應用型本科機器人工程專業創新人才培養模式探索

馬海舒 陳海軍 李輝 王新莉

機器人是“制造業皇冠頂端的明珠”，其研發、制造、應用是衡量一個國家科技創新和高端制造業水平的重要標志。當前，我國已將機器人和智能制造納入國家科技創新的優先重點領域，正在大力推動機器人科技研發和產業化進程，以使機器人科技及其產品助力高質量發展、服務百姓生活。然而與日新月異、蓬勃發展的智能制造及工業機器人產業形成鮮明對比的是，這些領域的人才要素積累相對匱乏，因此培養高層次的機器人應用人才尤為重要。然而機器人工程本科專業的人才培養模式還未健全，尤其是在新工科背景下，探索符合應用型本科專業特點的創新與應用型高素質人才培養模式具有重要意義。

一、機器人工程專業人才培養面臨的問題

（一）教育體系不完善

首先，機器人工程專業的教育內容和教學模式還有待改進和升級。由于機器人工程領域的技術和理論不斷發展，很多高校機器人工程專業的課程設置和教學內容已經落后于行業的需求。這使得學生在畢業后難以立即適應行業的要求，需要一定的時間進行補充和學習。另外，機器人工程專業的課程設置和教學模式也需要不斷調整和更新，以適應行業發展的需求。隨著機器人領域的發展，新的技術和理論也不斷涌現，因此機器人工程專業需要不斷進行調整和升級，以保證學生學到的知識和技能與行業的發展保持同步。但是由于機器人工程專業的課程設置和教學模式需要投入大量的人力、物力和財力，一些學校在這方面的投入還有待提高。

此外，由于機器人工程領域的跨學科特性，機器人工程專業的教育體系需要進行跨學科整合和協調，以促進不同學科之間的交流和合作。例如機器人工程專業需要結合機械工程、電子工程、控制工程等多個學科進行綜合性的學習和研究。但是由于不同學科之間的教學和研究分工不同，教育體系的整合和協調也面臨一定的困難。

總之，機器人工程專業的教育體系需要更加完善和細致，不僅要注重理論教學，還要注重實踐和操作，以培養更多的高素質機器人工程專業人才。同時，教育體系也需要進行跨學科整合和協調，促進不同學科之間的交流和合作，以適應行業發展。

（二）缺乏實踐經驗

缺乏實踐經驗是機器人工程專業人才培養面臨的一個重要問題。機器人工程專業需要具備實踐經驗，才能更好地應對行業的需求。然而在一些高校機器人工程專業的實踐教學還不夠充分，無法提供足夠的實踐經驗給學生。一些高校機器人工程專業的實驗室設施和設備不夠完備，無法滿足學生實踐的需要。另外，機器人工程專業的技術含量較高，需要一定的數學、物理、計算機等方面的知識作為基礎。一些學生也缺乏相關的技術背景和基礎，導致他們難以快速適應專業的要求。機器人工程專業的實踐教學需要和實際應用場景結合，以便讓學生更好地理解機器人工程的實際應用和工作原理。但由于機器人工程應用場景廣泛，不同行業和領域對機器人工程的應用要求也不同，因此高校的實踐教學內容需要結合不同的應用場景進行設計，而這也是一個難點和挑戰。

（三）師資力量短缺

機器人工程是一個綜合性強、學科交叉的領域，需要擁有高水平的師資力量，才能夠保證教學的質量和水平。但是由于機器人工程專業需要具備較高的綜合素質，擁有這種素質的教師相對較少。此外，機器人工程專業需要具備一定的科研能力和實踐經驗，但是由于國內機器人工程領域的發展相對較晚，一些學校的教師也缺乏相關的科研經驗。機器人工程專業需要的師資力量不僅需要擁有廣泛的學科背景和知識儲備，還需要具備豐富的工作經驗和實踐經驗。由于機器人工程領域的發展速度非常快，需要的知識和技能也在不斷更新和擴展，因此機器人工程專業的教師需要不斷學習和更新自己的知識儲備和技能水平。同時，機器人工程專業還需要一定數量的專業技術人員來輔助師資力量的培養工作，這也是一個需要考慮的問題。師資力量的短缺會對機器人工程專業人才培養帶來一系列的問題。例如教學質量難以保證，實踐教學難以開展，課程設置和更新難以及時跟進行業發展等。解決這些問題需要加強機器人工程專業教師的培養，同時也需要加強對機器人工程領域的科研支持，為專業教師提供更好的科研平臺和機會，促進教學和科研的相互交融。

