余 皡

（機(jī)械工業(yè)出版社高等教育分社，北京 100037）

機(jī)器人是典型的集光、機(jī)、電、儀、信息、自動(dòng)化為一體的高技術(shù)產(chǎn)品。工業(yè)機(jī)器人作為機(jī)器人中發(fā)展最早、最成熟的一類(lèi)產(chǎn)品，最具代表性。特別是《中國(guó)制造2025》的提出，將工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)學(xué)研推向了國(guó)家戰(zhàn)略層面。中國(guó)制造產(chǎn)業(yè)升級(jí)需要大量的工業(yè)機(jī)器人，更需要大量的掌握工業(yè)機(jī)器人專(zhuān)業(yè)知識(shí)的人。而目前我國(guó)高等教育領(lǐng)域工業(yè)機(jī)器人專(zhuān)業(yè)相關(guān)人才的培養(yǎng)從質(zhì)和量上來(lái)說(shuō)，都是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足社會(huì)和行業(yè)需求的。為了盡快培養(yǎng)出合格的人才，亟需推進(jìn)工業(yè)機(jī)器人專(zhuān)業(yè)課程和教材的建設(shè)。

一、國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人行業(yè)的人才需求情況

（一）國(guó)內(nèi)機(jī)器人行業(yè)發(fā)展

目前我國(guó)已經(jīng)成為全球第一大工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用市場(chǎng)，但遺憾的是，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展較晚，受相關(guān)技術(shù)和加工工藝等因素影響，中國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)基本被以ABB、庫(kù)卡（已被我國(guó)美的集團(tuán)收購(gòu)）、發(fā)那科和安川四大巨頭為主的機(jī)器人品牌占據(jù)著，國(guó)產(chǎn)機(jī)器人品牌僅占約8%的市場(chǎng)份額（如圖1所示）。作為關(guān)鍵核心部件的控制器市場(chǎng)，也同樣被外企所占據(jù)。

圖1 國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)份額

令人欣慰的是，很多國(guó)內(nèi)企業(yè)在紛紛發(fā)力，如美的、新松、華中數(shù)控、廣州數(shù)控、哈工大機(jī)器人集團(tuán)等都在不斷研發(fā)新產(chǎn)品，努力追趕國(guó)際先進(jìn)產(chǎn)品。

（二）工作崗位情況分析及人才需求特點(diǎn)

工業(yè)機(jī)器人在實(shí)際使用中，一次性定位精度受場(chǎng)地和生產(chǎn)工藝的制約，很難提高，但其重復(fù)定位精度可以做到非常高，所以多采用現(xiàn)場(chǎng)示教編程的方式來(lái)進(jìn)行安裝和工藝調(diào)試，這種使用方式非常消耗人力和時(shí)間。另外，工藝改進(jìn)和生產(chǎn)變更也需要人工重新調(diào)試。因此，目前大多數(shù)生產(chǎn)制造企業(yè)針對(duì)工業(yè)機(jī)器人的機(jī)器換人作業(yè)，需要龐大的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和生產(chǎn)線(xiàn)監(jiān)控人員；而對(duì)于工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，其光、機(jī)、電、儀、信息、自動(dòng)化一體的高技術(shù)性，使得高端研發(fā)人員非常缺乏。表1所示為教育部、人力資源和社會(huì)保障部、工業(yè)和信息化部三部委聯(lián)合印發(fā)的《制造業(yè)人才發(fā)展規(guī)劃指南》的制造業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域人才需求預(yù)測(cè)。

表1 制造業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域人才需求預(yù)測(cè)（單位：萬(wàn)人）

二、普通高等教育工業(yè)機(jī)器人教材和教學(xué)現(xiàn)狀分析

如上所述崗位人才的需求呈現(xiàn)兩極化趨勢(shì)，一方面，應(yīng)用型現(xiàn)場(chǎng)操作人員需求量大；另一方面，復(fù)合型研發(fā)人才因?yàn)橐蟾叨o缺。這就使人才培養(yǎng)的目標(biāo)產(chǎn)生了很大差異。一方面，要求心靈手巧，執(zhí)行能力強(qiáng)，嚴(yán)格最受標(biāo)準(zhǔn)，上手快；另一方面，要求基礎(chǔ)知識(shí)過(guò)硬，機(jī)、電、控甚至人工智能等方面知識(shí)全面，還有更高的創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。下面簡(jiǎn)單概括目前普通高等院校一般人才培養(yǎng)的情況。

