機器人工程復合型人才培養模式的探討

羅斐?雷先華?朱勝初?易苗苗

摘 要：在大力發展智能制造的背景下，為迎接未來機器人行業的機遇與挑戰。機器人工程作為核心專業，如何培養符合企業需求的高素質專業性人才，如何提高學生對機器人工程的探索與研究的興趣，進而使研究者對機器人工程的學習作為終身學習的一個課題。本文主要探討機器人工程專業才培養方案、優化教師團隊以及課程體系改良、產教互助三個方面，為高校培養機器人工程復合型人才提供依據。

關鍵詞：機器人工程 復合型人才 培養模式 產教互助

Discussion on the cultivation mode of compound talents in robot engineering

Luo Fei Lei Xianhua Zhu Shengchu Yi Miaomiao

Abstract：In the context of vigorously developing intelligent manufacturing， in order to meet the future opportunities and challenges of the robot industry. As the core major of robot engineering， how to cultivate high-quality professional talents in line with the needs of enterprises， how to improve students' interest in the exploration and research of robot engineering， so as to make the study of robot engineering as a lifelong learning topic for researchers.This paper mainly discusses three aspects： the training scheme of robot engineering major， the optimization of teacher team， the improvement of course system， and the mutual assistance between production and education， so as to provide a basis for the cultivation of complex robot engineering talents in universities.

Key words：Robot engineering， Compound talents， Training mode， Support production and education

1 前言

根據國務院印發的《中國制造2025》中提到在國民經濟中制造業占據重要地位，智能制造的戰略計劃在國家的發展戰略里也是至關重要的[1-3]。政府部門對相關智能化的制造業相當重視，但是在前途光明的智能化制造產業中，行業發展速度相對較慢，國內的教育起步時間晚于國外，例如國外在時間線上：MIT Computer Science & Artificial Intelligence Lab （CSAIL），麻省理工學院人工智能實驗室創辦于1959年，和創建于1963年的計算機實驗室在2003年正式合并。Robotics Academy，美國卡耐基梅隆大學是世界上第一所專門開設機器人系的大學，機器人學院隸屬于卡耐基梅隆大學，前身是成立于1979年的機器人研究所。研究方向：自動駕駛、月球探測步行機器人等方面。國內在時間線上：2016年，東南大學成立機器人工程專業;清華大學人工智能研究院成立于2018年6月28日，主要研究方向有人工智能理論基礎、腦科學啟發人工智能理論、統計學交叉人工智能理論、人工智能創新應用等。南京大學LAMDA 實驗室在2019年7月25日成立，主要的研究方向有集成學習、人臉識別、降維與特征選擇等;由于國內行業專業人才需求量大，但專業人才較少，在保證質量的情況下如何做到增加專業人才的數量，需要分析當前行業形勢以及企業需求，以機器人行業和市場的需要為導向，進而完善人才培養方案;同時優化教師團隊以及課程體系完善，是為了更好的使理論教學和實踐教學相結合，在實踐中更好的理解理論課程的意義，實現課程質量的高效化，激發學生學習的興趣;產教互助是進一步幫助以培養出高素質復合型人才為目標的實現，學校可以更好的了解什么樣的人才更適合企業，企業可以減少人才培養周期等。

2 完善人才培養方案

由于機器人工程在國內的發展時間較短，國內最早是在2016年東南大學成立機器人工程專業，隨后各大雙一流大學相繼開設。但是在互聯網快速發展的時代，機器人產業的迭代更新速度太快，導致很多大學對于機器人工程專業的定義也存在一定的模糊。廣義上，機器人工程主要涵蓋的學科有機械、電子、計算機、自動控制等，由此可見機器人工程是多學科交叉的專業，設置的知識面廣而深。就目前的情況而言，部分高校對于人才培養的方案也只是各個專業課程都有涉及但是探究的深度不夠。例如，以某高校為例，機器人工程專業隸屬于機電學院，主要以通識課程、專業課程、專業選修課、課程實踐這四個模塊為主[4]。通識課程與專業課程的安排各高校大致相同。在理論上，為了使機器人能夠流暢的運動，還增加了相關的專業選修課如：機器人感知技術、機器人運動控制、模式識別與機器學習、機器人操作系統ROS原理與應用等;為了更好的將理論聯系實際，把理論課程所學知識運用于實際生活中。在課程實踐課中，不僅有機械零件測繪、機械設計基礎課程設計等，還有競賽機器人綜合實訓、工業機器人技術綜合實訓、社會實踐等課外實踐來夯實學生對理論知識的理解以及增強學生的動手能力。此方案的目的是為了把當代大學生培養成一個具有愛國主義精神、有良好道德、有高尚的情操、視野寬闊，基礎理論實、專業技術精、實踐能力強的高素質專業的復合型人才人才。

3 優化教師團隊以及課程體系

由于機器人工程專業是一個新興專業，對于教師的分配和課程的設置還是處于一個摸石頭過河的狀態。目前的教師團隊組成現態是由機械工程學院、電氣學院、計算機學院、自動控學院等學院的老師進行跨學院授課，每個專業課程都是有深度教學但是課程之間的關系并不能很好的銜接。“雙導師模塊制”可以有效的解決這一難題。

