以机器人为载体的“新工科”培养模式的创新与实践

李富强 刘勇 胡明 杜边境

[摘           要]  课题以实物机器人制作为教学载体，利用解决制作机器人时的问题为学习手段，解决了目前大学教学过程中学时少、内容多的矛盾。亦利用机器人的特点，提高学生自主学习的积极性，通过认真研究自动化行业和领域发展趋势和人才需求，根据独立学院自身特点，利用企业参与教学过程，与产业、行业专家及用人单位共同研究课程计划，制订与生产实践、社会发展需要相结合的培养方案、教学内容与课程体系，培养出符合企业需求的具有一定创新能力的大学生。

[关    键   词]  机器人;创新教育;课程群

[中圖分类号]  G712                   [文献标志码]  A                      [文章编号]  2096-0603（2019）06-0018-02

一、课题背景

中国矿业大学徐海学院自动化专业是依托中国矿业大学信控学院，结合徐海学院应用型人才培养目标，开设的一级学科专业。以机器人为载体的“新工科”工程素养提升计划是为配合2018级徐海学院自动化专业，机器人方向创新人才培养为目标的教学大纲修定而立项的教学改革研究项目。

自动化专业是按教育部引导性专业目录设置的宽口径专业，是当前机器人研究中主要的专业学科之一。机器人是融合物理、数学、机械、电子、传感器技术和智能控制等多个学科的综合性载体，需要学生了解并掌握机器人相关知识中的某一项技术，学生具有兴趣广泛、动手能力强、专注性比较低的特点，非常适合机器人这种跨学科技术的学习和应用。故课题选择自动化专业作为以机器人为载体的“新工科”创新人才培养的教学改革对象。

2011年7月，在徐海学院的政策和经费支持下，创建了徐海学院机器人实验室，现有机器人设计与仿真实验室，机器人机械加工实验室，机器人硬件电路设计实验室，努力构建创新人才培养的特色专业建设体系，将理论教学与科技创新能力提高有机结合，参与2018版本科培养方案的修订、调整和执行;紧跟学科前沿，精心制订培养方案，并借助行业优势，促进“学校—企业”的有机结合;进一步优化教师结构，打造优秀教学团队，并以教改立项为依托，改革传统教学手段，形成“面向地方”“面向项目”的创新人才实践培养体系，取得以标志性学科竞赛获奖为代表的一系列标志性、高水平建设改革成果。

二、课题内容

（一）紧跟国家“卓越工程师”培养宗旨，精心制订“新工科”培养方案

通过认真研究教育部教高函（〔2013〕15号）印发《卓越工程师教育培养计划通用标准》，结合徐海学院自身特点，与产业、行业专家及用人单位共同研究课程计划，制订与生产实践、社会发展需要相结合的培养方案、教学内容与课程体系，坚持学而优则创，学而优则用的办学理念。

（二）依托地方特色，本土企业参与培养过程

徐海学院在三线城市徐州办学，学生主要以本地及附近省份的学生为主，学生的主要就业目的地为徐州本地。为服务地方经济，学校要把企业由单纯的用人单位变为联合培养单位，与企业共同设计培养目标，制定培养方案，共同实施培养过程，并建立与之配套的专业实验室，满足学生进行专业实验。“新工科”培养计划更是将中国矿业大学的师资与实验设备纳入徐海学院的培养方案中来，对不同专业、不同层次的学生提出不同要求，但所有毕业生都必须接受最基本的工程素养培训。

（三）依据企业用人需求，强化工程能力培养

主动适应工业界的需求，为中国特色新型工业化发展服务，为国家经济社会可持续发展服务。课程组教师承担理论课程的同时，充分参加科研工作，并在教学工作中，有意识地将教学内容与生产实际相结合。与江苏徐州某部队、山东某新能源科技、山东某研究院、徐州地震局等十几家的单位建立了长期的合作关系，使教师充分了解社会需要什么样的人才。通过与企业的项目合作，实现课堂、实验实训中心和企业的真实环境相结合，实施学生、教师和工程技术人员相交流，实行教学、科研和工程项目的相互合作，要让学生在学习期间就能直接接触到最新的工程技术，锻炼其企业生产现场处理实际问题的能力。

（四）加强教师工程实践锻炼，优化实验实践课程

鼓励教师去企业挂职锻炼、课题合作，并将科研成果应用到实验教学中，不断创新实验教学内容，根据专业实验教学的要求，保留基本实验，引入本学科的新成果，加快实验教材建设，增加现代实验方法和技术，拓展学生视野，提高学生的自主创新能力;开放实验室，为学生提供一个充分开放和自由的实验环境，培养学生共性、发展学生个性。

（五）整合创新教育资源，抓好代表性学科竞赛

2017年，在学院“新工科”培养计划与课程组教师的推动下，整合学院创新教育资源，确定以学科竞赛为检验“新工科”培养方案实践教学水平的平台，作为学生专业学习的重要抓手和考核手段，在专业课程讲授中融入学科竞赛的相关内容，将学科竞赛的题目作为“电子综合设计”“专业课程设计”的课题，鼓励学生积极参与科技创新活动。

