機器人工程新工科專業建設探析

胡而已 唐超權

摘要：當前我國高等教育的發展重心已經從規模擴張轉入內涵提升，提升質量已經成為核心任務。在《中國制造2025》中，機器人技術受到了前所未有的重視，成功申辦機器人工程專業響應了教育部“新工科”建設號召，順應了當前我國經濟、社會發展對機器人技術的人才需求。然而，機器人工程專業作為一個新專業其發展和新經濟的發展密切相關，是面向未來技術和未來社會的一個全新專業，傳統的高等教育組織模式和教學理念、方法均需要進行大幅度的改革，以適應其專業內涵建設的需要。本文主要從專業理論與實踐教學改革角度進行了初步研究，提出了初步改革思路供參考。

關鍵詞：新工科;機器人工程;實踐教學;一貫制改革

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2019）19-0244-02

一、機器人新工科專業辦學面臨的問題

當前，就我國高等工程教育來看，盡管規模龐大，然而質量不高，主要體現在：知識綜合能力不足，工程實踐能力不足，技術創新能力不足，難以適應新經濟發展對工程技術人才的要求。全球范圍內機器人技術的研究及應用已成為新的熱點。目前中國已成為全球最大的機器人應用市場，然而我國機器人整機和關鍵零部件與國外同類產品性能差距明顯，急需培養大量能掌握機器人研發、制造、應用、維護及管理等知識的專業復合型人才。另外，從學校整體發展定位的角度來看，未來煤炭資源開發領域將逐步過渡到少人化、無人化作業，為解決深部地下、深海、深空等極端危險環境下的資源勘探、開采難題，也需要培養精通礦用機器人及智能采掘裝備研發和應用的行業專門人才。

近年來，國內各高校也開展了部分針對新工科專業的各種改革和探索，但層面不深，內涵不夠，大多停留在“校企合作”等組織形式上，而且多數校企合作多流于形式，重儀式、輕內容。多數高校，大部分專業目前還只能采用固定陳舊的課程體系、課堂講授的教學方法、依附課程的實踐教學、閉卷為主的考試方法等傳統模式。往往多是“新瓶裝舊酒”，形式改變但課程依舊的教學改革。例如，在機械工程專業培養過程中課程實驗、課程設計、專業設計、創新創業競賽活動及畢業設計多個實踐環節間缺乏有效的連接，相關指導教師在知識體系、指導思路上還存在差異化，導致學生感覺所學知識無法形成有效的體系，對專業興趣日趨平淡，另外由于經費和實習基地建設的限制，學生的認識實習、畢業實習和生產實習等實踐環節的實質性內容偶有重疊，實習內容不夠飽滿，實習內容和設計內容無關等問題。

因此，需要進一步開展相關問題的調研和研究工作，系統總結前期辦學過程中的經驗和不足，在具體到建設機器人工程新專業的過程中如何進行頂層設計，避免舊有模式的束縛，提高人才培養質量成為亟需解決的關鍵問題。特別是針對新工科人才培養過程中更加注重實踐能力的培養問題，提出解決原有專業人才培養過程中課程理論教學和實驗教學脫節，實驗教學碎片化、實踐教學模塊連續性不強的問題具有重要意義。

二、新工科專業建設的現有基礎

中國礦業大學機器人工程專業依托機電工程學院，于2018年3月通過教育部審批，是學校申請獲批的3個“新工科”專業之一。學院多年來開設有機器人技術相關的本科生和研究生課程，其課程體系中設有與機器人技術密切相關的課程，如“機器人技術”“智能機器人”等，同時還設有機械類、電工電子類、控制工程類、傳感與檢測技術類等基礎課程。在機械工程專業新的2016版培養方案中已先行增設了一個“機器人技術課組”模塊，開設有“機器人學導論”“機器人動力學與控制”和“機器人系統設計及應用”三門專業主干課程，以及多門選修課。

