新工科背景下機器人專業(yè)產(chǎn)業(yè)應用人才培養(yǎng)體系的探索

肖 景 賀達江

（懷化學院 湖南·懷化 418000）

0 引言

當前，我國處于經(jīng)濟換擋轉(zhuǎn)型的關鍵時期，需要具有更強實踐能力、創(chuàng)新能力的新興產(chǎn)業(yè)人才支撐、提高國家整體的工業(yè)和科技領域的國際競爭力。為此，2017年中國教育部提出了新工科戰(zhàn)略，其人才培養(yǎng)改革方向是建立產(chǎn)教融合、校企合作的人才培養(yǎng)模式，核心是培養(yǎng)適合于社會需要的高質(zhì)量產(chǎn)業(yè)技術和創(chuàng)新人才[1-2]。同時，隨著《中國制造2025》戰(zhàn)略的逐步實施，柔性生產(chǎn)、智能工廠等開始大規(guī)模普及，如焊接，噴涂，碼垛，裝配，拋光等工序在大規(guī)模的自動化演進[3]。工業(yè)機器人和配套的自動化設備步入一個高速發(fā)展階段，而相應的人技術人才卻面臨用工荒。因此，高校機器人專業(yè)人才培養(yǎng)的目標是為企業(yè)提供符合需求的工業(yè)機器人維護、調(diào)試、故障排除、操作、系統(tǒng)集成等方向的高質(zhì)量產(chǎn)業(yè)人才。本文從企業(yè)實際用人需求出發(fā)，在產(chǎn)業(yè)實踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系、校企聯(lián)合培養(yǎng)等幾個方面對機器人專業(yè)產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)進行了改革和探索。

1 機器人專業(yè)現(xiàn)狀

1.1 課程體系不完整

機器人專業(yè)作為新辦本科專業(yè)之一，以東南大學等為代表的第一批獲批辦學高校在2016年左右才開始在全國招生。由于辦學歷史短，大多數(shù)學校的課程體系依托于傳統(tǒng)的電子信息類專業(yè)，課程體系不完整，制約了人才培養(yǎng)的質(zhì)量提升。

以懷化學院為例，最初的機器人專業(yè)基礎課程主要依托于電子信息科學與技術、電氣工程及自動化專業(yè)。第一屆本科機器人專業(yè)開設的課程配置偏硬件電路設計，機器人主干專業(yè)的課程體系存在銜接不合理，統(tǒng)一性不夠等問題。這會導致學生對本專業(yè)的培養(yǎng)體系的缺乏統(tǒng)一認知，各專業(yè)課程的搭配缺乏整體聯(lián)系。學生由于對前置課程認知不足導致學習效果下降，進而對后續(xù)專業(yè)課程的教學產(chǎn)生負向效應[4]。此外，課程體系的缺失會形成專業(yè)課程的知識孤島，使得學生只是掌握零散知識點，缺乏整體認識。同時，在具體的課程教學方式中，還是以教師授課和學生聽講為主，忽視對學生自主和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，不能達到國家對新工科人才培養(yǎng)的要求。

1.2 實踐教學內(nèi)容和人才需求不匹配

當期，機器人行業(yè)處于“機器換人”的急速迭代中，急需創(chuàng)新能力強、可以協(xié)調(diào)和解決實際應用問題的高質(zhì)量工程師，其人才缺口高達上百萬。因此，機器人專業(yè)的實踐課程體系需要匹配新時期企業(yè)的需求。但是，在高校的專業(yè)人才培養(yǎng)中，當前的教學大綱還停留在對書本知識的掌握和驗證，基本沒有結合實際應用場景的實踐教學設計，使得教學內(nèi)容和人才培養(yǎng)需求脫節(jié)，學生需要企業(yè)進行二次培養(yǎng)才能真正就職[5]。典型的，機器人的專業(yè)主干課程均采用“理論學時+課內(nèi)實驗”模式，實踐課程以驗證性實驗為主，設計性實驗為輔，缺乏集成式綜合使用，更缺少項目式課程教學。如《工業(yè)機器人工作站系統(tǒng)集成》課程的理論學時為32，實踐學時為16；《工控組態(tài)與現(xiàn)場總線技術應用》課程的理論學時為24，實踐學時為8等等。實踐教學內(nèi)容和授課方式嚴重影響了學生的學習興趣，導致學生的工程應用能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)受限。因此，需要創(chuàng)新的高質(zhì)量實踐人才培養(yǎng)方法，提高學生的專業(yè)素養(yǎng)和工程能力，避免企業(yè)進行二次培養(yǎng)，造成教育資源的浪費。

