以機器人為載體的本碩博一體化創新創業人才培養與實踐

李二超

（蘭州理工大學 電氣與信息工程學院，甘肅蘭州 730050）

當代社會及科技發展的趨勢體現為學科交叉、技術融合、人文滲透的特征。雖然創新創業教育在我國高校人才培養中不斷推進，但國內多數高等院校本科生和研究生實施的分開式培養教育，不利于本科生發展，也不利于研究生學習、科研創新和創業人才培養[1～3]。高校研究生、本科生是創新創業的重要力量，本碩博一體化創新創業人才培養對于提升創新創業教育質量有重要意義[4]。但目前部分研究生對創新創業缺乏了解，還需進一步引導，加強其創新創業意識[5,6]。

在碩博研究生中隨機發放問卷200份，回收有效問卷198份，回收率99%。綜合分析調查數據，研究生參與創新創業實踐的比率較少，僅占調查人數的31%，并且僅有14%的調查者完全沒有創業意向，表明加大創新創業教育宣傳，激發研究生的創新創業意識及熱情，將會吸引更多的研究生投入到創新創業實踐。

開展以機器人為載體的創新創業教育，可以為我省和西部地區智能制造業培養和輸送更多具有較高創新創業能力的復合型技術人才。另外機器人技術具有多學科交叉且相互融合的特點，有利于學生突破原有專業限制，進一步開闊視野，增進不同專業學生間的相互交流和合作，有利于學生創新創業能力的培養，符合新工科教育對工程復合型人才的培養要求。

以國家和區域經濟發展對人才的需求為導向，以蘭州理工大學“基礎理論實、專業口徑寬、工程能力強、綜合素質高”的總體人才培養目標為依據，秉承“以學生為中心、以成果為導向、持續改進”的工程教育理念，堅持“以本為本”的準則，發揚“艱苦奮斗，自強不息，求真務實，開拓創新”的“紅柳精神”，探索“四維一體”體系，以機器人為載體，實施“2因素+3維度+2突出”的本碩博一體化創新創業人才培養與實踐的全新模式。

1 “四維一體”本碩博創新創業教育體系構建

目前各高校均努力開展創新創業教育，建設“眾創空間”“創業孵化園”等實踐基地，營造創新創業氛圍，激發大學生的創新活力和創業激情，在創新創業理論和實踐方面均取得顯著成效[7,8]，但仍然存在三個主要問題：

（1）面向本碩博一體化的人才創新創業思維、精神與能力定位有待確定。

（2）本碩博一體化缺乏系統科學設計，培養方法和途徑單一，創新創業教育、專業教育融合不夠。

（3）教育資源和平臺建設不完善，工科教師工程實踐能力較弱，校企協同育人缺乏深度融合機制。

智能機器人與人工智能的技術特點決定了可以構建螺旋式上升的智能機器人創新創業教學內容和課程體系，從而使創新創業教育具有一定的廣度，更具有一定的深度，能夠滿足更廣范圍和更專業的學生需求，具有更好的實踐應用價值。在課程建設和教學方法應用中更注重學生能力、團隊協作和創新意識的培養，促進學生綜合素質和綜合能力的全面提升。

經過多年探索和實踐，按照優化環境、營造氛圍，導師帶動、優化教育教學，校企聯動、整合創新創業資源，組織互動，構建多級架構的理念和思路，構建了本碩博“四維一體”創新創業教育體系。

1.1 優化“雙創”環境，營造“雙創”氛圍

作為地方高校，本碩博學生的“雙創”環境存在硬件設施不足，利用率不高，“雙創”氛圍不足的問題。為解決“雙創”環境約束，必須倡導“建設、利用結合，硬件、軟件配套”。學院充分利用“甘肅省工業過程先進控制重點實驗室”以及蘭州理工大學“機器人智能研究所”等基地的資源，積極引導學生參與教師的科研課題，努力做到本碩博學生實踐環節教學與科研、工程實際應用項目相結合。

德業并進，研學并舉。部分學生對創新創業活動的理解，僅僅停留在省級以及國家級競賽獲獎，對參與創新創業活動的熱情不足。通過各種渠道，從多個維度對學校的創新創業活動進行宣傳，激發學生的參與熱情。學院定期舉辦創新創業講座、專業講座等系列活動，幫助學生做好學業規劃，積極促進學生開展創新實踐，搭建學術交流、創新與實踐平臺，多維度提供創新實踐支撐，為專業學習注入新的活力。

