新工科背景下機器人專業產業應用人才培養體系的探索

肖 景 賀達江

（懷化學院 湖南·懷化 418000）

0 引言

當前，我國處于經濟換擋轉型的關鍵時期，需要具有更強實踐能力、創新能力的新興產業人才支撐、提高國家整體的工業和科技領域的國際競爭力。為此，2017年中國教育部提出了新工科戰略，其人才培養改革方向是建立產教融合、校企合作的人才培養模式，核心是培養適合于社會需要的高質量產業技術和創新人才[1-2]。同時，隨著《中國制造2025》戰略的逐步實施，柔性生產、智能工廠等開始大規模普及，如焊接，噴涂，碼垛，裝配，拋光等工序在大規模的自動化演進[3]。工業機器人和配套的自動化設備步入一個高速發展階段，而相應的人技術人才卻面臨用工荒。因此，高校機器人專業人才培養的目標是為企業提供符合需求的工業機器人維護、調試、故障排除、操作、系統集成等方向的高質量產業人才。本文從企業實際用人需求出發，在產業實踐和創新能力培養體系、校企聯合培養等幾個方面對機器人專業產業人才培養進行了改革和探索。

1 機器人專業現狀

1.1 課程體系不完整

機器人專業作為新辦本科專業之一，以東南大學等為代表的第一批獲批辦學高校在2016年左右才開始在全國招生。由于辦學歷史短，大多數學校的課程體系依托于傳統的電子信息類專業，課程體系不完整，制約了人才培養的質量提升。

以懷化學院為例，最初的機器人專業基礎課程主要依托于電子信息科學與技術、電氣工程及自動化專業。第一屆本科機器人專業開設的課程配置偏硬件電路設計，機器人主干專業的課程體系存在銜接不合理，統一性不夠等問題。這會導致學生對本專業的培養體系的缺乏統一認知，各專業課程的搭配缺乏整體聯系。學生由于對前置課程認知不足導致學習效果下降，進而對后續專業課程的教學產生負向效應[4]。此外，課程體系的缺失會形成專業課程的知識孤島，使得學生只是掌握零散知識點，缺乏整體認識。同時，在具體的課程教學方式中，還是以教師授課和學生聽講為主，忽視對學生自主和創新能力的培養，不能達到國家對新工科人才培養的要求。

1.2 實踐教學內容和人才需求不匹配

當期，機器人行業處于“機器換人”的急速迭代中，急需創新能力強、可以協調和解決實際應用問題的高質量工程師，其人才缺口高達上百萬。因此，機器人專業的實踐課程體系需要匹配新時期企業的需求。但是，在高校的專業人才培養中，當前的教學大綱還停留在對書本知識的掌握和驗證，基本沒有結合實際應用場景的實踐教學設計，使得教學內容和人才培養需求脫節，學生需要企業進行二次培養才能真正就職[5]。典型的，機器人的專業主干課程均采用“理論學時+課內實驗”模式，實踐課程以驗證性實驗為主，設計性實驗為輔，缺乏集成式綜合使用，更缺少項目式課程教學。如《工業機器人工作站系統集成》課程的理論學時為32，實踐學時為16；《工控組態與現場總線技術應用》課程的理論學時為24，實踐學時為8等等。實踐教學內容和授課方式嚴重影響了學生的學習興趣，導致學生的工程應用能力和創新能力培養受限。因此，需要創新的高質量實踐人才培養方法，提高學生的專業素養和工程能力，避免企業進行二次培養，造成教育資源的浪費。

1.3 需要加強校企合作

創新型高素質教師隊伍和雙師型人才是新工科戰略中“卓越工程師培養計劃”“新工科研究和實踐項目”子項等落地實踐的關鍵[6]。而大多數高校教師沒有企業經歷，對企業人才的需要不明確，偏重于理論教學。因此，引入行業典型企業參與聯合培養，是提高學生實踐工程能力的最佳方式之一[7]。同時，校企聯合培養模式，讓學生在高年級（大三、大四）階段就能夠參與企業的實際研發和生產過程，使得人才培養和企業需求零距離，提高了學生的專業素養和就業競爭力。因此，大力推進和行業典型企業或者龍頭企業的聯合培養，是實現新工科戰略的有效途徑。探索新的產教融合、校企合作的聯合培養方式，是機器人專業高質量人才培養的重要方向。

2 機器人專業培養體系探索

2.1 建立面向應用的人才培養體系

根據機器人專業課程體系和新工科建設要求，懷化學院調整和改進人才培養體系。新的體系要求教學嚴格和產業應用融合，讓學生具備機器人編程、安裝、調試、維護和操作專項技能，具有獨立解決典型應用問題的能力，為“中國制造2025”輸送急需的應用型、復合型技術人才。為完成以上要求，新的人才培養具體方案如下：

（1）建立開放式的人才培養體系。將學生的課程培養體系分為通識教育課程、專業基礎課程、專業核心課程、專業方向課程四大環節。課程培養的前面三個環節為必修課程，專業方向為選修課程，開設機器人視覺與學習（選修一）、工業機器人系統集成（選修二）、工業機器人應用（選修三），鼓勵學生根據自身能力、興趣、就業方向進行選修學習。

