機器人專業新型人才培養模式的探索與實踐

王海濤，楊 軍，梅雪松，霍婧琦，施 虎，孫孝飛

（西安交通大學機械工程學院陜西省智能機器人重點實驗室，西安 710049）

0 引言

以大數據、云計算、物聯網等新一代信息技術廣泛應用為特征的第四次工業革命浪潮席卷而來，給傳統的生產力模式和生產生活方式帶來了顛覆性的變革［1］，制造業作為國民經濟的支柱產業首當其沖。能不能抓住這一歷史機遇，加快新一代信息技術與制造業的深度融合，促進我國制造業創新發展，提高制造業數字化、網絡化、智能化水平，關乎我國制造業能否搶占產業發展先機，實現由制造大國向制造強國的歷史性跨越［2］。而機器人作為智能制造的關鍵載體，被譽為“制造業皇冠上的明珠”，其研發、制造及應用是衡量一個國家科技創新能力和高端制造水平的重要標志［3］。大力發展機器人產業，對于推動工業轉型升級、解決社會老齡化問題、增進人民健康福祉、拓展資源開發領域、保障國家安全等方面具有重要意義［4-6］。

近年來，我國機器人產業步入高速成長期，自2013 年起，我國工業機器人已經穩居全球第一大應用市場［7］；服務機器人在家政服務、醫療康復、養老助殘、教育娛樂等領域的產業化應用發展勢頭良好［8］；特種機器人在軍事應用、應急救援、特種作業等領域得到了越來越多的應用，綜合性能不斷提升［9］。然而，現行高等教育培養的人才卻難以滿足我國機器人產業的需求，高層次工程科技人才的缺乏嚴重制約了其快速發展［10］。如何創新人才培養模式，破解機器人產業需求與人才培養供給之間日益深化的矛盾，已經成為當前我國機械工程高等教育的重要任務和使命擔當。

本文針對機器人產業人才培養現狀，基于“學生為本，以賽促教，以研促學”理念，探索了一種面向機器人專業科研前沿和產業需求的“多維協同、層次遞進式”人才培養新模式，推動了產學研的深度融合，大大提升了學生的創新創業能力，為同類高校及同類專業的人才培養模式創新提供了有益的借鑒和啟示。

1 機器人人才培養面臨問題

（1）學科交叉融合低，實踐教學環節散。機器人作為多學科交叉融合的載體，涵蓋了機械、電信、材料、生物、醫學等諸多學科知識，但當前機器人人才培養方案基本圍繞單學科設計，專業間存在學科壁壘；實驗和實踐課程單項內容多，學科間結合不深入，難以解決學科交叉的機器人創新問題；競賽、實訓等各類實踐教學環節相互孤立，課程體系碎片化，造成了學生知識體系單一、知識容量匱乏、視野狹窄，圍繞機器人技術的創新能力不高，解決實際問題的能力受限，制約了學生對機器人前沿技術的掌握，跟不上機器人技術更新的步伐［11-12］。

（2）機器人創新創業人氣高，實踐能力差。當下，大部分大學生雖然對機器人技術興趣濃厚，但是提出的設想過于宏大，機器人創意需求不切合實際，創新創業失敗率高，機器人應用型人才匱乏；學生的洞察力不敏銳，對機器人技術難度缺乏深入的了解，發現、解決問題能力和組織協調、分析決策能力欠佳；機器人創新創業訓練平臺不系統、不完善，培養的機器人專業人才眼高手低，難以獲得原創性成果，不能有效支撐“中國制造”到“中國智造/創造”的創新型國家戰略轉型［13-14］。

（3）結合產業和社會需求程度弱，人才培養目標層次不清。機器人實踐環節培養體系不全，針對創新、創業和應用的不同層次人才的培養目標不明確，創新和應用型人才難尋，無法滿足社會和企業用人需求；機器人專業人才培養體系與產業界和社會需求脫離，培養理念和實踐教學體系不完備，缺乏輔導、應用和訓練平臺，科研與教學融合不夠；創業項目脫離社會實際需求，缺乏原創成果，不利于機器人技術推廣應用，無法呼應國家制造強國戰略［15-16］。

