借鑒德國“雙元制”教育模式的應(yīng)用型本科高校機(jī)器人教育初探

張程 張卓

摘? 要：德國職業(yè)教育“雙元制”是當(dāng)前全世界工業(yè)行業(yè)最有效、最科學(xué)的教育模式之一，其行業(yè)就業(yè)與學(xué)校教育之間關(guān)系協(xié)調(diào)，有效的促進(jìn)了地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。機(jī)器人教育是我國應(yīng)用型本科教育學(xué)科體系中的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和重要藍(lán)圖。如何制定科學(xué)合理的機(jī)器人教育方案是保證應(yīng)用型本科機(jī)器人學(xué)科人才培養(yǎng)教學(xué)質(zhì)量的重中之重。借鑒德國職業(yè)教育“雙元制”中基于社會(huì)經(jīng)濟(jì)、行業(yè)發(fā)展的人才培養(yǎng)模式，對(duì)于我國當(dāng)前應(yīng)用型本科機(jī)器人教育建設(shè)的實(shí)施具有極其重要的價(jià)值和啟示。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型本科;機(jī)器人教育;德國現(xiàn)代雙元制;協(xié)同育人機(jī)制

中圖分類號(hào)：G640 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2019）09-0027-03

Abstract： German vocational education "dual system" is one of the most effective and scientific education models in the world's industrial industry. It coordinates the relationship between employment and school education， and effectively promotes the development of regional economy. Robot education is an innovative design and an important blueprint in the subject system of Applied Undergraduate Education in China. How to formulate a scientific and reasonable robot education program is the most important thing to ensure the quality of training and teaching of Applied Undergraduate robotics talents. Drawing lessons from the "dual system" of German vocational education， which is based on the development of social economy and industry， has important value and Enlightenment for the implementation of the current application-oriented undergraduate robot education construction in China.

Keywords： applied undergraduate colleges and universities; robot education; german modern dual system; cooperative education mechanisml

引言

為了提高提高德國工業(yè)的競爭力，德國政府于2013年4月在漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上正式提出“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，以使德國在新一輪工業(yè)革命中占領(lǐng)先機(jī)。2014年11月，李克強(qiáng)總理訪問德國期間，中德雙方發(fā)表了《中德合作行動(dòng)綱要：共塑創(chuàng)新》，宣布兩國將開展工業(yè)4.0合作。近幾年，機(jī)器人技術(shù)已然成為了一門跨專業(yè)、高度綜合的新興學(xué)科，其綜合應(yīng)用了多門學(xué)科的最新成就，是機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，也是高等院校特別是理工類專業(yè)培養(yǎng)中進(jìn)行教育教學(xué)改革、學(xué)生能力培養(yǎng)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育實(shí)施的良好載體[1，2]。2015年5月8日，國務(wù)院正式印發(fā)《中國制造2025》。在其中確定的10大戰(zhàn)略領(lǐng)域中，機(jī)器人位列第2項(xiàng)，其重要性不言而喻。本文針對(duì)應(yīng)用型本科高校如何開展機(jī)器人教育的問題，重點(diǎn)關(guān)注行業(yè)企業(yè)對(duì)于高校開展機(jī)器人教育的作用，并結(jié)合實(shí)踐環(huán)境、師資建設(shè)和學(xué)科競賽等方面，研究實(shí)施機(jī)器人教育與教學(xué)方案的相關(guān)問題。

