應用型本科高校機器人工程專業(yè)人才培養(yǎng)探究

郭霆 安少軍 徐莉 齊建家 劉財勇

摘? 要：在《中國制造2025》和工業(yè)4.0的大環(huán)境下，“機器換人”的概念應運而生，機器人走進千家萬戶，機器人工程專業(yè)也成了21世紀20年代的新型熱門專業(yè)。在眾多開設(shè)機器人工程專業(yè)的高校中，應用型本科高校占據(jù)主體地位，那么如何進行人才培養(yǎng)成為了困擾大家的首要問題。本文對作者所在學校的機器人工程專業(yè)學生進行調(diào)研，通過調(diào)研數(shù)據(jù)對人才培養(yǎng)的方向提出幾點建議，首先應當設(shè)置合理的理論與實踐課程比例，其次盡早讓學生了解并清楚地選擇自己的研究學習方向，最后盡可能多地對比學習不同機器人的系統(tǒng)控制以及系統(tǒng)的二次開發(fā)。

關(guān)鍵詞：機器人工程? 人才培養(yǎng)? 應用型本科高校? 應用領(lǐng)域

中圖分類號：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）05（c）-0224-04

Research on talent Cultivation of Robot Engineering major in application-oriented universities

GUO Ting1，2? AN Shaojun1? XU Li1*? QI Jianjia1? LIU Caiyong1，3

（1. College of Mechanical and Electrical Engineering， Heilongjiang Institute of Technology， Harbin， HeilongJiang Province， 150050? China; 2. National Office for Science&Technology Awards， Beijing， 100045? China; 3. School of Intelligent Manufacturing， Panzhihua University， Panzhihua， Sichuan Province， 617000? China）

Abstract： In the context of "Made in China 2025" and Industry 4.0， the concept of "machine replaces person" emerges at the right moment. Robots enter into thousands of households， and robotics engineering has become a new hot major in the 2020s. Among many colleges and universities offering robot engineering， application-oriented undergraduate colleges and universities occupy the dominant position， so how to carry out talent training has become the primary problem that disturbs everyone.In this paper， the author's school robotics engineering students study， through the survey data on the direction of the talent cultivation put forward some Suggestions， first of all should set up reasonable curriculum theory and practice of proportion， then asked the students to understand and clearly as soon as possible to choose their own study direction， finally compared to learn as much as possible the different robot control system and the secondary development of the system.

Key Words： Robot engineering; Talent cultivation; Application-oriented university; Applications

當今是5G的時代，是物聯(lián)網(wǎng)的時代，是人工智能的時代，是大數(shù)據(jù)的時代，更是機器人發(fā)展的大好時代。隨著勞動力成本的不斷提高以及中國政府實施制造強國戰(zhàn)略的《中國制造2025》[1]行動綱領(lǐng)的提出，“機器換人”成為當今科技企業(yè)的首選。要想實現(xiàn)機器人的自主化研發(fā)，就必須掌握相應的應用技術(shù)，這就要求高校能夠培養(yǎng)出符合社會需求的專業(yè)人才，為了與傳統(tǒng)的本科院校實現(xiàn)錯位競爭，很多高校將自身定位于培養(yǎng)適應社會需求的高層次應用技術(shù)型人才[2-6]。然而如何開展高層次應用技術(shù)型人才的培養(yǎng)成為目前各大高校的重中之重。

據(jù)統(tǒng)計，在2016年我國開設(shè)機器人工程專業(yè)院校僅1所，截止到2017年機器人工程專業(yè)增加至26所高校，2018年人工程專業(yè)院校新增60所，其中不乏東南大學、東北大學和湖南大學這樣傳統(tǒng)的985院校（世界一流大學建設(shè)高校），然而2019年3月公布的《教育部關(guān)于公布2018年度普通高等學校本科專業(yè)備案和審批結(jié)果的通知》中，新增機器人工程專業(yè)院校101所，這其中包含北京大學、浙江大學、哈爾濱工業(yè)大學、哈爾濱工程大學等，說明各大高校已從傳統(tǒng)機械專業(yè)步入高新科技專業(yè)人才培養(yǎng)[7-9]。

