基于CDIO教育理念的機(jī)器人工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式探索

涂細(xì)凱 　李佳璐　王一舉

摘 要 機(jī)器人工程專業(yè)是在目前新工科背景下應(yīng)用而生的新型應(yīng)用型專業(yè)，從CDIO教育理念的角度，將學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性作為出發(fā)點(diǎn)，并對(duì)機(jī)器人工程專業(yè)人才需求進(jìn)行了分析，結(jié)合行業(yè)需求以及人才需求，對(duì)機(jī)器人工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式進(jìn)行了探究，在掌握基礎(chǔ)專業(yè)知識(shí)的前提下，從項(xiàng)目實(shí)踐中進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而培養(yǎng)更具有行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的創(chuàng)新型人才。

關(guān)鍵詞 機(jī)器人工程 新工科 人才培養(yǎng) CDIO教育理念

中圖分類號(hào)：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2020.02.012

Exploration on the Training Mode of Robot Engineering Professionals

Based on CDIO Education Concept

TU Xikai[1]， LI Jialu[2]， WANG Yiju[1]

（[1]School of Mechanical Engineering， Hubei University of Technology， Wuhan， Hubei 430068;

[2]School of Industrial Design， Hubei University of Technology， Wuhan， Hubei 430068）

Abstract The robot engineering major is a new application-oriented specialty developed under the background of new engineering. From the perspective of CDIO education concept， the initiative of student learning is taken as the starting point， and the needs of robot engineering professionals are analyzed， combined with industry needs and Talent demand， explore the training mode of robot engineering professionals. Under the premise of mastering basic professional knowledge， further promote students' independent learning ability and innovation ability from project practice， and stimulate students' interest in learning， so as to cultivate more competitive industries. Innovative talent.

Keywords robot engineering; new engineering; talent cultivation; CDIO Education Concept

0 概述

機(jī)器人工程專業(yè)是在新工科的背景下興起的一個(gè)多學(xué)科交叉融合的新專業(yè)。它是在機(jī)械工程、控制科學(xué)與工程、電子信息與電氣工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，同時(shí)與國(guó)家建設(shè)需求、國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)和未來(lái)挑戰(zhàn)相互交叉共融發(fā)展。[1]響應(yīng)國(guó)家發(fā)展趨勢(shì)以及行業(yè)人才需求，湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院與2018年成立機(jī)器人工程系，機(jī)器人工程專業(yè)包括工業(yè)機(jī)械臂、外骨骼機(jī)器人、智能小車以及無(wú)人飛行器，形成了完整的外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電子電路設(shè)計(jì)、嵌入式開(kāi)發(fā)、控制系統(tǒng)研發(fā)教學(xué)平臺(tái)，學(xué)校有多功能教學(xué)平臺(tái)，可進(jìn)行工業(yè)/服務(wù)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、智能控制理論及控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用、云平臺(tái)與云控制的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、嵌入式與軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、機(jī)器視覺(jué)設(shè)計(jì)與處理以及機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)/動(dòng)力學(xué)分析的教學(xué)活動(dòng)。

CDIO是經(jīng)過(guò)多年的國(guó)際工程教育改革的最新成果展示。CDIO縮寫的含義分別是：構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），其最顯著的優(yōu)勢(shì)是提出了便于實(shí)際操作的12條標(biāo)準(zhǔn)，其中包括了能力培養(yǎng)、全面實(shí)施和檢驗(yàn)測(cè)評(píng)等方面。[2]以學(xué)生為中心，為了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，以項(xiàng)目為載體，通過(guò)項(xiàng)目實(shí)踐，與基礎(chǔ)專業(yè)課程有機(jī)的結(jié)合。CDIO培養(yǎng)大綱從工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力四個(gè)層面來(lái)衡量工程畢業(yè)生的能力，這種對(duì)工程專業(yè)人才能力的劃分同樣適用于機(jī)器人工程專業(yè)人才的培養(yǎng)模式，因此基于CDIO教育理念的新人才培養(yǎng)模式探索有助于加快我院機(jī)器人工程專業(yè)人才培養(yǎng)的建設(shè)。

1 機(jī)器人工程專業(yè)人才需求分析

機(jī)器人作為一個(gè)復(fù)雜的工程系統(tǒng)，需要綜合運(yùn)用多學(xué)科交叉知識(shí)和技術(shù)，包括機(jī)械、電子、控制和通信等基礎(chǔ)理論知識(shí)和技能，涉及合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)、靈敏的感知認(rèn)知、準(zhǔn)確的動(dòng)作控制以及和諧的人機(jī)交互等。