一、德國“雙元制”教育模式

“德國是一個(gè)原料缺乏的工業(yè)國家，它依賴的是受過良好教育的技術(shù)力量?！盵3]一語出自于德國聯(lián)邦政府的《德國概況》。由此可見，德國是以技術(shù)發(fā)展作為立國的基本，通過進(jìn)口價(jià)格相對(duì)低廉的原料，加工出高質(zhì)量的產(chǎn)品而創(chuàng)造出更高的產(chǎn)值，這便是德國制造業(yè)獲得競爭力優(yōu)勢(shì)的奧秘。德國“雙元制”的職業(yè)教育模式也是基于這種國情和競爭意識(shí)而形成的?！半p元制”教育有兩個(gè)課堂：一個(gè)是學(xué)校（1/3時(shí)間），一個(gè)是企業(yè)（2/3時(shí)間）。分別由聯(lián)邦培訓(xùn)條例和聯(lián)邦州教學(xué)大綱兩個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)管。即在同一個(gè)州內(nèi)，無論哪所學(xué)校，所執(zhí)行的教育標(biāo)準(zhǔn)是唯一且一定的，不會(huì)出現(xiàn)相同專業(yè)學(xué)校中教學(xué)大綱、教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)內(nèi)容的不同。聯(lián)邦培訓(xùn)條例和聯(lián)邦州教學(xué)大綱由工會(huì)、企業(yè)和學(xué)術(shù)界共同定制[4]?！半p元制”教育模式極大的加強(qiáng)了企業(yè)協(xié)助教育過程和技術(shù)型人才培養(yǎng)的積極性，由此優(yōu)化解決了畢業(yè)生在實(shí)習(xí)和就業(yè)方面的困難，同時(shí)緩解了由教育和行業(yè)偏差所導(dǎo)致的就業(yè)“不對(duì)口”問題，從一定程度上為“產(chǎn)學(xué)結(jié)合，工學(xué)合作”教育模式的順利實(shí)施提供了保障。

二、我國機(jī)器人教育問題分析

目前我國的機(jī)器人教育處于起步階段。2016年，東南大學(xué)首次招生機(jī)器人工程專業(yè)學(xué)生，建立培養(yǎng)從基于自動(dòng)化技術(shù)到傳統(tǒng)機(jī)器人技術(shù)，再到新型控制器研究，最終提升到機(jī)器人工程研究與應(yīng)用的一系列教學(xué)模式。這是我國機(jī)器人教育標(biāo)志性的開端。在全國范圍內(nèi)的應(yīng)用型本科高校內(nèi)，機(jī)器人教育普遍存在著一些問題[5-7]。

（一）機(jī)器人培養(yǎng)方案缺失或不完善

大多數(shù)應(yīng)用型本科院校的機(jī)器人專業(yè)教育開設(shè)在機(jī)電類、自動(dòng)化類或機(jī)械類院系，或者在機(jī)電或控制類專業(yè)中逐步增設(shè)機(jī)器人方向課程。應(yīng)用型本科院校部分來源于之前的二本院校，整體的科研水平和師資力量與老牌“985”等一流高校具有一定的差距，因此在機(jī)器人教育開展過程中存在一定局限性。例如，缺乏合理的人才培養(yǎng)方案和成熟的教學(xué)方案。這就直接導(dǎo)致了應(yīng)用型本科院校中機(jī)器人教育建設(shè)速度相對(duì)緩慢且質(zhì)量相對(duì)不足。

（二）機(jī)器人實(shí)驗(yàn)環(huán)境缺乏或不先進(jìn)

由于應(yīng)用型本科院校實(shí)驗(yàn)設(shè)備環(huán)境和自身科研水平的局限性，大多不具備自主制作教育配套設(shè)備的能力，一般通過招標(biāo)采購的方式引進(jìn)機(jī)器人設(shè)備。市面上現(xiàn)有的教學(xué)機(jī)器人價(jià)格比較昂貴，以瑞典ABB、日本FUNAC等機(jī)器人為本體的工作站為例，市場(chǎng)起價(jià)普遍為數(shù)十萬元以上/臺(tái)，導(dǎo)致院校只能購買最低數(shù)量設(shè)備，或者通過教師自身的教科研項(xiàng)目資金引入少量機(jī)器人簡易模型進(jìn)行研究和示教。由此局限了機(jī)器人實(shí)驗(yàn)環(huán)境的完善化和普及化，對(duì)學(xué)生的能力培養(yǎng)很難起到預(yù)期的作用。

（三）機(jī)器人師資力量缺少或不充分

目前部分應(yīng)用型本科院校已經(jīng)在努力通過各種渠道學(xué)習(xí)和開展機(jī)器人教育教學(xué)活動(dòng)，但存在教師對(duì)于機(jī)器人教學(xué)經(jīng)驗(yàn)不足、技術(shù)認(rèn)知水平有限的嚴(yán)峻現(xiàn)狀。年老教師對(duì)于機(jī)器人新技術(shù)接收能力相對(duì)不夠積極，青年教師又存在教學(xué)任務(wù)繁重而無暇充分研究機(jī)器人技術(shù)的問題，在機(jī)器人教育的開展過程中較難形成相對(duì)成熟的整體把握，在一定程度上阻礙了機(jī)器人教育的創(chuàng)新研究。

