智能機器人創(chuàng)新型高技能人才培養(yǎng)的問題、對策與探索

文/廣東科學技術職業(yè)學院 余正泓 黎紅源 馮海杰 盧敦陸

深圳市優(yōu)必選科技股份有限公司 周 劍 熊友軍 李涌嘉

深圳市越疆科技有限公司 劉培超

前言

2021年3月12日，教育部印發(fā)《職業(yè)教育專業(yè)目錄(2021年)》，在裝備制造大類自動化類新增智能機器人技術專業(yè)(編號460304)。與此同時，新增自動化類高等職業(yè)教育本科專業(yè)機器人技術(編號260304)。在全力推進國家職業(yè)教育改革的關鍵時期，更新目錄這一大刀闊斧的舉措意義重大，不僅表明國家在面向機器人等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點領域、破解“卡脖子”關鍵技術方面，將以目錄為引領推進職業(yè)教育供給側(cè)結構性改革；而且也在面向不同行業(yè)的數(shù)據(jù)驅(qū)動、人機協(xié)同、跨界融合的智能形態(tài)適應當前行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、產(chǎn)業(yè)基礎高級化趨勢方面，將以目錄推進專業(yè)升級與數(shù)字化改造。[1]過去5年，全國共有752所高職院校開設工業(yè)機器人技術專業(yè)，現(xiàn)在都面臨著向智能化轉(zhuǎn)型的挑戰(zhàn)，需要從傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理，向智能化生產(chǎn)和管理對接升級。[2]逐漸興起的服務機器人和特種機器人產(chǎn)業(yè)同樣需要大量的具備人工智能背景知識的優(yōu)秀技術技能人才來支撐，但目前尚未開始專門培養(yǎng)。[3]因此，針對智能+機器人技術專業(yè)，如何開展高技能人才培養(yǎng)；如何對接產(chǎn)業(yè)[4]；在專業(yè)建設中如何融入創(chuàng)新教育[5]等問題的研究變得愈來愈緊迫和重要。廣東科學技術職業(yè)學院(下簡稱“廣科院”)自2014年以來，提前謀劃布局，與深圳越疆、優(yōu)必選等業(yè)內(nèi)龍頭企業(yè)開展深度合作，在工業(yè)機器人和服務機器人兩個方向都進行了探索，總結出獨具特色的“雙輪驅(qū)動”創(chuàng)新型高技能人才協(xié)同育人策略與模式，為粵港澳大灣區(qū)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展培育了大量能工巧匠，該教學成果和實踐經(jīng)驗可為其他高職院校提供有益的參考與借鑒。

一、智能機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況和人才需求分析

在人工智能、云計算、大數(shù)據(jù)等技術的興起下，我國已經(jīng)成為全球最大的工業(yè)機器人消費市場以及世界最大的潛在服務機器人市場，智能機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展擁有得天獨厚的基礎優(yōu)勢。然而，由于起步較晚、技術滯后等多重因素，我國智能機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展與國際領先水平仍然存在較大差距，需奮力追趕。[6]根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《中國工業(yè)機器人行業(yè)產(chǎn)銷需求預測與轉(zhuǎn)型升級分析報告》統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，全球工業(yè)機器人2017年本體市場規(guī)模約為140億美元，預計2021年全球工業(yè)機器人供應量將突破60萬臺套。智能機器人在非工業(yè)領域的市場潛力也在不斷釋放，預計2025年商業(yè)、家居和軍事三大領域的市場規(guī)模將分別達到170億美元、90億美元和165億美元。尤其值得注意的是，全球智能機器人市場的重心正在從歐美地區(qū)轉(zhuǎn)向亞太地區(qū)，預計2021年亞太地區(qū)將取代歐洲成為全球最大市場，份額占比將從2015年的19%提升至60%。[7]美、歐、日等發(fā)達國家和地區(qū)紛紛出臺智能機器人相關戰(zhàn)略規(guī)劃，以提升產(chǎn)業(yè)國際競爭力為核心目標，從技術研發(fā)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展層面提前進行布局。其中，美國試圖借助《機器人路線圖》來建立下一代機器人技術及應用方面的優(yōu)勢，歐盟推出《SPARC計劃》以確保歐洲機器人在世界范圍的戰(zhàn)略領先地位，日本則在《機器人新戰(zhàn)略》中指出，要成為世界第一的機器人應用國家，而我國也分別于2016年和2019年發(fā)布《機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》和《國家重點研發(fā)計劃“智能機器人”等重點專項2019年度項目申報指南》，力圖提升自主品牌的國際競爭力。可以預見，今后圍繞智能機器人的國際競爭將愈發(fā)激烈，我國所要面臨的競爭壓力也將不斷加大。