（一）普通高等教育工業(yè)機(jī)器人專(zhuān)業(yè)建設(shè)情況

截至2018年初，教育部一共審批通過(guò)60所本科高校開(kāi)展機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)建設(shè)。在2017年初僅有25所高校獲批。這說(shuō)明，在本科階段機(jī)器人專(zhuān)業(yè)的起步很晚，甚至第一批專(zhuān)業(yè)學(xué)生可能還沒(méi)有入學(xué)，或者剛剛開(kāi)始本科基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，離畢業(yè)參加工作還很遠(yuǎn)。也就是說(shuō)，大規(guī)模、專(zhuān)業(yè)化的定向培養(yǎng)還沒(méi)有真正準(zhǔn)備好。甚至機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)是放在自動(dòng)化學(xué)院，還是放在機(jī)械工程學(xué)院都還在爭(zhēng)論之中，各不相同。從而形成目前參與工業(yè)機(jī)器人工作的高校畢業(yè)生更多是分布在機(jī)械工程、電子工程、計(jì)算機(jī)工程、自動(dòng)化、電氣工程等相關(guān)專(zhuān)業(yè)。而課程主要是通過(guò)增加選修課內(nèi)容，專(zhuān)業(yè)互補(bǔ)，概念灌輸來(lái)實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)突出、兼顧整體的人才培養(yǎng)模式。

（二）普通高等教育工業(yè)機(jī)器人專(zhuān)業(yè)教材出版情況

針對(duì)目前高校這種培養(yǎng)模式，主要出版社出版的工業(yè)機(jī)器人本科教材多以《工業(yè)機(jī)器人概論》《工業(yè)機(jī)器人導(dǎo)論》《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》為主。其內(nèi)容大體包括：工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)、工業(yè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)、工業(yè)機(jī)器人動(dòng)力系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人感知系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人編程、工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)線(xiàn)布置等。這其中不乏近年來(lái)工科中的優(yōu)秀教材和獲獎(jiǎng)教材，而且市場(chǎng)反響很好，為課堂教學(xué)的開(kāi)展提供了有力的支撐。

還有一些專(zhuān)業(yè)出版社與相關(guān)高校合作，進(jìn)行專(zhuān)業(yè)課程的建設(shè)，根據(jù)工業(yè)機(jī)器人涉及的內(nèi)容知識(shí)將工業(yè)機(jī)器人課程細(xì)化分類(lèi)，進(jìn)一步提高。出版了一些具體的、單學(xué)科的、有針對(duì)性的教材。比如，《機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)》《工業(yè)機(jī)器人操作及編程》《機(jī)器人視覺(jué)與控制》《工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)線(xiàn)裝配與維護(hù)》等教材。但因?yàn)樽x者體量的缺乏，以及與各高校目前確實(shí)沒(méi)有如此多的課時(shí)開(kāi)展這些課程的教學(xué)工作，所有使用效果不是很理想。

三、工業(yè)機(jī)器人專(zhuān)業(yè)方向教材建設(shè)

未來(lái)幾年隨著國(guó)內(nèi)制造業(yè)的不斷轉(zhuǎn)型、升級(jí)，工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人等將不斷走進(jìn)生產(chǎn)和生活之中，成為必不可少的一部分。企業(yè)和社會(huì)對(duì)人才的需求，緊逼高校人才培養(yǎng)加速，亟需盡快確定行之有效的課程大綱，編寫(xiě)出質(zhì)量上乘的課程教材。作為出版社，我們可以從三方面著手進(jìn)行教材的建設(shè)，即教材體系建設(shè)、教材內(nèi)容建設(shè)、教材形式建設(shè)。

（一）教材體系的建設(shè)

教材體系的建設(shè)，離不開(kāi)課程體系的建設(shè)。大部分的教材其實(shí)都是由成熟的課程轉(zhuǎn)化而來(lái)的。其路徑一般有引進(jìn)國(guó)外教材，重點(diǎn)院校試點(diǎn)，特色專(zhuān)業(yè)建設(shè)試點(diǎn)，國(guó)家統(tǒng)編統(tǒng)籌等。但隨著我國(guó)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的加速，特別是智能制造、高精尖制造等領(lǐng)域沒(méi)有那么完備的體系和課程供我們學(xué)習(xí)和借鑒，而是進(jìn)入了探索創(chuàng)新的階段。學(xué)校的師資力量甚至也沒(méi)有完善系統(tǒng)的課程方案。這就要求出版社要積極主動(dòng)開(kāi)展工作，要整體調(diào)研，多分析，多思考，多實(shí)踐，把社會(huì)的真實(shí)需求和學(xué)校的教學(xué)實(shí)際結(jié)合起來(lái)，真正做到為人才培養(yǎng)服務(wù)，為學(xué)生服務(wù)，提供系統(tǒng)性的學(xué)習(xí)方案和教材。

