新工科背景下机器人工程专业人才培养课程体系构建的探索

来源：核心期刊咨询网时间：2021-11-18 10:2012

摘要：摘 要：机器人产业面临前所未有的发展机遇，但与之相关的专业人才缺口巨大，给机器人专业人才培养带来了重大的挑战。文章从新工科人才培养定位、课程体系的新结构、应具备的新素养等方面分析了机器人工程专业人才培养方案制定时考虑的几个问题，围绕新素养新能力的培养

　　摘 要：机器人产业面临前所未有的发展机遇，但与之相关的专业人才缺口巨大，给机器人专业人才培养带来了重大的挑战。文章从新工科人才培养定位、课程体系的“新结构”、应具备的“新素养”等方面分析了机器人工程专业人才培养方案制定时考虑的几个问题，围绕“新素养”“新能力”的培养，以韶关学院机器人工程专业建设为例，对地方性应用型高校机器人工程专业人才培养目标、课程体系进行探讨，构建了强化信息技术能力和工程实践能力的课程体系新结构、新内容。

　　关键词：机器人工程;新工科;人才培养;课程体系

　　当前我国正逐步推进从制造大国向制造强国的转变，被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”的机器人已成为衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志[1]，为推进机器人产业创新发展，提升机器人技术对产业转型升级的驱动作用，国家先后发布了《中国制造 2025》[2]、《机器人产业五年发展规划(2016-2020年)》[3]等制造强国战略，机器人产业面临前所未有的发展机遇。与此同时，与机器人相关的高层次技术研发、管理、操作、维护、营销等方面人才需求大幅上升，据国际机器人联合会研究表明，每增加一台机器人将创造3.6个就业岗位，按此趋势，未来几年我国机器人新增岗位需求人才缺口巨大[4]。

　　前期，我国机器人专业人才培养体系多为机械、自动化等相关专业兼顾培养，其培养目标与定位、课程体系与设置均乏缺专业性、系统性[5]。为此，培养高素质的机器人专业人才已成为国家与各高校关注的焦点。在教育部2016年首次批准东南大学设置机器人工程本科专业以来，机器人工程专业在高校中获得快速的发展，到2021年，已有260所高校开设了机器人工程专业。

　　机器人工程专业的设置契合了科技革命与产业变革、新工科人才培养这一时代背景，是新工科专业的典型代表，“新”是一种取向，是新工科建设的关键[6]。如何在“工科”本质的基础上，做好“新”这一文章，是接下来机器人工程专业建设与人才培养面临的关键问题。文章以韶关学院為例，探讨地方高校机器人工程专业新工科人才培养方案的制定，力图结合我校办学基础与特点，通过构建新的课程体系与知识结构，培养与新工科人才相适应的“新素养”“新能力”，为新工科背景下地方高校机器人工程专业建设和新工科人才培养提供一定的参考。

　　一、人才培养方案制定时需要考虑的几个问题

　　(一)人才培养定位

　　人才培养定位是开展专业建设、制定人才培养方案的基础。该定位包括人才培养层次、人才就业领域和发展方向等方面。

　　目前高职类院校在工业机器人操作、使用和维护的技能型人才培养方面已形成了较好的办学基础与特点[7-8]，作为应用型本科院校，如何从系统层面提高人才培养层次，使培养的人才既具备基本的操作技能，又具备进行机器人领域内的应用研究、二次开发及系统集成能力，是人才培养方案制定时需要考虑的问题。

　　目前机器人种类很多，从应用环境角度来看，主要分为面向制造业的工业机器人、面向人类服务的服务类机器人，以及面向特种行业需求的特种机器人三大类，究竟选择哪一类机器人作为专业建设方向，将直接决定人才培养方案的制定，影响到人才就业领域和发展方向。因此，机器人专业人才培养发展方向定位是人才培养方案制定时需要考虑的又一问题。

　　(二)课程体系的“新结构”

　　机器人呈现多学科交叉复合的特点，包括控制、机械、检测、计算机、人工智能、运动学与动力学等众多学科知识，各高校因办学基础和条件的不同，在人才培养方案课程体系构建上存在较大差异[9]。目前主要有两大类型，其一是以服务机器人为主要对象，以自动化专业课程体系为主线来确定人才培养课程体系，其二是以工业机器人为主要对象，以机械类专业课程体系为主线来确定人才培养课程体系。如何树立多学科的理念，通过对专业边界、课程边界的再设计，构建机器人专业人才培养课程体系的“新结构”，是机器人工程专业人才培养方案制定时需要考虑的问题。具体到课程设置的一些问题如：机械类、控制类课程的重构，信息技术类、人工智能类等新技术课程的开设，实践类课程的安排，课程的必修与选修等等。

　　(三)新工科人才应具备的“新素养”

