基于項目實訓下的機器人專業人才培養方案

摘要：在新一輪工業革命的背景下，加快完善機器人領域的人才培養體系至關重要，而機器人也被稱作是“制造業皇冠上的明珠”。目前，我國在機器人專業的人才培養上還存在許多問題，無法滿足國家和企業的需求。對此本文提出了一套培養理念，地方企業和高校進行深度合作，采用聯合培養的方式為企業培養所需的人才。同時設計學科建設方案，通過將“工廠”帶入課堂，采用項目制實訓模式，使學生在項目中學習理論知識并進行實踐。從而，為我國的發展和企業的需求提供源源不斷的高素質人才。

關鍵詞：機器人工程專業；人才培養；項目制實訓

Abstract：Inthecontextofanewroundofindustrialrevolution，itisveryimportanttoacceleratetheimprovementofthetalenttrainingsysteminthefieldofrobotics，androbotsarealsoknownasthe"crownjewelofthemanufacturingindustry".Atpresent，therearestillmanyproblemsinthetrainingofrobotprofessionalsinChina，whichcannotmeettheneedsofthecountryandenterprises.Inthisregard，thispaperproposesasetoftrainingconcepts，inwhichlocalenterprisesanduniversitiescarryoutindepthcooperationand adoptthemethodofjointtrainingtocultivatethetalentsneededforenterprises.Atthesametime，thedisciplineconstructionplanisdesigned，andthe"factory"isbroughtintotheclassroomandtheprojectbasedtrainingmodeisadopted，sothatstudentscanlearntheoreticalknowledgeandpracticeintheproject.Thus，toprovideasteadystreamofhighqualitytalentsforthedevelopmentofourcountryandtheneedsofenterprises.

Keywords：robotengineeringmajor；talenttraining；Projectbasedtraining

一、概述

機器人工程是一門多領域交叉融合的前沿學科［1］，涉及機械工程、電子工程、計算機科學、人工智能、控制工程等多個學科。現在已經有大約300所高校開設了機器人專業。然而，由于我國在機器人領域的起步相對較晚，目前機器人工程專業人才培養體系仍存在一系列問題，無法滿足企業和國家發展的需求［2］。

為了解決這個問題，提出了一種與企業合作的工程實訓制培養體系。通過這種體系，學生可以深入了解機器人領域的發展現狀和存在的問題。學生同時帶著疑問去學習，將會更好地促進基礎理論的學習。在這種高效的校企合作下，推動機器人領域高質量人才的培養。這將全面促進我國向制造強國的轉變，推動經濟發展和社會繁榮。

二、國內外“機器人工程專業人才”培養差別

（一）國外培養模式

國外機器人工程專業人才培養模式可以分為以下幾種：

（1）綜合學科培養模式：許多國外高校采用綜合學科的培養模式來培養機器人工程專業人才。這種模式將機械工程、電子工程、計算機科學、人工智能和控制工程等學科進行整合，提供全面的機器人相關知識和技能培訓。

（2）實踐導向的教學模式：國外機器人工程專業注重實踐教學，通過實驗室、工作室和項目實踐等方式，讓學生在真實的工程環境下進行實踐操作和項目開發。這種模式注重培養學生的實際操作能力和解決實際問題的能力。

（3）學院與工業界的緊密結合：許多國外高校與工業界建立緊密的合作關系，通過與機器人相關企業合作開展研究和實踐項目，提供學生實際的工作機會和實踐經驗。這種模式使學生更好地了解行業需求，培養與實際工作需求相匹配的技能和素質。

（4）跨學科培養模式：國外機器人工程專業注重培養學生的跨學科能力，例如將機器人技術與生物醫學、交通運輸、農業等領域進行跨學科融合，培養具有創新思維和跨領域應用能力的機器人工程專業人才。

總之，國外機器人工程專業人才培養模式注重綜合學科培養、實踐導向的教學、學院與工業界的合作、跨學科培養等方面，旨在培養適應機器人行業需求的高素質人才。

（二）國內培養模式

我國在機器人領域的教育建設起步相比西方國家較晚［3］，在培養模式上學習西方國家，同時加入一些適應自己發展現狀的培養方式。國內機器人工程專業的培養模式通常包括以下幾個方面：

