智能机器人创新型高技能人才培养的问题、对策与探索

余正泓 黎红源 冯海杰 卢敦陆 周剑 熊友军 李涌嘉 刘培超

前言

2021年3月12日，教育部印发《职业教育专业目录（2021年）》，在装备制造大类自动化类新增智能机器人技术专业（编号460304）。与此同时，新增自动化类高等职业教育本科专业机器人技术（编号260304）。在全力推进国家职业教育改革的关键时期，更新目錄这一大刀阔斧的举措意义重大，不仅表明国家在面向机器人等战略性新兴产业重点领域、破解“卡脖子”关键技术方面，将以目录为引领推进职业教育供给侧结构性改革;而且也在面向不同行业的数据驱动、人机协同、跨界融合的智能形态适应当前行业数字化转型、产业基础高级化趋势方面，将以目录推进专业升级与数字化改造。过去5年，全国共有752所高职院校开设工业机器人技术专业，现在都面临着向智能化转型的挑战，需要从传统的生产管理，向智能化生产和管理对接升级。逐渐兴起的服务机器人和特种机器人产业同样需要大量的具备人工智能背景知识的优秀技术技能人才来支撑，但目前尚未开始专门培养。因此，针对智能+机器人技术专业，如何开展高技能人才培养;如何对接产业;在专业建设中如何融入创新教育等问题的研究变得愈来愈紧迫和重要。广东科学技术职业学院（下简称“广科院”）自2014年以来，提前谋划布局，与深圳越疆、优必选等业内龙头企业开展深度合作，在工业机器人和服务机器人两个方向都进行了探索，总结出独具特色的“双轮驱动”创新型高技能人才协同育人策略与模式，为粤港澳大湾区机器人产业发展培育了大量能工巧匠，该教学成果和实践经验可为其他高职院校提供有益的参考与借鉴。

一、智能机器人产业发展概况和人才需求分析

在人工智能、云计算、大数据等技术的兴起下，我国已经成为全球最大的工业机器人消费市场以及世界最大的潜在服务机器人市场，智能机器人产业发展拥有得天独厚的基础优势。然而，由于起步较晚、技术滞后等多重因素，我国智能机器人产业发展与国际领先水平仍然存在较大差距，需奋力追赶。根据前瞻产业研究院发布的《中国工业机器人行业产销需求预测与转型升级分析报告》统计数据显示，全球工业机器人2017年本体市场规模约为140亿美元，预计2021年全球工业机器人供应量将突破60万台套。智能机器人在非工业领域的市场潜力也在不断释放，预计2025年商业、家居和军事三大领域的市场规模将分别达到170亿美元、90亿美元和165亿美元。尤其值得注意的是，全球智能机器人市场的重心正在从欧美地区转向亚太地区，预计2021年亚太地区将取代欧洲成为全球最大市场，份额占比将从2015年的19%提升至60%。美、欧、日等发达国家和地区纷纷出台智能机器人相关战略规划，以提升产业国际竞争力为核心目标，从技术研发、产业发展层面提前进行布局。其中，美国试图借助《机器人路线图》来建立下一代机器人技术及应用方面的优势，欧盟推出《SPARC计划》以确保欧洲机器人在世界范围的战略领先地位，日本则在《机器人新战略》中指出，要成为世界第一的机器人应用国家，而我国也分别于2016年和2019年发布《机器人产业发展规划》和《国家重点研发计划“智能机器人”等重点专项2019年度项目申报指南》，力图提升自主品牌的国际竞争力。可以预见，今后围绕智能机器人的国际竞争将愈发激烈，我国所要面临的竞争压力也将不断加大。

人工智能和机器人产业的健康发展，离不开大量的人才支撑。由教育部、人社部与工信部发布的《制造业人才发展规划指南》中预测，到2020年我国机器人相关领域人才缺口将达到300万，到2025年，缺口将进一步扩大到450万。笔者将这些产业人才需求按照金字塔形式划分为数字技能型人才、应用型人才、算法工程师、科研人才四个类别（如图1所示）。金字塔根基是第一类人才，它代指具有行业通用知识、基础技能，以岗位就业为出口的数字化技能人才，又叫数字蓝领人才，承担着一线落地的工作，重要性不言而喻;第二类人才是以人工智能和机器人领域综合知识学习与实践为主要方式培养的行业应用型人才，负责拓展技术应用边界，丰富技术应用场景;第三类人才是算法工程师，他们要将前沿技术和理论通过学习和探究，以研发和创新为出口，转化为千变万化的行业亟需技术，为行业工程提供充足的燃料;最后一类人才是科研人员，他们进行着科技前沿成果探究与转化，嗅出未来科技走向。因此，智能机器人行业的健康发展需要不同分工、不同类型的人才来支撑，在产教深度融合的基础上各司其职，形成完善的人才供应链。

