智能制造時代機器人工程專業建設與人才培養模式探討

劉旭東　于金鵬　毛雪偉

［摘 要］隨著《中國制造2025》持續推進和《“十四五”機器人產業發展規劃》的實施，我國社會、經濟發展對機器人領域相關技術人才的需求與日俱增。為適應新時代國家和社會的需要，從2016年開始，國內高等院校紛紛開設機器人工程本科專業，對推動機器人技術的發展起到了重要的作用。文章對機器人工程專業的建設背景、建設現狀等方面進行了分析，并闡述了青島大學機器人工程專業的建設狀況，提出了智能制造背景下機器人工程專業建設的實施方案，旨在為機器人工程專業的發展提供一些參考和建議。

［關鍵詞］智能制造；機器人工程專業；人才培養

［中圖分類號］G64［文獻標識碼］A［文章編號］2095-3437（2024）07-0006-04

一、機器人工程專業建設背景

隨著《中國制造2025》的推進和機器人產業的快速發展，機器人技術不僅在智能制造、工業自動化等方面得到廣泛應用，而且在航空航天、深海探測、國防建設等領域發揮重要作用，機器人已經成為現代社會不可或缺的一部分[1]。習近平總書記在致2015世界機器人大會的賀信上指出：“我們愿加強同各國科技界、產業界的合作，推動機器人科技研發和產業化進程，使機器人科技及其產品更好為推動發展、造福人民服務。”據《中國機器人產業發展報告（2022年）》統計，僅在中國人工智能機器人行業，人才缺口就高達500萬人，復合型人才和高層級人才稀缺。因此，機器人工程專業是順應社會與經濟發展需要、國家戰略發展需求和國際發展趨勢，解決“卡脖子”問題而設立的自動化類新工科專業。機器人工程專業要求培養具有扎實的理論知識和豐富的實踐經驗，掌握機械、電子、計算機、控制等多學科技能的專業人才。此外，為加快推進機器人產業高質量發展，2021年國家出臺了《“十四五”機器人產業發展規劃》，2023年工業和信息化部等十七部門聯合印發《“機器人+”應用行動實施方案》，這些政策的實施對高校機器人工程專業建設和人才培養提出了更高要求。因此，高校要順應時代發展需要，強化機器人工程專業建設，為國家和社會培養更多卓越人才。

二、機器人工程專業建設現狀

機器人工程專業是一個包含自動化、機械電子、計算機技術、人工智能等學科的多學科交叉新興專業，是教育部于2015年設立的自動化類本科專業。2016年，東南大學在全國率先建立機器人工程專業并開始招生。《教育部關于公布2023年度普通高等學校本科專業備案和審批結果的通知》顯示，截至2023年，全國已有367所高校開設了機器人工程專業。經過這些年的建設和發展，機器人工程專業的畢業生已走入社會，為機器人產業的發展提供了一定的支撐。但隨著智能制造的升級和技術進步，機器人應用范圍越來越廣泛，為滿足機器人工程專業人才需求，當前機器人工程專業建設仍需進一步完善。

雖然機器人工程專業屬于自動化類專業，但各高校對該專業的建設所依托的學院不同，如分別依托機電工程學院、自動化學院、電氣工程學院、計算機科學與技術學院等。這導致機器人工程專業的人才培養方案建設基礎不同，比如有些高校機器人工程專業基礎課程偏重自動化專業，有些高校偏重機械工程專業等。而機器人工程專業人才培養方案難以同時兼顧機械、電子、計算機、控制等相關學科的理論與方法，課程體系不夠系統和完善。因此，機器人工程專業建設需建立覆蓋全面的專業知識的課程體系。在實驗教學與實習基地建設方面，受辦學經費等多方面因素限制[2-3]，部分高校機器人工程專業的本科教學實驗室建設尚不完善，無法滿足學生專業課程實驗、課程設計、創新創業、畢業設計等的需求，影響學生創新思維和實踐能力的提高。另外，目前可供學生實習的、與機器人產業密切相關的實習實踐基地較少，學生難以真正接觸實際工程項目，不了解機器人相關的應用環境和行業需求，不能很好地培養實踐創新能力和團隊合作精神[4]。目前，高校師資隊伍中具有機器人背景的專業教師較少，多數教師從研究生階段才開始學習機器人相關的知識，缺乏機器人專業課程教學經驗，缺乏行業背景和工程實踐能力，加上可利用的教學資源較為緊缺，使理論教學與實際脫節，導致人才培養質量不能滿足機器人產業需求和國家發展需要，影響了新技術、新產業的發展[5]。