三、基于德國“雙元制”模式的機(jī)器人教育改革方案

德國職業(yè)教育的“雙元制”模式是基于社會(huì)經(jīng)濟(jì)、行業(yè)發(fā)展而進(jìn)行的人才培養(yǎng)方案，具有先進(jìn)性、準(zhǔn)確性和高效性。在應(yīng)用型本科高校開展機(jī)器人教育的過程中，可以借鑒德國“雙元制”教育模式，重點(diǎn)關(guān)注行業(yè)企業(yè)對(duì)于高校開展機(jī)器人教育的作用，并在實(shí)踐環(huán)境、師資建設(shè)和實(shí)踐競賽等方面由社會(huì)、行業(yè)和高校協(xié)同實(shí)施機(jī)器人教育與教學(xué)的相關(guān)問題。

（一）校企聯(lián)合“協(xié)同育人”定制機(jī)器人培養(yǎng)模式

在德國“雙元制”教育體制中，重視將社會(huì)廣泛參與到教學(xué)環(huán)節(jié)中，且分工相當(dāng)明確。其強(qiáng)調(diào)“為未來的工作而學(xué)習(xí)”的思想，注重實(shí)踐技能和動(dòng)手能力的培養(yǎng)，并以培養(yǎng)學(xué)生“學(xué)用結(jié)合”的能力為宗旨。應(yīng)用型本科院校的機(jī)器人教育要避免學(xué)校施教者唱獨(dú)角戲的現(xiàn)象，積極開展“協(xié)同育人”項(xiàng)目，倡導(dǎo)“全員、全過程、全方位育人”的“三全”育人理念，進(jìn)一步提升應(yīng)用型本科高?！按蟮掠钡挠烁窬帧Ｍ七M(jìn)學(xué)校高墻之外的社會(huì)力量一同參與機(jī)器人教育，尤其是機(jī)器人企業(yè)要積極加入，與高校共同定制人才培養(yǎng)方案，將機(jī)器人專業(yè)教育與行業(yè)需求相結(jié)合，使所制定的機(jī)器人培養(yǎng)方案和教學(xué)計(jì)劃具有明確的針對(duì)性和實(shí)用性。

（二）促進(jìn)虛擬實(shí)驗(yàn)室技術(shù)在機(jī)器人培養(yǎng)中的作用

在機(jī)器人教學(xué)過程中，可以在機(jī)器人實(shí)體教學(xué)設(shè)備的基礎(chǔ)上，在機(jī)器人系統(tǒng)教學(xué)中引進(jìn)虛擬樣機(jī)技術(shù)。例如，利用虛擬樣機(jī)技術(shù)進(jìn)行機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)、機(jī)器人動(dòng)力學(xué)、機(jī)器人軌跡規(guī)劃及機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制等學(xué)習(xí)過程，培養(yǎng)學(xué)生熟練運(yùn)用機(jī)器人建模與設(shè)計(jì)軟件的專業(yè)能力。機(jī)器人三維模型可以讓學(xué)生通過軟件直接又清晰地觀察其內(nèi)部構(gòu)造，了解機(jī)器人的連接方式與運(yùn)行原理。在機(jī)器人拆裝的項(xiàng)目上，如果拆裝真實(shí)的機(jī)器人，必然會(huì)伴隨很大的人員安全風(fēng)險(xiǎn)以及機(jī)器人設(shè)備損壞的風(fēng)險(xiǎn)，但是機(jī)器人三維模型可以通過軟件隨意拆裝，既達(dá)到了拆裝教學(xué)效果，又規(guī)避了風(fēng)險(xiǎn)，間接地節(jié)省了實(shí)訓(xùn)成本。

（三）鼓勵(lì)青年教師走出學(xué)校參與機(jī)器人行業(yè)培訓(xùn)

