基于OBE理念的應用型本科機器人人才培養體系探究

［摘 要］機器人學是一門跨專業綜合性學科，針對不同院校、不同層次學生，其人才培養要求有所不同，這給教學帶來了極大挑戰。文章基于OBE理念，構建機器人人才培養體系，深度剖析崗位需求與技術技能要求，明確應用型本科院校在機器人技術教育中的培養方向和目標，并創新性地設計以OBE為導向的人才培養模式，融合多元要素，構建多層次、漸進式的課程體系，旨在探索培養機器人創新人才的新路徑，為應用型本科院校在機器人專業建設與發展方面提供參考。

［關鍵詞］機器人；人才需求；人才培養；OBE理念

［中圖分類號］G642 ［文獻標識碼］A ［文章編號］2095-3437（2024）16-0113-04

一、背景和意義

機器人是“制造業皇冠頂端的明珠”，其研發、制造、應用水平是衡量一個國家科技創新和高端制造業水平的重要標志。2021年，十五部門聯合印發的《“十四五”機器人產業發展規劃》指出，要加快解決技術積累不足、產業基礎薄弱、高端供給缺乏等問題，推動機器人產業邁向中高端[1]。2023年，十七部門聯合印發《“機器人+”應用行動實施方案》，全面推進機器人在各行業各地方深化應用和特色實踐，進一步激發產業創新活力[2]。近些年，機器人市場規模持續快速增長，“機器人+”應用不斷拓展深入[3]。按用途劃分，智能機器人主要可以分為工業機器人、服務機器人、特種機器人三類。2023年，我國工業機器人市場規模超過600億元，服務機器人市場規模超過了650億元，特種機器人市場規模有望達到193億元，中國機器人市場五年年均增長率達到22%[4]。發展機器人產業是我國從制造大國邁向制造強國的必由之路。

機器人產業面臨前所未有的發展機遇，但與之相關的專業人才缺口巨大，這給機器人專業人才培養帶來了重大的挑戰[5]。在此背景下，地方本科院校設立機器人專業或將機器人學科知識融入現有課程，積極開展機器人技術應用教育，為區域產業輸送專業人才，對于推動中國經濟發展具有重要意義。

二、機器人產業人才需求分析

機器人學是一個龐大的跨專業體系，深度融合了機械、電子、控制及計算機科學等領域的專業知識。隨著智能化技術的飛速發展，機器人產業需要大量高水平、復合型、創新型人才，以滿足不斷發展的產業需求。針對不同院校不同層次的學生，教學目標與內容必然會有所不同，這給機器人教學帶來了極大挑戰。本文基于前期調研結果[6]，主要從兩個角度深度剖析當前的人才需求態勢。

（一）崗位需求分析

從企業發布的終端人才需求來看，機器人相關崗位的工程師可以歸納為以下四類：（1）機器人工程師。機器人工程師是機器人領域中的核心崗位，包括工業機器人工程師及其他機器人工程師，負責需求分析、方案設計、項目實施，要求熟悉各種類型機器人的開發、編程、調試和維護。此類工程師需具備扎實的專業知識與技能，如機械設計、電子電路、嵌入式開發、PLC控制、工業網絡、視覺處理等，并具備良好的綜合素質。（2）機器人機械工程師。主要負責機器人及其集成系統的機械結構設計，包括機器人設計可行性評估、方案制定、零部件設計和選型、整機結構設計、運動分析與力學仿真，以及建模、出圖、BOM清單編制、樣機裝配調試等。（3）機器人電氣工程師。主要負責工業機器人應用集成項目的電氣部分，設計集成項目的機器人視覺應用和電氣控制系統。要求熟悉工藝流程與規范，熟練掌握PLC、觸摸屏、機器人程序編寫、工業總線等技術，能夠完成機器人電氣系統設計、電氣圖紙設計，負責各種電動、氣動元器件選型，整理生產清單和購買零件清單，配合機械工程師完成安裝、接線、功能測試。（4）機器人算法工程師。包括AI算法工程師、控制算法工程師等，要求具備較強的計算機視覺、圖像處理、導航、機器學習、機器人運動學和動力學等方面的技能，如移動機器人運動控制、路徑規劃、軌跡規劃與優化算法、多軸機械臂的運動控制算法、無人機飛控算法等，要求熟練掌握Python、C /C++、MATLAB、ROS等。

