了《中國制造2025》，其中將機器人列為十大重點發展領域之一，若要實現智能制造2025，造出高性能的機器人只是許多困難中的一小部分，數據顯示，機器人硬件銷售只占整個機器人市場的1/3，如2012年全球工業機器人市場高達260億美元，而機器人硬件銷售只占87億美元，不到1/3，剩下的2/3市場即是以機器人為主體的系統集成。因此，機器人行業的人才需求不僅僅是簡單的操作維護，也不是僅局限在制造高性能機器人，而是要求相關技術人才能從事機器人系統設計與開發、技術集成、系統安裝、運行、維護和技術管理等方面工作，具備較高的提出問題、分析問題、解決問題的能力，而這類人才也是國內目前最為缺少、更迫切需求的高層次技術人才[2]。

1.2 國內機器人教育現狀

機器人產業的迅速發展促使各國都將機器人專業人才的培養放在重要位置，我國的機器人技術發展較晚，相比發達國家，機器人教育體系也不夠完善，相關高校也對機器人教育教學提出了改革措施[3-4]，我國目前的機器人教育主要可分為三個層面：一是綜合型重點高校培養的研究型人才，如清華大學、哈爾濱工業大學、東南大學、南京航空航天大學、南京理工大學等綜合性大學，相關機器人課程主要是在研究生教育階段開設，這類人才畢業后主要從事機器人行業相關的研發工作；二是高職或中職院校培養的工業機器人簡單操作和維護人才，主要開設相關的機器人操作及實訓課程，較少涉及理論層面的基礎知識，學生難以真正理解其工作原理，這就使得學生在從事機器人行業相關工作時解決問題的能力較差，學習的可持續性較差，難以成為高質量的專業技術人才；三是應用型本科院校培養的高層次機器人專業技術應用型人才，與綜合型大學與中高職院校不同，應用型本科院校培養機器人人才更重視提升學生的專業綜合素質，不僅要具備扎實的理論基礎，還要具備系統設計開發、技術集成、生產線安裝調試等解決實際工程問題的能力，具備可持續的學習能力，這也是目前國內外企業對機器人人才的迫切要求。endprint

2 應用型本科機器人課程建設思考

2.1 理論課程教學思考

機器人是涉及多門學科知識的綜合性學科，除了自動化專業傳統課程外，還包括機器人控制、機器人傳感器與檢測技術、機器人機械基礎、機器人視覺等核心專業課程，這些課程涵蓋了從機器人本體結構到運動控制的各方面。從學生畢業后的可持續性學習能力方面來考慮，本科階段的理論教學內容要有一定的廣度和深度，但同時也要考慮學生的學習能力和學習積極性，如工業機器人控制這門課程中，運動學和動力學涉及到大量的公式，這里不能一味強調復雜的公式推導，不要求學生記住公式本身，而是要講解清楚公式的含義，要求學生能理解并會應用。一些課程要時常關注行業動態，如機器人傳感器課程、機器人視覺課程等，不僅要能向學生傳遞基礎理論知識，還能引導學生時刻關注前沿知識，增強學生的學習能力。

除了教學內容，在教學方法上也要做相應的改進，學生對工業機器人的認識如果僅停留在書本上的認知，則會出現事倍功半的情況，如機器人各個關節的控制方法、傳感器的工作原理等，書本上的理論知識難以讓學生有直觀的認識，因此，在理論教學過程中可適當增加現場教學環節，理論聯系實際更容易讓學生接受新知識，現場教學過程中的師生互動也有利于教師掌握學生的學習情況，在這一過程中，教師由授課轉變為了引導，學生由被動接受轉變成了主動汲取，更好的調動了學生的學習主動性和積極性。

2.2 創新實踐平臺組成和優化

機器人實踐環節是應用型本科人才培養的另一重要方面[5]，實踐環節著重培養學生的工程實踐創新能力，激發學生的學習主動性，實踐平臺的設置應能滿足寬范圍、多層次的應用需求。目前我院著重打造的機器人專業平臺包括三個方面，分別是機器人基礎實踐教學平臺、機器人綜合實踐與創新平臺、機器人科研平臺。

機器人基礎實踐教學平臺以慧魚創意模型系統為基礎，為學生提供積木式的機器人結構設計和電路設計平臺，是機械、電子和計算機控制相結合的基礎性認知平臺，著重引導學生了解機器人機械結構、機電一體化、計算機程序控制等知識，培養學生創新意識和綜合設計能力。機器人綜合實踐與創新平臺為學生提供機器人綜合設計、結構設計及控制算法設計的平臺，讓學生在教師的指導下完成相關的設計、編程、操作等任務，通過真實的機器人系統集成產品、設備讓學生總體了解工業機器人的應用和系統集成的含義，提升綜合能力。機器人科研平臺包括教師科研平臺和教師指導下的學生創新科研平臺，該平臺一方面為教師開展校企合作和科研課題研究提供了良好條件；另一方面，為學生參加各種機器人大賽提供了支持和保障，即讓部分優秀的學生能在專業知識、工程實踐、創新能力等方面有所突破，進一步提高解決實際問題的能力。

2.3 教師師資提升措施

機器人涉及較多的專業領域，對任課教師相關專業知識的積累有較高的要求，同時機器人技術發展迅速，產品更新周期也越來越短，機器人相關知識也在不斷地完善，機器人本體、應用、系統集成等各方面都處于不斷的變化提升之中，因此，教師應時刻關注行業變化，了解新技術新產品的應用，保持自身能力的不斷提升更新，及時在課堂補充新知識新內容。另一方面，由于機器人系統的復雜性和綜合性，相關實踐環節的開設對教師提出了更高的要求，教師需具備較高的機器人實踐操作能力、故障診斷能力等，必要條件下，教師可參加一些相應的技能培訓或深入機器人企業，提升實踐能力和專業素質。

3 結語

本文對機器人行業的發展、人才需求及教育現狀進行了分析，機器人相關產業的發展急需高層次專業技術型人才，這一層次的技術人才正是應用型本科院校的培養目標。培養高質量的機器人專業技術人才是相關高校所面臨的共同問題，我院將進一步深化機器人專業的教學探索工作，進一步完善工業機器人課程的理論教學內容和實踐創新教學平臺，注重培養學生的工程能力和專業能力，提升學生的綜合素質和可持續學習的能力。

參考文獻

[1] 劉娣，許有熊，朱松青.應用型本科院校機器人課程教學探索[J].中國現代教育裝備，2015（11）：84-86.

[2] 葉仁虎.普通本科院校工業機器人專業發展現狀及前景[J].科技經濟導刊，2016（16）：145-146.

[3] 李紅巖，陳雷.應用型本科院校機器人專業建設及人才培養[J].教育現代化，2015（9）：1-3.

[4] 胡紅生，王娟，孫江，張今朝.機器換人產業背景下的地方高校應用型人才培養模式[J].實驗室研究與探索，2016，

35（3）：186-191.

[5] 印松，唐矯燕.工業機器人綜合訓練平臺[J].實驗室研究與探索，2016，35（2）：55-58.endprint