人工智能和機器人產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，離不開大量的人才支撐。由教育部、人社部與工信部發(fā)布的《制造業(yè)人才發(fā)展規(guī)劃指南》中預測，到2020年我國機器人相關領域人才缺口將達到300萬，到2025年，缺口將進一步擴大到450萬。[8]筆者將這些產(chǎn)業(yè)人才需求按照金字塔形式劃分為數(shù)字技能型人才、應用型人才、算法工程師、科研人才四個類別(如圖1所示)。金字塔根基是第一類人才，它代指具有行業(yè)通用知識、基礎技能，以崗位就業(yè)為出口的數(shù)字化技能人才，又叫數(shù)字藍領人才，承擔著一線落地的工作，重要性不言而喻；第二類人才是以人工智能和機器人領域綜合知識學習與實踐為主要方式培養(yǎng)的行業(yè)應用型人才，負責拓展技術應用邊界，豐富技術應用場景；第三類人才是算法工程師，他們要將前沿技術和理論通過學習和探究，以研發(fā)和創(chuàng)新為出口，轉(zhuǎn)化為千變?nèi)f化的行業(yè)亟需技術，為行業(yè)工程提供充足的燃料；最后一類人才是科研人員，他們進行著科技前沿成果探究與轉(zhuǎn)化，嗅出未來科技走向。因此，智能機器人行業(yè)的健康發(fā)展需要不同分工、不同類型的人才來支撐，在產(chǎn)教深度融合的基礎上各司其職，形成完善的人才供應鏈。

圖1 人工智能和機器人領域人才金字塔示意圖

二、智能機器人產(chǎn)業(yè)高技能人才培養(yǎng)面臨的問題

高等職業(yè)教育作為高等教育的一種類型，在國家搭建“縱向貫通、橫向融通”立體化人才培養(yǎng)體系的進程中，肩負著更重要的歷史使命和任務，重心在應用型和高級技能型兩類人才的培養(yǎng)，使其具備適應某一行業(yè)的綜合職業(yè)能力。[9]筆者認為針對智能機器人產(chǎn)業(yè)開展人才培養(yǎng)當前面臨四大關鍵問題。

一是智能機器人概念泛化帶來的行業(yè)對接問題。智能機器人顧名思義來源于人工智能技術與機器人技術的疊加效應。換句話說，智能機器人指的是相對于只具有一般編程能力和操作功能的傳統(tǒng)機器人，在傳感器和智能算法的幫助下可以進行人機交互、自主決策的機器人。因此，工業(yè)機器人的智能化升級、各行業(yè)非結構化應用環(huán)境下的服務機器人和特種機器人都可以納入到智能機器人范疇。同時，我們注意到，從行走機構來分，機器人包含輪式、足式、履帶式等機器人；從活動場景來分，包含無人車、無人船、無人機、無人潛航器等；從特定應用范圍來分，包含有導覽機器人、協(xié)作機器人、手術機器人、助殘機器人等。顯然，智能機器人產(chǎn)業(yè)鏈枝繁葉茂，從上游到下游有數(shù)不清的行業(yè)可以對接。如何結合區(qū)域經(jīng)濟特點和院校專業(yè)特色特長，尋找當?shù)匾延挟a(chǎn)業(yè)、行業(yè)和企業(yè)進行對接，培養(yǎng)產(chǎn)業(yè)需要的人才是各院校首要思考問題。