“雙導師模塊制”是由學院教師進行理論課程教學，企業的高級工程師進行實踐課程教學，且每一位教師配備一位助教，助教輔助教師完成課堂上的教學任務。這樣可以在教學過程中，讓學生切身的體會這個行業目前的發展態勢和前景，知到自己今后應該成為一個什么樣的人，往哪一方面發展[5-6]。同時，也可以切實將企業對人才的要求與學院的人才培養方案相結合，實現學院與企業合作共贏。在教學過程中，以項目為導向，將課程模塊化，學生對課程愛好作為驅動，堅持重理論、強實踐、有創新。以六自由度機器人流水線搬運作業為例[7]，課程的項目、授課知識點和范圍以及授課的時間分配、該項目設立的目的等由教師與企業工程師共同探討，教師將項目公布后，由教師教授機器人機械設計、編程、自動控制等理論知識，再由企業工程師在實踐課程中將零散的知識點串聯起來，協助學生完成機器人運動和工作，實現模塊課程的目標，最后，助教在課前幫助教師完成設備的測試，課后任務的總結以及與實驗室值班老師的聯系等。課后，以任務為驅動，可讓學生自主發揮完成不同的任務，實現學生創新力的提高。將教學分模塊，以項目為導向，理論與實踐共同進行，有助于更好的實現教學任務。

同時，機器人工程的是多學科交叉且社會急需的產物，為了學好機器人工程專業，在部分高校的課程設置中，理論課程遠遠多余實踐課程處于一種“重理論輕實踐”的狀態，例如，18周的學期里，可能實踐課只占1/9，理論課與實踐課的比例失調，甚至可能還會存在理論與實踐不銜接的情況，那么學生將不能很好的把所學知識運用到解決實際問題的操作中。這會在一定程度上打擊學生自主學習該專業的學習積極性。上述的“雙導師模塊制”將這一系列問題得到優化的解決[5]。

授課的方式也不拘泥于僅僅只在教室，教室上課學生聽課，理論課程可以在線下教室中進行，也可以在線上各大學習的用戶平臺進行，在疫情期間，幫助教學的APP迅猛發展，雨課堂、騰訊會議、釘釘、仿真虛擬實驗室等等，可以實現教師與學生實時溝通，教師還可以監管學生項目的完成進度，客觀發現學生在實際操作過程中所涉及的問題，匯總這些問題對癥下藥，有效的解決學生難點。

4 產教互助

企業和學校之間應該建立好“互助共贏”的合作關系。企業對于傳統制造業的人才培養，一般是從學校畢業后，企業對學生進行一段時間的培訓，在經過長時間的經驗積累才能達到企業要求。長時間的經驗積累是必不可少的，但是校企合作卻可以減少企業對學生的培訓周期，節約的人力物力財力的使用。

在校企合作中，學校可以源源不斷地向合作企業輸送優質的學生參加企業工作，因為學生的學習全過程企業都有參與，不僅企業對學生實際情況有一定的了解，學生也對企業的發展前景有了一定的了解，所聘請的在校學生不僅在課堂上充分的了解的所在企業的企業文化，而且可以切實解決企業存在的相關問題。企業可向學校定向投資，在基礎設施建設方面或者學院與企業合資建造學生的實訓基地和實驗室，讓教師和學生可以擁有先進設備，更好的完成教學任務，在實踐課程中還可以解決企業在發展中遇到的瓶頸。

再者，企業與學院學生可以共同參加由政府和各大企業聯合舉辦的各大機器人智能制造等方面的相關競賽。讓學生可以感受到整個機器人從設計到開發，從集成到組裝等實現機器人運動的一系列流程中，知道作為機器人工程師需要做什么方面的知識儲備、實踐應用以及管理才能，更加明確自己的發展目標。

5 總結

機器人工程是制造業的一個分支，但是在制造業中占據重要地位，我國想走在AI智能技術的前端，因此也在不斷調整自己的戰略布局，為了用好的方法實現復合型人才培養的目標。本文將通過完善人才培養方案、優化教師團隊以及課程體系改良、產教互助三個方面的改良來實現目標，同時也闡述如何培養一個富有責任心、德智體美勞全面發展;掌握通識和專業的基礎知識、在機器人工程領域具有解決工程問題的能力和創新精神;能從事機器人系統設計與開發、制造、技術集成、系統安裝、運行維護和技術管理等方面工作的高素質復合型人才。

基金項目：

湖南省教育廳科學研究重點項目：《液壓挖掘機功率匹配節能控制技術研究與探索》，項目編號19A151

湖南省教改項目：地方普通型本科院校汽車專業應用型人才培養研究（HNJG-2020-1249）。

參考文獻：

[1]國務院關于印發《中國制造2025》的通知.2015年5月8日.

[2]國務院關于印發《新一代人工智能發展規劃的通知》.2017年7月8日.

[3]趙華君.地方高校機器人工程專業新工科人才培養研究.西南師范大學學報（自然科學版）.2020年6月第 45 卷 第 6 期.

[4]胡而已.機器人工程新工科專業人才培養模式淺析.教育教學論壇.2019年8月第32期.

[5]李媛媛.互聯網 + 背景下機器人工程專業建設研究與實踐 *.中國教育技術裝備.2002年7月.第14期.

[6]張海濤.應用型本科院校機器人工程新工科專業建設歷程與實踐.教育觀察.2020年12月.第9卷第46期.

[7]魯欣.智能制造背景下的課程教學改革與探索——以機器人工程專業為例.科教論壇.科技風2021年1月.

作者簡介

羅斐：（1973—），男，碩士研究生，副教授，主要從事機械設計開發與加工制造方面的教學與研究工作。