（1）基礎課程學習：學生在大學前期階段需要學習一系列的基礎課程，如數學、物理、電子學、機械學等，為接下來的機器人專業學習做好基礎。

（2）專業核心課程學習：機器人工程專業的核心課程包括機器人運動學與控制、機器人感知與認知、機器人路徑規劃與導航、機器人系統設計與集成等。學生通過這些課程的學習，掌握機器人領域的核心理論和技術知識。

（3）實驗室實踐：機器人工程專業的實驗室實踐是培養學生實際操作能力和解決實際問題能力的重要環節。學生在實驗室中可以進行機器人系統的搭建、編程實現、傳感器應用等實踐活動。

（4）實習實訓：為了進一步提高學生的實踐能力，許多高校會安排學生參加企業實習或者參加機器人競賽，在實踐中鞏固所學知識，并培養團隊合作和創新能力。

（5）專業選修課程：機器人工程專業還設置了一些選修課程，如機器學習、計算機視覺、自動控制理論等，供學生根據自己的興趣和發展方向進行選擇。

（6）畢業設計或論文：機器人工程專業學生在畢業前需要完成一定的畢業設計或者論文。這個過程可以鍛煉學生獨立思考、解決問題的能力，并將所學知識應用到具體項目中。

以上是國內機器人工程專業的一般培養模式，具體實施可能會有一些差異，但總體來說，注重理論知識和實踐能力的培養，并強調團隊協作和創新精神。

（三）差異分析

國內外機器人專業培養模式的差異包括：課程設置、實踐訓練、學科交叉、實習與實踐機會。

在課程設置方面，國內機器人專業更注重基礎理論課程的學習，同時也會加入一些機器人相關的專業課程［4］，如機械設計、電路原理、控制原理等。而國外機器人專業則更注重實踐和應用，提供更多的實驗和項目課程，如機器人編程、機器人控制、機器人感知等。

在實踐訓練方面，國內的教育資源缺乏，機器人專業的實習機會相對較少，大多局限于實驗室或學校內部，而且由于經費分配問題，機器人專業的實驗設備較少。而國外機器人專業更注重培養學生的創新能力和解決問題的能力，學生可以在實際場景中應用所學的知識，并且與行業專業人士直接交流。

總體來說，國內機器人專業注重基礎理論學習和工程實踐，而國外機器人專業更注重實踐和跨學科知識融合，提供更多的實習和實踐機會。此外，國外機器人專業的課程設置和實踐教學更加靈活和開放，鼓勵學生自主探索和創新思維。

三、機器人工程專業人才培養現狀

我國機器人專業人才培養比較活躍和積極。隨著機器人技術的不斷發展和應用的廣泛，對機器人工程專業人才的需求也越來越高。許多高校已經設立了機器人工程專業，并提供相關的本科和研究生課程。但是由于我國在機器人領域的起步較晚，在師資力量、教育設備上、實踐活動上相比發達國家還是較為不足。目前在培養體系中還存在以下一些問題。

（一）學生對該領域的認知水平較低

由于機器人工程專業是近幾年興起的一個新型專業，原來依托于機械電子工程來培養人才，這就造成了學生對自己所學專業定位不清楚。大多學生認為該專業也屬于機械領域，這就造成了學生對自己所學知識內容較為模糊。而且該專業涵蓋面較廣，剛進入大學的學生很難適應這種學習方式和教學內容［5］。

（二）多涵蓋領域導致學科的認同感不強

機器人工程專業涵蓋了一些經典領域，如機械工程、控制工程、自動化、計算機。其高度集合性就導致了該專業到底歸屬于哪個院系管理，以至于在很大程度上影響了資源的分配，拖慢了機器人工程專業的建設［5］。

（三）高校培養和企業需求的差異

在人才的培養上，一些普通高校仍然以一些傳統的課程體系進行培養，沒有一些定制化的專屬課程內容，以至于學生不了解該領域的具體架構，沒有充實的知識基礎。從而難以適應企業的要求。也有些較好的院校，部分教師缺乏對該領域前沿的關注，就造成了教學內容的相對滯后。

對于企業來說，企業不僅僅需要基礎性人才，而且更加需要復合型管理人才，該類人才對機器人的整體框架內的各個環節都有一定的了解，能夠很好地協調各環節的生產制造。促進產能的提高［6］。

