智能機器人創新型高技能人才培養的問題、對策與探索

余正泓 黎紅源 馮海杰 盧敦陸 周劍 熊友軍 李涌嘉 劉培超

前言

2021年3月12日，教育部印發《職業教育專業目錄（2021年）》，在裝備制造大類自動化類新增智能機器人技術專業（編號460304）。與此同時，新增自動化類高等職業教育本科專業機器人技術（編號260304）。在全力推進國家職業教育改革的關鍵時期，更新目錄這一大刀闊斧的舉措意義重大，不僅表明國家在面向機器人等戰略性新興產業重點領域、破解“卡脖子”關鍵技術方面，將以目錄為引領推進職業教育供給側結構性改革;而且也在面向不同行業的數據驅動、人機協同、跨界融合的智能形態適應當前行業數字化轉型、產業基礎高級化趨勢方面，將以目錄推進專業升級與數字化改造。過去5年，全國共有752所高職院校開設工業機器人技術專業，現在都面臨著向智能化轉型的挑戰，需要從傳統的生產管理，向智能化生產和管理對接升級。逐漸興起的服務機器人和特種機器人產業同樣需要大量的具備人工智能背景知識的優秀技術技能人才來支撐，但目前尚未開始專門培養。因此，針對智能+機器人技術專業，如何開展高技能人才培養;如何對接產業;在專業建設中如何融入創新教育等問題的研究變得愈來愈緊迫和重要。廣東科學技術職業學院（下簡稱“廣科院”）自2014年以來，提前謀劃布局，與深圳越疆、優必選等業內龍頭企業開展深度合作，在工業機器人和服務機器人兩個方向都進行了探索，總結出獨具特色的“雙輪驅動”創新型高技能人才協同育人策略與模式，為粵港澳大灣區機器人產業發展培育了大量能工巧匠，該教學成果和實踐經驗可為其他高職院校提供有益的參考與借鑒。

一、智能機器人產業發展概況和人才需求分析

在人工智能、云計算、大數據等技術的興起下，我國已經成為全球最大的工業機器人消費市場以及世界最大的潛在服務機器人市場，智能機器人產業發展擁有得天獨厚的基礎優勢。然而，由于起步較晚、技術滯后等多重因素，我國智能機器人產業發展與國際領先水平仍然存在較大差距，需奮力追趕。根據前瞻產業研究院發布的《中國工業機器人行業產銷需求預測與轉型升級分析報告》統計數據顯示，全球工業機器人2017年本體市場規模約為140億美元，預計2021年全球工業機器人供應量將突破60萬臺套。智能機器人在非工業領域的市場潛力也在不斷釋放，預計2025年商業、家居和軍事三大領域的市場規模將分別達到170億美元、90億美元和165億美元。尤其值得注意的是，全球智能機器人市場的重心正在從歐美地區轉向亞太地區，預計2021年亞太地區將取代歐洲成為全球最大市場，份額占比將從2015年的19%提升至60%。美、歐、日等發達國家和地區紛紛出臺智能機器人相關戰略規劃，以提升產業國際競爭力為核心目標，從技術研發、產業發展層面提前進行布局。其中，美國試圖借助《機器人路線圖》來建立下一代機器人技術及應用方面的優勢，歐盟推出《SPARC計劃》以確保歐洲機器人在世界范圍的戰略領先地位，日本則在《機器人新戰略》中指出，要成為世界第一的機器人應用國家，而我國也分別于2016年和2019年發布《機器人產業發展規劃》和《國家重點研發計劃“智能機器人”等重點專項2019年度項目申報指南》，力圖提升自主品牌的國際競爭力。可以預見，今后圍繞智能機器人的國際競爭將愈發激烈，我國所要面臨的競爭壓力也將不斷加大。

人工智能和機器人產業的健康發展，離不開大量的人才支撐。由教育部、人社部與工信部發布的《制造業人才發展規劃指南》中預測，到2020年我國機器人相關領域人才缺口將達到300萬，到2025年，缺口將進一步擴大到450萬。筆者將這些產業人才需求按照金字塔形式劃分為數字技能型人才、應用型人才、算法工程師、科研人才四個類別（如圖1所示）。金字塔根基是第一類人才，它代指具有行業通用知識、基礎技能，以崗位就業為出口的數字化技能人才，又叫數字藍領人才，承擔著一線落地的工作，重要性不言而喻;第二類人才是以人工智能和機器人領域綜合知識學習與實踐為主要方式培養的行業應用型人才，負責拓展技術應用邊界，豐富技術應用場景;第三類人才是算法工程師，他們要將前沿技術和理論通過學習和探究，以研發和創新為出口，轉化為千變萬化的行業亟需技術，為行業工程提供充足的燃料;最后一類人才是科研人員，他們進行著科技前沿成果探究與轉化，嗅出未來科技走向。因此，智能機器人行業的健康發展需要不同分工、不同類型的人才來支撐，在產教深度融合的基礎上各司其職，形成完善的人才供應鏈。

