新工科背景下高校機器人工程專業多學科融合人才培養模式研究

黃世玲 韋海燕

摘要：新工科是深化高等工程教育改革、提高人才培養質量的必然路徑。文章分析新工科背景下高校機器人工程專業教學存在的問題，闡述新工科背景下高校機器人工程專業教學改革的意義，探討新工科背景下高校機器人工程專業教學改革的理論依據，指出新工科背景下高校機器人工程專業教學改革要以矩陣組織和學科具體任務驅動交叉融合為機器人工程專業的多學科交叉融合人才培養提供組織保障，定制柔性化、學科交融及多方協同育人的新工科人才培養方案，研究并制定機器人工程專業多學科交叉融合的人才培養模式。

關鍵詞：高校；新工科；機器人工程；學科融合；人才培養；應用型人才

中圖分類號：C961；G642文獻標志碼：A文章編號：1008-3561（2024）06-0001-04

基金項目：廣西高等教育本科教學改革工程項目立項“新工科背景下機器人工程專業多學科融合應用型人才培養模式的研究”（編號：2022JGA392）

新工科是指在新一輪科技革命和產業變革的背景下，高等工程教育對未來發展的嶄新思維和深度思考，是對科技革命和產業革命的積極回應，是深化高等工程教育改革、提高人才培養質量的必然路徑[1]。新工科的內涵可以從三個方面來理解：新工科是概念和理念的共融、是學科和專業的共通，新工科建設是學科建設和高等工程教育改革的共進[2]。當前，學科交叉融合正成為推動科技進步的關鍵引擎。高校機器人工程專業作為一個典型的例子，不僅僅是機械工程或電子工程的產物，更是將機械、電子、計算機等多個學科的要素有機結合，形成更強大、更靈活的創新力量。新工科所強調的不僅是學科之間的融合，而且是理論與實踐的結合。為此，本文深入探討高校機器人工程專業多學科融合人才培養模式，通過運籌學多目標規劃法對專業教學體系進行分析，構建多模塊化教學單元，以實現學科融合的多目標最優化，更好地培養高素質的應用型人才。

一、新工科背景下高校機器人工程專業教學存在的問題

1.機器人工程專業跨學科交叉融合人才培養管理機制缺失

機器人工程專業具有多學科交叉融合的特征，但其傳統模式主要是分專業、分學科進行人才培養，缺乏跨學科交融的新型機構和管理機制，不能為跨院系、跨學科、跨專業培養復合型新工科工程人才提供組織保障。

2.傳統工科人才培養方案不適應新工科人才培養要求

傳統工科人才培養目標相對狹窄，培養方案剛性度過高，導致畢業生適應范圍有限，無法有效滿足行業對多樣化工程人才的需求。在培養方案的制定和實施過程中，相關部門未能讓相關學科專業、行業產業、科研機構以及其他用人單位有效參與，一方面使得培養方案未能充分反映行業對當前和未來人才的需求，另一方面使得培養方案的實施難以達到預期的效果[3]。

3.機器人工程專業跨學科課程體系和教學模式不健全

機器人工程專業是自動化類專業下的特設專業，現行的機器人工程教育主要是基于自動化的機器人傳統課程體系進行人才培養，課程跨界交叉融合薄弱，缺乏跨學科、動態可重構的模塊化課程體系，教學模式單一，使得學生缺乏全局思維、大工程視野以及解決復雜工程問題的能力[4]。

4.缺乏對多學科融合、專業技能與職業素養綜合培養的實施途徑

能力培養環節分散在各門課程中，各環節的設計與銜接缺乏清晰的組織與規劃，導致能力培養主線不突出，能力訓練缺少循序漸進的過程。

二、新工科背景下高校機器人工程專業教學改革的意義

1.適應新一輪科技革命和產業變革，緊跟教育部新工科建設步伐

當前，新一輪科技革命和產業變革正在加速重構全球創新版圖、重塑全球經濟結構[5]，創新戰略競爭在綜合國力競爭中的地位日益重要。為了應對新一輪科技革命與產業變革的挑戰，2017年2月以來，教育部積極推進新工科建設，先后形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”[6]，發布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》等一系列關于“新工科”建設的文件。新工科建設是高等工程教育采取的積極行動，是以新技術、新產業、新業態和新模式為特征的新經濟對高等工程教育改革的強烈需求。因此，機器人工程專業的人才培養要適應新工科的背景，緊跟社會前進的步伐。