2 機器人人才培養體系的構建

針對當前機器人專業人才培養存在的典型問題，本文提出了一種“多維協同、層次遞進”的創新型機器人專業人才培養模式，總體架構如圖1 所示。

圖1 創新型機器人專業人才培養模式總體架構

（1）建立四維度、三層次貫通式培養體系。協調“應用、創新、創業”為代表的三層次人才培養需求的差異性，制定各層次人才貫通式、個性化培養方案，開設涵蓋各層次人才培養全過程的理論與實踐訓練，有效串聯各實踐教學環節。

構建“明確培養目標、改革課程體系、優化培養過程、完善培養評價”四維度架構，面向科技前沿和產業需求合理確定培養目標，改革現有課程體系，突出“多元化、交叉性、重實踐”特色，強化“人本價值導向”培養過程的管控，以生為本、以賽促教、以研促學，同時引入就業/創業勝任力、用人單位滿意度、職業道德等評價指標以完善人才培養評價機制，因材施教、層次遞進培養應用型人才、創新型人才和創業型人才，將“專業素養、科學精神、家國情懷、國際視野”等價值引導與行為修正融入人才培養全過程。應用型人才側重于提升其機器人技術的應用水平，團隊組織、協作、營銷以及管理等專項能力，創新型人才側重于鍛煉其探索機器人未知領域、探究現有技術缺陷和創新性解決問題的能力，創業型人才側重于培養其對機器人前沿技術的市場洞察力、吸納、整合與再創新能力。四維度、三層次貫通式教學體系如圖2 所示。

圖2 四維度、三層次貫通式教學體系架構

（2）突出需求導向，培養機器人應用型人才。培養從需求出發學習知識解決問題的思維方式，激發學生學習的“內在驅動力”，形成需求導向的實踐教學方案。

創立區域性大型機器人競賽，聯合絲綢之路沿線國家發起“絲綢之路機器人創意大賽”，以賽促教促學，師生互學互教，形成生動活潑的實踐教學場面。

通過上課、講座、實訓、觀摩、頭腦風暴、傳幫帶等培養方式，從機器人科研或產業需求出發，寓教于實踐，以科研/競賽項目為驅動，引導學生完成機器人設計、制作與調試，建立解決問題所需的知識圖譜，培養出具有“批判性、設計、工程、數字化”思維的新工科應用型人才［17］。具體措施及目標如圖3 所示。

圖3 需求導向的實踐教學方案

（3）強化學科交叉，培養機器人創新型人才。將機器人競賽納入實踐教學環節，賦予競賽“全員參賽，以賽促教”的新內涵。針對競爭性賽制要求，機器人隊成員涵蓋機械、材料、電信、管理、醫學等專業，在尋優、迭代中強化學生創新意識，共同解決機器人競賽難題，促進學科交叉融合。

強化科研育人功能，實踐教學引入各學科最新科研成果，實現各級科研基地開放共享，開設面向學生的項目申報制，以高水平科學研究提高學生創新和實踐能力。具體措施及目標如圖4 所示。

圖4 強化學科交叉的改革措施與教學目標

（4）搭建機器人創新實踐平臺，培養機器人創業型人才。依托省級產業技術創新聯盟、省級重點實驗室、產業研究院等機器人科研創新實踐平臺，培養創業型人才。積極整合產業資源，加速生態圈培育，營造創新創業的環境和氛圍，吸引頂級風投機構加盟，孵化一批具有行業影響力的創新型公司。以機器人大賽為基礎，搭建機器人產業公共資源共享平臺，健全實踐教學體系，培養創新創業人才，探索一種適合機器人產業創業的人才培養模式。

3 實踐與成效

（1）首創絲綢之路機器人創意大賽。依托“絲綢之路大學聯盟”，發起并連續舉辦了三屆絲路機器人創意大賽，累計吸引了19 個國家和地區322 支參賽隊伍的1 381 名選手參加，涵蓋了絲綢之路經濟帶沿線156 所大學的創新創業團隊。參賽選手通過參加競賽，大大擴展了多學科知識，有效增強了創新實踐能力。該項賽事已經成為“絲綢之路大學聯盟”系列活動的重要活動之一，獲得鳳凰網、參考消息、新華網、央廣網、中青在線、國際在線、中國新聞網等主流媒體報道，并得到了上海合作組織等國際機構的關注和肯定，形成了良好的品牌效應和國際影響力，有力地推動了“一帶一路”沿線國家在科教領域的深度合作。