1.3 需要加強校企合作

創(chuàng)新型高素質(zhì)教師隊伍和雙師型人才是新工科戰(zhàn)略中“卓越工程師培養(yǎng)計劃”“新工科研究和實踐項目”子項等落地實踐的關鍵[6]。而大多數(shù)高校教師沒有企業(yè)經(jīng)歷，對企業(yè)人才的需要不明確，偏重于理論教學。因此，引入行業(yè)典型企業(yè)參與聯(lián)合培養(yǎng)，是提高學生實踐工程能力的最佳方式之一[7]。同時，校企聯(lián)合培養(yǎng)模式，讓學生在高年級（大三、大四）階段就能夠參與企業(yè)的實際研發(fā)和生產(chǎn)過程，使得人才培養(yǎng)和企業(yè)需求零距離，提高了學生的專業(yè)素養(yǎng)和就業(yè)競爭力。因此，大力推進和行業(yè)典型企業(yè)或者龍頭企業(yè)的聯(lián)合培養(yǎng)，是實現(xiàn)新工科戰(zhàn)略的有效途徑。探索新的產(chǎn)教融合、校企合作的聯(lián)合培養(yǎng)方式，是機器人專業(yè)高質(zhì)量人才培養(yǎng)的重要方向。

2 機器人專業(yè)培養(yǎng)體系探索

2.1 建立面向應用的人才培養(yǎng)體系

根據(jù)機器人專業(yè)課程體系和新工科建設要求，懷化學院調(diào)整和改進人才培養(yǎng)體系。新的體系要求教學嚴格和產(chǎn)業(yè)應用融合，讓學生具備機器人編程、安裝、調(diào)試、維護和操作專項技能，具有獨立解決典型應用問題的能力，為“中國制造2025”輸送急需的應用型、復合型技術人才。為完成以上要求，新的人才培養(yǎng)具體方案如下：

（1）建立開放式的人才培養(yǎng)體系。將學生的課程培養(yǎng)體系分為通識教育課程、專業(yè)基礎課程、專業(yè)核心課程、專業(yè)方向課程四大環(huán)節(jié)。課程培養(yǎng)的前面三個環(huán)節(jié)為必修課程，專業(yè)方向為選修課程，開設機器人視覺與學習（選修一）、工業(yè)機器人系統(tǒng)集成（選修二）、工業(yè)機器人應用（選修三），鼓勵學生根據(jù)自身能力、興趣、就業(yè)方向進行選修學習。

（2）打造工程技術能力培養(yǎng)體系。將工程技術能力培養(yǎng)分為問題分析、設計和研究、技術工具等能力培養(yǎng)模塊，分配相關課程實施培養(yǎng)。首先，問題分析設置了高等數(shù)學、復變函數(shù)與積分變換等數(shù)理類課程，學生能夠應用數(shù)學、自然科學和工程科學的基本原理去識別、分析和解決工業(yè)機器人工程領域的應用問題。第二，設計和研究能力開設有程制圖、機器人原理以及零部件結構設計等課程，主要培養(yǎng)工業(yè)機器人本體及零部件、場景應用的研究能力、創(chuàng)造力和設計能力。第三，技術工具使用能力模塊分配有程序設計類、計算機工具類、電路設計類課程，讓學生具備使用恰當?shù)募夹g、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術工具，采取合理方案解決工業(yè)機器人的實際應用問題。

（3）職業(yè)素養(yǎng)和團隊能力。通過機器人學科教育、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動和競賽、工程教育、人文社會科學素養(yǎng)等課題體系，讓學生了解國家產(chǎn)業(yè)政策、行業(yè)標準。同時讓學生遵守職業(yè)規(guī)范，在多學科背景下的團隊中承擔個體、團隊成員以及負責人的角色，具有組織管理能力、學術交流能力及團隊合作能力。

（4）建立創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)體系。推進校企聯(lián)合育人的人才培養(yǎng)機制，促進創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與專業(yè)教育全過程有機融合。通過和行業(yè)中的先進企業(yè)合作培養(yǎng)探索，開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實驗班、卓越工程師班等教育模式；積極引進行業(yè)企業(yè)、科研院所等人才質(zhì)量標準，根據(jù)企業(yè)人才培育的標準和需求進行協(xié)同育人。

2.2 搭建場景式工程應用實踐體系

針對機器人行業(yè)實際需要和新工科人才培養(yǎng)要求，推進和行業(yè)典型企業(yè)如大研集團聯(lián)合成立機器人工程應用中心、機器人創(chuàng)新中心等平臺，為工程實踐能力培養(yǎng)提供場地和設備等硬件支持。同時，創(chuàng)新實際教學內(nèi)容和方法，大力引進企業(yè)和雙師型教師人才，搭建場景式工程應用能力培養(yǎng)體系，具體舉措有：

