“新基建” 背景下機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案的探索與研究

李永福，黃 涵，朱 浩

（重慶郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，智能空地協(xié)同控制重慶市高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 重慶 400065）

“新基建” 背景下，以5G、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)為代表的新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)快速推進(jìn)，為技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和新的動(dòng)力[1]。機(jī)器人技術(shù)在此次 “新基建” 建設(shè)中有望實(shí)現(xiàn)新的技術(shù)突破。為彌補(bǔ)我國(guó)在工業(yè)、服務(wù)等領(lǐng)域的機(jī)器人供應(yīng)方面的巨大缺口提供技術(shù)支撐，早在2013年工信部《關(guān)于推進(jìn)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》就指出要在2020年形成較為完善的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)體系[2]，為機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)的開(kāi)設(shè)提供了契機(jī)。為了助力各個(gè)行業(yè)的無(wú)人化和智能化發(fā)展，要大力培養(yǎng)具有新時(shí)代創(chuàng)新精神的科技創(chuàng)新人才，機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)有了新的建設(shè)思路和發(fā)展方向。

1 機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)建設(shè)現(xiàn)狀

根據(jù)教育部公布的《普通高等學(xué)校本科專(zhuān)業(yè)備案或?qū)徟Y(jié)果的通知》的數(shù)據(jù)可知，自2015年?yáng)|南大學(xué)首次開(kāi)設(shè)機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)以來(lái)[3]，至2019年全國(guó)共248所高校陸續(xù)開(kāi)設(shè)機(jī)器人工程本科專(zhuān)業(yè)。在機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)建設(shè)上取得了巨大成效，為機(jī)器人行業(yè)發(fā)展提供了充足的人才供給。在專(zhuān)業(yè)課程建設(shè)上各高校各有側(cè)重，以北京大學(xué)、北京航空航天大學(xué)和東北大學(xué)官網(wǎng)的最新版機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案為分析材料可以發(fā)現(xiàn)：北京大學(xué)機(jī)器人工程重點(diǎn)培養(yǎng)具備自動(dòng)化工程、機(jī)械工程、人工智能等學(xué)科的理論基礎(chǔ)和應(yīng)用設(shè)計(jì)技能的機(jī)器人領(lǐng)域領(lǐng)軍人才；北航以控制+結(jié)構(gòu)/感知的方式突出機(jī)器人在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和環(huán)境感知方面的特點(diǎn)，重點(diǎn)培養(yǎng)以控制為核心的機(jī)器人領(lǐng)域?qū)I(yè)人才；東北大學(xué)在自動(dòng)化類(lèi)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)上深化機(jī)器人科學(xué)與工程學(xué)科特色，以機(jī)器人控制為核心，培養(yǎng)復(fù)合型研發(fā)應(yīng)用人才。

對(duì)以上培養(yǎng)方案的分析表明，目前機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)主要仍以傳統(tǒng)的機(jī)器人結(jié)構(gòu)和自動(dòng)控制為主要授課內(nèi)容，較少結(jié)合網(wǎng)絡(luò)通信和人工智能等技術(shù)。

2 機(jī)器人技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

機(jī)器人主要可以分為工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人和特種機(jī)器人，其中目前我國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)份額占比約占66%，服務(wù)機(jī)器人約占25%，其他機(jī)器人約占比9%[4]。隨著機(jī)器人的智能化(如掃地機(jī)器人具備路徑規(guī)劃能力)，基于人工智能技術(shù)的服務(wù)機(jī)器人得到了市場(chǎng)的認(rèn)可，其市場(chǎng)份額占比仍在逐年提升，具有較大發(fā)展?jié)摿涂臻g。機(jī)器人借助網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)了群體間的協(xié)同作業(yè)，如智能網(wǎng)聯(lián)車(chē)的隊(duì)列控制[5]和多智能體的協(xié)同控制[6]等，通過(guò)多個(gè)機(jī)器人間的信息交互共同完成預(yù)定任務(wù)，從而提升系統(tǒng)效率和性能。

現(xiàn)有的人才培養(yǎng)方案雖然仍能暫時(shí)滿足社會(huì)和企業(yè)技術(shù)應(yīng)用的要求，但在 “新基建” 背景下，網(wǎng)絡(luò)化和智能化已成為國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展方向的情形下，原有的人才培養(yǎng)方案已然不能滿足未來(lái)的人才需求，因而應(yīng)當(dāng)緊緊跟隨國(guó)家和社會(huì)發(fā)展的步伐，培育新時(shí)代機(jī)器人領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才。

3 機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案探索

從第一部分中可以發(fā)現(xiàn)，除北京大學(xué)2020版培養(yǎng)方案對(duì)機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)在網(wǎng)絡(luò)通信和人工智能技術(shù)課程培養(yǎng)上有較充分的體現(xiàn)外，其余兩所學(xué)校的培養(yǎng)都停留在傳統(tǒng)的方式上。在此，以重慶郵電大學(xué)機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)2016版培養(yǎng)方案為例，進(jìn)行培養(yǎng)方案的分析、修訂與探索。