二是機器人+人工智能系統(tǒng)的綜合性帶來職業(yè)能力定位的問題。行業(yè)確定之后緊接著就面臨職業(yè)能力定位的問題。由于智能機器人系統(tǒng)是一個多學科交叉、多技術融合的復雜系統(tǒng)；在邏輯推理、自主學習技術方面，包含類腦系統(tǒng)、機器學習算法等；在環(huán)境感知與交互技術方面，包含SLAM、目標檢測與識別、目標跟蹤等；在運行控制技術方案，涉及步態(tài)/姿態(tài)控制、路徑規(guī)劃等；在體系結構設計與優(yōu)化方面，涵蓋材料工藝、模塊化設計、仿真系統(tǒng)等。一個典型的機器人系統(tǒng)構架，包括硬件層、驅(qū)動層、控制層和應用層。不同的技術分別嵌入到系統(tǒng)構架的不同層發(fā)揮其作用。學生的綜合職業(yè)能力如何確定？專業(yè)能力、個人能力、社會能力在區(qū)域行業(yè)內(nèi)如何定位？這些都是值得思考的問題。

三是技術革新產(chǎn)業(yè)變幻帶來創(chuàng)新思維如何注入人才培養(yǎng)全過程的問題。在大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的現(xiàn)在，機器人產(chǎn)業(yè)的革新日新月異。一個產(chǎn)業(yè)消亡，另一產(chǎn)業(yè)興起，瞬息萬變。在一臺工業(yè)機器人本體上安裝電子皮膚，人機協(xié)作的邊界就能擴大；在移動機器人上配置LED顯示屏就能變成文娛業(yè)新寵；協(xié)作機器人與移動機器人結合加上視覺就能搖身變?yōu)檗r(nóng)業(yè)智能采摘能手；協(xié)作機器人放在餐飲業(yè)就能取代咖啡師。因此，學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)無論是為適應外在環(huán)境還是為激發(fā)內(nèi)生動力都顯得十分必要。如何將創(chuàng)新意識體現(xiàn)在專業(yè)學習全過程？如何將創(chuàng)新思維注入課堂教學全流程？如何將創(chuàng)新能力通過教學實踐載體得到充分鍛煉？這都是教育實施者所面臨的問題。

四是新興專業(yè)帶來專業(yè)師資、個性化教學資源、評價體系普遍缺乏的問題。在產(chǎn)業(yè)人才亟需、專業(yè)能力起點不低、個性化要求高的現(xiàn)狀下，智能機器人技術專業(yè)人才培養(yǎng)所需的師資、教學資源以及評價體系都有待完善。需要企業(yè)和學校進行深度產(chǎn)教融合，同時也需要政府在政策上的大力支持。2019年已試行的1+X職業(yè)技能等級證書制度、國家產(chǎn)教融合型企業(yè)認定制度等等系列制度的實施，已為產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)提供了一定保障。目前累計已有工業(yè)機器人相關1+X證書標準6個，服務機器人2個，協(xié)作機器人1個，特種機器人1個，針對智能+機器人的證書或標準遠遠不足。下一步需要在標準制定、師資團隊培養(yǎng)、教學資源建設等方面下功夫，著力解決教學過程與生產(chǎn)過程對接、課程內(nèi)容與職業(yè)標準對接等問題。

