机器人工程专业创新与应用型人才培养模式探索*

马海舒，陈海军，李 辉，王新莉

（河南工程学院，河南 郑州 451191）

机器人被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”，工业机器人在当今我国制造业中占据重要的地位。在科技创新的推动以及相关政策的支持下，我国工业机器人的需求规模逐年递增，机器人产业发展势头迅猛。同时，在机器人应用领域也面临人才匮乏的问题。面对高速增长、飞跃式发展的智能制造和工业机器人产业，我国仍需要更多的高层次、具备机器人应用技能的人才，以满足未来机器人产业快速发展的需求。因此，培养机器人应用领域的人才就显得尤为重要。高校和企业应该齐心协力，加大对机器人产业人才培养的投入，提高人才培养质量，从而为机器人产业的持续发展提供更为坚实的人才支撑。

1 研究背景与意义

新工科“机器人工程”专业2016 年首次获批后，截至2020 年，全国已有249 所高校获批“机器人工程”本科专业。机器人工程专业的目标是培养高素质应用型专门人才，这不仅要求学生掌握工业机器人技术的关键知识和技能，更要求学生具备较高的职业素养。此外，学生还需具备较强的实践能力和创新精神，以便能够设计和装配机器人工作站，以及设计开发配套的装具等。机器人工程专业的人才应当具有综合职业能力，可以为企业提供高效、可靠和安全的解决方案，以满足日益增长的市场需求。但是机器人工程本科专业的人才培养模式还未健全，尤其是在新工科背景下，探索符合应用型本科专业特点的创新与应用型的高素质人才培养模式意义重大。本课题在河南工程学院现有两届机器人工程本科专业建设的基础上，基于学习产出的以成果为导向的教育（Outcome－based Education，OBE） 模式，以学生为中心，围绕确保所有学生都能成功学习为目标，研究培养创新与应用型高素质人才的“专业课程-创新设计-学科竞赛”的一揽子创新培养体系，将学生专业课程学习与创新设计结合，通过学生兴趣与教师挑选相结合，给每位学生安排一位教师带领进行创新设计，将课堂知识延展至实际项目，成绩优秀的学生可以参加国家、省级、校级学科竞赛，进一步得到锻炼。通过一揽子创新培养体系，提升学生综合实践与创新能力。

2 机器人工程专业人才培养面临的问题

2.1 学生理论与实践背离

理论与实践不匹配是一个普遍存在的问题，在机器人工程领域更为严峻。许多机器人工程课程需要相应的实验条件，以帮助学生理解和掌握理论知识。然而，要满足每个学生机器人工程课程的所有实践要求需要巨额的资金投入，不可能一蹴而就。行业的快速发展意味着正在使用的设备可能很快就会过时，并与企业应用脱节。机器人工程是一门新兴的专业，教学资源和师资力量相对较少，不能完全满足培养该领域人才的需求。作为一门具有高度实践性的学科，往往因缺少足够的实践环境和设备，导致学生缺乏实践经验，这成为机器人工程专业人才培养过程中一个重要的障碍。同时，机器人技术的快速创新使得学校教育难以及时跟上技术变革的步伐，这可能会导致毕业生的知识和技能已经过时。

2.2 缺乏激励机制

激励机制是教育中必要的组成部分，它对于学生和老师的都有着不可替代的作用。没有合适的激励措施，学生可能缺乏持续投入的动力。奖学金在一定程度上可以对提高理论课程的成绩起到促进作用，但并不足以提升学生在学习中的积极性。目前缺乏针对性的实践激励机制，导致学生在动手实践方面的热情和积极性受到一定的制约。此外，专业课课题组老师们发挥智慧多方面培养学生理论和实践能力，同样需要激励机制才能保证老师们源源不断迸发创新点。

2.3 专业的设计题库缺乏

机器人工程专业是新专业，目前缺乏专业设计题库积累。虽然可以参考专业相近的题库比如机械设计制造及自动化，但是作为新工科专业的特点并不能直接体现在传统工科专业上，也无法反映出学生理论掌握程度和实践能力。需要投入时间和精力，发挥课题组成员主观能动性结合技术发展热点，重新规划设计题库。