學院積極組織參與大學生科技創新活動，學生的機器人相關作品屢獲“挑戰杯”全國大學生競賽一等獎、中國機器人大賽冠軍等獎勵。長期致力于礦用特種機器人技術的研發與應用，早在2006年就研制出國內首臺煤礦災后探測機器人，獲得國家863課題的支持;同時開展了大量的煤礦采掘工作面無人化技術與智能裝備等方面的研發工作，先后獲得973項目、國家自然科學基金重點項目等資助。培養了大量機器人專業方向的研究生，且為本科生提供了良好的科研實訓平臺。依托學院新成立的“礦山機器人研究所”，在機器人技術專業方向上已擁有一支頗具實力的師資隊伍，有專任教師22人，均具有博士學位，其中教授7人，副教授10人。對標國際、國內一流高水平大學的機器人相關專業設置，制定了科學合理的機器人工程專業人才培養方案，建立了專業課程體系，整合現有的實驗室資源，構建了完備的機器人專業方向實驗和實踐教學基地，與有關企業簽訂了戰略合作協議和研究中心，開辟了本科生實習基地，為機器人工程專業辦學提供了良好的辦學條件。

三、機器人新工科專業建設新思路

調研了國內外機械大類專業方向的本科人才培養模式，對學院現有機械工程專業人才培養模式進行了經驗總結，凝練了機器人工程新工科專業人才培養新理念和新思路。研究了適應未來新經濟和社會發展需要的新工科人才培養方法，通過合理的課程體系架構打通理論教學和實踐教學環節，優化課程體系，構建實踐教學新模式。通過對機器人工程專業培養方案的頂層設計，抓住兩條主線：一條線是基礎理論教學，通過通識基礎知識、專業基礎知識學習打牢學生的基礎理論;一條線是開展完整、深入、工程化的一個機器人系統的設計，采取一貫制新模式開展實踐教學與創新能力培養。

構建基于項目的培養體系。以“模塊化課程、系列化項目、團隊化指導”為改革目標，調研行業、企業、畢業生三類人群，把握行業需求、崗位分布、知識能力三種要求，研究項目內容、實施辦法、評價標準三項內容，構建基于項目的教學體系。全過程就是以能力培養為主線，構建貫穿培養全程，目的明確，循序漸進，能力進階的項目教學系列，逐步持續強化學生的工程意識，使學生在校期間受到從業能力基本訓練。

四、機器人新工科專業建設實施方案

第一，設置“機器人系統設計”專項訓練項目，從大一開始至第七個學期，每學期均進行，從機器人調試開始完成一臺機器人系統的機械設計、電路設計，控制系統，傳感器，定位導航通信全過程，并在第八學期的畢業設計中進行系統集成。

第二，以挑戰杯和機器人大賽等大創項目為依托，通過參加各類相關科技項目比賽，培養學生科學研究和技術開發相結合的實際工作能力、創新意識和創新能力、團隊協作能力、快速學習新知識能力、分析寫作能力等。

第三，開發專業實驗室和創新實驗室，加強產學研的實質性合作，共建機器人類課程和機器人本科生實習基地，凝練并打造優勢和特色的穩定的研究方向，創造良好的學術氛圍、實驗條件與實踐基地，不斷提高專業綜合實力與水平。

第四，改革教學管理方法。項目教學不同于傳統教學，種類繁多、場地分散、過程較長等教學特點決定了其管理模式必須改革。課程項目由課程教學團隊管理，模塊項目由課程模塊負責人領銜的指導團隊管理，學年項目由學工部門和相關導師共同管理，畢業項目由校企聯合指導團隊管理。為便于師生的及時交流和管理部門的實時監控，可通過網絡新媒介等形式輔助管理包含項目申請、進展監控、師生交流、結題驗收、成果展示工作。

落實機器人工程專業新工科人才培養新理念，建立新專業實踐教學和人才實踐能力培養新模式，以機器人工程專業建設為契機，基于新的教學組織模式開展相關實驗室建設，高標準建設本科生實習基地，提高本科生人才培養質量。

參考文獻：

[1]陳鑫.機器人工程專業多平臺協同教學的實踐與研究[J].科技經濟導刊，2018，（18）.

[2]陳培茂.我校工業機器人應用專業建設的必要性與建設思路淺析[J].文化研究，2017，（5）.

[3]陳飛，范揚波，魏碧霞.“機器人及智能制造”專業群的工程實踐創新實驗室建設探索[J].高教學刊，2017，（23）.