三、廣科院機器人學院的探索、對策與實踐

廣科院是廣東省在校生規(guī)模最大的省屬高職院校，在校生25000余名，校園面積2012畝，擁有廣州、珠海兩個校區(qū)。2020年廣東省“創(chuàng)新強校工程”考核排名第三，2019年被教育部確定為“雙高計劃”高水平專業(yè)群建設單位。2018年廣科院在原機械與電子工程學院學院基礎上，秉承“以群建院”理念，成立了“機器人學院”，組建了以“工業(yè)機器人技術”為龍頭，“機電一體化、數(shù)控技術、應用電子技術、現(xiàn)代通信技術”為支撐的高水平專業(yè)群，2020年12月認定為廣東省高水平專業(yè)群，2021年新增“智能機器人技術”專業(yè)。機器人學院師資力量雄厚，現(xiàn)有教職員工90人，其中正高5人、副高32人、博士16人、80%以上碩士學歷，38人具有海(境)外研學經(jīng)歷，有來自德國、美國、新西蘭等留學歸國人才7人；從2014年創(chuàng)辦智能機器人競賽小組至今，機器人學院師生團隊積極與深圳市優(yōu)必選、越疆科技等業(yè)內(nèi)龍頭企業(yè)深度合作，探索了“練好內(nèi)功、借助外力、雙輪驅(qū)動、整體提升”的校企協(xié)同育人對策與模式。(如圖2所示)

圖2 “練好內(nèi)功、借助外力、雙輪驅(qū)動、整體提升”協(xié)同育人模式

1.“練好內(nèi)功”

(1)“標準”——制訂標準、國際融通，更新迭代人才培養(yǎng)規(guī)格。通過制定國際、國內(nèi)行業(yè)或教學標準來引領人才培養(yǎng)規(guī)格與時俱進、不斷隨著產(chǎn)業(yè)升級而提升；標準制定的全過程也是人才需求調(diào)研、崗位能力分析、行動領域確定的全過程。它可以采用各種先進技術，如大數(shù)據(jù)技術來提高崗位鏈、技術鏈、人才鏈、專業(yè)鏈、課程鏈之間的契合度，從而反過來提高教師團隊的教研水平和學生培養(yǎng)質(zhì)量。2019年至今，機器人學院承擔了德國AHK工業(yè)機器人技術專業(yè)國際標準制訂，同時參與了服務機器人實施與運維、服務機器人應用開發(fā)、機器視覺系統(tǒng)應用、人工智能深度學習工程應用等4個國內(nèi)1+X職業(yè)技能等級標準以及服務機器人應用技術員職業(yè)資格等級標準的研制。

(2)“創(chuàng)新”——協(xié)同創(chuàng)新研發(fā)、社會服務，帶動創(chuàng)新創(chuàng)意創(chuàng)業(yè)教育。校企聯(lián)合成立項目組，聯(lián)合申報國家級、省級、市級各類平臺，開展縱、橫向課題的研究與開發(fā)。學生參與到教師的項目團隊中進行創(chuàng)新實戰(zhàn)，從而鍛煉學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，教師團隊的社會服務能力反過來也得到整體提升。近三年，機器人學院與企業(yè)聯(lián)合申報獲批國家級三一海工協(xié)同創(chuàng)新中心、國家級工業(yè)機器人應用人才培養(yǎng)中心、省級產(chǎn)教融合創(chuàng)新應用平臺、省級中小企業(yè)服務示范平臺、珠海市工業(yè)機器人與自動化技師工作站等多個協(xié)同創(chuàng)新平臺；共成立7個項目團隊，涵蓋工業(yè)自動化、物聯(lián)網(wǎng)、機械創(chuàng)新設計、智能機器人等各領域，目前在校生參與人數(shù)達300余人。開展縱、橫向課題研究173項，到賬經(jīng)費796萬元；授權國家發(fā)明專利23項、實用新型專利81項、軟著22項，向企業(yè)轉(zhuǎn)讓專利31項，社會效益顯著。

(3)“大賽”——沖擊國際、國內(nèi)大賽，打造人才培養(yǎng)高地。競賽是檢驗學生綜合能力的練兵場，對于學生的核心能力鍛煉，如心理素質(zhì)、現(xiàn)場隨機應變能力、發(fā)現(xiàn)問題解決問題能力有很大幫助；此外，競賽項目往往來源于企業(yè)真實項目，一定程度上代表著前沿技術的應用方向，因此反過來推動“以賽促學”，做到“賽學相長”。近四年，機器人學院積極組織學生團隊參加國際、國內(nèi)各類競賽，勇奪國際級一等獎 6 項，國家級一、二等獎20 項，省級一、二等獎58項。其中，作為國內(nèi)唯一一支高職院校參賽隊，與國內(nèi)外本科院校同臺競技，連續(xù)兩年(2019-2020)斬獲 FIRA 機器人世界杯大賽冠軍，2017年獲得第22屆 FIRA機器人世界杯大賽2項季軍；2017-2020中國機器人及人工智能大賽四連冠。