（四）落后的課程設置

對于專業課程的建設，學校仍然以理論知識傳授為主，實驗為輔的階段。相關課程通常只配備學時較少的課程實驗，對專項實驗以及項目級的工程實訓涉及較少，因此培養的人才不能滿足企業或行業的需求。同時專業教學資源和教學設備缺乏，由于機器人工程專業智能控制領域為新興、復合型學科，使得學用結合課程設置系統性不足，增加了學生的學習難度與教師的教學成本。

（五）繁雜的教材內容

當前面向機器人工程專業智能控制方向的教材種類較多，但定位通常針對研究型人才的培養，覆蓋人員與專業較廣，不能很好地體現出“新、用、適、精”的特色。內容不能及時跟進研究前沿，不能體現學科的“新”理論“新”技術成果。同時對于產教融合聚焦度不夠，不能很好地培養學生解決實際問題的能力，反映學科基本理論與方法的可“用”性。教材層次不能很好適合高等學校本科辦學模式，知識量和難度與學生培養方案不相匹配，系列教材體系不夠完備，達不到結構嚴謹，環環相扣的要求。

目前該專業的人才培養模式，在各方面均有著很多可以改進的內容，我們完全可以將企業的專業工程師請入課堂，為學生講解前沿發展。而學生也可以進入工廠，將理論轉化為實踐。將“工廠”帶入課堂在“做中學”和“學中做”中形成閉環反饋模式，滿足企業人才需求的同時，增強學生實踐能力，為國家培養出優質的機器人專業人才。

四、基于工程實訓模式的培養方案

基于成果導向項目制進行課程內容的系統設計，包括項目制作，教材的選擇與建設。在理論教學環節穿插配套的課程實驗。進一步依托于實際工廠產線進行項目實訓。其核心是讓學生“學中做”“做中學”“學中練”“練中學”“學中用”“用中學”，以項目實訓的形式將“學、做、練、用”四位一體深度融合。同時在“做”與“學”中實現教學與培養的評價—反饋—強化閉環流程，最終實現產教融合、復合人才的培養［7］。如下圖為核心思想。

研究路線圖

（一）課程體系構建

課程體系方面，將工業機器人理論知識學習與企業生產方式緊密結合起來，通過工業機器人應用培養學生的興趣愛好、專業能力、技術適應能力以及團隊協作能力［8］。以機器人智能控制理論為基礎，典型產業案例為出發點，高校—企業產教團隊為載體，共同攻關、深度融合、成果共享，實現服務于產業、反哺于教育的產教、科教模式。教師先結合企業生產實際提出項目構思，然后學生依據項目構思，進行企業實際生產的項目模擬設計，進一步學生依靠企業的工業機器人資源實現項目構思和設計，最后利用企業豐富的校企合作條件，實現項目的整體運作。

（二）教材建設和實踐項目建設

教材選擇與建設方面，圍繞專業核心教材、核心課程、重點實踐項目以及高水平核心師資團隊建設。專業核心教材建設將自主可控技術、實際產業案例、典型解決工業方案等融入教材，實現理論教學與實踐教學融合、融會。發展情境教學、仿真教學，依托數字化高校建設構建數字化教材。核心課程以核心教材為中心，針對教材導論、核心專業知識、實驗課程、習題講解、課程討論，配套5～8節范例課。強化教學方法與教學手段革新，采取互動式，虛擬課、仿真實驗等多元化教學形式，強化學生的沉浸式課程體驗。探索研究性學習，啟發式教育，提高學生實踐與解決問題的能力。重點實踐項目以培養機器人工程復合型本科人才為出發點，以高校教學產線、企業實際產業案例為基礎，校內以“能實不虛、虛實結合”為原則，開發演示型、驗證型、綜合型、創新型的實驗項目和虛擬仿真實驗項目。校外綜合實踐項目，引入新方法、新技術、新工藝、新標準教育教學實踐，探索性科學實踐項目，調動學生的積極性和主動性，激發學生學習興趣和潛能，增強學生創新創造能力，最終實現科教融匯、產教融合［9］。

（三）校企結合，瞄準前沿專業貫通式項目實訓建設

實訓項目建設主要依托于某公司成熟產線進行項目建設與運行。其擁有國際多種品牌機器人，同時機器人種類多樣，包含六軸、四軸（SCARA）、并聯（DELTA）、AGV以及協作機器人等。然后將國產機器人企業引入課堂，通過對比國內外機器人企業的差距，使學生了解到機器人的前沿內容，以此目標為導向進行理論學習。