（四）與行業需求脫節

行業對于機器人工程人才的需求不斷變化，教育體系很難及時做出相應的調整。機器人工程專業需要掌握的技術和知識范圍很廣，包括機械、電子、控制、計算機等多個領域，而不同的行業對于這些領域的需求也存在差異，這就導致了教育體系難以與行業需求完全對接。機器人工程領域的發展非常迅速，學校的教學內容和教學模式需要不斷更新，但一些學校缺乏教育改革的動力和能力。一些傳統的教學模式和課程設置已經不能滿足行業的需求，例如僅重視理論知識而缺乏實踐環節、缺乏跨學科的課程設置等。機器人工程專業的教育與行業需求存在一定的脫節，這需要教育體系和學校不斷調整和改革，以便更好地適應行業的發展和需求。

二、創新人才培養體系

（一）以系統課程設計促進實踐教學

系統課程設計是指將課程設計作為一個系統來考慮，從課程的目標、內容、方法、評價等方面進行設計，以達到培養學生綜合素質和創新能力的目的。機器人工程專業的學生需要掌握大量的專業知識和實際應用技能，而這些技能和知識需要通過實踐教學來獲得和提升。因此，在機器人工程專業中，系統課程設計可以幫助學生更好地學習和掌握相關知識和技能。

具體來說，系統課程設計可以通過設計合理的課程結構和內容來促進機器人工程專業的實踐教學。通過設計不同難度和不同場景的課程項目，學生可以逐步掌握機器人的基本知識和技能，并且將所學知識應用到具體的實踐項目中去。同時，課程設計也可以提供機器人工程專業實踐教學的各種資源，如機器人硬件設備、仿真軟件、實驗室和實踐基地等，以便學生更好地進行實踐和探索。

此外，系統課程設計還可以促進機器人工程專業的跨學科融合和綜合實踐。通過設計涵蓋多個學科的課程項目，例如機械、電子、計算機、控制等領域，可以幫助學生更好地理解機器人工程的綜合性質和交叉學科特點，從而培養學生跨學科的綜合能力和創新能力。

（二）依托虛擬現實技術（VR）

搭建高度仿真的數字實驗平臺，最大限度地接近真實環境；系統操作如同身臨其境，沉浸性強，學生以第一視角和交互模式進行工業機器人教學和實訓，更加安全，虛擬實驗后可再進行實物實驗，保障學生安全，節約實物投入，提高實驗效果。通過VR技術，學生可以在虛擬環境下進行實驗、模擬、操作等活動，實現“看得見、摸得著、操作得當”的效果，從而提高實踐教學成效。同時，VR技術還能夠為學生提供更加豐富多樣的實踐環境和情境，例如不同場景下的機器人應用、機器人控制程序的編寫和調試等，讓學生更好地理解機器人工程領域的知識和技能。VR技術還可以為學生提供交互式的學習體驗，激發學生的興趣和創造力。學生可以在虛擬環境下自主探索、創新和實驗，不受時間和空間的限制，獲得更加自由和靈活的學習方式。同時，通過虛擬現實技術的互動性，學生之間可以進行協作和交流，培養團隊合作精神和創新能力。總之，依托虛擬現實技術進行機器人工程創新人才培養，可以有效地彌補應用型本科院校實踐教學資源不足的缺點，提高學生的實踐教學效果和創新能力。