目前開設(shè)機器人工程專業(yè)高校187所，其中傳統(tǒng)“985”高校占5.8%，“211”高校占4.8%，普通本科院校成為機器人工程專業(yè)主力軍，職業(yè)類院校注重職業(yè)技能的掌握和培養(yǎng)，重點高校更多的關(guān)注交叉學科融合及創(chuàng)新問題。研究型重點高校多以核心技術(shù)研發(fā)、結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)創(chuàng)新為主進行深層次多角度的科研工作;高職高專類院校以機器人維護保養(yǎng)、應用操作、拆裝以及技術(shù)保障為主;應用型本科院校則以軟件編程、二次開發(fā)及仿真為主對機器人技術(shù)展開研究，向上研究面向應用的集成與實現(xiàn)對接研究型大學，向下學習編程與操作、末端執(zhí)行器的開發(fā)與設(shè)計與高職高專類接軌。應用型本科高校的機器人工程專業(yè)應重點體現(xiàn)應用編程及二次開發(fā)的特點，起到承上啟下的作用，為后續(xù)的科研做好準備工作，同時指導服務類部門對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進行技術(shù)革新優(yōu)化（如圖1所示）。

1? 機器人工程專業(yè)現(xiàn)狀分析

我校2018年申請機器人工程專業(yè)，2019年4月獲國家批準備案，2019年9月完成機器人工程專業(yè)首批招生59人。具有超3000m2的實驗室和完善的培養(yǎng)方案，有校外實習基地群，與哈工大機器人集團有限公司、上海ABB工程有限公司、江蘇匯博機器人技術(shù)股份有限公司等企業(yè)建立密切合作關(guān)系。

2? 機器人工程專業(yè)學生調(diào)研分析

當前很大一部分學生對所學課程的意義及課程在未來生活中的應用沒有足夠的認識，在學生的心里有一種錯誤的認知“該課程學與不學對以后的生活似乎沒有什么影響”。甚至說相當一部分學生對自己所學專業(yè)的了解都不夠充分。對機器人工程專業(yè)不了解的學生占比達到了33%，約有20人并不清楚自己未來4年所需要面對的專業(yè)課程、培養(yǎng)方向及個人未來的發(fā)展方向。接下來的問題中所有參與調(diào)查問卷的學生均認為社會、企業(yè)或?qū)W校有培養(yǎng)機器人工程相關(guān)領(lǐng)域人才的需要，這又直接證明目前的學生對機器人的發(fā)展是持有肯定態(tài)度的，在他們看來機器人的發(fā)展是社會發(fā)展的必然趨勢。

從結(jié)果中可以看出70%的學生認為機器人可以應用于高新技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域（此為多選），間接證明學生認為在未來機器人的智能程度可以很高，甚至可以高到進行研發(fā)的地步，也就是機器人通過學習會有創(chuàng)新的思維，能夠創(chuàng)造出更多的新事物，這恰恰就是人工智能的范疇。事實上，機器人目前應用比較廣泛的是重復性工作較強的加工領(lǐng)域，如汽車生產(chǎn)、噴涂裝配車間、手機裝配生產(chǎn)車間、部分的碼垛搬運車間等;隨著科技的發(fā)展，越來越多的領(lǐng)域開始引進機器人，如現(xiàn)在的外賣、快遞等服務，有一些公司已經(jīng)開始嘗試機器人配送業(yè)務，通過無人機來實現(xiàn)最后1km配送服務;世界上也有越來越多的國家研發(fā)特種機器人用于危險的工作環(huán)境，例如，拆彈、或者在含有有害物質(zhì)的空間中運用機器人來實現(xiàn)工作，如圖2所示。