（2）建立機器人產業公共資源共享平臺。以陜西省機器人產業技術創新戰略聯盟、陜西省智能機器人重點實驗室、西安市機器人研究院、西安交通大學智能機器人研究院為載體，多元協同打造了陜西省智能機器人公共科技服務平臺，累計吸納陜西省知名機器人企業45 家，高校8 家，科研院所5 家，形成了陜西省機器人產業集群雛形［16］；以智引資，利用研制的10 余臺具有自主知識產權的機器人產品樣機，并吸引了HAX、Plug and Play、西交1896 等國內外投資機構，助力陜西省機器人創新創業共享平臺建設，為人才培養的可持續發展打下了良好的基礎（見圖5）。

圖5 陜西省機器人公共服務平臺

（3）以賽促教，以研促學，提升人才培養質量。近年來，我校學子在機器人競賽中屢創佳績，IEEE ICRA 2019 RoboMaster 人工智能挑戰賽獲得國際一等獎、IEEE ICRA 2017 RoboMaster 移動操控挑戰賽中獲得國際二等獎。在全國大學生機器人大賽RoboMaster賽事中共獲得3 次二等獎、1 次一等獎，全國大學生機器人大賽Robocon賽事中共獲3 次一等獎，在C9 高校中名列第二；成立研究生機器人競賽工作室，組織29支隊伍參加了“第一屆中國研究生機器人創新設計大賽”，其中7 支隊伍入圍全國總決賽，共獲得一等獎1項、二等獎2 項，三等獎4 項，獲獎數位列參賽高校第二。

近5 年，累計為我校電信、醫學、能動、機械等多個學院1 434 名學生提供了項目實踐機會，為學生進一步深造或創業奠定了堅實的基礎；開發了機器人實踐MOOC課程，促進了校內外學生的切磋與合作；圍繞機器人技術在智能制造領域的應用，累計開展了5 期技術培訓，涵蓋學生283 人次。

機器人專業是一個多學科高度交叉和深度融合的新型專業，通過以賽促教、以研促學的模式，以學科競賽、科研項目為抓手，激發了學生的學習動力和興趣，有效地拓展了學生的知識領域，提高了學生動手能力和創新能力。

（4）創業公司孵化。依托陜西省智能機器人公共科技服務平臺、陜西省機器人產業技術創新戰略聯盟、陜西省智能機器人重點實驗室、西安市機器人研究院等創新實踐平臺，整合產業資源，營造了良好的創新創業環境和氛圍，吸引了HAX、Plug and Play、IDG 資本、SIG海納亞洲、軟銀亞洲等頂級風投機構加盟，成功孵化了優艾智合、臻泰智能等10 余家具有一定行業影響力的創業公司。其中，優艾智合獲得被《硅谷商業期刊》評為全球第一投資機構的Plug and Play、全球最著名硬件加速器之一的HAX的數千萬融資，估值約1.5億元，并成為米其林集團、力盟智能（德國）、中國海關、中國華能、華為5G 等知名企業巡航機器人供應商，獲評極客公園CES2018 全球50 家焦點公司，2018、2019 年連續2 年度恰佩克技術創新獎，CIROS 2018 中國國際機器人年度評選金手指創新產品獎。臻泰智能獲得了第五屆互聯網+創新創業大賽金獎，獲得數百萬天使輪融資。創業公司的成功孵化，一方面促進了科技創新和成果轉化，實現產學研用的深度融合；另一方面打通了應用人才、創新人才和創業人才的發展通道，有效地推動了新時代背景下大學生創新創業教育（見圖6）。

圖6 機器人產業創業公司孵化模式

4 結語

本文基于“以生為本，以賽促教，以研促學”的理念探索并實踐了一種貫通應用、創新、創業的機器人產業人才培養方案，突出需求導向，強化學科交叉，搭建機器人創新實踐平臺，形成了一套“多維協同、層次遞進式”機器人專業人才培養體系，并取得了明顯成效，促進了學科與產業的深度融合，提升了學生的創新創業能力，對兄弟院校同類學科深化人才培養模式改革具有一定的借鑒和指導意義。