（2）打造工程技術能力培養體系。將工程技術能力培養分為問題分析、設計和研究、技術工具等能力培養模塊，分配相關課程實施培養。首先，問題分析設置了高等數學、復變函數與積分變換等數理類課程，學生能夠應用數學、自然科學和工程科學的基本原理去識別、分析和解決工業機器人工程領域的應用問題。第二，設計和研究能力開設有程制圖、機器人原理以及零部件結構設計等課程，主要培養工業機器人本體及零部件、場景應用的研究能力、創造力和設計能力。第三，技術工具使用能力模塊分配有程序設計類、計算機工具類、電路設計類課程，讓學生具備使用恰當的技術、資源、現代工程工具和信息技術工具，采取合理方案解決工業機器人的實際應用問題。

（3）職業素養和團隊能力。通過機器人學科教育、創新創業活動和競賽、工程教育、人文社會科學素養等課題體系，讓學生了解國家產業政策、行業標準。同時讓學生遵守職業規范，在多學科背景下的團隊中承擔個體、團隊成員以及負責人的角色，具有組織管理能力、學術交流能力及團隊合作能力。

（4）建立創新創業人才培養體系。推進校企聯合育人的人才培養機制，促進創新創業教育與專業教育全過程有機融合。通過和行業中的先進企業合作培養探索，開展創新創業實驗班、卓越工程師班等教育模式；積極引進行業企業、科研院所等人才質量標準，根據企業人才培育的標準和需求進行協同育人。

2.2 搭建場景式工程應用實踐體系

針對機器人行業實際需要和新工科人才培養要求，推進和行業典型企業如大研集團聯合成立機器人工程應用中心、機器人創新中心等平臺，為工程實踐能力培養提供場地和設備等硬件支持。同時，創新實際教學內容和方法，大力引進企業和雙師型教師人才，搭建場景式工程應用能力培養體系，具體舉措有：

（1）建立漸進式工程實踐培養體系。根據行業機器人工程應用的培養要求，把實踐課程培養劃分為專業基礎、開發和設計、綜合應用、自主創新四大環節，搭建漸進式工程實踐培養體系。其中，只有專業基礎課程和工具類課程涉及的前面兩個環節設計課內實驗，課程教學約為411學時；而在后面兩個環節設計了高達1738個學時進行場景式應用能力培養。

（2）校企聯合搭建場景式工程實踐培養方案。按照工業機器人開發、和制造業的應用標準搭建模擬的行業實踐場景，并且將場景中的標準工序轉化為學生的實操項目，學生需要按照該場景中工程師的操作要求，自主完成項目任務并撰寫項目報告。典型的場景任務有機器人設計及調試場景、機器人柔性生產場景、工業機器人焊接場景、工業機器人碼垛場景等等。

通過以上工程實踐培養環節，培養學生的工程應用能力和“工匠精神”，提高本專業學生的職業技能和職業素養。

2.3 校企聯合育人探索

機器人是2016年左右才新近開始的專業，其本科辦學還處于摸索期，而機器人企業在行業沉浸多年，對人才培養的方向和目標非常明確。因此，引入典型的機器人企業尤其是機器人本體公司進行聯合培養，可以快速、有效的提高人才培養質量。聯合培養可以從以下幾大方面著手：

（1）建立校企聯合的學生培養模式。依據專業人才培養的定位和企業發展情況，校企聯合規劃并落實實習和就業一體化的綜合實踐基地建設。建立學校和企業“雙導師”制度，讓校內教學與企業實踐教學深度融合。在此基礎上，懷化學院機器人專業建立了“3+1”的聯合培養方式。其中，在學校的三年中，聘請企業的技術人員參與實際教學指導，模擬企業對技術人員的考核，進一步提升場景教學的擬真度。第四年，學生完成需要在實踐基地完成24周的實習任務，作為實習生參與企業的具體工作。同時，學生可以選擇該企業的資深工程師作為導師、以企業實際需求為課題開發相關產品，獲得的相關成果經鑒定可代替畢業設計。

（2）校企聯合的教師培養模式。為了培育和擴大“雙師型”師資隊伍，學校每年輪流將機器人專業教師尤其是新進教師外派至合作企業參與研發、生產一線實操鍛煉，承擔企業的技術攻關課題等。同時，聘請企業資深技術人員對專業教師進行技術指導，參與行業內研討、參觀活動，提高普通教師的工程技術和工程實踐能力。通過以上措施，讓一線教師學習和了解國內外機器人的最新行業技術動態和發展趨勢，了解現代企業對人才的職業素質和產業技能要求，從而轉變教學觀念，為行業培養出更多的高素質的產業應用型人才。

總之，校企培養模式不但可以培育和提高“雙師型”師資水平，而且可以扎實提高學生的產業應用能力，滿足對“新工科”創新型、高素質人才培養的要求。

3 結論

機器人專業辦學在“新工科”建設背景下，通過優化人才培養方案，搭建場景式工程應用培養體系，讓學校按通用標準和行業標準培養工程人才，讓行業企業深度參與培養過程，可以提高“雙師型”教師的數量和質量，也提高了學生的工程能力和創新能力，為機器人行業高素質產業應用人才培養提供了一條新的路徑。