機(jī)器人工程專業(yè)創(chuàng)新與應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式探索*

馬海舒，陳海軍，李 輝，王新莉

（河南工程學(xué)院，河南 鄭州 451191）

機(jī)器人被譽(yù)為“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”，工業(yè)機(jī)器人在當(dāng)今我國(guó)制造業(yè)中占據(jù)重要的地位。在科技創(chuàng)新的推動(dòng)以及相關(guān)政策的支持下，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的需求規(guī)模逐年遞增，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭迅猛。同時(shí)，在機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域也面臨人才匱乏的問(wèn)題。面對(duì)高速增長(zhǎng)、飛躍式發(fā)展的智能制造和工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，我國(guó)仍需要更多的高層次、具備機(jī)器人應(yīng)用技能的人才，以滿足未來(lái)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的需求。因此，培養(yǎng)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的人才就顯得尤為重要。高校和企業(yè)應(yīng)該齊心協(xié)力，加大對(duì)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)的投入，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，從而為機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展提供更為堅(jiān)實(shí)的人才支撐。

1 研究背景與意義

新工科“機(jī)器人工程”專業(yè)2016 年首次獲批后，截至2020 年，全國(guó)已有249 所高校獲批“機(jī)器人工程”本科專業(yè)。機(jī)器人工程專業(yè)的目標(biāo)是培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型專門人才，這不僅要求學(xué)生掌握工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的關(guān)鍵知識(shí)和技能，更要求學(xué)生具備較高的職業(yè)素養(yǎng)。此外，學(xué)生還需具備較強(qiáng)的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，以便能夠設(shè)計(jì)和裝配機(jī)器人工作站，以及設(shè)計(jì)開發(fā)配套的裝具等。機(jī)器人工程專業(yè)的人才應(yīng)當(dāng)具有綜合職業(yè)能力，可以為企業(yè)提供高效、可靠和安全的解決方案，以滿足日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求。但是機(jī)器人工程本科專業(yè)的人才培養(yǎng)模式還未健全，尤其是在新工科背景下，探索符合應(yīng)用型本科專業(yè)特點(diǎn)的創(chuàng)新與應(yīng)用型的高素質(zhì)人才培養(yǎng)模式意義重大。本課題在河南工程學(xué)院現(xiàn)有兩屆機(jī)器人工程本科專業(yè)建設(shè)的基礎(chǔ)上，基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的以成果為導(dǎo)向的教育（Outcome－based Education，OBE） 模式，以學(xué)生為中心，圍繞確保所有學(xué)生都能成功學(xué)習(xí)為目標(biāo)，研究培養(yǎng)創(chuàng)新與應(yīng)用型高素質(zhì)人才的“專業(yè)課程-創(chuàng)新設(shè)計(jì)-學(xué)科競(jìng)賽”的一攬子創(chuàng)新培養(yǎng)體系，將學(xué)生專業(yè)課程學(xué)習(xí)與創(chuàng)新設(shè)計(jì)結(jié)合，通過(guò)學(xué)生興趣與教師挑選相結(jié)合，給每位學(xué)生安排一位教師帶領(lǐng)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，將課堂知識(shí)延展至實(shí)際項(xiàng)目，成績(jī)優(yōu)秀的學(xué)生可以參加國(guó)家、省級(jí)、校級(jí)學(xué)科競(jìng)賽，進(jìn)一步得到鍛煉。通過(guò)一攬子創(chuàng)新培養(yǎng)體系，提升學(xué)生綜合實(shí)踐與創(chuàng)新能力。

2 機(jī)器人工程專業(yè)人才培養(yǎng)面臨的問(wèn)題

2.1 學(xué)生理論與實(shí)踐背離

理論與實(shí)踐不匹配是一個(gè)普遍存在的問(wèn)題，在機(jī)器人工程領(lǐng)域更為嚴(yán)峻。許多機(jī)器人工程課程需要相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件，以幫助學(xué)生理解和掌握理論知識(shí)。然而，要滿足每個(gè)學(xué)生機(jī)器人工程課程的所有實(shí)踐要求需要巨額的資金投入，不可能一蹴而就。行業(yè)的快速發(fā)展意味著正在使用的設(shè)備可能很快就會(huì)過(guò)時(shí)，并與企業(yè)應(yīng)用脫節(jié)。機(jī)器人工程是一門新興的專業(yè)，教學(xué)資源和師資力量相對(duì)較少，不能完全滿足培養(yǎng)該領(lǐng)域人才的需求。作為一門具有高度實(shí)踐性的學(xué)科，往往因缺少足夠的實(shí)踐環(huán)境和設(shè)備，導(dǎo)致學(xué)生缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，這成為機(jī)器人工程專業(yè)人才培養(yǎng)過(guò)程中一個(gè)重要的障礙。同時(shí)，機(jī)器人技術(shù)的快速創(chuàng)新使得學(xué)校教育難以及時(shí)跟上技術(shù)變革的步伐，這可能會(huì)導(dǎo)致畢業(yè)生的知識(shí)和技能已經(jīng)過(guò)時(shí)。