學生普遍認為對機器人的學習主要是基于對編程系統(tǒng)的學習，如圖3所示，并且我校機器人工程專業(yè)是基于機電控制及自動化系成立的，這也符合人們對機械電子工程的認識，學生也認可編程系統(tǒng)及控制系統(tǒng)是機器人的核心所在，作為一個應用技術(shù)型大學，學校為學生提供眾多的實習基地。同時也有部分學生對機器人擬人化設(shè)計、機器人外形結(jié)構(gòu)設(shè)計感興趣，這主要原因在于學生更多的認為機器人應該是人，而實際上機器人的重點在于機器。由中國香港的漢森機器人技術(shù)公司開發(fā)的擬人機器人索菲亞是目前最成功的擬人機器人，也是歷史上首位獲得公民身份的一臺機器人。索菲亞具有類似人類的皮膚，同時能夠表現(xiàn)出超過60個人類的表情，整體外觀看起來和普通的人類女性幾乎無差。

圖4來看98%的學生都認為對于機器人課程的學習無論是否有理論基礎(chǔ)，都應該有充足的時間和場地來進行機器人實訓。第一個選擇更多基于應用型本科高校設(shè)計的，在教學環(huán)節(jié)中會先講解理論知識，在掌握理論知識的基礎(chǔ)上進行實際操作，在操作的過程中將理論與實踐融會貫通，運用理論知識來解釋實踐過程中所遇到的實際問題，通過實踐反哺理論學習，激發(fā)學生的創(chuàng)新能力;第二個選擇更偏向于高等職業(yè)院校的培養(yǎng)模式，類似應用型本科實訓實踐環(huán)節(jié)，提供專門場地設(shè)備，偏向操作模式的講解，進行實際操作演示和模擬，給予學生充足的時間實際操作，缺少理論知識作為鋪墊并不適合應用型本科高校。高校的培養(yǎng)體制是需要理論實踐相結(jié)合的，“實踐是檢驗真理的唯一標準”這句話的前提條件是要知道真理的所在，然后才能用實踐來檢驗，這是本科院校一直秉承的。

承接上一問題，首先了解學生希望的學習環(huán)境和氛圍，尋求有效激發(fā)學生學習興趣方式更為重要。通過書本學習理論知識一項最少人選，在當今這個數(shù)字化的世界，更多的高科技產(chǎn)品使得大家難以通過最傳統(tǒng)的方式進行學習。手機APP模擬訓練的選項結(jié)果也是慘不忍睹，雖然手機成為人們每天一個重要組成部分，然而用手機學習卻不被認可。70%的學生認為只有親自動手使機器人動起來才會讓他們更興奮，人們往往不缺少面對困難的勇氣，同樣不缺少被打倒之后站起來的決心，真正讓他們迷茫的是根本不知道對手是誰和怎樣倒下的，這也為日后的培養(yǎng)方案設(shè)計以及課程大綱的撰寫提供有效參考。

3? 機器人工程專業(yè)人才培養(yǎng)分析

對機器人工程專業(yè)55名學生調(diào)查問卷分析來看，普遍認為機器人工程專業(yè)應當提供更充足的時間和場地進行機器人的實際操作學習，應對這一觀點在設(shè)計人才培養(yǎng)方案時應該盡可能調(diào)整理論學時與實踐學時的比例，設(shè)計合理的實訓實踐環(huán)節(jié)及周期。相比于理論學習，與機器人的“親密接觸”更能激發(fā)他們的學習欲望和激情，愛好和熱情更能使人投入精力學習。其次，應該將機器人的認知實踐以及導論課程設(shè)置在大學學習初期，讓學生盡早了解機器人工程專業(yè)的相關(guān)課程、實訓實踐的場地、環(huán)境及未來的就業(yè)方向與課題研究方向，讓學生對自己未來有明確的認識;安排學生實地參觀考察機器人實驗室及工廠車間，更切實地感受到機器人所帶來的震撼和機器人真正的魅力所在，畢竟實驗室的桌面級機器人與應用級的機器人所帶來的感官刺激是不同的，如圖5所示。

4? 結(jié)語

綜上所述，首先，機器人工程專業(yè)人才培養(yǎng)上應注重理論實際相結(jié)合并適當調(diào)整相應比例;其次，認知課程盡早排課，學生熟悉自己所面臨的行業(yè)方向;最后，組織學生參觀機器人不同的應用環(huán)境用來進行對比學習，更能深知機器人的應用領(lǐng)域和人才需求缺口。

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