（1）國(guó)家建設(shè)需求。中國(guó)目前已經(jīng)是機(jī)械工程制造大國(guó)，但與歐美、日韓等國(guó)家相比仍存在一定差距，接下來(lái)會(huì)向高技術(shù)，智能化的制造強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)，需要更加精密的加工技術(shù)手段以及高素質(zhì)復(fù)合應(yīng)用型人才，工業(yè)機(jī)器人、人工智能也是今后的發(fā)展趨勢(shì)。

（2）行業(yè)發(fā)展需求。到2020年，在信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)、智能裝備、無(wú)人駕駛和機(jī)器人、新材料等專業(yè)的人才缺口將會(huì)增加，到2025年，高檔數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人專業(yè)人才缺口將達(dá)到450萬(wàn)人。教育部發(fā)布的《制造業(yè)人才發(fā)展規(guī)劃指南》[3]中指出，到2025年高檔數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人領(lǐng)域所需人才總量將超過(guò)900萬(wàn)人，人才缺口將達(dá)到約450萬(wàn)人。不論是在智能機(jī)器人本體的設(shè)計(jì)研發(fā)及制造、還是在無(wú)人駕駛汽車等新興領(lǐng)域、智能制造業(yè)領(lǐng)域從事軟硬件等技術(shù)開(kāi)發(fā)、產(chǎn)品測(cè)試等方面都需要復(fù)合型專業(yè)技術(shù)人才。

2 基于CDIO理念的創(chuàng)新人才培育方案

機(jī)器人工程是一門應(yīng)用實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)，以學(xué)生為中心，為了激發(fā)學(xué)生的興趣和積極性，從基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)能力的培養(yǎng)，再到通過(guò)實(shí)際項(xiàng)目和比賽對(duì)綜合實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，鍛煉了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)的積極性以及擁有專業(yè)的技術(shù)知識(shí)以及實(shí)踐能力。

2.1 技術(shù)知識(shí)和推理能力培養(yǎng)

機(jī)器人工程專業(yè)作為一門跨學(xué)科實(shí)踐應(yīng)用較強(qiáng)的新工科專業(yè)，從CDIO工程教育理念出發(fā)，以學(xué)生興趣為主體，以項(xiàng)目為依托，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力。第一學(xué)期首先進(jìn)行通識(shí)教育必須課程的學(xué)習(xí)，其中包括計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用基礎(chǔ)、機(jī)器人工程導(dǎo)論、C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)等課程的學(xué)習(xí)。讓學(xué)生先對(duì)機(jī)器人工程專業(yè)有大致的理解與認(rèn)識(shí)，并且掌握基礎(chǔ)知識(shí)有利于日后學(xué)習(xí)的側(cè)重。第二學(xué)期主要進(jìn)行學(xué)科基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，如電路基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)自動(dòng)控制原理和機(jī)電傳動(dòng)與控制等。第三學(xué)期主要學(xué)習(xí)專業(yè)核心課程，如應(yīng)用機(jī)器人學(xué)、機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)器人操作系統(tǒng)等。以學(xué)生為主體，通過(guò)課程中的教學(xué)演示，試驗(yàn)演示等教學(xué)方法，設(shè)置問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行積極的思考，使學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)有更加深入的理解與認(rèn)識(shí)，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和自主學(xué)習(xí)能力等。在教學(xué)設(shè)施方面學(xué)院可以引進(jìn)高端的設(shè)備和軟件，可以在計(jì)算機(jī)上模擬教學(xué)，開(kāi)闊學(xué)生視野，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力。

2.2 綜合實(shí)踐能力的培養(yǎng)

每學(xué)期在基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，融合基礎(chǔ)實(shí)踐、專業(yè)實(shí)踐、綜合實(shí)踐以及短學(xué)期實(shí)踐課程的學(xué)習(xí)。從基礎(chǔ)實(shí)踐層層遞進(jìn)逐步培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和協(xié)調(diào)能力。加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)習(xí)動(dòng)手能力，從實(shí)際項(xiàng)目出發(fā)，從“做中學(xué)”，以學(xué)生為整個(gè)實(shí)踐課程的主體，老師起引導(dǎo)輔助作用，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考自主學(xué)習(xí)。對(duì)不同學(xué)生采用不同的引導(dǎo)式教學(xué)，確保不同層次和不同興趣的學(xué)生在各種實(shí)踐課程中都可以達(dá)到最佳的專業(yè)技能訓(xùn)練與實(shí)際動(dòng)手操作。充分發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。在短學(xué)期實(shí)踐中，以項(xiàng)目和機(jī)器人擂臺(tái)賽為載體，鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)小組自由組合的形式，提高學(xué)生的溝通交流能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，在團(tuán)隊(duì)中，學(xué)生為主導(dǎo)，從機(jī)器人本體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，運(yùn)用所學(xué)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)，協(xié)同控制系統(tǒng)，單片機(jī)接口設(shè)計(jì)，嵌入式系統(tǒng)等，完成項(xiàng)目目標(biāo)或比賽目標(biāo)。并且通過(guò)模塊化的課程評(píng)價(jià)以及層級(jí)考核，更加全面系統(tǒng)的了解到每個(gè)學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的掌握情況，以及實(shí)際動(dòng)手操作實(shí)踐能力的評(píng)估，對(duì)后期學(xué)生自身的發(fā)展發(fā)向有一定的了解，可以讓學(xué)生自己更加了解自己的專業(yè)基礎(chǔ)能力與實(shí)踐能力，為以后職業(yè)規(guī)劃提供參考。