二、智能机器人产业高技能人才培养面临的问题

高等职业教育作为高等教育的一种类型，在国家搭建“纵向贯通、横向融通”立体化人才培养体系的进程中，肩负着更重要的历史使命和任务，重心在应用型和高级技能型两类人才的培养，使其具备适应某一行业的综合职业能力。笔者认为针对智能机器人产业开展人才培养当前面临四大关键问题。

一是智能机器人概念泛化带来的行业对接问题。智能机器人顾名思义来源于人工智能技术与机器人技术的叠加效应。换句话说，智能机器人指的是相对于只具有一般编程能力和操作功能的传统机器人，在传感器和智能算法的帮助下可以进行人机交互、自主决策的机器人。因此，工业机器人的智能化升级、各行业非结构化应用环境下的服务机器人和特种机器人都可以纳入到智能机器人范畴。同时，我们注意到，从行走机构来分，机器人包含轮式、足式、履带式等机器人;从活动场景来分，包含无人车、无人船、无人机、无人潜航器等;从特定应用范围来分，包含有导览机器人、协作机器人、手术机器人、助残机器人等。显然，智能机器人产业链枝繁叶茂，从上游到下游有数不清的行业可以对接。如何结合区域经济特点和院校专业特色特长，寻找当地已有产业、行业和企业进行对接，培养产业需要的人才是各院校首要思考问题。

二是机器人+人工智能系统的综合性带来职业能力定位的问题。行业确定之后紧接着就面临职业能力定位的问题。由于智能机器人系统是一个多学科交叉、多技术融合的复杂系统;在逻辑推理、自主学习技术方面，包含类脑系统、机器学习算法等;在环境感知与交互技术方面，包含SLAM、目标检测与识别、目标跟踪等;在运行控制技術方案，涉及步态/姿态控制、路径规划等;在体系结构设计与优化方面，涵盖材料工艺、模块化设计、仿真系统等。一个典型的机器人系统构架，包括硬件层、驱动层、控制层和应用层。不同的技术分别嵌入到系统构架的不同层发挥其作用。学生的综合职业能力如何确定？专业能力、个人能力、社会能力在区域行业内如何定位？这些都是值得思考的问题。

三是技术革新产业变幻带来创新思维如何注入人才培养全过程的问题。在大数据、互联网高速发展的现在，机器人产业的革新日新月异。一个产业消亡，另一产业兴起，瞬息万变。在一台工业机器人本体上安装电子皮肤，人机协作的边界就能扩大;在移动机器人上配置LED显示屏就能变成文娱业新宠;协作机器人与移动机器人结合加上视觉就能摇身变为农业智能采摘能手;协作机器人放在餐饮业就能取代咖啡师。因此，学生创新思维的培养无论是为适应外在环境还是为激发内生动力都显得十分必要。如何将创新意识体现在专业学习全过程？如何将创新思维注入课堂教学全流程？如何将创新能力通过教学实践载体得到充分锻炼？这都是教育实施者所面临的问题。

四是新兴专业带来专业师资、个性化教学资源、评价体系普遍缺乏的问题。在产业人才亟需、专业能力起点不低、个性化要求高的现状下，智能机器人技术专业人才培养所需的师资、教学资源以及评价体系都有待完善。需要企业和学校进行深度产教融合，同时也需要政府在政策上的大力支持。2019年已试行的1+X职业技能等级证书制度、国家产教融合型企业认定制度等等系列制度的实施，已为产业人才培养提供了一定保障。目前累计已有工业机器人相关1+X证书标准6个，服务机器人2个，协作机器人1个，特种机器人1个，针对智能+机器人的证书或标准远远不足。下一步需要在标准制定、师资团队培养、教学资源建设等方面下功夫，着力解决教学过程与生产过程对接、课程内容与职业标准对接等问题。