三、青島大學機器人工程專業建設狀況

青島大學機器人工程專業歸屬自動化學院，于2021年建立并開始招生，每年招收90人。青島大學擁有“全國高校黃大年式教師團隊”、電工電子國家級實驗教學示范中心、機器人智能交互技術教育部工程研究中心、人才培養模式創新實驗區、大學生校外實踐教育基地等國家級實驗教學平臺；擁有新加坡工程院院士、韓國科學院和工程院院士、國家“萬人計劃”教學名師、長江學者特聘教授、IEEE Fellow等高層次師資隊伍。此外，自動化學院在原有自動化專業人才培養方案中，已設有機器人學、機器人基礎等專業課程，以及人工智能、機器人驅動與控制等選修課程，并建有國家級一流課程、國家精品課程等，這些課程為機器人工程專業建設、人才培養奠定了良好的基礎，并提供了有力支撐。

機器人工程專業的培養目標是：面向社會和經濟發展需要，培養德智體美勞全面發展，適應科技前沿和國家戰略發展需求，符合社會和行業發展需要，熟悉國際規則和慣例，掌握機器人科技領域的基礎理論和專業技能知識，具有從事機器人領域工作的專業技能，具有解決復雜工程問題的能力，富有創新精神和開拓意識，具有團隊意識和溝通能力，能夠在生產、科研及其他相關部門從事機器人工程技術相關領域的基礎研究、技術開發與應用、工程設計與實施、組織管理等方面工作的高素質創新型、應用型、復合型人才。

機器人工程專業課程體系面向控制科學與工程、系統科學、機械工程、計算機科學與技術等多個學科，包括數學與自然科學類課程、人文社會科學類通識教育課程、工程基礎類課程、專業基礎類課程、專業類課程等。工程基礎類課程包括工程圖學、高級程序設計語言、電路原理、數字電子技術基礎、模擬電子技術基礎、自動控制原理、液壓與氣壓傳動和工程力學等課程。專業基礎類課程包括電力電子與電能變換技術、電機與拖動、現代控制理論、微機原理與接口技術、計算機控制技術、機器人學、機器人感知與控制、機器人驅動與控制等課程。專業類課程包括兩部分，一部分為專業必修課，一部分為專業選修課（包括選修限選課和選修任選課等），滿足學生全面培養、個性發展的培養目標和要求。同時具有面向工程需要的完備的實踐教學體系，除了獨立實驗課、非獨立實驗課，還有集中實踐課，包括軍事理論與訓練、現代機械制造工程實訓、電子工程訓練、電氣工程訓練、電子設計自動化綜合訓練、專業課程設計、專業實習（實踐）、畢業設計（論文）等。機器人工程專業實驗實踐課學分占總學分的29.1%。

機器人工程專業重視課程教學改革和教材建設。針對目前機器人工程專業核心課程可借鑒資源較少、課程和教材建設不夠完善等問題，鼓勵和支持教師開展線上課程建設和教材建設，并積極申報相關教研項目。在課程教學中，采用靈活多樣的教學方法，如案例分析法、項目式教學法等，提高過程考核的比重，注重培養學生的創新實踐能力。

在實習實踐方面，機器人工程專業與青島特銳德電氣股份有限公司、青島紅樹林科技有限公司、青島德豐電子科技有限公司等企業簽訂了戰略合作協議或建立實習實踐基地，使學生能更好地了解行業背景和需求，鍛煉學生的動手能力，培養學生的團隊合作精神。自動化學院為機器人工程專業學生配備了學業導師，通過參與導師的科研項目、橫向課題等，提高學生的創新意識和實踐能力，并為學生的畢業設計、就業、深造等奠定良好的基礎。鼓勵學生參與大學生創新創業項目和科技競賽，如中國機器人大賽、中國機器人及人工智能大賽、全國大學生智能汽車競賽、全國大學生電子設計競賽等，以提升學生的創新實踐能力，達到“以賽促研、以賽促學”的培養目標。此外，青島大學建有創新創業學院，為學生參與競賽、創新創業活動等提供了便利。