1.2 導師帶動，優化教育教學

加強師資隊伍建設，創建一支教學水平和工程實踐能力強的“雙師型”教師隊伍。積極開展大學生科技創新競賽、科研立項等工作，提高學生的創新意識，培養學生的創業能力。

構建本科生“松散導師制”+研究生“導師制”的人才培養模式，即通過將本科生、研究生結合，實現本碩博一體化創新創業人才培養，形成本碩博一體化的創新創業學生團隊，開闊本科生、研究生的視野，依托各類創新創業大賽，以賽促教，提高學生的專業技能和綜合素質。組建優秀本科生、研究生團隊，進行團隊培養。啟動創新、目標、規則、支持、創新導向，推動學生創新團隊自主管理。

1.3 校企聯動，整合創新創業資源

學研產結合，以教學促進科研，以科研反哺教學，有效實現教學、科研資源共享，打造以機器人為載體的創新型工程人才培養大平臺。順應工業4.0的發展態勢，響應產業發展新需求，升級改造原有工程系統、引進當前亟待研究的新設備，通過持續開發設計虛實協同的實驗項目，確保內容的高階性、創新性和挑戰度，打造虛實協同、復雜度漸升的先進工程實踐平臺，強化學生對現代工具的學習與應用，培養學生解決復雜工程問題的能力。

與多家企業建立良好的協同育人合作關系，學研產互動。校企合作為學生的創新創業提供資金支持、技術保障，將學校與企業不同的教育環境、教育資源充分整合，將課堂教學、實踐有機結合，使教學不脫離實踐，實踐促進教學改革。對學校而言，能夠真正實現學以致用，培養社會需要的創新型、復合型人才，從而促進學生創新創業和就業，同時教師在教學過程中能夠與企業一線技術人員直接交流，進行生產實踐鍛煉；對于企業來說，校企合作方便將學生的成果進行轉化，并且可以培養企業需要的員工，為企業未來發展提供支持，企業加入項目建設和教學活動，可以彌補建設經費不足和實習、實踐場地緊缺的問題。聯合元創興、一維弦等企業的專家組織開設了機器視覺、人工智能、運動學等課程教學，內容涉及機器人運動學基礎、機器人運動規劃、控制原理、機器視覺、傳感器技術、機器學習、深度學習等多個技術方向。

1.4 組織互動，構建多級架構

學院成立機器人創新創業工作室，組建“雙創”導師隊伍，指導學生創新創業，工作室負責搜集前沿課題、項目，鼓勵學生積極參與，啟發學生創新思維，培養學生創新能力。學院開展各類型、各層次的創新創業活動，通過參加國家級及省級科技競賽、舉辦校級及院級科技競賽、申請國家級及校級科技立項、開展創新創業大賽等活動，與企業進行深度合作，為學生提供創新創業環境，提高學生創新意識，培養學生創業能力。

2 “2因素+3維度+2突出”課程體系的構建

在《新工科建設指南（“北京指南”）》中，培養目標最終完善為堅持立德樹人、德學兼修，強化工科學生的家國情懷、國際視野、法治意識、生態意識和工程倫理意識等，著力培養學生“精益求精，追求卓越”的工匠精神。樹立創新型工程教育理念，提升學生工程科技創新、創造能力。

2.1 構建本碩博一體化的創新創業人才培養體系

結合新工科培養目標，參考教育學冰山模型，構建本碩博一體化的創新創業思維、精神與能力體系建構與培養體系。

思維層包括批判思維、創造性思維、互聯網思維等，精神層包括首創精神、工匠精神、企業家精神、團隊精神等，能力層包括學習能力、創造能力、決策能力、融合能力等。

培養體系包括通識教育、專業教育、綜合實踐等平臺。通識教育平臺包括通識課程、社會實踐、課外活動等實踐活動，使學生接觸創新創業實踐、訓練創新創業思維；專業教育平臺包括專業核心課程、課內實驗、學科競賽等實踐活動，參與創新創業實踐、培養創新創業精神；綜合實踐平臺包括畢業設計、專利申請、創業孵化等，凝練創新創業成果、強化創新創業能力。

