应用型本科高校机器人工程专业人才培养探究

郭霆 安少军 徐莉 齐建家 刘财勇

摘  要：在《中国制造2025》和工业4.0的大环境下，“机器换人”的概念应运而生，机器人走进千家万户，机器人工程专业也成了21世纪20年代的新型热门专业。在众多开设机器人工程专业的高校中，应用型本科高校占据主体地位，那么如何进行人才培养成为了困扰大家的首要问题。本文对作者所在学校的机器人工程专业学生进行调研，通过调研数据对人才培养的方向提出几点建议，首先应当设置合理的理论与实践课程比例，其次尽早让学生了解并清楚地选择自己的研究学习方向，最后尽可能多地对比学习不同机器人的系统控制以及系统的二次开发。

关键词：机器人工程  人才培养  应用型本科高校  应用领域

中图分类号：G642                            文献标识码：A                  文章编号：1674-098X（2021）05（c）-0224-04

Research on talent Cultivation of Robot Engineering major in application-oriented universities

GUO Ting1，2  AN Shaojun1  XU Li1*  QI Jianjia1  LIU Caiyong1，3

（1. College of Mechanical and Electrical Engineering， Heilongjiang Institute of Technology， Harbin， HeilongJiang Province， 150050  China; 2. National Office for Science&Technology Awards， Beijing， 100045  China; 3. School of Intelligent Manufacturing， Panzhihua University， Panzhihua， Sichuan Province， 617000  China）

Abstract： In the context of "Made in China 2025" and Industry 4.0， the concept of "machine replaces person" emerges at the right moment. Robots enter into thousands of households， and robotics engineering has become a new hot major in the 2020s. Among many colleges and universities offering robot engineering， application-oriented undergraduate colleges and universities occupy the dominant position， so how to carry out talent training has become the primary problem that disturbs everyone.In this paper， the author's school robotics engineering students study， through the survey data on the direction of the talent cultivation put forward some Suggestions， first of all should set up reasonable curriculum theory and practice of proportion， then asked the students to understand and clearly as soon as possible to choose their own study direction， finally compared to learn as much as possible the different robot control system and the secondary development of the system.

Key Words： Robot engineering; Talent cultivation; Application-oriented university; Applications

當今是5G的时代，是物联网的时代，是人工智能的时代，是大数据的时代，更是机器人发展的大好时代。随着劳动力成本的不断提高以及中国政府实施制造强国战略的《中国制造2025》[1]行动纲领的提出，“机器换人”成为当今科技企业的首选。要想实现机器人的自主化研发，就必须掌握相应的应用技术，这就要求高校能够培养出符合社会需求的专业人才，为了与传统的本科院校实现错位竞争，很多高校将自身定位于培养适应社会需求的高层次应用技术型人才[2-6]。然而如何开展高层次应用技术型人才的培养成为目前各大高校的重中之重。

据统计，在2016年我国开设机器人工程专业院校仅1所，截止到2017年机器人工程专业增加至26所高校，2018年人工程专业院校新增60所，其中不乏东南大学、东北大学和湖南大学这样传统的985院校（世界一流大学建设高校），然而2019年3月公布的《教育部关于公布2018年度普通高等学校本科专业备案和审批结果的通知》中，新增机器人工程专业院校101所，这其中包含北京大学、浙江大学、哈尔滨工业大学、哈尔滨工程大学等，说明各大高校已从传统机械专业步入高新科技专业人才培养[7-9]。

目前开设机器人工程专业高校187所，其中传统“985”高校占5.8%，“211”高校占4.8%，普通本科院校成为机器人工程专业主力军，职业类院校注重职业技能的掌握和培养，重点高校更多的关注交叉学科融合及创新问题。研究型重点高校多以核心技术研发、结构与系统创新为主进行深层次多角度的科研工作;高职高专类院校以机器人维护保养、应用操作、拆装以及技术保障为主;应用型本科院校则以软件编程、二次开发及仿真为主对机器人技术展开研究，向上研究面向应用的集成与实现对接研究型大学，向下学习编程与操作、末端执行器的开发与设计与高职高专类接轨。应用型本科高校的机器人工程专业应重点体现应用编程及二次开发的特点，起到承上启下的作用，为后续的科研做好准备工作，同时指导服务类部门对现有结构进行技术革新优化（如图1所示）。

1  机器人工程专业现状分析

我校2018年申请机器人工程专业，2019年4月获国家批准备案，2019年9月完成机器人工程专业首批招生59人。具有超3000m2的实验室和完善的培养方案，有校外实习基地群，与哈工大机器人集团有限公司、上海ABB工程有限公司、江苏汇博机器人技术股份有限公司等企业建立密切合作关系。

2  机器人工程专业学生调研分析

当前很大一部分学生对所学课程的意义及课程在未来生活中的应用没有足够的认识，在学生的心里有一种错误的认知“该课程学与不学对以后的生活似乎没有什么影响”。甚至说相当一部分学生对自己所学专业的了解都不够充分。对机器人工程专业不了解的学生占比达到了33%，约有20人并不清楚自己未来4年所需要面对的专业课程、培养方向及个人未来的发展方向。接下来的问题中所有参与调查问卷的学生均认为社会、企业或学校有培养机器人工程相关领域人才的需要，这又直接证明目前的学生对机器人的发展是持有肯定态度的，在他们看来机器人的发展是社会发展的必然趋势。