3.1 補(bǔ)缺失、去冗余，課程體系的雙向建設(shè)與完善

機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)現(xiàn)行培養(yǎng)方案偏向機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制理論的知識(shí)結(jié)構(gòu)培養(yǎng)，在智能化飛速發(fā)展的今天面臨諸多結(jié)構(gòu)化問(wèn)題。對(duì)于課程體系的建設(shè)和完善，主要從兩方面展開(kāi)：一是課程補(bǔ)缺失，基于國(guó)家和社會(huì)對(duì)機(jī)器人領(lǐng)域人才知識(shí)和技能需求，補(bǔ)充現(xiàn)有培養(yǎng)方案缺失的相關(guān)理論課程，調(diào)整原有知識(shí)結(jié)構(gòu)培養(yǎng)到面向智能化和功能多元化的機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)技能培養(yǎng)方向上來(lái)；二是課程去冗余，隨著社會(huì)的發(fā)展與機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)的普及，學(xué)生相關(guān)知識(shí)的儲(chǔ)備更加豐富，因此可以去除必要性不高的冗余課程，減少學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，提高教育效率和品質(zhì)，具體的實(shí)施路線如圖1所示。

3.2 筑平臺(tái)、重實(shí)踐，實(shí)踐體系的整體建設(shè)與完善

科研實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的缺乏是導(dǎo)致當(dāng)下機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)實(shí)踐體系薄弱的重要原因[7]，專(zhuān)業(yè)注重培養(yǎng)工程專(zhuān)業(yè)人才，因此除了完備的理論基礎(chǔ)知識(shí)體系外，工程實(shí)踐能力同樣非常重要，這關(guān)系到社會(huì)對(duì)學(xué)生的認(rèn)可度，以及學(xué)生就業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

對(duì)于實(shí)踐體系的建設(shè)和完善主要從基礎(chǔ)設(shè)施和教學(xué)觀念兩方面進(jìn)行探索與改革：一是構(gòu)筑強(qiáng)大的實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐平臺(tái)，針對(duì)理論課程體系，對(duì)比各高?，F(xiàn)行機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，結(jié)合我校自身教學(xué)特點(diǎn)和培養(yǎng)理念，建設(shè)適合我校的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐平臺(tái)；二是重視實(shí)踐教育，在課程體系中可以適當(dāng)提高實(shí)踐課程學(xué)分，開(kāi)設(shè)與理論教育相互支撐的實(shí)踐課程，培養(yǎng)綜合性的創(chuàng)新人才，通過(guò)實(shí)踐平臺(tái)的搭建教學(xué)與科研的橋梁，實(shí)現(xiàn)科教融合，如圖2所示。

3.3 前沿技術(shù)促進(jìn)創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)，經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)由傳統(tǒng)的投資驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閯?chuàng)新驅(qū)動(dòng)。因此，對(duì)現(xiàn)行的機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案進(jìn)行改革和探索，以創(chuàng)新作為培養(yǎng)理念服務(wù)于智能化的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，符合人才培養(yǎng)的根本目的。主要體現(xiàn)在增設(shè)機(jī)器人前沿技術(shù)課程，通過(guò)面向國(guó)家重大需求，進(jìn)行針對(duì)性教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生服務(wù)國(guó)家、不斷創(chuàng)新的奮斗精神，具體實(shí)施路線如圖3所示。

3.4 機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案重構(gòu)

根據(jù)上述分析與社會(huì)對(duì)機(jī)器人工程人才的要求，構(gòu)建了基于三個(gè)課程平臺(tái)的課程體系，如圖4所示。

通識(shí)課程與學(xué)科基礎(chǔ)課程培養(yǎng)學(xué)生的人文素養(yǎng)，并且為之后的專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)打下良好的學(xué)科基礎(chǔ)。在學(xué)科專(zhuān)業(yè)教育中，結(jié)合我校在智能機(jī)器人等方面的研究，面向各種場(chǎng)景應(yīng)用層，開(kāi)設(shè)了 “物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)基礎(chǔ)” “工業(yè)人工智能” 等課程，補(bǔ)充了原有培養(yǎng)方案中缺失的相關(guān)理論課程。同時(shí)，基于本校的科研實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開(kāi)展個(gè)性化教育，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與科研課題與各種學(xué)科競(jìng)賽，全面培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。本課程體系以機(jī)器人系統(tǒng)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化控制為特色，注重培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)和實(shí)踐能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)。

4 結(jié)語(yǔ)

“新基建” 背景下，面向國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略和社會(huì)企業(yè)需求的機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)要跟上技術(shù)發(fā)展的步伐。以網(wǎng)絡(luò)化和智能化為核心的機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案探索已經(jīng)在重慶郵電大學(xué)機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)開(kāi)始實(shí)施，作為初步探索方案，其實(shí)施效果有待評(píng)估，但其實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)定能為后續(xù)的深化改革做好鋪墊，也能為其他院校提供改革依據(jù)和方向。