具體來(lái)說(shuō)，出版社應(yīng)當(dāng)組織一線(xiàn)教師和行業(yè)專(zhuān)家，將工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)所需要的知識(shí)整理出知識(shí)圖譜，再結(jié)合目前高校各專(zhuān)業(yè)的教學(xué)實(shí)際和課程大綱進(jìn)行分別對(duì)應(yīng)。

可以利用現(xiàn)有的各專(zhuān)業(yè)課程教材和大綱，穿插引入、替換為更針對(duì)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的知識(shí)或者實(shí)例。比如，機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的“機(jī)械原理”“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程，完全可以貼切合理地加入工業(yè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)、工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容。再比如，工程專(zhuān)業(yè)大多數(shù)開(kāi)設(shè)的“傳感器技術(shù)”課程，很大程度上就是工業(yè)機(jī)器人傳感器所要講授的內(nèi)容。因此，為了快速形成課程體系和建設(shè)教材，可以利用現(xiàn)有課程進(jìn)行針對(duì)性的知識(shí)改造。

但是，這樣改造出來(lái)的教材和課程的知識(shí)畢竟是點(diǎn)狀的，比較難照顧到工業(yè)機(jī)器人的整體性，很難形成真正的工業(yè)機(jī)器人知識(shí)體系，使學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果碎片化，很難達(dá)到廣泛的專(zhuān)業(yè)能力培養(yǎng)目的。因此，要盡快提煉對(duì)整體工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)、使用中的能力需求，結(jié)合知識(shí)圖譜，歸納總結(jié)出針對(duì)機(jī)器人專(zhuān)業(yè)的幾門(mén)專(zhuān)業(yè)課和選修課程大綱，著手組織進(jìn)行編寫(xiě)，全面形成理論課、設(shè)計(jì)課、實(shí)踐課的體系，并不斷隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展修訂、提高。

（二）教材內(nèi)容的建設(shè)

不論采用改造還是重構(gòu)的方式建設(shè)工業(yè)機(jī)器人專(zhuān)業(yè)的教材體系，最重要的還是教材內(nèi)容的建設(shè)。工業(yè)機(jī)器人發(fā)展很快，服務(wù)機(jī)器人可以說(shuō)更是日新月異。因此，在機(jī)器人專(zhuān)業(yè)教材內(nèi)容建設(shè)上，一定要突出“新”字。落后的計(jì)算方式，陳舊的設(shè)計(jì)理念，傳統(tǒng)的輔助工具，能拋棄的應(yīng)該大膽拋棄。而先進(jìn)的計(jì)算軟件，智能化的控制模式，新時(shí)代的設(shè)計(jì)工作方式應(yīng)該更多地被引入到課程學(xué)習(xí)中、實(shí)踐教學(xué)中、課外比賽中。誠(chéng)然，深厚扎實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)能為學(xué)生今后的發(fā)展打下更好的基礎(chǔ)，但工程教育教材如果講授太多的理論、推導(dǎo)、計(jì)算，在有限的學(xué)時(shí)中很難讓學(xué)生寬泛地掌握機(jī)器人的方方面面知識(shí)，更不利于實(shí)踐教學(xué)的開(kāi)展。因此，在教材內(nèi)容建設(shè)上，應(yīng)該更注重實(shí)際工程設(shè)計(jì)、理論方法的應(yīng)用、真實(shí)工況的介紹，并拋出實(shí)際工程問(wèn)題，引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生學(xué)以致用。

這也符合教育部目前推行的多種工程學(xué)科教改項(xiàng)目的精神，如新工科建設(shè)、卓越工程計(jì)劃、工程認(rèn)證等。其強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生工程能力的培養(yǎng)和多學(xué)科復(fù)合型的知識(shí)體系重構(gòu)。機(jī)器人教材的內(nèi)容建設(shè)應(yīng)該按照工程教育認(rèn)證的12條要求，循序漸進(jìn)將能力培養(yǎng)的核心——解決復(fù)雜問(wèn)題的能力作為重點(diǎn)。利用多種教學(xué)手段和體例編排方式，如項(xiàng)目制學(xué)習(xí)、問(wèn)題導(dǎo)向教學(xué)、同伴式教學(xué)等。同時(shí)，編寫(xiě)各種輔助學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)和課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)，并推薦拓展讀物。以此優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和課程內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)，大范圍加速?lài)?guó)內(nèi)機(jī)器人專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)建設(shè)，提高畢業(yè)生質(zhì)量。

（三）教材形式的建設(shè)