（1）建立漸進式工程實踐培養(yǎng)體系。根據(jù)行業(yè)機器人工程應用的培養(yǎng)要求，把實踐課程培養(yǎng)劃分為專業(yè)基礎、開發(fā)和設計、綜合應用、自主創(chuàng)新四大環(huán)節(jié)，搭建漸進式工程實踐培養(yǎng)體系。其中，只有專業(yè)基礎課程和工具類課程涉及的前面兩個環(huán)節(jié)設計課內(nèi)實驗，課程教學約為411學時；而在后面兩個環(huán)節(jié)設計了高達1738個學時進行場景式應用能力培養(yǎng)。

（2）校企聯(lián)合搭建場景式工程實踐培養(yǎng)方案。按照工業(yè)機器人開發(fā)、和制造業(yè)的應用標準搭建模擬的行業(yè)實踐場景，并且將場景中的標準工序轉(zhuǎn)化為學生的實操項目，學生需要按照該場景中工程師的操作要求，自主完成項目任務并撰寫項目報告。典型的場景任務有機器人設計及調(diào)試場景、機器人柔性生產(chǎn)場景、工業(yè)機器人焊接場景、工業(yè)機器人碼垛場景等等。

通過以上工程實踐培養(yǎng)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生的工程應用能力和“工匠精神”，提高本專業(yè)學生的職業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)。

2.3 校企聯(lián)合育人探索

機器人是2016年左右才新近開始的專業(yè)，其本科辦學還處于摸索期，而機器人企業(yè)在行業(yè)沉浸多年，對人才培養(yǎng)的方向和目標非常明確。因此，引入典型的機器人企業(yè)尤其是機器人本體公司進行聯(lián)合培養(yǎng)，可以快速、有效的提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。聯(lián)合培養(yǎng)可以從以下幾大方面著手：

（1）建立校企聯(lián)合的學生培養(yǎng)模式。依據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)的定位和企業(yè)發(fā)展情況，校企聯(lián)合規(guī)劃并落實實習和就業(yè)一體化的綜合實踐基地建設。建立學校和企業(yè)“雙導師”制度，讓校內(nèi)教學與企業(yè)實踐教學深度融合。在此基礎上，懷化學院機器人專業(yè)建立了“3+1”的聯(lián)合培養(yǎng)方式。其中，在學校的三年中，聘請企業(yè)的技術人員參與實際教學指導，模擬企業(yè)對技術人員的考核，進一步提升場景教學的擬真度。第四年，學生完成需要在實踐基地完成24周的實習任務，作為實習生參與企業(yè)的具體工作。同時，學生可以選擇該企業(yè)的資深工程師作為導師、以企業(yè)實際需求為課題開發(fā)相關產(chǎn)品，獲得的相關成果經(jīng)鑒定可代替畢業(yè)設計。

（2）校企聯(lián)合的教師培養(yǎng)模式。為了培育和擴大“雙師型”師資隊伍，學校每年輪流將機器人專業(yè)教師尤其是新進教師外派至合作企業(yè)參與研發(fā)、生產(chǎn)一線實操鍛煉，承擔企業(yè)的技術攻關課題等。同時，聘請企業(yè)資深技術人員對專業(yè)教師進行技術指導，參與行業(yè)內(nèi)研討、參觀活動，提高普通教師的工程技術和工程實踐能力。通過以上措施，讓一線教師學習和了解國內(nèi)外機器人的最新行業(yè)技術動態(tài)和發(fā)展趨勢，了解現(xiàn)代企業(yè)對人才的職業(yè)素質(zhì)和產(chǎn)業(yè)技能要求，從而轉(zhuǎn)變教學觀念，為行業(yè)培養(yǎng)出更多的高素質(zhì)的產(chǎn)業(yè)應用型人才。

總之，校企培養(yǎng)模式不但可以培育和提高“雙師型”師資水平，而且可以扎實提高學生的產(chǎn)業(yè)應用能力，滿足對“新工科”創(chuàng)新型、高素質(zhì)人才培養(yǎng)的要求。

3 結論

機器人專業(yè)辦學在“新工科”建設背景下，通過優(yōu)化人才培養(yǎng)方案，搭建場景式工程應用培養(yǎng)體系，讓學校按通用標準和行業(yè)標準培養(yǎng)工程人才，讓行業(yè)企業(yè)深度參與培養(yǎng)過程，可以提高“雙師型”教師的數(shù)量和質(zhì)量，也提高了學生的工程能力和創(chuàng)新能力，為機器人行業(yè)高素質(zhì)產(chǎn)業(yè)應用人才培養(yǎng)提供了一條新的路徑。