（二）技術方向與技能分析

目前，國內機器人領域的人才需求主要來源于三個方面：一是機器人制造廠商，主要實現機器人設計研發、制造、技術支持和市場推廣等，涉及各種類別的機器人設計與開發，用人總量相對較少，但是技術要求比較高。二是機器人系統集成商，主要涉及工業機器人系統集成、非標自動化系統設計、售前售后技術支持等，用人需求量大且對專業能力有較高要求。三是機器人應用企業，主要涉及機器人管理、運行與維護，用人總量最多，但對專業技能的要求相對較低。

其中，來源于機器人制造廠商和機器人系統集成商的人才需求普遍要求本科及以上學歷，而機器人應用企業則大多要求大專及以上學歷。針對應用型本科學生，培養重點應緊密對接機器人制造廠商和機器人系統集成商的需求。總體而言，應用型本科院校應重點培養機器人設計、開發、集成應用方面的復合型人才，具體方向包括工業機器人和智能機器人（服務機器人與特種機器人）方向，以下是兩個方向的相關技能。

工業機器人方向：機械結構設計、電氣控制系統設計、變頻伺服控制技術、工業機器人編程、PLC控制、運動控制、機器視覺、智能制造、系統集成等。

智能機器人（服務機器人與特種機器人）方向：機械結構設計、機器人操作系統ROS、軟件程序開發、 運動規劃、C/C++、Python、MATLAB、機器視覺、SLAM、人工智能、嵌入式控制等。

三、構建以OBE為導向的機器人人才培養模式

OBE（Outcome?Based Education，成果導向教育）理念是一種以學生為中心、以學習成果為目標的先進教育理念，倡導逆向思維構建課程體系。以OBE為導向的機器人人才培養模式，遵循“反向設計、正向實施”原則，堅持“目標導向、以學生為中心、持續改進”基本理念，從實際需求出發，反向設計整個體系（人才培養目標→專項能力→課程體系→課程內容），通過持續改進促使人才培養滿足實際需求（見圖1）。“需求”既是起點，也是終點，從而最大程度地保障了人才培養的質量[7]。

應用型本科機器人人才培養應緊密對接國家、地方和行業實際需求，服務地方經濟發展，培養促進產業發展的機器人技術應用創新型人才。本文以工業機器人應用與移動機器人開發為主線，面向以工業機器人為主導的智能制造生產線系統開發與集成設計的工程實踐能力培養，以及移動機器人系統的工程設計、開發及應用，培養滿足行業發展需求、具備良好的人文社會科學素養和可持續發展潛力的工程技術應用型人才。此外，學生應具備良好的專業素養，能夠在機器人領域的生產制造企業以及集成應用公司，勝任機器人集成系統設計、裝調與改造，以及機器人自動化生產線的設計、應用及運行管理等技術或管理崗位。

四、構建多元融合的多層次、漸進式課程體系

以OBE為導向的機器人人才培養模式，需將OBE理念貫穿人才培養方案制定與課程體系構建，明確各教學模塊及課程的專項能力目標，以確保最終達成既定的培養目標。

（一）“思、教、科、產”四融合課程體系建設

以思政為引領，構建多元融合的課程體系（見圖2），將政治認同、家國情懷、科學精神、時代責任、職業操守等思政元素有機融入課程教學，對學生進行價值引領和人格塑造。課程體系層次分明，涵蓋通識課程、學科基礎課程、專業基礎課程、專業課程等多個層次，各層次均設定了明確的思政目標與能力培養目標，旨在促進學生綜合素質與專業技能的同步提升。以產業需求為導向，科教融合為動力，積極推動學校與科研院所、企業的深度合作，開展協同創新與育人工作。通過深度融合學校教育與企業發展，將產業技術需求有機融入各層次的教學內容和實踐項目，確保學生在不同階段實現不同的素質能力提升。