除了教材的體系和內(nèi)容建設(shè)外，還要注重教材形式建設(shè)。當(dāng)前社會(huì)信息技術(shù)空前發(fā)達(dá)，各種電子設(shè)備使用已經(jīng)非常普及，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、校園網(wǎng)、智能手機(jī)、平板電腦已經(jīng)在高校普及，成為學(xué)生生活學(xué)習(xí)中不可或缺的物品。因此，進(jìn)行教材形式建設(shè)不能只專(zhuān)注于傳統(tǒng)的出版，形式配套數(shù)字化也是重中之重。近幾年，教育部、各高校、各出版社甚至很多互聯(lián)網(wǎng)公司都制作了大量的數(shù)字化教學(xué)配套產(chǎn)品。其呈現(xiàn)形式也多種多樣，如教學(xué)網(wǎng)站、MOOC、SPOC、光盤(pán)、APP、二維碼、AR、VR等，各具特色。細(xì)分其具體內(nèi)容形式基本包括PPT、電子書(shū)、微視頻、視頻課、動(dòng)畫(huà)演示、互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室、題庫(kù)、有聲書(shū)等，豐富多彩。但其建設(shè)也存在質(zhì)量把控難、成本高、周期長(zhǎng)、版權(quán)不清等諸多問(wèn)題。

因此，我們建設(shè)新的專(zhuān)業(yè)教材，需要正視數(shù)字化資源的優(yōu)勢(shì)，充分利用數(shù)字化資源的比較優(yōu)勢(shì)，具體包括以下方面。

1.改變現(xiàn)實(shí)時(shí)間尺度展現(xiàn)。就是指緩慢的過(guò)程快速展現(xiàn)，或者高速的過(guò)程慢速展現(xiàn)。

2.改變現(xiàn)實(shí)空間尺度展現(xiàn)。就是指微小的、肉眼不可見(jiàn)的結(jié)構(gòu)放大展現(xiàn)，或者太過(guò)巨大的形體縮小后可以看到整體。

3.改變靜態(tài)表述為動(dòng)態(tài)。就是指讓圖片動(dòng)起來(lái)，讓文字活起來(lái)。

4.把觀(guān)看形勢(shì)改為互動(dòng)形式。就是指利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，讓用戶(hù)參與到現(xiàn)場(chǎng)之中，可以操作場(chǎng)景中的所有物體。

5.展現(xiàn)事物內(nèi)在的結(jié)構(gòu)。就是指很多內(nèi)部運(yùn)行的原理和過(guò)程很難直觀(guān)地看見(jiàn)，通過(guò)剖切或者剝離外結(jié)構(gòu)就可以方便地展示內(nèi)在結(jié)構(gòu)和運(yùn)行過(guò)程。

6.改變順序?qū)W習(xí)的形式。就是指使搜索、查詢(xún)、記錄變得更加方便，通過(guò)與考核和檢查學(xué)習(xí)效果，自動(dòng)重新組織下面所學(xué)內(nèi)容。使學(xué)習(xí)真正達(dá)到循序漸進(jìn)，不斷鞏固，不斷提高。

數(shù)字化教學(xué)資源的建設(shè)非常重要，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)有重大幫助。但在數(shù)字教學(xué)資源的建設(shè)過(guò)程中，需要認(rèn)清數(shù)字化配套建設(shè)的特點(diǎn)，避免重復(fù)建設(shè)，過(guò)度建設(shè)，做到有的放矢，把好鋼用在刀刃上，真正起到為教學(xué)服務(wù)、為教師服務(wù)、為學(xué)生服務(wù)的作用。

《中國(guó)制造2025》從國(guó)家層面確定了我國(guó)建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)的總體戰(zhàn)略，明確提出：要以新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合為主線(xiàn)，以推進(jìn)智能制造為主攻方向，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)由大變強(qiáng)的歷史跨越。發(fā)展智能制造是中國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的主要路徑，其內(nèi)涵是先進(jìn)制造技術(shù)與新一代信息技術(shù)的深度融合，貫穿于產(chǎn)品、制造、服務(wù)全生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)及制造系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)制造的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，不斷提升企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量、效益、服務(wù)水平，推動(dòng)制造業(yè)創(chuàng)新、綠色、協(xié)調(diào)、開(kāi)放、共享發(fā)展。而機(jī)器人就是其中的關(guān)鍵領(lǐng)域之一，是實(shí)現(xiàn)制造業(yè)強(qiáng)國(guó)夢(mèng)想的必要支撐。如果說(shuō)工程教育是引領(lǐng)未來(lái)國(guó)家發(fā)展的基石，那么做好機(jī)器人專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)工作，編制、出版好優(yōu)秀的相關(guān)教材，就是制造業(yè)升級(jí)的重要基石。希望出版界同仁和社會(huì)各界積極參與，盡早完善機(jī)器人專(zhuān)業(yè)教材體系、內(nèi)容和配套，為我國(guó)建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)的總體戰(zhàn)略實(shí)施添磚加瓦。