2.4 学习积极性不高

对于机器人工程专业的学生来说，他们需要学习机械、电气、软件、通信等多个学科领域的知识，而这些知识都相互交叉融合，难度较大。而应用型本科高校相应的实践条件又不完善，导致一些学生在面对学习困难时出现消极情绪。因此，为了培养出高质量的机器人工程专业人才，需要规划完善的课程体系和相应的实践条件，采取积极的方式引导学生建立正确的学习态度。

3 创新培养体系

3.1 以系统课程设计促进实践教学

每学年制定一个主题以班级为整体，进行分组配置，以做出实物对垒的比赛性质的方式进行课程设计。实现围绕一个课题，各组从设计到做出产品等各个过程都要独立完成，最后比赛并答辩。以动手实践为主导，辅以理论讲解，让学生在亲身体验的过程中，学习相关的概念和方法。从设计、加工、组装到实操验证，一整套系统下来，把学生迅速带入机器人技术大门，理论和实践学习双受益。

3.2 依托虚拟现实（VR） 技术

搭建高度仿真的数字实验平台，最大限度地接近真实环境。平台的操作界面和交互模式都非常直观和自然，让学生感觉自己身临其境，沉浸性强。在工业机器人教学和实训中，学生可以以第一视角进行操作，真实感十足。此外，数字实验平台还能够收集学生的操作数据和表现情况，提供个性化的学习反馈和指导，帮助学生更好地掌握知识和技能。这种数字实验平台为教育教学提供了一种创新的方式，同时也为工业机器人领域的人才培养提供了重要的支持。通过将现实环境模拟成虚拟环境，在安全、配套专业、舒适的教学环境中，可以使用VR 技术来模拟实际情境，引领学生感知实践，真实地体验和学习实际应用，让学生更加深入地掌握技能。此外，使用VR 技术可以有效激发学生的学习兴趣，让他们在学习过程中更加积极主动。同时，这种技术还能提高学习效率，帮助学生更好地掌握应用技能，从而为未来的就业打下坚实的基础，为他们创造更大的优势。

3.3 “以赛促教，赛教融合”的教学模式

鼓励教师带领学生参加机器人技术专业竞赛，并将课程实训内容与竞赛内容相结合，将竞赛模式融入到教学改革中。现阶段，河南工程学院机器人工程专业2019 级的学生已有一半以上参加竞赛，下一步将扩大范围。首先，通过参加比赛，学生可以深入了解机器人工程的理论和实践知识，掌握工程设计和实践技能，提高综合素质和创新能力；其次，比赛可以促进学生之间的交流和协作，培养学生的团队精神和合作精神；最后，通过参加比赛，学生可以结识志同道合的同学和行业专家，建立广泛的人脉和资源，拓展职业发展的机会和空间。

3.4 “校企合作，工学融合”的教学模式

以实践教学为切入点，借助本土企业平台，注重在校学习与企业实践，注重学校与企业资源、信息共享，提高学生实践能力。工学融合教学模式是在传统的学校教育中加入了企业的实践经验，从而形成一种复合型的教育模式。企业中的专家进行导师式指导，为学生们提供有关行业背景知识、实践技能以及实际经验，让学生们可以运用这些知识和技巧解决实际问题，并在学习过程促进学生们更有效地理解行业应用。

4 创新培养体系主要特色

1） 通过构建“专业课程-创新设计-学科竞赛”的一揽子创新培养体系，提升学生综合实践与创新能力。

2） 在教学实践中，通过以赛促教、校企合作的模式，依托VR 技术，激发学生的学习兴趣，加深机器人理论知识和多学科知识的理解，培育学生的创新与实践能力，提升学生实践能力。

3） 重塑新工科专业的创新与实践能力培养体系，需紧密结合国家产业政策、服务于地方高校转型发展需求以及学校办学特色和定位。

5 结束语

机器人工程专业涉及的学科和技术日益复杂和综合，传统的单一学科的教学模式已经不能满足学生的需求。为此，本研究通过建立一套创新的培养体系，旨在提升学生的综合实践和创新能力，鼓励学生参与创新和实践，提高学生的创新能力和竞争力。同时，该研究还致力于不断改进人才培养模式和实践教学体系，以提高教学效果，促进学生能够更好地适应未来的工作需求。