2.2 缺乏激勵(lì)機(jī)制

激勵(lì)機(jī)制是教育中必要的組成部分，它對(duì)于學(xué)生和老師的都有著不可替代的作用。沒(méi)有合適的激勵(lì)措施，學(xué)生可能缺乏持續(xù)投入的動(dòng)力。獎(jiǎng)學(xué)金在一定程度上可以對(duì)提高理論課程的成績(jī)起到促進(jìn)作用，但并不足以提升學(xué)生在學(xué)習(xí)中的積極性。目前缺乏針對(duì)性的實(shí)踐激勵(lì)機(jī)制，導(dǎo)致學(xué)生在動(dòng)手實(shí)踐方面的熱情和積極性受到一定的制約。此外，專業(yè)課課題組老師們發(fā)揮智慧多方面培養(yǎng)學(xué)生理論和實(shí)踐能力，同樣需要激勵(lì)機(jī)制才能保證老師們?cè)丛床粩啾虐l(fā)創(chuàng)新點(diǎn)。

2.3 專業(yè)的設(shè)計(jì)題庫(kù)缺乏

機(jī)器人工程專業(yè)是新專業(yè)，目前缺乏專業(yè)設(shè)計(jì)題庫(kù)積累。雖然可以參考專業(yè)相近的題庫(kù)比如機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化，但是作為新工科專業(yè)的特點(diǎn)并不能直接體現(xiàn)在傳統(tǒng)工科專業(yè)上，也無(wú)法反映出學(xué)生理論掌握程度和實(shí)踐能力。需要投入時(shí)間和精力，發(fā)揮課題組成員主觀能動(dòng)性結(jié)合技術(shù)發(fā)展熱點(diǎn)，重新規(guī)劃設(shè)計(jì)題庫(kù)。

2.4 學(xué)習(xí)積極性不高

對(duì)于機(jī)器人工程專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，他們需要學(xué)習(xí)機(jī)械、電氣、軟件、通信等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)，而這些知識(shí)都相互交叉融合，難度較大。而應(yīng)用型本科高校相應(yīng)的實(shí)踐條件又不完善，導(dǎo)致一些學(xué)生在面對(duì)學(xué)習(xí)困難時(shí)出現(xiàn)消極情緒。因此，為了培養(yǎng)出高質(zhì)量的機(jī)器人工程專業(yè)人才，需要規(guī)劃完善的課程體系和相應(yīng)的實(shí)踐條件，采取積極的方式引導(dǎo)學(xué)生建立正確的學(xué)習(xí)態(tài)度。

3 創(chuàng)新培養(yǎng)體系

3.1 以系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)促進(jìn)實(shí)踐教學(xué)

每學(xué)年制定一個(gè)主題以班級(jí)為整體，進(jìn)行分組配置，以做出實(shí)物對(duì)壘的比賽性質(zhì)的方式進(jìn)行課程設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)圍繞一個(gè)課題，各組從設(shè)計(jì)到做出產(chǎn)品等各個(gè)過(guò)程都要獨(dú)立完成，最后比賽并答辯。以動(dòng)手實(shí)踐為主導(dǎo)，輔以理論講解，讓學(xué)生在親身體驗(yàn)的過(guò)程中，學(xué)習(xí)相關(guān)的概念和方法。從設(shè)計(jì)、加工、組裝到實(shí)操驗(yàn)證，一整套系統(tǒng)下來(lái)，把學(xué)生迅速帶入機(jī)器人技術(shù)大門，理論和實(shí)踐學(xué)習(xí)雙受益。

3.2 依托虛擬現(xiàn)實(shí)（VR） 技術(shù)