2.3 個(gè)人職業(yè)技能和職業(yè)道德培養(yǎng)

根據(jù)CDIO工程教育理念能力大綱中的個(gè)人職業(yè)技能和職業(yè)道德，機(jī)器人工程專業(yè)的人才培養(yǎng)需要考慮新工科多學(xué)科交叉融合的特點(diǎn)，不僅需要擁有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)，掌握個(gè)人職業(yè)技能，而且需要有職業(yè)道德，正直，負(fù)有責(zé)任感。

（1）個(gè)人職業(yè)技能：掌握基礎(chǔ)工程理論知識(shí)，擁有分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力;對(duì)項(xiàng)目中出現(xiàn)的問(wèn)題可以運(yùn)用所學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)解決防范以及方法建議;有較強(qiáng)的系統(tǒng)思維，整體思維，在解決問(wèn)題時(shí)可以確定優(yōu)先級(jí)和焦點(diǎn)，可以平衡整個(gè)項(xiàng)目中涉及到不同學(xué)科交叉問(wèn)題和決策;具有創(chuàng)造性思維、批評(píng)性思維，有較強(qiáng)的時(shí)間管理能力和終身學(xué)習(xí)的意識(shí)，關(guān)注科技發(fā)展前沿動(dòng)態(tài)，與時(shí)俱進(jìn)，自省個(gè)人的知識(shí)、技能、態(tài)度等。[4]

（2）職業(yè)道德：在培養(yǎng)過(guò)程中要注重人文精神的熏陶，從機(jī)器人產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與運(yùn)作中體現(xiàn)做人，強(qiáng)調(diào)做事和做人相結(jié)合，培養(yǎng)具備社會(huì)責(zé)任感、誠(chéng)信、正直、專業(yè)素養(yǎng)強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)的專業(yè)人才。

3 結(jié)束語(yǔ)

在新工科背景下，全國(guó)各高校對(duì)機(jī)器人工程專業(yè)人才培養(yǎng)的模式上還在不斷的探索與改進(jìn)。針對(duì)我校新辦的機(jī)器人工程專業(yè)的需求以及行業(yè)專業(yè)人才的需求，從CDIO工程教育模式角度出發(fā)，在專業(yè)課程和實(shí)踐課程的教學(xué)體系上，通過(guò)以學(xué)生為主的教育理念，培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)知識(shí)和推理能力，以及綜合實(shí)踐能力。老師起引導(dǎo)作用幫助培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從實(shí)際項(xiàng)目和比賽中培養(yǎng)實(shí)踐動(dòng)手能力，創(chuàng)新意識(shí)和組織溝通能力，從實(shí)踐中激發(fā)學(xué)生的自學(xué)能力和學(xué)習(xí)興趣。探索能夠從事機(jī)器人工程相關(guān)領(lǐng)域，智能制造業(yè)領(lǐng)域軟硬件開(kāi)發(fā)、產(chǎn)品測(cè)試等工作的高質(zhì)量，實(shí)踐能力強(qiáng)，專業(yè)知識(shí)扎實(shí)的多專業(yè)融合的復(fù)合型應(yīng)用型人才。

基金項(xiàng)目：湖北工業(yè)大學(xué)博士啟動(dòng)基金（BSQD2016051）

參考文獻(xiàn)

[1] 胡而已，唐超權(quán).機(jī)器人工程新工科專業(yè)人才培養(yǎng)模式淺析[J].教育教學(xué)論壇，2019（32）：259-260.

[2] 薛永兵，趙風(fēng)琴，劉振民.基于CDIO教育理念的應(yīng)用型本科大學(xué)實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建——為激發(fā)大學(xué)生創(chuàng)新動(dòng)力的實(shí)踐教學(xué)研究[J].大學(xué)教育，2019（10）：176-179.

[3] http：//www.miit.gov.cn/n1146290/n4388791/c5500114/content.html

[4] 吳文強(qiáng)，朱大昌，江帆，陳從桂，劉鎮(zhèn)章.機(jī)器人工程專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)方案探索[J].高教學(xué)刊，2017（15）：43-45.