三、广科院机器人学院的探索、对策与实践

广科院是广东省在校生规模最大的省属高职院校，在校生25000余名，校园面积2012亩，拥有广州、珠海两个校区。2020年广东省“创新强校工程”考核排名第三，2019年被教育部确定为“双高计划”高水平专业群建设单位。2018年广科院在原机械与电子工程学院学院基础上，秉承“以群建院”理念，成立了“机器人学院”，组建了以“工业机器人技术”为龙头，“机电一体化、数控技术、应用电子技术、现代通信技术”为支撑的高水平专业群，2020年12月认定为广东省高水平专业群，2021年新增“智能机器人技术”专业。机器人学院师资力量雄厚，现有教职员工90人，其中正高5人、副高32人、博士16人、80%以上硕士学历，38人具有海（境）外研学经历，有来自德国、美国、新西兰等留学归国人才7人;从2014年创办智能机器人竞赛小组至今，机器人学院师生团队积极与深圳市优必选、越疆科技等业内龙头企业深度合作，探索了“练好内功、借助外力、双轮驱动、整体提升”的校企协同育人对策与模式。（如图2所示）

1.“练好内功”

（1）“标准”——制订标准、国际融通，更新迭代人才培养规格。通过制定国际、国内行业或教学标准来引领人才培养规格与时俱进、不断随着产业升级而提升;标准制定的全过程也是人才需求调研、岗位能力分析、行动领域确定的全过程。它可以采用各种先进技术，如大数据技术来提高岗位链、技术链、人才链、专业链、课程链之间的契合度，从而反过来提高教师团队的教研水平和学生培养质量。2019年至今，机器人学院承担了德国AHK工业机器人技术专业国际标准制订，同时参与了服务机器人实施与运维、服务机器人应用开发、机器视觉系统应用、人工智能深度学习工程应用等4个国内1+X职业技能等级标准以及服务机器人应用技术员职业资格等级标准的研制。

（2）“创新”——协同创新研发、社会服务，带动创新创意创业教育。校企联合成立项目组，联合申报国家级、省级、市级各类平台，开展纵、横向课题的研究与开发。学生参与到教师的项目团队中进行创新实战，从而锻炼学生的创新思维和创新能力，教师团队的社会服务能力反过来也得到整体提升。近三年，机器人学院与企业联合申报获批国家级三一海工协同创新中心、国家级工业机器人应用人才培养中心、省级产教融合创新应用平台、省级中小企业服务示范平台、珠海市工业机器人与自动化技师工作站等多个协同创新平台;共成立7个项目团队，涵盖工业自动化、物联网、机械创新设计、智能机器人等各领域，目前在校生参与人数达300余人。开展纵、横向课题研究173项，到账经费796万元;授权国家发明专利23项、实用新型专利81项、软著22项，向企业转让专利31项，社会效益显著。

（3）“大赛”——冲击国际、国内大赛，打造人才培养高地。竞赛是检验学生综合能力的练兵场，对于学生的核心能力锻炼，如心理素质、现场随机应变能力、发现问题解决问题能力有很大帮助;此外，竞赛项目往往来源于企业真实项目，一定程度上代表着前沿技术的应用方向，因此反过来推动“以赛促学”，做到“赛学相长”。近四年，机器人学院积极组织学生团队参加国际、国内各类竞赛，勇夺国际级一等奖 6 项，国家级一、二等奖20 项，省级一、二等奖58项。其中，作为国内唯一一支高职院校参赛队，与国内外本科院校同台竞技，连续两年（2019-2020）斩获 FIRA 机器人世界杯大赛冠军，2017年获得第22届 FIRA机器人世界杯大赛2项季军;2017-2020中国机器人及人工智能大赛四连冠。

（4）“项目”——项目化教学改革、导师小班制、以点带面，培养综合职业能力。机器人学院与德累斯顿工业大学和德国工商大会积极开展合作，在工业机器人技术、机电一体化技术专业开设中德实验班，学习并内化德国职业教育标准，对行动领域的典型工作任务进行分析，转化为学习领域的项目任务，依托协同育人平台，推进中德实验班项目任务驱动式教学方式改革，实现教学过程与生产过程的精准对接，以点带面辐射专业群其他专业推进课堂革命;工业机器人技术、应用电子技术、智能机器人技术等专业与深圳越疆、优必选等龙头企业双元育人，实行导师制，学生团队常驻实验室，开展创新项目实战，以项目为载体、以成果为导向，考核教师工业业绩，认定学生学习成果，实现师生双赢双促。

2.“借助外力”

（1）“联盟”——联合组建国际产教联盟，对接产业行业需求。多方协调产业力量共同搭建合作平台是实现更广更深产教融合的第一步，利用产教联盟这一载体实现人才互动、资源共享是其有效途径;为此，2020年机器人学院在珠海牵头组织召开智能机器人教育产教融合高峰论坛，吸引包括德国、西班牙、马来西亚、捷克、印度尼西亚、波兰、印度、韩国、日本等国家的学者线上参会，参会人员达500余人;同时作为理事长单位成立智能机器人（国际）产教联盟，本领域国外知名高校、国内双一流高校、双高院校和龙头企业领衔加入，在业内产生较大的社会影响力。