搭建高度仿真的數(shù)字實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，最大限度地接近真實(shí)環(huán)境。平臺(tái)的操作界面和交互模式都非常直觀和自然，讓學(xué)生感覺(jué)自己身臨其境，沉浸性強(qiáng)。在工業(yè)機(jī)器人教學(xué)和實(shí)訓(xùn)中，學(xué)生可以以第一視角進(jìn)行操作，真實(shí)感十足。此外，數(shù)字實(shí)驗(yàn)平臺(tái)還能夠收集學(xué)生的操作數(shù)據(jù)和表現(xiàn)情況，提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)反饋和指導(dǎo)，幫助學(xué)生更好地掌握知識(shí)和技能。這種數(shù)字實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為教育教學(xué)提供了一種創(chuàng)新的方式，同時(shí)也為工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的人才培養(yǎng)提供了重要的支持。通過(guò)將現(xiàn)實(shí)環(huán)境模擬成虛擬環(huán)境，在安全、配套專業(yè)、舒適的教學(xué)環(huán)境中，可以使用VR 技術(shù)來(lái)模擬實(shí)際情境，引領(lǐng)學(xué)生感知實(shí)踐，真實(shí)地體驗(yàn)和學(xué)習(xí)實(shí)際應(yīng)用，讓學(xué)生更加深入地掌握技能。此外，使用VR 技術(shù)可以有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓他們?cè)趯W(xué)習(xí)過(guò)程中更加積極主動(dòng)。同時(shí)，這種技術(shù)還能提高學(xué)習(xí)效率，幫助學(xué)生更好地掌握應(yīng)用技能，從而為未來(lái)的就業(yè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為他們創(chuàng)造更大的優(yōu)勢(shì)。

3.3 “以賽促教，賽教融合”的教學(xué)模式

鼓勵(lì)教師帶領(lǐng)學(xué)生參加機(jī)器人技術(shù)專業(yè)競(jìng)賽，并將課程實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與競(jìng)賽內(nèi)容相結(jié)合，將競(jìng)賽模式融入到教學(xué)改革中?，F(xiàn)階段，河南工程學(xué)院機(jī)器人工程專業(yè)2019 級(jí)的學(xué)生已有一半以上參加競(jìng)賽，下一步將擴(kuò)大范圍。首先，通過(guò)參加比賽，學(xué)生可以深入了解機(jī)器人工程的理論和實(shí)踐知識(shí)，掌握工程設(shè)計(jì)和實(shí)踐技能，提高綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力；其次，比賽可以促進(jìn)學(xué)生之間的交流和協(xié)作，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神和合作精神；最后，通過(guò)參加比賽，學(xué)生可以結(jié)識(shí)志同道合的同學(xué)和行業(yè)專家，建立廣泛的人脈和資源，拓展職業(yè)發(fā)展的機(jī)會(huì)和空間。

3.4 “校企合作，工學(xué)融合”的教學(xué)模式

以實(shí)踐教學(xué)為切入點(diǎn)，借助本土企業(yè)平臺(tái)，注重在校學(xué)習(xí)與企業(yè)實(shí)踐，注重學(xué)校與企業(yè)資源、信息共享，提高學(xué)生實(shí)踐能力。工學(xué)融合教學(xué)模式是在傳統(tǒng)的學(xué)校教育中加入了企業(yè)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從而形成一種復(fù)合型的教育模式。企業(yè)中的專家進(jìn)行導(dǎo)師式指導(dǎo)，為學(xué)生們提供有關(guān)行業(yè)背景知識(shí)、實(shí)踐技能以及實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，讓學(xué)生們可以運(yùn)用這些知識(shí)和技巧解決實(shí)際問(wèn)題，并在學(xué)習(xí)過(guò)程促進(jìn)學(xué)生們更有效地理解行業(yè)應(yīng)用。

4 創(chuàng)新培養(yǎng)體系主要特色

1） 通過(guò)構(gòu)建“專業(yè)課程-創(chuàng)新設(shè)計(jì)-學(xué)科競(jìng)賽”的一攬子創(chuàng)新培養(yǎng)體系，提升學(xué)生綜合實(shí)踐與創(chuàng)新能力。

2） 在教學(xué)實(shí)踐中，通過(guò)以賽促教、校企合作的模式，依托VR 技術(shù)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深機(jī)器人理論知識(shí)和多學(xué)科知識(shí)的理解，培育學(xué)生的創(chuàng)新與實(shí)踐能力，提升學(xué)生實(shí)踐能力。

3） 重塑新工科專業(yè)的創(chuàng)新與實(shí)踐能力培養(yǎng)體系，需緊密結(jié)合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策、服務(wù)于地方高校轉(zhuǎn)型發(fā)展需求以及學(xué)校辦學(xué)特色和定位。

5 結(jié)束語(yǔ)

機(jī)器人工程專業(yè)涉及的學(xué)科和技術(shù)日益復(fù)雜和綜合，傳統(tǒng)的單一學(xué)科的教學(xué)模式已經(jīng)不能滿足學(xué)生的需求。為此，本研究通過(guò)建立一套創(chuàng)新的培養(yǎng)體系，旨在提升學(xué)生的綜合實(shí)踐和創(chuàng)新能力，鼓勵(lì)學(xué)生參與創(chuàng)新和實(shí)踐，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，該研究還致力于不斷改進(jìn)人才培養(yǎng)模式和實(shí)踐教學(xué)體系，以提高教學(xué)效果，促進(jìn)學(xué)生能夠更好地適應(yīng)未來(lái)的工作需求。