二、智能機器人產業高技能人才培養面臨的問題

高等職業教育作為高等教育的一種類型，在國家搭建“縱向貫通、橫向融通”立體化人才培養體系的進程中，肩負著更重要的歷史使命和任務，重心在應用型和高級技能型兩類人才的培養，使其具備適應某一行業的綜合職業能力。筆者認為針對智能機器人產業開展人才培養當前面臨四大關鍵問題。

一是智能機器人概念泛化帶來的行業對接問題。智能機器人顧名思義來源于人工智能技術與機器人技術的疊加效應。換句話說，智能機器人指的是相對于只具有一般編程能力和操作功能的傳統機器人，在傳感器和智能算法的幫助下可以進行人機交互、自主決策的機器人。因此，工業機器人的智能化升級、各行業非結構化應用環境下的服務機器人和特種機器人都可以納入到智能機器人范疇。同時，我們注意到，從行走機構來分，機器人包含輪式、足式、履帶式等機器人;從活動場景來分，包含無人車、無人船、無人機、無人潛航器等;從特定應用范圍來分，包含有導覽機器人、協作機器人、手術機器人、助殘機器人等。顯然，智能機器人產業鏈枝繁葉茂，從上游到下游有數不清的行業可以對接。如何結合區域經濟特點和院校專業特色特長，尋找當地已有產業、行業和企業進行對接，培養產業需要的人才是各院校首要思考問題。

二是機器人+人工智能系統的綜合性帶來職業能力定位的問題。行業確定之后緊接著就面臨職業能力定位的問題。由于智能機器人系統是一個多學科交叉、多技術融合的復雜系統;在邏輯推理、自主學習技術方面，包含類腦系統、機器學習算法等;在環境感知與交互技術方面，包含SLAM、目標檢測與識別、目標跟蹤等;在運行控制技術方案，涉及步態/姿態控制、路徑規劃等;在體系結構設計與優化方面，涵蓋材料工藝、模塊化設計、仿真系統等。一個典型的機器人系統構架，包括硬件層、驅動層、控制層和應用層。不同的技術分別嵌入到系統構架的不同層發揮其作用。學生的綜合職業能力如何確定？專業能力、個人能力、社會能力在區域行業內如何定位？這些都是值得思考的問題。

三是技術革新產業變幻帶來創新思維如何注入人才培養全過程的問題。在大數據、互聯網高速發展的現在，機器人產業的革新日新月異。一個產業消亡，另一產業興起，瞬息萬變。在一臺工業機器人本體上安裝電子皮膚，人機協作的邊界就能擴大;在移動機器人上配置LED顯示屏就能變成文娛業新寵;協作機器人與移動機器人結合加上視覺就能搖身變為農業智能采摘能手;協作機器人放在餐飲業就能取代咖啡師。因此，學生創新思維的培養無論是為適應外在環境還是為激發內生動力都顯得十分必要。如何將創新意識體現在專業學習全過程？如何將創新思維注入課堂教學全流程？如何將創新能力通過教學實踐載體得到充分鍛煉？這都是教育實施者所面臨的問題。

四是新興專業帶來專業師資、個性化教學資源、評價體系普遍缺乏的問題。在產業人才亟需、專業能力起點不低、個性化要求高的現狀下，智能機器人技術專業人才培養所需的師資、教學資源以及評價體系都有待完善。需要企業和學校進行深度產教融合，同時也需要政府在政策上的大力支持。2019年已試行的1+X職業技能等級證書制度、國家產教融合型企業認定制度等等系列制度的實施，已為產業人才培養提供了一定保障。目前累計已有工業機器人相關1+X證書標準6個，服務機器人2個，協作機器人1個，特種機器人1個，針對智能+機器人的證書或標準遠遠不足。下一步需要在標準制定、師資團隊培養、教學資源建設等方面下功夫，著力解決教學過程與生產過程對接、課程內容與職業標準對接等問題。

三、廣科院機器人學院的探索、對策與實踐

廣科院是廣東省在校生規模最大的省屬高職院校，在校生25000余名，校園面積2012畝，擁有廣州、珠海兩個校區。2020年廣東省“創新強校工程”考核排名第三，2019年被教育部確定為“雙高計劃”高水平專業群建設單位。2018年廣科院在原機械與電子工程學院學院基礎上，秉承“以群建院”理念，成立了“機器人學院”，組建了以“工業機器人技術”為龍頭，“機電一體化、數控技術、應用電子技術、現代通信技術”為支撐的高水平專業群，2020年12月認定為廣東省高水平專業群，2021年新增“智能機器人技術”專業。機器人學院師資力量雄厚，現有教職員工90人，其中正高5人、副高32人、博士16人、80%以上碩士學歷，38人具有海（境）外研學經歷，有來自德國、美國、新西蘭等留學歸國人才7人;從2014年創辦智能機器人競賽小組至今，機器人學院師生團隊積極與深圳市優必選、越疆科技等業內龍頭企業深度合作，探索了“練好內功、借助外力、雙輪驅動、整體提升”的校企協同育人對策與模式。（如圖2所示）