2.從學科和專業的發展方向上適應經濟發展和強國戰略要求

智能制造是新一輪產業革命的核心驅動力，機器人則是“制造業皇冠頂端的明珠”。可以說，機器人作為新興技術的重要載體和現代產業的關鍵裝備，集機械、電子、控制、傳感、人工智能、物聯網等多學科技術于一體，能引領產業數字化發展、智能化升級，不斷孕育新產業、新模式、新業態[7]。傳統的計算機類、自動化類、機械類、電氣類、電子信息類等單一本科專業培養的人才，已經難以滿足新一輪科技革命和產業發展的需求。因此，從學科和專業發展上進一步研究機器人工程專業多學科交叉融合人才培養模式，能適應經濟發展和強國戰略要求。

3.堅持應用型人才培養理念的需要

對于機器人工程專業人才的培養，如哈工大、北航等，主要集中于機器人相關理論的研究；而對于專科院校來說，其主要研究工業機器人的操作。南寧學院是一所應用型大學，其辦學理念的第一項就是“應用型”，因此，學院要堅持應用型人才培養理念，以培養更多的應用型機器人工程專業人才。

4.從管理機制上為人才培養提供保障

基于新工科背景下的多學科人才培養，不是一個專業辦學就能滿足教學要求，也不是一個學科就能解決問題，要進行協調管理，統一調度，做好管理機制上的創新，避免多學科交叉融合人才培養的“無組織”狀態，通過人才培養的統一組織管理、組織經營，將分散的學科、專業組合，形成凝聚力，打造一個自上而下、從縱向到橫向、多學科交叉的機器人工程專業人才培養團隊。

三、新工科背景下高校機器人工程專業教學改革的理論依據

1.建立矩陣組織和學科融合任務驅動的組織管理機制

矩陣組織和學科任務驅動的組織管理機制是一種新型的組織管理模式，旨在克服傳統組織結構的缺點，提高組織的靈活性和適應性。矩陣組織是一種學術組織形式，其特點是教學團隊的成員構成橫跨不同的學科領域，可以更好地促進不同學科之間的交流和協作。學科任務驅動的組織管理機制則是一種以任務為導向的組織管理模式，旨在通過任務的分配和協調，提高組織的效率和創新能力。這種管理模式可以更好地適應不同學科領域的需求，提高組織的適應性和靈活性。

2.根據新工科建設目標修訂人才培養方案及課程體系

在新工科建設背景下，為更好地響應時代的需求，相關高校需要對人才培養方案及課程體系進行修訂。當前，傳統的人才培養模式和課程設置已經無法滿足當代工業和科技的復雜需求。而新工科注重工程實踐和項目驅動的學習，要求學生具備團隊協作和解決實際問題的能力。因此，高校的人才培養方案要注重實踐性、創新性和跨學科性，使學生能夠在跨多個學科領域的同時形成系統的思維方式。依據新工科建設目標，高校要將各個學科的知識融合在一個有機的框架之中，強調跨學科的教學方法，使學生在學習的過程中能夠理解不同學科之間的聯系，培養他們跨越學科邊界進行綜合思考和解決問題的能力。

3.運用運籌學多目標規劃法優化多模塊的課程體系

運籌學多目標規劃法，可以用于優化多模塊的課程體系和教學內容。多目標規劃法是一種優化方法，主要是在多個目標之間找到最佳平衡點。在課程體系和教學內容的優化中，高校可以將不同的目標設置為不同的優先級，如提高學生的實踐能力，提高學生的創新能力，提高學生的跨學科知識融合能力，等等。高校要使用運籌學多目標規劃法來確定最佳的課程設置和教學內容，以達到最佳的人才培養效果。具體來說，運籌學多目標規劃法的基本原理是將多個目標轉化為數學模型，然后使用數學方法來求解最優解。在課程體系和教學內容的優化中，教師可以將不同的目標轉化為數學模型，并使用運籌學多目標規劃法來確定最佳的課程設置和教學內容，以達到最佳的人才培養效果。