(4)“項目”——項目化教學改革、導師小班制、以點帶面，培養(yǎng)綜合職業(yè)能力。機器人學院與德累斯頓工業(yè)大學和德國工商大會積極開展合作，在工業(yè)機器人技術、機電一體化技術專業(yè)開設中德實驗班，學習并內(nèi)化德國職業(yè)教育標準，對行動領域的典型工作任務進行分析，轉(zhuǎn)化為學習領域的項目任務，依托協(xié)同育人平臺，推進中德實驗班項目任務驅(qū)動式教學方式改革，實現(xiàn)教學過程與生產(chǎn)過程的精準對接，以點帶面輻射專業(yè)群其他專業(yè)推進課堂革命；工業(yè)機器人技術、應用電子技術、智能機器人技術等專業(yè)與深圳越疆、優(yōu)必選等龍頭企業(yè)雙元育人，實行導師制，學生團隊常駐實驗室，開展創(chuàng)新項目實戰(zhàn)，以項目為載體、以成果為導向，考核教師工業(yè)業(yè)績，認定學生學習成果，實現(xiàn)師生雙贏雙促。

2.“借助外力”

(1)“聯(lián)盟”——聯(lián)合組建國際產(chǎn)教聯(lián)盟，對接產(chǎn)業(yè)行業(yè)需求。多方協(xié)調(diào)產(chǎn)業(yè)力量共同搭建合作平臺是實現(xiàn)更廣更深產(chǎn)教融合的第一步，利用產(chǎn)教聯(lián)盟這一載體實現(xiàn)人才互動、資源共享是其有效途徑；為此，2020年機器人學院在珠海牽頭組織召開智能機器人教育產(chǎn)教融合高峰論壇，吸引包括德國、西班牙、馬來西亞、捷克、印度尼西亞、波蘭、印度、韓國、日本等國家的學者線上參會，參會人員達500余人；同時作為理事長單位成立智能機器人(國際)產(chǎn)教聯(lián)盟，本領域國外知名高校、國內(nèi)雙一流高校、雙高院校和龍頭企業(yè)領銜加入，在業(yè)內(nèi)產(chǎn)生較大的社會影響力。

(2)“考核”——以第三方綜合考核評價，打破“自評”魔咒。一直以來，高職院校在課堂考核評價方面缺乏科學性和全面性，并未實現(xiàn)有效考核，且會出現(xiàn)任課教師不僅是教練員而且是裁判員的尷尬局面；若借助第三方科學全面的考核方式能杜絕這樣的缺憾。2018年起，機器人學院通過國際合作項目引入德國IHK/AHK第三方考核，以行動理論為依據(jù)，通過對學生的各類行為進行評價來判定學生職業(yè)行為能力的獲得；2021年6月第一屆中德班德國職業(yè)資格證書通過率達100%。同時，學院引入工業(yè)機器人、服務機器人、傳感網(wǎng)、數(shù)控等多個1+X證書試點，以理論+實操方式，重點關注學生的核心能力和專業(yè)能力的考核，學生通過率超過全國平均水平。