1.“練好內功”

（1）“標準”——制訂標準、國際融通，更新迭代人才培養規格。通過制定國際、國內行業或教學標準來引領人才培養規格與時俱進、不斷隨著產業升級而提升;標準制定的全過程也是人才需求調研、崗位能力分析、行動領域確定的全過程。它可以采用各種先進技術，如大數據技術來提高崗位鏈、技術鏈、人才鏈、專業鏈、課程鏈之間的契合度，從而反過來提高教師團隊的教研水平和學生培養質量。2019年至今，機器人學院承擔了德國AHK工業機器人技術專業國際標準制訂，同時參與了服務機器人實施與運維、服務機器人應用開發、機器視覺系統應用、人工智能深度學習工程應用等4個國內1+X職業技能等級標準以及服務機器人應用技術員職業資格等級標準的研制。

（2）“創新”——協同創新研發、社會服務，帶動創新創意創業教育。校企聯合成立項目組，聯合申報國家級、省級、市級各類平臺，開展縱、橫向課題的研究與開發。學生參與到教師的項目團隊中進行創新實戰，從而鍛煉學生的創新思維和創新能力，教師團隊的社會服務能力反過來也得到整體提升。近三年，機器人學院與企業聯合申報獲批國家級三一海工協同創新中心、國家級工業機器人應用人才培養中心、省級產教融合創新應用平臺、省級中小企業服務示范平臺、珠海市工業機器人與自動化技師工作站等多個協同創新平臺;共成立7個項目團隊，涵蓋工業自動化、物聯網、機械創新設計、智能機器人等各領域，目前在校生參與人數達300余人。開展縱、橫向課題研究173項，到賬經費796萬元;授權國家發明專利23項、實用新型專利81項、軟著22項，向企業轉讓專利31項，社會效益顯著。

（3）“大賽”——沖擊國際、國內大賽，打造人才培養高地。競賽是檢驗學生綜合能力的練兵場，對于學生的核心能力鍛煉，如心理素質、現場隨機應變能力、發現問題解決問題能力有很大幫助;此外，競賽項目往往來源于企業真實項目，一定程度上代表著前沿技術的應用方向，因此反過來推動“以賽促學”，做到“賽學相長”。近四年，機器人學院積極組織學生團隊參加國際、國內各類競賽，勇奪國際級一等獎 6 項，國家級一、二等獎20 項，省級一、二等獎58項。其中，作為國內唯一一支高職院校參賽隊，與國內外本科院校同臺競技，連續兩年（2019-2020）斬獲 FIRA 機器人世界杯大賽冠軍，2017年獲得第22屆 FIRA機器人世界杯大賽2項季軍;2017-2020中國機器人及人工智能大賽四連冠。

（4）“項目”——項目化教學改革、導師小班制、以點帶面，培養綜合職業能力。機器人學院與德累斯頓工業大學和德國工商大會積極開展合作，在工業機器人技術、機電一體化技術專業開設中德實驗班，學習并內化德國職業教育標準，對行動領域的典型工作任務進行分析，轉化為學習領域的項目任務，依托協同育人平臺，推進中德實驗班項目任務驅動式教學方式改革，實現教學過程與生產過程的精準對接，以點帶面輻射專業群其他專業推進課堂革命;工業機器人技術、應用電子技術、智能機器人技術等專業與深圳越疆、優必選等龍頭企業雙元育人，實行導師制，學生團隊常駐實驗室，開展創新項目實戰，以項目為載體、以成果為導向，考核教師工業業績，認定學生學習成果，實現師生雙贏雙促。

2.“借助外力”

（1）“聯盟”——聯合組建國際產教聯盟，對接產業行業需求。多方協調產業力量共同搭建合作平臺是實現更廣更深產教融合的第一步，利用產教聯盟這一載體實現人才互動、資源共享是其有效途徑;為此，2020年機器人學院在珠海牽頭組織召開智能機器人教育產教融合高峰論壇，吸引包括德國、西班牙、馬來西亞、捷克、印度尼西亞、波蘭、印度、韓國、日本等國家的學者線上參會，參會人員達500余人;同時作為理事長單位成立智能機器人（國際）產教聯盟，本領域國外知名高校、國內雙一流高校、雙高院校和龍頭企業領銜加入，在業內產生較大的社會影響力。