（2）“考核”——以第三方综合考核评价，打破“自评”魔咒。一直以来，高职院校在课堂考核评价方面缺乏科学性和全面性，并未实现有效考核，且会出现任课教师不仅是教练员而且是裁判员的尴尬局面;若借助第三方科学全面的考核方式能杜绝这样的缺憾。2018年起，机器人学院通过国际合作项目引入德国IHK/AHK第三方考核，以行动理论为依据，通过对学生的各类行为进行评价来判定学生职业行为能力的获得;2021年6月第一届中德班德国职业资格证书通过率达100%。同时，学院引入工业机器人、服务机器人、传感网、数控等多个1+X证书试点，以理论+实操方式，重点关注学生的核心能力和专业能力的考核，学生通过率超过全国平均水平。

（3）“模式”——以1+1+N模式，沉淀資源，反哺教学。以产业生态链为着力面，以龙头企业为牵引，研发生产应用上下流全面对接，校企深度合作模式是机器人学院采用的行动策略。“1+1+N”指的是“1家双高校+1家龙头企业+N家生态链企业”;龙头企业牵头，生态链企业参与，校企协同共同开发智能机器人技术专业人才培养方案、教学标准、课程标准、双元教材以及数字化资源，将产业一线资源与学校教育资源对接相容;同时，互派人员成立“双师”教学创新研究团队（工程师+专任教师），联合开展教学研究、研制教学载体，将成果内化成教育教学资源，反哺教学、反哺产品线，形成双融双促良好局面。机器人学院已与优必选、越疆等智能机器人龙头企业组建多个团队，成功研制1+X考核设备、1+X考核配套教材等教育资源，被试点院校广泛使用，成果丰硕。

（4）“氛围”——对接国家战略及地方需求，强化宣传营造技能成才良好社会氛围。高等职业教育还需要更多的社会关注，形成良好的舆论氛围，才能为类型教育开辟新路做好铺垫。为此，机器人学院一直以来瞄着国家区域战略布局，积极对接地方需求，强化舆论引导，宣传协同育人成果，学院影响力不断提升，学生的学习就业热情也不断提高。近三年，专业群现代学徒制试点、国际合作项目、团队成员科技成果等专业群建设经验与成效已被人民日报、央广网、高职高专网等 10 余家中央、省市及港澳媒体广泛报道。如2020年“无人机科技赋能湾区生态保护——广科院助力中华白海豚保护区日常巡护”“特派讲好脱贫故事科技助力乡村振兴——机器人学院农村科技特派员团队开展暑期大下乡活动”“冠军诠释工匠精神合作讲好中国故事——广科院勇夺FIRA机器人世界杯大赛‘两连冠’纪实”“产教携手走向国际——智能机器人教育产教融合高峰论坛在珠召开”等。

四、结论与未来展望

“双轮驱动”协同育人模式在实践中，通过练好内功和借助外力两方面，不断加强师资、教学资源和育人平台三大要素内涵建设，充分激发教师干事创业活力，激活学生专业学习热情，营造了干事创业和技能出彩新氛围。同时，在智能机器人创新型高技能人才培养方面，教学内容与行业标准匹配度得到有效提高，职业能力与岗位需求得到精准对接，校企双向联动带来了教师团队社会服务能力整体提升。这就使得专业群对产业发展趋势的预判能力显著增强，推动了职业教育适应本区域经济社会发展从开环方式向闭环方式转变，有效地实现了校企异质互补共生模式，从而进一步丰富和发展了教育适应性理论。

下一步将以此为基础，继续深化合作，共建智能机器人产业学院;一方面合作设立教育研究院，进一步系统性完善专业群建设资源，面向国内外开展教育研究、社会培训、资源输出;另一方面，成立产、学、研、用一体化协同创新中心，面向重点产业应用场景，开展解决方案研发及课题研究，实现产学研模式的落地走实;此外，联合生态企业，构建课、证、赛、岗融通的智能机器人实践育人平台，打通人才供应链，承接大赛，开展认证、订单培养，继续深化人才培养模式改革。

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[基金项目：广东省教育厅2020年度普通高校重点科研平台项目“基于工业互联网的协作式智能机器人产教融合创新应用平台”（项目编号2020CJPT004）;2018年广东省高等职业教育教学质量与教学改革工程教育教学教改项目研究与实践项目（项目编号：GDJG2019121、GDJG2019118、GDJG2019125）。]

责任编辑 朱守锂

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