與多家大中型企業合作，擁有大量工程實訓案例，如3C、CNC、壓鑄、打磨、搬運、焊接等。依據機器人功能特性項目實訓擬從如下案例進行：

1.人工智能駕駛機器人

無人駕駛控制平臺以四驅小車為基礎，集成電機/舵機驅動控制器，支持車體和機械臂的運動控制，同時搭載環境傳感器實現工況預警、定位等各種數據的采集和監控，配合無線通信模塊，實現人工智能感覺、動作系統的開發和學習。感知控制單元主控平臺采用高性能處理器，能夠完成嵌入式與傳感器、機器人控制技術、智能控制等內容的學習。

2.智能分揀機器人

平臺支持機器視覺檢測技術，可以進行智能識別、定位、抓取、分揀等功能，可實現機器視覺檢測技術的工業化應用，在邊緣計算網關中部署人工智能軟件環境，賦予機器人對環境的感知能力和協同工作能力。實驗平臺采用基于深度學習的圖像處理技術、機器視覺技術和機器人運動控制技術，可為人工智能、機器人工程、智能控制等領域提供可模擬色塊分揀、形狀分類、尺寸測量、生產日期檢測、垃圾分類、物體缺陷檢測、物流分類、工件分揀、裝配檢測等工業應用場景。

3.機器視覺智能識別與控制平臺

系統包含六自由度機械臂、寬動態AI視覺攝像頭、邊緣處理終端、邊緣計算顯示單元、機器視覺場景應用資源包、可模擬人工智能典型應用場景，實現人工智能、智能控制應用技術教學實驗，可進行機器視覺、語音識別等方面實踐。

（四）以項目制為導向，進行專業多維評價、反饋，建立科學測試體系

評價內容上側重于理論到項目的實現度，聚焦于智能控制理論的工程應用，使學生實現“學中做”。學校和企業對學生的項目實訓結果進行打分評價，促進學生的“做中學”，反饋方式上應用信息化教學系統。最大限度地跟蹤學生的學習進度，及時發現學生短板，使學生能夠更快、更精準地掌握工作知識和技能。及時獲取用人單位需求、技術要點反饋，實時調整培養方案，使人才培養能夠精準對接就業崗位，構建人才培養、學生學習以及企業用人需求為一體的生態系統，為機器人工程復合型人才精準培養、零對接企業奠定堅實基礎。

結語

為了實現我國制造業發展戰略規劃并推動建設制造強國，迫切需要大力發展智能制造領域。在當前機器人領域中，存在一些培養問題，因此需要分析機器人工程專業的現狀。為此，提出了基于項目制工程實訓的培養體系，從課程內容、教材選擇、實訓項目、反饋評價等方面提出了切實可行的培養模式，這種培養模式需要企業和高校進行深入交流。雖然該模式僅是初步的探索方案，其具體實施效果尚待驗證，但實踐成果無疑能促進我國機器人專業人才培養體系的完善，并為后來者提供經驗和方向。這樣做將有助于我國智能制造領域的快速發展和建設制造強國的目標實現。

參考文獻：

［1］吳婧姍，王雨潔，朱凌.學科交叉：未來工程師培養的必由之路——以機器人工程專業為例［J］.高等工程教育研究，2020（02）：6875+98.

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［3］劉新玉，代響林，平燕娜，等.機器人工程專業設置及人才培養分析［J］.智能制造，2023（01）：124128.

［4］馬春生，曾建潮，高春強，等.多學科交叉的人才培養模式研究——以智能機器人微專業為例［J］.高教學刊，2021（08）：133136.

［5］江本赤，劉玉飛，李公文，等.基于產教深度融合的機器人工程專業人才培養途徑［J］.湖北理工學院學報，2023，39（01）：6467.

［6］雷立群，王戩.機械電子工程與智能制造復合人才培養模式研究［J］.科技風，2019（20）：159+167.

［7］安麗紅.基于產教融合、校企合作理念的實驗實訓裝置研發和改造——以青島市技師學院為例［J］.中國教育技術裝備，2022，（07）：2931.

［8］張近民，王穎，高斌.體現工程教育理念的機器人實踐教學［J］.大學教育，2019（08）：810.

［9］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）：127132.

作者簡介：葉林征（1990—），男，漢族，河北廊坊人，工學博士，教授，碩士生導師，研究方向：機器人與智能制造、超精密及特種制造。