(3)“模式”——以1+1+N模式，沉淀資源，反哺教學。以產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈為著力面，以龍頭企業(yè)為牽引，研發(fā)生產(chǎn)應用上下流全面對接，校企深度合作模式是機器人學院采用的行動策略。“1+1+N”指的是“1家雙高校+1家龍頭企業(yè)+N家生態(tài)鏈企業(yè)”；龍頭企業(yè)牽頭，生態(tài)鏈企業(yè)參與，校企協(xié)同共同開發(fā)智能機器人技術專業(yè)人才培養(yǎng)方案、教學標準、課程標準、雙元教材以及數(shù)字化資源，將產(chǎn)業(yè)一線資源與學校教育資源對接相容；同時，互派人員成立“雙師”教學創(chuàng)新研究團隊(工程師+專任教師)，聯(lián)合開展教學研究、研制教學載體，將成果內(nèi)化成教育教學資源，反哺教學、反哺產(chǎn)品線，形成雙融雙促良好局面。機器人學院已與優(yōu)必選、越疆等智能機器人龍頭企業(yè)組建多個團隊，成功研制1+X考核設備、1+X考核配套教材等教育資源，被試點院校廣泛使用，成果豐碩。

(4)“氛圍”——對接國家戰(zhàn)略及地方需求，強化宣傳營造技能成才良好社會氛圍。高等職業(yè)教育還需要更多的社會關注，形成良好的輿論氛圍，才能為類型教育開辟新路做好鋪墊。為此，機器人學院一直以來瞄著國家區(qū)域戰(zhàn)略布局，積極對接地方需求，強化輿論引導，宣傳協(xié)同育人成果，學院影響力不斷提升，學生的學習就業(yè)熱情也不斷提高。近三年，專業(yè)群現(xiàn)代學徒制試點、國際合作項目、團隊成員科技成果等專業(yè)群建設經(jīng)驗與成效已被人民日報、央廣網(wǎng)、高職高專網(wǎng)等 10 余家中央、省市及港澳媒體廣泛報道。如2020年“無人機科技賦能灣區(qū)生態(tài)保護——廣科院助力中華白海豚保護區(qū)日常巡護”“特派講好脫貧故事科技助力鄉(xiāng)村振興——機器人學院農(nóng)村科技特派員團隊開展暑期大下鄉(xiāng)活動”“冠軍詮釋工匠精神合作講好中國故事——廣科院勇奪FIRA機器人世界杯大賽‘兩連冠’紀實”“產(chǎn)教攜手走向國際——智能機器人教育產(chǎn)教融合高峰論壇在珠召開”等。

四、結論與未來展望

“雙輪驅(qū)動”協(xié)同育人模式在實踐中，通過練好內(nèi)功和借助外力兩方面，不斷加強師資、教學資源和育人平臺三大要素內(nèi)涵建設，充分激發(fā)教師干事創(chuàng)業(yè)活力，激活學生專業(yè)學習熱情，營造了干事創(chuàng)業(yè)和技能出彩新氛圍。同時，在智能機器人創(chuàng)新型高技能人才培養(yǎng)方面，教學內(nèi)容與行業(yè)標準匹配度得到有效提高，職業(yè)能力與崗位需求得到精準對接，校企雙向聯(lián)動帶來了教師團隊社會服務能力整體提升。這就使得專業(yè)群對產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢的預判能力顯著增強，推動了職業(yè)教育適應本區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展從開環(huán)方式向閉環(huán)方式轉(zhuǎn)變，有效地實現(xiàn)了校企異質(zhì)互補共生模式，從而進一步豐富和發(fā)展了教育適應性理論。

下一步將以此為基礎，繼續(xù)深化合作，共建智能機器人產(chǎn)業(yè)學院；一方面合作設立教育研究院，進一步系統(tǒng)性完善專業(yè)群建設資源，面向國內(nèi)外開展教育研究、社會培訓、資源輸出；另一方面，成立產(chǎn)、學、研、用一體化協(xié)同創(chuàng)新中心，面向重點產(chǎn)業(yè)應用場景，開展解決方案研發(fā)及課題研究，實現(xiàn)產(chǎn)學研模式的落地走實；此外，聯(lián)合生態(tài)企業(yè)，構建課、證、賽、崗融通的智能機器人實踐育人平臺，打通人才供應鏈，承接大賽，開展認證、訂單培養(yǎng)，繼續(xù)深化人才培養(yǎng)模式改革。