　　传统工科人才培养过程中，过多关注于专业素质与技能的培养，存在过窄过细的弊端，人才适应面窄，创新力不足。如何在人才培养方案中融入“新素养”的培养方案，是新工科人才培养需要特别考虑的一个重要问题。李培根院士将“新素养”归结为“形而上”“使命感和价值感”“空间感”“关联力”“想象力”“宏思维”“批判性思维”[10]。这既有传统意义上的专业素质与能力方面的“新素养”，也有非专业素质与能力方面的“新素养”。

　　二、我校机器人工程专业建设概况

　　韶关学院是广东省属的区域性应用型本科院校，地处粤北，紧临粤港澳大湾区，所在区域有厚实的工业基础，随着人口红利下降，生产成本提高，以及“机器换人”、产业升级的倒逼作用，高素质的机器人专业人才需求强烈。为此，我校从2015年开始，在自动化专业中开设了“机器人方向”，有针对性地开展机器人专业人才的培养;2017年，学校申报设置机器人工程专业;2018年3月通过了教育部的审批、备案; 2019年开展了首届机器人工程专业招生。

　　为配合机器人工程专业的建设，学校近三年新投入700万元，在原自动化专业实验室的基础上，新建了工业机器人仿真与实训中心、机器人运动控制实验室、智能机器人实验室、人工智能实验室、机器视觉实验室、工程实践实训中心、机器人创客空间等专业实验实训室，满足机器人工程专业工程化实践教学及科研需要。同时与巨轮(广州)机器人与智能制造有限公司、广东利元亨智能装备有限公司开展深入的产学共建，开展机器人工程专业人才联合培养。

　　三、人才培养目标

　　基于新工科人才“新素养”的培养要求，以及我校地方性应用型大学的办学定位，我校机器人工程专业人才培养目标如下：

　　培养立足广东，服务区域经济社会发展，具有良好职业道德和人文素养，具有高度的社会责任感和团队协作精神，具备数学、物理等方面的自然科学基础知识和机器人工程领域相关基本理论、基本方法及基本技能，具备较好的科学思维能力和解决机器人工程领域复杂工程问题的能力，能胜任机器人工程及相关行业领域的技术开发、工程设计、系统运行与维护等工作，具有创新精神和专业自主发展能力的高素质应用型人才。

　　学生毕业后五年左右，预期达成的目标：

　　1. 具有良好职业道德和人文科学素养，在工作中体现较强的社会责任感、事业心，积极服务于国家和社会;

　　2. 能够胜任机器人相关领域工程设计、技术开发、系统集成、系统运行管理与维护、工程应用等方面的工作，在工程实践中体现创新能力，成为单位的工程技术和业务骨干;

　　3. 具有良好的团队合作、沟通和项目管理能力，能勝任项目主管或团队负责人的岗位，能够在企业或其他相关部门从事各类技术管理工作;

　　4. 能通过技术培训、自主学习等多种方式跟踪机器人专业相关领域国内外的发展，更新机器人专业领域的新知识、新方法，提升职业持续发展能力。

　　四、课程体系构建

　　机器人工程专业具有多学科交叉融合的特点，在利于形成合理知识结构和能力结构原则的前提下，从通识教育、专业基础、专业素质、职业发展等方面，构建“类别+模块”形式的课程体系，突出机器人工程专业人才所需的“新素养”“新内容”。各类别中分别设置不同的模块课程，如表1。

　　(一)通识课程

　　培养学生的人文素养、社会责任、科学精神、逻辑思维、语言沟通、批判性思维能力及创新创业思维等非专业素质与能力的“新素养”，相应的课程模块如表1所示。

　　(二)专业基础课程

　　以“夯实基础”为原则，包括数理基础、机电基础、基本技能三大模块，全部为必修课。其中数理基础模块课程为学生分析、研究机器人领域工程问题提供基本的物理学、微积分、工程数学等方面的知识;机电基础及基本技能模块为分析、研究、解决机器人领域工程问题提供必备的基础理论、基本方法和基本技能。课程设置如表2所示。

　　(三)专业课程

　　机器人是一个完整的机电系统，其核心知识体系包括机器人学、感知、规划、执行等方面的内容，如图1所示。

　　专业课程设置围绕这四大领域展开，重点培养学生建立起机器人核心知识体系，同时结合工业机器人和服务机器人结构、原理、应用领域的不同，采取“方向+模块”的柔性化课程设置形式，设置专业选修方向课程，拓宽专业知识结构，培养学生跨领域学习和适应发展的能力，实现学生个性化的培养。主要课程设置如表3所示。

　　两选修方向的限选课程，可作为另一选修方向的任选课程修读。

　　五、优化课程内容教学，拓展知识结构

　　(一)优化电子技术类、微机类课程教学安排与教学内容

　　将数字电子技术课程、模拟电子技术课程分别安排在第2、第3学期开设，将单片机原理及应用课程安排在第3学期。这种安排学生将较早接触到单片机，有利于培养学生基于软件编程的数字化控制技术能力，有利于学生在后续学习过程中，自主开展基于单片机的实践项目、学科竞赛，也利于创新意识的培养与学风的建设。

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