四、智能制造背景下機器人工程專業建設的實施方案

（一）基于交叉融合特點，優化課程體系

面向智能制造發展實際，聚焦戰略性新興產業發展，考慮機器人工程專業交叉融合的新特點，設計兼顧自動化、機械、電子及計算機等多學科專業知識的課程體系和教學內容，既要重視基礎課程和專業課程的理論教學，提高學生的理論知識水平，又要設計深入、完整的機器人工程系統實踐環節，提高學生的創新實踐能力，培養具有系統觀、智能觀的機器人工程專業人才。

（二）強化課程建設，開展教學研究

機器人工程專業作為國家重點建設的新工科專業，其課程建設相比傳統專業較為薄弱。應以需求為導向，從課程內容、教學實施方式、知識體系結構、知識點劃分等維度探索機器人工程專業課程建設新模式[6-7]。教材建設是進行課程建設、深化教學改革、提高教學質量的重要保證，應以教材建設為抓手，推動學科專業發展，提高育人成效。開展智能制造和新工科背景下的機器人工程專業教學研究，如人才培養模式、課程體系、課程思政、教學方法、創新創業等的研究，為機器人工程專業的持續改進和發展提供理論支撐。

（三）加強實踐環節和創新創業教育

一是合理提高機器人工程專業實踐環節學分的比重，設立貫穿大學階段全過程的實踐環節，如電子工程訓練、電氣工程訓練、機器人工程訓練、現代機械制造工程實訓、機器人系統綜合實踐、專業實習、畢業設計等。二是開展校企合作，加強實習基地建設，共商人才培養機制，建立校企協同育人新模式，通過專業實踐實習，開闊學生眼界，結合知識和技能傳授，杜絕走馬觀花式的實習，讓學生真正“動”起來，拓寬學生運用知識解決問題的思路，提高學生的職業素養和就業能力。三是以“互聯網+”、“挑戰杯”、大學生創新創業項目等為依托，大力推進創新創業教育，開設創新創業課程，建立學生創新實驗室，提高學生參與中國機器人大賽、全國大學生智能汽車競賽等競賽的熱情，實現通識教育、專業教育和創新創業教育的有機融合，為學生創建良好的創新創業環境。

（四）強化師資隊伍建設，提高育人能力

機器人工程專業普遍存在師資隊伍相對薄弱等問題。為更好地適應機器人產業發展和人才培養需求，加強機器人工程專業的師資隊伍建設，應積極開展師資培訓，提高教師育人能力。機器人工程專業面向國家重大戰略，關乎國家安全，應舉辦關于課程思政教育的培訓與研討，提高教師的思政育人能力，將思政元素潤物無聲地融入教學全過程，提高學生的綜合素質。可實施“請進來，走出去”策略，聘請企業、研究所等行業專家作為兼職教師，指導學生進行創新創業、畢業設計。可通過校企合作、掛職實踐等，提升教師的工程應用能力。應完善基層教學組織，組織教師積極參加教學改革與課程研討，改進教育教學方法，不斷開拓機器人工程專業育人方法和途徑。

五、結語

機器人工程專業是順應“中國制造2025”國家重大戰略和國際發展趨勢而開設的自動化類新工科專業。經過幾年的投入和建設，相關高校機器人工程專業建設取得了較大的發展，為國家和社會培養了一批機器人技術相關的高層次人才。然而，隨著智能制造行業的發展，機器人工程專業建設在人才培養方案、課程體系、師資隊伍、實驗條件等方面仍需不斷探索和完善。

［ 參 考 文 獻 ］

[1］ 曾凱，錢俊磊，陳波，等.多元驅動下新工科本科專業人才培養模式的構建：以自動化專業為例[J].大學教育，2023（11）：74-76.

[2］ 周玲，黃珍，樊麗霞.地方高校新工科建設的環境、困境與路徑[J].北京教育（高教），2021（5）：28-32.

[3］ 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（6）：127-132.

[4］ 漆軍，馬忠麗，劉甲甲，等.機器人工程專業“協同融合”建設：以成都信息工程大學為例[J].西部素質教育，2023，9（16）：169-172.

[5］ 唐玉娟，胡興柳，楊忠，等.機器人工程新工科專業建設實施方案探索：以金陵科技學院為例[J].教育教學論壇，2021（28）：48-51.

[6］ 王肖鋒，田換林，穆浩志，等.機器人工程專業復合型人才培養體系的研究與實踐[J].中國輕工教育，2022，25（5）：55-63.

[7］ 李瑞峰，榮偉彬，鄧鑫.新工科背景下機器人工程專業研究與探索[J].中國大學教學，2020（Z1）：32-36.

［責任編輯：鐘 嵐］