（二）核心課程群建設

核心課程群由一系列相互關聯、相互支撐的課程組成，共同構建一個完整的教學體系。核心課程群建設是專業建設和課程建設的重要組成部分，也是基礎性工作。為了明確應用型本科機器人人才的培養目標，需系統性地聚焦于核心課程群的設置（見圖3），包括機器人機構課程群、控制技術課程群、機器人感知課程群、機器人系統課程群和人工智能課程群，全面覆蓋工業機器人與智能機器人技術的核心知識領域。核心課程群的設置需緊密圍繞專業能力目標，以確保滿足行業對人才的需求。

（三）遞進式機器人實踐教學體系建設

實踐教學是應用型本科培養中的重要環節，能夠幫助學生加深對理論知識的理解，實現理論知識與實踐操作相結合，提高機器人實際操作技能和創新設計能力。設計應用型本科遞進式機器人實踐教學體系建設方案（見圖4），包括機器人認知實踐、機器人結構設計與控制系統設計、機器人綜合實踐三個階段。每個階段可引入PBL項目教學方法[8]，項目來源可以是自擬課題、競賽課題、科研課題和企業課題，不同階段的課題來源會有區別，通過各種項目訓練逐步提高學生機器人設計與開發的能力。

五、結語

機器人人才培養是一項復雜的系統工程，需要從頂層設計出發，聯合高等院校、科研院所和行業企業等多方力量協調推進。自2016年東南大學率先設立機器人工程專業以來，目前全國超過340所本科院校設立了機器人工程專業，有的學校能夠結合自身科研確立特色方向[9]，有的學校能夠與相關機器人企業緊密結合聯合培養學生[10]，有的學校在人才培養模式方面不斷創新實踐[11]。但總體而言，我國機器人人才培養的整體水平尚待提升，特別是應用型本科人才的培養，仍需持續探索與實踐，以更好地滿足行業需求，為社會輸送更多優秀的機器人專業人才。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 中華人民共和國中央人民政府.十五部門關于印發《“十四五”機器人產業發展規劃》的通知[EB/OL].（2021-12-21）[2024-03-18].https：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2021-12/28/content_566498?8.htm.

[2］ 十七部門聯合印發《“機器人+”應用行動實施方案》[J].機器人技術與應用，2023（1）：1.

[3］ 王耀南，江一鳴，姜嬌，等.機器人感知與控制關鍵技術及其智能制造應用[J].自動化學報，2023，49（3）：494-513.

[4] 王德生.世界智能機器人產業發展動態[J].競爭情報，2024，20（1）：55-63.

[5] 龍迎春，韓竺秦，曾祥鋒，等.新工科背景下機器人工程專業人才培養課程體系構建的探索[J].高教學刊，2021，7（30）：147-150.

[6] 彭芳，劉保軍，黎萍.機器人相關產業人才需求分析與人才培養啟示[J].科技視界，2023（5）：129-132.

[7] 張俊逸，馬文靜.OBE理念下機器人專業應用型人才培養路徑探析[J].科教導刊，2022（34）：48-50.

[8] 彭芳，劉保軍，黎萍.基于PBL的工科專業課程教學探索與應用[J].教育教學論壇，2018（12）：178-180.

[9] 榮偉彬，李瑞峰，馮培連，等.機器人工程專業課程建設與探索[J].高教學刊，2022，8（28）：27-30.

[10] 栗琳，鄭莉芳，馬飛，等.產教融合的機器人工程專業實踐教學體系構建研究[J].高等工程教育研究，2021（4）：88-92.

[11] 劉敏，王耀南，張小剛，等.機器人領域三維協同育人體系構建與實踐[J].高教學刊，2023，9（22）：1-4.

［責任編輯：梁金鳳］