四、新工科背景下高校機器人工程專業教學改革的舉措與方案

1.以矩陣組織和學科具體任務驅動交叉融合為機器人工程專業的多學科交叉融合人才培養提供組織保障

高校的學科組織管理多采用矩陣式的組織結構，矩陣式學科組織結構是學科系統與項目系統的有機結合：縱向為學科導向，由學科領導實施管理，符合學科發展規律；橫向為問題導向，按項目領導實行管理，以解決實際問題。專項任務組織與職能機構的關系錯綜復雜，導致協調困難，專項任務組織負責人的權責不相稱，如果沒有有力的支持與合作，會使工作難以順利開展[8]。而學科具體任務為導向的機構組織則較為松散，這些任務往往是一次性出現的任務，不具有重復出現的特征，由此決定了任務型組織是“一項任務，一個組織”的組織現象，無法持續形成一個組織整體。因此，為了保證機器人工程專業跨院系、跨學科、跨專業交叉融合的人才培養工作的持續進行，高校應結合本校現有的專業組織結構，建立以矩陣組織和學科具體任務驅動交叉融合構成組織管理模式，以推動應用型人才培養體系建設的持續進行。

2.制定柔性化、學科交融及多方協同育人的新工科人才培養方案

（1）柔性化發展。高校的人才培養方案要柔性化，要將培養目標轉向創造性人才，如增設選修課等，讓學生根據自身的興趣和愛好自主選擇神經網絡、仿生學、生物學、語言和圖像理解等。高校要減少必修課，擴大選修課比例，開放實驗時間和內容，打造多樣的課程和實驗平臺。

（2）多學科融合。人才培養方案應滿足以下要求：通識教育覆蓋人文、數學、自然科學和工程技術等，拓寬學術視野，培養學生文化素養和科學精神；專業教育涵蓋新生專業學科及相關領域，強調交叉、整合和融合，強調課程的多樣性和替代性，使專業培養標準能在不同教學環節中實現；在選課機制上，鼓勵學生選擇跨學科核心課程，以擴大思維空間，提高問題解決能力。

（3）多方協同育人。機器人工程專業人才培養因多學科交叉融合的特點，需要與相關學科專業、行業產業、科研機構以及可能的國際教育組織等密切合作。這就要求高校的人才培養方案必須融入多方合作，體現多方協同育人。高校要為院所深度合作提供新平臺，并建立實踐基地，使工程師更常態化地參與理論與實踐課程，使學生能夠直接參與企業實踐項目等[9]。

3.研究并制定機器人工程專業多學科交叉融合的人才培養模式

（1）建設多學科融合的課程模塊。高校要根據新工科建設目標對人才培養方案的要求，建設多學科融合的課程模塊，成立相應學科課程模塊教學團隊，開發機器人工程綜合實踐課程模塊。要以機器人工程綜合實踐課程模塊為主線，以創新實踐教學平臺為依托，使各學科課程知識相融合，實現多學科交叉融合的教學和實踐模式。

高校要運用運籌學多目標規劃法，以形成動態可重構的多模塊化教學體系。新工科教學理念下，培養新工科人才的課程體系主要包含機、電、控、智四個方面[10]，涵蓋機械原理、電路原理、自動控制原理等多學科交叉的關鍵知識與技能，形成了機械、電子、控制及人工智能多模塊課程體系。根據各模塊的重要性，高校運用運籌學多目標規劃法分析各模塊的重要性，規劃好各模塊的教學內容并使之優化，能達到較佳的人才培養效果。

（2）制定多學科融合課程體系，明確實施途徑。機器人工程專業多學科融合課程體系及實施途徑主要通過各學科模塊課程及實訓環節進行融合，例如，機器人綜合實踐課程模塊包括機器人綜合實踐Ⅰ、機器人綜合實踐Ⅱ、機器人綜合實踐Ⅲ、機器人綜合實踐Ⅳ等課程，分別在第四、第五、第六、第七學期開設，其主要目的是將當前學期及以前的各學科課程知識內容進行融合，以達到多學科融合的目的，并實現機器人專業綜合能力訓練的迭代遞進式培養。

（3）構建多學科融合教學團隊。高校的教學團隊由多學科專業教師構成，這些學科包括機、電、控、計算機、人工智能等多個專業，不同專業的教師可講解自己擅長的內容，以實現本專業課程的多學科融合，促進教學質量的提高。不同專業的教師，還可以帶領學生參加各種學科競賽，培養學生的綜合能力。總體來看，機器人專業多學科融合教學團隊的建立，能有效解決學科之間壁壘重重、資源分散封閉等問題。

