新工科背景下研究型高校機器人工程專業課程體系建設與探究

魏長赟 廖華麗 王婷婷

摘要：為滿足國家戰略和新興產業的發展，各大院校均著手建設機器人工程專業，但應用技術型大學或高職院校居多。為使我國掌握機器人產業發展的主動權，需要研究型高校培養更多科學基礎厚、工程能力強、綜合素質高的專業后備人才。本文闡述了在新工科背景下機器人工程專業課程體系的架構思路及發展途徑。

關鍵詞：新工科；機器人工程；課程體系；工程教育

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）23-0087-02

機器人工程本科專業是海內外高校近五年才開始建設的新專業，各個高校所依托的學科不同。迄今為止，關于該專業的建設有許多不同的看法，其課程體系還處在摸索階段。本文將以河海大學的機器人工程專業為例，闡述其課程體系建設思路及未來發展途徑。

一、機器人工程專業課程體系

（一）理論課程框架

具有機器人鮮明特色的理論課程包括專業基礎課、專業主干課和專業提升課。專業基礎課主要涵蓋機器人工程導論、自動控制原理、機械設計工程、機器人技術基礎等課程，主要為后續專業課程學習奠定基礎，也讓學生對機器人技術有初步的認識。具有以上鮮明特色的專業課程由專業主干課和專業提升課構成，這兩類課程劃分為以下四大課程群組。

1.機器人本體設計及智能制造課群。主要包括機器人本體設計、智能制造與裝備、機器人建模與仿真、現場總線技術等課程，目的是讓學生掌握機器人機構學等相關知識，能夠充分利用建模及仿真技術，設計機器人本體，同時利用智能制造等相關知識，掌握機器人加工制造等相關技術。

2.機器感知及智能控制課群。主要包括人工智能技術、機器人傳感技術、機器視覺技術、機器學習技術課程等，目的是讓學生能夠掌握最新一代機器人傳感器技術，并根據傳感數據，利用人工智能技術，實現機器人系統的智能控制、決策、規劃、學習等，從而解決復雜工程問題。

3.機器人系統集成及應用課群。主要包括機器人操作系統、機器人驅動與控制、工業機器人應用、水下機器人技術等課程，目的是讓學生掌握機器人及其嵌入式系統的集成與應用，熟悉常用機器人操作系統，尤其為工業機器人系統研究及產品研發積累必備知識。

4.人機交互及多機器人協作課群。主要包括人機交互、人機混合系統安全學、生機電一體化技術、多機器人協作等課程，目的是讓學生掌握未來人機共融機器人系統設計準則，熟悉考慮人因工程的人機混合系統設計原理，了解生物啟發機器人技術和多機器人系統等相關技術。

（二）實踐課程框架

實踐類課程體系劃分為三個層次：認知層、實踐層和拓展層，如圖所示。實踐類課程的認知層主要是讓新生在第一學期對機器人行業、市場、技術有初步的了解，從而使他們對機器人發展趨勢形成感性的認識，培養學習機器人技術熱情。

實踐層次課程包括基礎實驗、綜合實驗、課程設計和實習實訓。其中，基礎實驗與基礎課相對應，以課程實驗的形式進行；綜合實驗課設置在專業核心課程之中，也以課程實驗的形式開展教學；課程設計需要學生以項目的形式，從整體方案設計的角度出發，完成一個比較完整的設計方案；實習實訓方面，設置與專業方向比較緊密的工程訓練，生產實習和畢業設計會密切聯系當前的機器人產業形式，盡量讓企業參與其中。

拓展層主要針對學有余力的學生，讓學生在課余時間參加機器人相關的各種學科競賽，通過大學生創新創業訓練項目，引導學生積極參與教師的各類科研項目，以實際的科研項目來增強學生的創新創業理念，同時提高學生的工程實踐能力。

二、機器人工程專業建設和發展思路

機器人工程專業是多學科交叉融合的“新工科”專業，需要逐步形成一個融理論教學、工程實踐、創新能力培養為一體的人才培養機制，其未來的建設和發展思路可以概括為以下三點。

（一）以產業需求為方向，深度融合產學教研

機器人工程專業將以服務國家戰略性新型產業發展為方向，以培養具有較強工程實踐能力的機器人專業人才為目標，主動對接并積極迎合機器人產業對人才多樣化、個性化和動態化的需求，逐步完善課程體系并及時優化重組教學內容。以科研為催化劑，深度融合科研與教師的“教”和科研與學生的“學”，教師通過面向機器人產業的持續科研活動將新知識、新技術和新方法帶進課堂，學生通過實際科研問題，激發科技創新激情和創新意識。

（二）以工程教育為主線，構建交叉課程體系

積極探索綜合性課程、面向工程問題的多視角課程、交叉學科研討課程，以學科前沿、產業和技術的最新發展推動教學內容更新和升級。實踐課程將強化工程理念，以工程項目為載體，堅持工程理念不斷線，進行實踐教學環節。以項目形式開展畢業設計，從企業調研、方案研討、方案設計、產品研發到畢業答辯的全過程，著重培養學生工程領導力、溝通與合作等核心能力和素質。

（三）以多元化為切入點，優化創新實踐平臺

新工科要求圍繞學生的個性、興趣，挖掘學生的潛力。對此，在校內將持續擴大創新實踐平臺，依托教學科研實驗平臺，增加創新創業訓練項目，打造學科專屬競賽組織平臺，支持學生參加全國各類創新創業大賽。在校外，主動拓展與企業合作的廣度與深度，為學生校外實踐提供保障，提高學生就業與機器人行業發展需求的匹配度，以及創業精神和創業意識。

三、結束語

作為適應新時期國家產業需求和國際發展趨勢的新工科專業，在研究型高校設立機器人工程專業，重在培養從事機器人相關技術研究、工程應用、技術管理或教育培訓的高素質、國際化、復合型拔尖工程人才，需要側重強化專業課程學習與工程實踐能力。因此，其專業課程體系建設及改革需要從深度融合產學教研入手，層層強化工程實踐能力，不斷線的加強學生的實踐創新能力，從而為創新型國家的建立提供人才支撐和智力支持。

參考文獻：

[1]林健.面向未來的中國新工科建設[J].清華大學教育研究，2017，38（02）：26-35.

[2]吳文強，朱大昌，江帆，陳從桂，劉鎮章.機器人工程專業創新型人才培養方案探索[J].高教學刊，2017，（15）：43-45.

[3]杜壯.未來五年機器人發展十大焦點解讀《機器人產業發展規劃（2016-2020年）》[J].中國戰略新興產業，2016，（11）：44-45.

[4]鐘登華.新工科建設的內涵與行動[J].高等工程教育研究，2017，（03）：1-6.