（2）“考核”——以第三方綜合考核評價，打破“自評”魔咒。一直以來，高職院校在課堂考核評價方面缺乏科學性和全面性，并未實現有效考核，且會出現任課教師不僅是教練員而且是裁判員的尷尬局面;若借助第三方科學全面的考核方式能杜絕這樣的缺憾。2018年起，機器人學院通過國際合作項目引入德國IHK/AHK第三方考核，以行動理論為依據，通過對學生的各類行為進行評價來判定學生職業行為能力的獲得;2021年6月第一屆中德班德國職業資格證書通過率達100%。同時，學院引入工業機器人、服務機器人、傳感網、數控等多個1+X證書試點，以理論+實操方式，重點關注學生的核心能力和專業能力的考核，學生通過率超過全國平均水平。

（3）“模式”——以1+1+N模式，沉淀資源，反哺教學。以產業生態鏈為著力面，以龍頭企業為牽引，研發生產應用上下流全面對接，校企深度合作模式是機器人學院采用的行動策略。“1+1+N”指的是“1家雙高校+1家龍頭企業+N家生態鏈企業”;龍頭企業牽頭，生態鏈企業參與，校企協同共同開發智能機器人技術專業人才培養方案、教學標準、課程標準、雙元教材以及數字化資源，將產業一線資源與學校教育資源對接相容;同時，互派人員成立“雙師”教學創新研究團隊（工程師+專任教師），聯合開展教學研究、研制教學載體，將成果內化成教育教學資源，反哺教學、反哺產品線，形成雙融雙促良好局面。機器人學院已與優必選、越疆等智能機器人龍頭企業組建多個團隊，成功研制1+X考核設備、1+X考核配套教材等教育資源，被試點院校廣泛使用，成果豐碩。

（4）“氛圍”——對接國家戰略及地方需求，強化宣傳營造技能成才良好社會氛圍。高等職業教育還需要更多的社會關注，形成良好的輿論氛圍，才能為類型教育開辟新路做好鋪墊。為此，機器人學院一直以來瞄著國家區域戰略布局，積極對接地方需求，強化輿論引導，宣傳協同育人成果，學院影響力不斷提升，學生的學習就業熱情也不斷提高。近三年，專業群現代學徒制試點、國際合作項目、團隊成員科技成果等專業群建設經驗與成效已被人民日報、央廣網、高職高專網等 10 余家中央、省市及港澳媒體廣泛報道。如2020年“無人機科技賦能灣區生態保護——廣科院助力中華白海豚保護區日常巡護”“特派講好脫貧故事科技助力鄉村振興——機器人學院農村科技特派員團隊開展暑期大下鄉活動”“冠軍詮釋工匠精神合作講好中國故事——廣科院勇奪FIRA機器人世界杯大賽‘兩連冠’紀實”“產教攜手走向國際——智能機器人教育產教融合高峰論壇在珠召開”等。

四、結論與未來展望

“雙輪驅動”協同育人模式在實踐中，通過練好內功和借助外力兩方面，不斷加強師資、教學資源和育人平臺三大要素內涵建設，充分激發教師干事創業活力，激活學生專業學習熱情，營造了干事創業和技能出彩新氛圍。同時，在智能機器人創新型高技能人才培養方面，教學內容與行業標準匹配度得到有效提高，職業能力與崗位需求得到精準對接，校企雙向聯動帶來了教師團隊社會服務能力整體提升。這就使得專業群對產業發展趨勢的預判能力顯著增強，推動了職業教育適應本區域經濟社會發展從開環方式向閉環方式轉變，有效地實現了校企異質互補共生模式，從而進一步豐富和發展了教育適應性理論。

下一步將以此為基礎，繼續深化合作，共建智能機器人產業學院;一方面合作設立教育研究院，進一步系統性完善專業群建設資源，面向國內外開展教育研究、社會培訓、資源輸出;另一方面，成立產、學、研、用一體化協同創新中心，面向重點產業應用場景，開展解決方案研發及課題研究，實現產學研模式的落地走實;此外，聯合生態企業，構建課、證、賽、崗融通的智能機器人實踐育人平臺，打通人才供應鏈，承接大賽，開展認證、訂單培養，繼續深化人才培養模式改革。

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[基金項目：廣東省教育廳2020年度普通高校重點科研平臺項目“基于工業互聯網的協作式智能機器人產教融合創新應用平臺”（項目編號2020CJPT004）;2018年廣東省高等職業教育教學質量與教學改革工程教育教學教改項目研究與實踐項目（項目編號：GDJG2019121、GDJG2019118、GDJG2019125）。]

責任編輯 朱守鋰

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