（4）加強頂層設計，促進機器人工程專業課程思政整體建構。高校要按照“產出導向”理念，著眼人才培養全過程，加強對專業課程思政的頂層設計。一是構建專業核心價值體系，緊密圍繞專業培養方案的畢業要求和價值教育目標，提煉政治素養、家國情懷、專業使命、職業操守等專業核心價值要求，建立專業課程思政元素庫，形成鮮明的專業核心價值體系[11]。二是整體設計各教學環節的育人功能，根據不同環節特性，細化德智體美勞“五育”要點，將課堂育人與雙創、實驗實踐等有機結合，提高第一、第二、第三課堂的育人聯動效果。三是構建支撐關系矩陣，借鑒專業認證模式，按照反向設計正向實施策略，對接專業核心價值體系和教學環節，建立專業課程思政支撐矩陣，有重點地確定每門課程、每一環節與專業核心價值的支撐關系，推動專業課程思政目標與課程支撐體系的深度融合。

五、結語

綜上所述，建立矩陣組織和學科融合任務驅動的組織管理機制、修訂人才培養方案及課程體系、運用運籌學多目標規劃法等一系列創新性方案，能為機器人工程專業構建更加靈活、高效的團隊協作模式，為培養更具創新能力的應用型人才提供支持。因此，在國家新工科建設目標的背景下，高校要通過畢業生、用人單位反饋等環節，將反饋信息引入人才培養模式中，以構成閉環的持續改進系統，進而培養更多適應未來科技發展的優秀人才。

參考文獻：

[1]劉吉臻，翟亞軍，荀振芳.新工科和新工科建設的內涵解析———兼論行業特色型大學的新工科建設[J].高等工程教育研究，2019（03）： 21-28.

[2]李罡，李景麗，程一洋，等.人工智能背景下應用型本科高校機器人工程專業人才培養模式研究[J].吉林省教育學院學報，2022，38（10）：99-103.

[3]林健.多學科交叉融合的新生工科專業建設[J].高等工程教育研究，2018（01）：32-45.

[4]李衛軍，邢延，蔡述庭，等.面向多學科融合的自動化類人才培養模式探索與實踐[J].高等工程教育研究，2021（06）：31-37.

[5]張姿炎，范志彬.應用型高校現代產業學院多方協同育人模式研究與實踐[J].沈陽大學學報：社會科學版，2022，24（04）：414-421.

[6]唐萬偉，姚明林，姜凌紅，等.新工科理念下通信工程專業實踐教學改革研究[J].唐山學院學報，2021，34（06）：85-88.

[7]工信部，等.《“十四五”機器人產業發展規劃》解讀[J].自動化博覽， 2022，39（03）：14-15.

[8]管曉霞.我國高校多學科交叉項目組織與管理方法研究[D].武漢：華中科技大學，2011.

[9]朱秋晨，白驊.新工科背景下研究生課程思政建設的實證研究[J].長安大學學報：社會科學版，2022，24（01）：83-92.

[10]趙華君，漆新貴，羅天洪，等.地方高校機器人工程專業新工科人才培養研究[J].西南師范大學學報：自然科學版，2020，45（06）：127-132.

[11]肖赟，梁子君，關文靜，等.交通強國視域下交通工程專業課程思政建設研究[J].合肥學院學報，2023，40（02）：133-138.

Research on the Multidisciplinary Integration Talent Training Model of Robot Engineering in Universities under the Background of New Engineering

Huang Shiling1， Wei Haiyan2

（1. Nanning University， Guangxi Province， Nanning 530200， China； 2. Guangxi University， Guangxi Province， Nanning 530004， China）

Abstract： New engineering is an inevitable path to deepen the reform of higher engineering education and improve the quality of talent cultivation. The article analyzes the problems in the teaching of robotics engineering in universities under the background of new engineering， elaborates on the significance of teaching reform in robotics engineering in universities under the background of new engineering， and explores the theoretical basis for teaching reform in robotics engineering in universities under the background of new engineering， It is pointed out that under the background of new engineering disciplines， the teaching reform of robot engineering majors in universities should provide organizational support for the interdisciplinary and integrated talent cultivation of robot engineering majors through matrix organization and subject specific task driven cross integration. A new engineering talent cultivation plan with flexibility， subject integration， and multi-party collaborative education should be customized， and a talent cultivation model for interdisciplinary and integrated robot engineering majors should be studied and formulated.

Key words： universities；new engineering；roboticsengineering； discipline integration； talentcultivation；practicalpersonnel