从结果中可以看出70%的学生认为机器人可以应用于高新技术研发领域（此为多选），间接证明学生认为在未来机器人的智能程度可以很高，甚至可以高到进行研发的地步，也就是机器人通过学习会有创新的思维，能够创造出更多的新事物，这恰恰就是人工智能的范畴。事实上，机器人目前应用比较广泛的是重复性工作较强的加工领域，如汽车生产、喷涂装配车间、手机装配生产车间、部分的码垛搬运车间等;随着科技的发展，越来越多的领域开始引进机器人，如现在的外卖、快递等服务，有一些公司已经开始尝试机器人配送业务，通过无人机来实现最后1km配送服务;世界上也有越来越多的国家研发特种机器人用于危险的工作环境，例如，拆弹、或者在含有有害物质的空间中运用机器人来实现工作，如图2所示。

学生普遍认为对机器人的学习主要是基于对编程系统的学习，如图3所示，并且我校机器人工程专业是基于机电控制及自动化系成立的，这也符合人们对机械电子工程的认识，学生也认可编程系统及控制系统是机器人的核心所在，作为一个应用技术型大学，学校为学生提供众多的实习基地。同时也有部分学生对机器人拟人化设计、机器人外形结构设计感兴趣，这主要原因在于学生更多的认为机器人应该是人，而实际上机器人的重点在于机器。由中国香港的汉森机器人技术公司开发的拟人机器人索菲亚是目前最成功的拟人机器人，也是历史上首位获得公民身份的一台机器人。索菲亚具有类似人类的皮肤，同时能够表现出超过60个人类的表情，整体外观看起来和普通的人类女性几乎无差。

图4来看98%的学生都认为对于机器人课程的学习无论是否有理论基础，都应该有充足的时间和场地来进行机器人实训。第一个选择更多基于应用型本科高校设计的，在教学环节中会先讲解理论知识，在掌握理论知识的基础上进行实际操作，在操作的过程中将理论与实践融会贯通，运用理论知识来解释实践过程中所遇到的实际问题，通过实践反哺理论学习，激发学生的创新能力;第二个选择更偏向于高等职业院校的培养模式，类似应用型本科实训实践环节，提供专门场地设备，偏向操作模式的讲解，进行实际操作演示和模拟，给予学生充足的时间实际操作，缺少理论知识作为铺垫并不适合应用型本科高校。高校的培养体制是需要理论实践相结合的，“实践是检验真理的唯一标准”这句话的前提条件是要知道真理的所在，然后才能用实践来检验，这是本科院校一直秉承的。

承接上一问题，首先了解学生希望的学习环境和氛围，寻求有效激发学生学习兴趣方式更为重要。通过书本学习理论知识一项最少人选，在当今这个数字化的世界，更多的高科技产品使得大家难以通过最传统的方式进行学习。手机APP模拟训练的选项结果也是惨不忍睹，虽然手机成为人们每天一个重要组成部分，然而用手机学习却不被认可。70%的学生认为只有亲自动手使机器人动起来才会让他们更兴奋，人们往往不缺少面对困难的勇气，同样不缺少被打倒之后站起来的决心，真正让他们迷茫的是根本不知道对手是谁和怎样倒下的，这也为日后的培养方案设计以及课程大纲的撰写提供有效参考。

3  机器人工程专业人才培养分析

对机器人工程专业55名学生调查问卷分析来看，普遍认为机器人工程专业应当提供更充足的时间和场地进行机器人的实际操作学习，应对这一观点在设计人才培养方案时应该尽可能调整理论学时与实践学时的比例，设计合理的实训实践环节及周期。相比于理论学习，与机器人的“亲密接触”更能激发他们的学习欲望和激情，爱好和热情更能使人投入精力学习。其次，应该将机器人的认知实践以及导论课程设置在大学学习初期，让学生尽早了解机器人工程专业的相关课程、实训实践的场地、环境及未来的就业方向与课题研究方向，让学生对自己未来有明确的认识;安排学生实地参观考察机器人实验室及工厂车间，更切实地感受到机器人所带来的震撼和机器人真正的魅力所在，毕竟实验室的桌面级机器人与应用级的机器人所带来的感官刺激是不同的，如图5所示。

4  结语

综上所述，首先，机器人工程专业人才培养上应注重理论实际相结合并适当调整相应比例;其次，认知课程尽早排课，学生熟悉自己所面临的行业方向;最后，组织学生参观机器人不同的应用环境用来进行对比学习，更能深知机器人的应用领域和人才需求缺口。

参考文献

[1] 国务院.中国制造2025[M].北京：人民出版社，2015.

[2] Kim S W， Lee Y.Development of Project-based Robot Education Program for Enhancing Interest toward Robots and Computational Thinking of Elementary School Students[J].Journal of the Korea Society of Computer and Information，2019，24.

[3] 常周林，谭汉洪.基于工业机器人的应用型人才培养研究[J].科技资讯，2016，14（23）：46-47.

[4] Ml A， Rp A， Rg A.Learning environment for robotics education and industry-academia collaboration - ScienceDirect[J]. Procedia Manufacturing， 2019，31：79-84.

[5] 韩耀振，张煌，胡冠山，等.地方应用型本科院校机器人工程专业建设探究[J].教育现代化，2019，6（85）： 179-180，198.

[6] 刘娣，陈桂，刘坤.应用型本科机器人专业教育思考[J].科技创新导報，2017（22）：221-222.

[7] 卞翔，王琪.新工科背景下地方本科院校机器人工程应用型人才培养模式探索[J].学园，2020，318（1）：61-62.

[8] 王玉珏.我国高校工科机器人教育发展现状及对策研究[D].兰州：兰州大学.

[9] 王娟.STEM整合视野下的机器人教学活动设计[D].温州：温州大学.