高校教師肩負(fù)著教學(xué)、科研和社會(huì)服務(wù)三項(xiàng)職責(zé)，其中科研水平的高低在一定程度上影響著教學(xué)和社會(huì)服務(wù)行為開展效果的優(yōu)良，脫離科研背景和社會(huì)服務(wù)支撐的教學(xué)是難以具有持續(xù)生命力的。由于機(jī)器人系統(tǒng)自身的復(fù)雜性和綜合性，教學(xué)指導(dǎo)和實(shí)施的難度比較大，對(duì)機(jī)器人課程教師的能力有較高的要求。因此，需要特別加強(qiáng)機(jī)器人課程教師的相關(guān)知識(shí)與技能培訓(xùn)，鼓勵(lì)機(jī)器人課程教師進(jìn)行機(jī)器人教育、機(jī)器人技術(shù)、機(jī)器人行業(yè)及應(yīng)用等方面的調(diào)研、培訓(xùn)、會(huì)議等活動(dòng)，使其具有自己獨(dú)特的專長。并制定相關(guān)政策制度鼓勵(lì)教師積極開展機(jī)器人科技研究活動(dòng)，努力為將科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源奠定基礎(chǔ)。

（四）重視機(jī)器人實(shí)踐環(huán)節(jié)并引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入行業(yè)產(chǎn)線

德國“雙元制”教育特別強(qiáng)調(diào)企業(yè)實(shí)踐，其教學(xué)時(shí)間達(dá)到2/3。而我國目前的高等教育存在著重理論、輕實(shí)踐、重通識(shí)課、輕專業(yè)課、重知識(shí)計(jì)算、輕動(dòng)手實(shí)踐的傾向。培養(yǎng)的學(xué)生有文憑、無技能，與企業(yè)所求人才有一定偏差。解決這個(gè)問題的關(guān)鍵就是增加實(shí)訓(xùn)課比例，甚至考慮將理論課拿到實(shí)訓(xùn)室結(jié)合設(shè)備實(shí)物開展教學(xué)，并改革課程考核體系及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，制定政策推進(jìn)企業(yè)積極提供學(xué)生機(jī)器人行業(yè)相關(guān)的實(shí)習(xí)實(shí)踐的場(chǎng)所和崗位，組織機(jī)器人行業(yè)產(chǎn)線參觀、工作環(huán)境體驗(yàn)、工作崗位培訓(xùn)及專業(yè)技能考核認(rèn)證等環(huán)節(jié)，促進(jìn)學(xué)生充分認(rèn)識(shí)機(jī)器人真實(shí)的生產(chǎn)、作業(yè)、加工及研發(fā)環(huán)境。

（五）加強(qiáng)各類機(jī)器人競賽對(duì)于學(xué)生技能的促進(jìn)作用

德國以行業(yè)分析為導(dǎo)向、以實(shí)現(xiàn)學(xué)生能力為本位而設(shè)計(jì)的課程模式，充分體現(xiàn)了以行業(yè)活動(dòng)力為核心的設(shè)計(jì)思想。在機(jī)器人教育課程的設(shè)置上也要以提高學(xué)生行業(yè)知識(shí)、操作技能為出發(fā)點(diǎn)。培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行基于機(jī)器人技術(shù)的研究是一項(xiàng)很好的實(shí)踐創(chuàng)新活動(dòng)，易于激發(fā)學(xué)習(xí)興趣并提高知識(shí)技能，鍛煉思考、分析問題和解決問題的能力。以全國各類單片機(jī)、嵌入式等控制器編程競賽為例，對(duì)學(xué)生的控制器技術(shù)做重點(diǎn)指導(dǎo)，并持續(xù)在全國大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、全國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、中國機(jī)器人及人工智能大賽等活動(dòng)中對(duì)學(xué)生進(jìn)行新型機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)及調(diào)試的技術(shù)指導(dǎo)，以“理論教學(xué)+實(shí)踐教學(xué)+創(chuàng)新項(xiàng)目+創(chuàng)新比賽”等多模式綜合提升學(xué)生對(duì)于機(jī)器人技術(shù)的創(chuàng)新能力。