三、课题的创新点

（一）企业参与教学计划制定

以实施创新计划为突破口，将企业需求转换成创新实践课程，课外创新实践活动与大学生培养结合起来。将认知实习与课程设计相结合，将企业需求引入课堂，引进企业工程师，将项目课程化，工程师为学生讲解，学生一边学习，一边解决项目中的实际问题，一个学期之后，该企业班学生已能基本参与一般项目开发与论证。全部课程设计培养完成后，将培养造就一大批创新能力强、适应经济发展，满足企业用人需求的大学生。

（二）强化工程能力培养

强化理论教学与创新教育的结合，实践课程与创新教育结合;科技竞赛与创新教育结合。增加实践实训课程的学时，让每个学生都能掌握自动化专业的基础应用，能够对自动化专业中的基本问题联系实际并应用。

（三）授人以渔、提高自学能力

当前，随着社会的发展和网络技术的更新，学生获取知识的渠道和方法越来越多，但是如果没有掌握辨别知识真伪的能力，将不能更好地成长及发展。故课题组在深入研究知识体系构架，自动化专业学科特点的基础上，教以学生知识体系而不是课程体系知识点，既可以解决在小学时下课程内容比较多的矛盾，又避免不同课程相同知识点的重复学习。学生掌握了自动化专业课程体系的知识点，就可以利用所掌握的方法和原理，利用多种开放渠道学习。课题组利用课程体系的特点精简课程内容，既加强学生的数理基础，又提高学生利用数理工具推导、学习专业知识的能力。真正把学生作为课堂主体，了解他们的需求，增强他们的主体性，有利于增强学生学习信心，优化其学习效果。

（四）以“机器人”为载体、明确学习目标、提高学习兴趣

课题以“机器人”为载体，将自动化专业课程与机器人实物联系起来，建立机器人技术相关课程群，明确课程学习目标及学习任务，在课程群中课程结束时，布置开放创新型实验，检验学生学习效果。每一门课都要具体讲解机器人相关技术知识，并在课内实验中制作相关实物。每一门课，对学生来讲都是具体的，都是有其实际意义的，从而大幅度提高学生的学习兴趣和学习的主观能动性。课程实验相关实物制作、调试过程中，进一步检验学生知识点掌握的程度。在实验中，教师利用学生争强的心理特点，引导学生进行机器人实物对抗，促进学生课下自主学习相关知识，改进机器人，达到学生自学的目的。

四、课题的推广应用效果

（一）教学成果推广

2015年7月，在全国高等学校电子技术研究会2015年会上，徐海学院代表做大会主题发言，推广以机器人为载体的“创新人才”培养模式，教学成果受到广大教师同仁的一致好评，并获得教学模式优秀奖。2016年以来，徐海学院累计接待皖西学院、解放军理工大学、西北师范大学等50余所高校机器人指导教师和学生交流考察，专业建设成果受到一致好评。

（二）学生培养质量提升

2015—2016年自动化专业学生就业率、研究生录取率明显提升;在国内有较大影响力的大学生科技创新大赛中获得国家级和省级奖项40余项;获国家授权实用新型专利15余项;学生发表论文20余篇，成为中国机器人大赛、中国工程机器人大赛、中国机器人及人工智能大赛等多个国家级机器人竞赛中的王牌院校。中央电视台等省市媒体对创新人才培养的宣传报道：（1）中国机器人大赛上参赛的机器人作品被中央电视台赛后遴选直播;（2）中央电视台遴选学院2008级马东海同学作为“90后”新一代大学生接受中央电视台军事频道，就空中机器人比赛现场帮助主要竞争对手哈尔滨工业大学维修机器人，并使其成绩超出自己所在代表队进行了“交流第一，比赛第二”的专题采访;（3）中央电视台新闻频道、兰州电视台、甘肃卫视、甘肃公共频道等媒体均对徐海学院的创新人才培养情况进行报道。

（三）自制实验仪器，提高教学质量

教师及时将科研成果应用到实验教学中，共研制教学仪器设备十余件套，在校自制仪器设备项目的支持下，部分教师参与研制开发“关节型仿人机器人创新实验平台”，该平台既作为机器人技术与创新实践课程的教学实验对象，又是机器人大賽学生实践的实验平台。

参考文献：

[1]林键.新工科减速：强势打造“卓越计划”升级版[J].高等工程教育研究，2017（3）：7-14.

[2]肖春.面向卓越工程师培养的学科竞赛体系探索[J].浙江工业大学学报（社会科学版），2011，10（2）：205-209.

[3]李永坚，黄绍平，李靖“卓越工程师”培养要重视教学方法改革：以电气工程及其自动化专业为例[J].中国大学教学，2012（11）：63-65.

[4]王丽娜，于微波，刘克平，等.自动化专业“卓越工程师培养计划”实践教学模式的研究与实践[J].吉林省教育学院学报，2016，32（12）：106-110.

[5]姜枫，贾波.项目驱动的应用型人才培养模式改革研究[J].高教学刊，2017（10）：152-154.

[6]管连，梁建花.新工科背景下校企协同育人模式探索及实践[J].计算机教育，2018（11）：100-103.