2.2 構建創新創業實踐課程體系

將解決“復雜工程問題”作為主線貫穿教育各環節，實施“2因素+3維度+2突出”課程體系，即：綜合智力與非智力因素，設置涵蓋知識、能力、素質三個維度，突出交叉學科研究能力與跨學科合作精神的培育，建成課堂內外融合、校內外融合、各學科融合人才培養機制。形成大類培養課程、專業課程、學科融合、產教融合的創新創業課程體系。

適應互聯網的用戶優先特性，采用互聯網手段，加強導師項目制、體驗式、場景式、信息化與數字化教學設計能力。開設教學、科研相結合的項目式課程，培養部分優秀本科生和研究生的獨立研究能力，課程設置緊跟科技、社會發展步伐，使部分優秀的本科生和研究生在學習的同時能接受科研基本訓練，培養學生獨立研究能力。通過多層次項目緊密結合，使教學內容與專業及行業需求相適應，有效提高人才培養質量。將知識學習及能力培養兩條主線貫穿到項目體系中，做到實踐不斷線、做中學，強化創新精神、創業意識、創新創業能力培養。強調理論知識、實踐技能與科研能力培養并重，學研產互動，形成具有系統性、整體性、關聯性的協調統一的“理論—實踐—工程”一體化的教學方法。

2.3 多層次項目式教學

多層次項目式教學將學生分組為項目團隊，各團隊不少于5名學生，至少來自2個不同專業；各團隊成員自主研討、協作實現一個項目任務目標，包括知識準備、方案設計、項目實施、項目評價等各環節都由學生自主完成，教師僅做引導工作。

項目由學校與合作企業經廣泛調研共同討論確立，或來自企業在生產中遇到的實際問題，或來自學科競賽、創新競賽，或來自國家、省部級的科研項目。學生在完成項目的過程中學習培養計劃所要求的課程內容。各項目首先要求解決某個生產、生活中可能出現的實際問題，其次需要各團隊思考如何對項目成果進行轉化，使之具有實際的商業價值，提出詳細的創新創業項目計劃書，然后向教師和學生以及企業代表路演。

典型項目舉例：

采集標定區域內的圖像：項目應用于智能監控環境中，通過學習使用深度攝像機，結合圖像處理技術，完成機器人在一定區域的信息采集。

機器人人臉追蹤：項目應用于智能監控環境中，通過學習使用LK光流的方法完成目標任務的追蹤及圖像反饋的功能設計。

基于二維碼物體定位：此項目多用于機器人、無人機、無人車視覺定位系統中，機器人基于人工路標（二維碼等）進行定位，讓學生利用攝像頭與二維碼完成物體定位功能的實現。

機械臂貨物搬運：本項目應用于智能工廠的自動化流水線；通過學習機械臂的運動路徑規劃，實現實際的手臂搬運的功能應用。

智能機器人送餐路徑規劃：項目應用于機器人送餐設計中，通過學習多種運動算法，結合實際，最終實現機器人自主完成路徑規劃、躲避障礙物及無碰撞地到達目的地的實驗結果。

物體檢測與識別：項目應用于無人駕駛的道路物體檢測與識別功能，利用深度學習技術與工具，結合典型的神經網絡，完成物體檢測與物體識別功能。

人臉角度識別與機器人人臉跟隨項目：本項目應用于迎賓機器人產品，通過學習特征工程與機器學習的相關知識，讓機器人完成人臉識別及跟隨功能。

目前6門機器人與人工智能核心專業課程實現了理論知識融入實踐。課程包括機器人工程概論、機器人運動學與控制、機器人機電系統、機器視覺與傳感技術、人工智能導論、機器人操作系統。

3 結語

通過進行以機器人為載體的本碩博一體化創新創業人才培養與實踐，構建層次遞進、交叉融合、協同優化的體系結構模式，奠定本碩博一體化創新創業人才培養的基礎，形成理念、方法、途徑深度融合的項目式教學模式，打造虛實協同、復雜度漸升的工程實踐平臺。

近三年，共500余人次參加了30余項創新類活動，申報大學生創新創業訓練計劃項目立項20余項，申報“互聯網+”大學生創新創業大賽15項并獲得省級一等獎6項、二等獎3項、三等獎10項，獲各類相關國家、省部級競賽獎項的有120余人次。