（三）“以賽促教，賽教融合”的教學模式

“以賽促教，賽教融合”是一種注重實踐的教學模式，它通過各種機器人比賽、競賽活動來激發學生的學習興趣，同時促進學生在實踐中掌握技能和知識。這種模式不僅可以提高學生的實踐能力和綜合素質，也可以促進學生與企業、行業等社會實踐資源的聯系，為學生未來的就業和發展提供更多機會。

在機器人工程專業中可以開展多種不同類型的機器人競賽活動，如機器人足球比賽、機器人舞蹈比賽、機器人設計大賽等。這些比賽活動既可以作為課程的一部分來開展，也可以作為課外活動來推行。比賽過程中學生需要獨立或團隊合作設計、制作機器人，并在比賽中展示其機器人的性能和特點。通過這樣的比賽活動，學生可以鍛煉實際操作技能、團隊合作精神和解決問題的能力。

此外，這種模式還可以促進賽教融合，即競賽教學與課堂教學的融合。比如在機器人競賽中，教師可以根據學生的情況進行輔導和指導，引導學生在競賽中掌握更多技能和知識。同時，教師還可以將競賽過程中出現的問題和難點作為課堂討論的主題，幫助學生更好地理解相關的理論知識。這樣的教學模式可以讓學生在實踐中深入學習、掌握理論知識，從而提高他們的綜合素質和創新能力。

鼓勵教師帶領學生參加機器人技術專業競賽，并將課程實訓內容與競賽內容相結合，將競賽模式融入教學改革中。現階段，我校機器人工程專業2019級的學生已有一半以上參加競賽，下一步將擴大范圍，達到專業學生90%以上參加學科競賽。實現“以賽促教”教學模式，一方面有助于鍛煉學生動手操作能力與綜合運用知識的能力；另一方面有助于教師開闊眼界，提升教師教學手段與方法。

（四）“校企合作，工學融合”的教學模式

“校企合作，工學融合”的機器人工程專業教學模式是指學校與企業合作，共同開展機器人工程領域的教學、研究和實踐活動。這種模式可以提供更為實際的教學環境和機器人工程實踐機會，培養出更具有實踐能力和市場競爭力的機器人工程專業人才。校企合作可以提供更豐富的實踐教學資源。企業可以提供最新的機器人工程技術、設備和資源，為學生提供更為真實和貼近實際的實踐機會。學生可以通過與企業緊密合作，了解企業實際需求和技術趨勢，從而更好地掌握機器人工程領域的知識和技能。校企合作可以促進學生的職業發展。學生在與企業合作中可以結識業界專業人士，了解行業發展動態和就業趨勢，增加就業機會和職業競爭力。同時，學生可以通過與企業合作參與實際項目，了解實際工作流程和職業技能要求，提高職業素養和實踐能力。校企合作也可以為學校帶來更多的資源和支持。企業可以提供資金、設備、技術和人才支持，為學校的教學和研究活動提供更多的資源和保障。同時，學校也可以與企業合作開展科技合作和技術轉移，推動產學研合作和科技成果轉化。

為了實現機器人工程專業人才的培養目標，應用型本科院校需要采用創新教學方法，如虛擬現實技術（VR）提供仿真實驗環境，并通過課程設計幫助學生將知識應用于實際情況中。同時，兩種有效的機器人工程專業教學模式是“以賽促教，賽教融合”和“校企合作，工學融合”。前者通過競賽激發學生的實踐能力和創新能力，后者則將學生的實踐能力與企業需求結合，培養學生實際工作能力。綜上所述，機器人工程專業人才培養需要采用多種教學方法和教學模式相結合的方式，以培養學生的理論知識和實踐能力以及與企業的合作，從而更好地滿足社會的需求。

【基金項目：河南工程學院教育教學改革研究項目（2021JYYB022）；河南省新工科研究與實踐項目（2020JGLX076）；河南省高等教育教學改革研究與實踐項目（2019SJGLX450）；河南工程學院教育教學改革研究項目（重點項目）“新工科背景下，基于產學研創賽五位一體的人才培養生態系統建設的研究”（2021JYZD007）；河南省一流本科專業“機械設計制造及其自動化”建設項目（509934）。】

（馬海舒，講師，研究方向：機器人工程。）