四、機(jī)器人教育的保障性和可持續(xù)性

機(jī)器人教育的開設(shè)和開展是國之大計(jì)，需要國家政府部門、國家教育部門、高等院校、機(jī)器人行業(yè)企業(yè)及所有師生的共同努力得以實(shí)施和進(jìn)步，是一項(xiàng)長期堅(jiān)持和發(fā)展的教育方向。應(yīng)用型本科高校在開展機(jī)器人教育的同時(shí)，需要特別注意其可持續(xù)性發(fā)展，并不斷跟進(jìn)新技術(shù)腳步以提升自身的機(jī)器人教育水平。

（一）在政策上鞏固校企合作模式

目前，國家教育部已經(jīng)組建了教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目專家組，并建立“教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目平臺(tái)”，旨在推進(jìn)“產(chǎn)學(xué)合作、協(xié)同育人”。廣東省教育廳在2018年4月征集校企合作協(xié)同育人項(xiàng)目，并于2018年7月2日舉行首屆廣東省校企合作協(xié)同育人項(xiàng)目對(duì)接會(huì)，旨在搭建校企交流合作平臺(tái)，引導(dǎo)和支持校企聯(lián)動(dòng)，推進(jìn)產(chǎn)教融合人才培養(yǎng)改革。由此可見，我國及地方政府在政策上都在積極推進(jìn)校企合作平臺(tái)，大力支持行業(yè)企業(yè)進(jìn)入人才培養(yǎng)過程，將高等教育與行業(yè)需求精準(zhǔn)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)“精準(zhǔn)育人”。

（二）在師資上重視機(jī)器人技術(shù)培養(yǎng)

隨著國家重點(diǎn)老牌985高校及“雙一流”高校的機(jī)器人學(xué)院或機(jī)器人工程專業(yè)的建設(shè)，目前已經(jīng)有經(jīng)受過專業(yè)機(jī)器人教育的碩士研究生和博士研究生畢業(yè)進(jìn)入到社會(huì)行業(yè)。相信在不久的將來，會(huì)有大批的本碩博人才進(jìn)入企業(yè)、高校及科研院所。應(yīng)用型本科高校應(yīng)抓住人才和重視人才，引進(jìn)機(jī)器人師資力量，同時(shí)對(duì)在校內(nèi)已經(jīng)從事機(jī)器人研究的教師給予大力培養(yǎng)和支持，在師資上推進(jìn)機(jī)器人教育的開展和完善。

（三）在技術(shù)上推進(jìn)自主機(jī)器人建設(shè)

目前我國無論是機(jī)器人教育還是機(jī)器人行業(yè)方面，對(duì)于機(jī)器人核心技術(shù)的研發(fā)能力仍然處于逐步發(fā)展階段，特別是核心件的開發(fā)設(shè)計(jì)及控制算法方面均存在著大量工作亟待解決。在自主機(jī)器人和自主機(jī)器人教育設(shè)備的研制上還需要大量技術(shù)人員投入建設(shè)，以打破目前高校比較青睞外國機(jī)器人作為教具的現(xiàn)狀。提高機(jī)器人核心技術(shù)，提升國家核心競爭力，無論是在教育培養(yǎng)、行業(yè)發(fā)展亦或是國家強(qiáng)大的角度，都是非常重要的，這也需要高等院校積極培養(yǎng)人才缺口，為行業(yè)推送機(jī)器人技術(shù)人才，實(shí)現(xiàn)“人才培養(yǎng)、行業(yè)就業(yè)、技術(shù)發(fā)展”的良性循環(huán)。

五、結(jié)束語

機(jī)器人教育是我國應(yīng)用型本科教育學(xué)科體系中的重點(diǎn)設(shè)計(jì)和重要藍(lán)圖，本文通過分析德國職業(yè)教育的“雙元制”中基于社會(huì)經(jīng)濟(jì)、行業(yè)發(fā)展的人才培養(yǎng)模式，針對(duì)我國應(yīng)用型本科高校的具體特點(diǎn)，重點(diǎn)關(guān)注行業(yè)企業(yè)對(duì)于高校開展機(jī)器人教育的作用，并結(jié)合實(shí)踐環(huán)境、師資建設(shè)和實(shí)踐競賽等方面，研究如何具體實(shí)施機(jī)器人教育與教學(xué)的相關(guān)問題。對(duì)于應(yīng)用型本科高校的機(jī)器人教育方案提出了一定的探索性建議，具有一定的參考性。

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