張程 張卓

摘? 要：德國職業(yè)教育“雙元制”是當前全世界工業(yè)行業(yè)最有效、最科學(xué)的教育模式之一，其行業(yè)就業(yè)與學(xué)校教育之間關(guān)系協(xié)調(diào)，有效的促進了地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展。機器人教育是我國應(yīng)用型本科教育學(xué)科體系中的創(chuàng)新設(shè)計和重要藍圖。如何制定科學(xué)合理的機器人教育方案是保證應(yīng)用型本科機器人學(xué)科人才培養(yǎng)教學(xué)質(zhì)量的重中之重。借鑒德國職業(yè)教育“雙元制”中基于社會經(jīng)濟、行業(yè)發(fā)展的人才培養(yǎng)模式，對于我國當前應(yīng)用型本科機器人教育建設(shè)的實施具有極其重要的價值和啟示。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型本科;機器人教育;德國現(xiàn)代雙元制;協(xié)同育人機制

中圖分類號：G640 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2019）09-0027-03

Abstract： German vocational education "dual system" is one of the most effective and scientific education models in the world's industrial industry. It coordinates the relationship between employment and school education， and effectively promotes the development of regional economy. Robot education is an innovative design and an important blueprint in the subject system of Applied Undergraduate Education in China. How to formulate a scientific and reasonable robot education program is the most important thing to ensure the quality of training and teaching of Applied Undergraduate robotics talents. Drawing lessons from the "dual system" of German vocational education， which is based on the development of social economy and industry， has important value and Enlightenment for the implementation of the current application-oriented undergraduate robot education construction in China.

Keywords： applied undergraduate colleges and universities; robot education; german modern dual system; cooperative education mechanisml

引言

為了提高提高德國工業(yè)的競爭力，德國政府于2013年4月在漢諾威工業(yè)博覽會上正式提出“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，以使德國在新一輪工業(yè)革命中占領(lǐng)先機。2014年11月，李克強總理訪問德國期間，中德雙方發(fā)表了《中德合作行動綱要：共塑創(chuàng)新》，宣布兩國將開展工業(yè)4.0合作。近幾年，機器人技術(shù)已然成為了一門跨專業(yè)、高度綜合的新興學(xué)科，其綜合應(yīng)用了多門學(xué)科的最新成就，是機電一體化的典型產(chǎn)品，也是高等院校特別是理工類專業(yè)培養(yǎng)中進行教育教學(xué)改革、學(xué)生能力培養(yǎng)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育實施的良好載體[1，2]。2015年5月8日，國務(wù)院正式印發(fā)《中國制造2025》。在其中確定的10大戰(zhàn)略領(lǐng)域中，機器人位列第2項，其重要性不言而喻。本文針對應(yīng)用型本科高校如何開展機器人教育的問題，重點關(guān)注行業(yè)企業(yè)對于高校開展機器人教育的作用，并結(jié)合實踐環(huán)境、師資建設(shè)和學(xué)科競賽等方面，研究實施機器人教育與教學(xué)方案的相關(guān)問題。

一、德國“雙元制”教育模式

“德國是一個原料缺乏的工業(yè)國家，它依賴的是受過良好教育的技術(shù)力量?！盵3]一語出自于德國聯(lián)邦政府的《德國概況》。由此可見，德國是以技術(shù)發(fā)展作為立國的基本，通過進口價格相對低廉的原料，加工出高質(zhì)量的產(chǎn)品而創(chuàng)造出更高的產(chǎn)值，這便是德國制造業(yè)獲得競爭力優(yōu)勢的奧秘。德國“雙元制”的職業(yè)教育模式也是基于這種國情和競爭意識而形成的?！半p元制”教育有兩個課堂：一個是學(xué)校（1/3時間），一個是企業(yè)（2/3時間）。分別由聯(lián)邦培訓(xùn)條例和聯(lián)邦州教學(xué)大綱兩個機構(gòu)進行監(jiān)管。即在同一個州內(nèi)，無論哪所學(xué)校，所執(zhí)行的教育標準是唯一且一定的，不會出現(xiàn)相同專業(yè)學(xué)校中教學(xué)大綱、教學(xué)計劃、教學(xué)內(nèi)容的不同。聯(lián)邦培訓(xùn)條例和聯(lián)邦州教學(xué)大綱由工會、企業(yè)和學(xué)術(shù)界共同定制[4]。“雙元制”教育模式極大的加強了企業(yè)協(xié)助教育過程和技術(shù)型人才培養(yǎng)的積極性，由此優(yōu)化解決了畢業(yè)生在實習(xí)和就業(yè)方面的困難，同時緩解了由教育和行業(yè)偏差所導(dǎo)致的就業(yè)“不對口”問題，從一定程度上為“產(chǎn)學(xué)結(jié)合，工學(xué)合作”教育模式的順利實施提供了保障。

二、我國機器人教育問題分析

目前我國的機器人教育處于起步階段。2016年，東南大學(xué)首次招生機器人工程專業(yè)學(xué)生，建立培養(yǎng)從基于自動化技術(shù)到傳統(tǒng)機器人技術(shù)，再到新型控制器研究，最終提升到機器人工程研究與應(yīng)用的一系列教學(xué)模式。這是我國機器人教育標志性的開端。在全國范圍內(nèi)的應(yīng)用型本科高校內(nèi)，機器人教育普遍存在著一些問題[5-7]。

（一）機器人培養(yǎng)方案缺失或不完善

大多數(shù)應(yīng)用型本科院校的機器人專業(yè)教育開設(shè)在機電類、自動化類或機械類院系，或者在機電或控制類專業(yè)中逐步增設(shè)機器人方向課程。應(yīng)用型本科院校部分來源于之前的二本院校，整體的科研水平和師資力量與老牌“985”等一流高校具有一定的差距，因此在機器人教育開展過程中存在一定局限性。例如，缺乏合理的人才培養(yǎng)方案和成熟的教學(xué)方案。這就直接導(dǎo)致了應(yīng)用型本科院校中機器人教育建設(shè)速度相對緩慢且質(zhì)量相對不足。

（二）機器人實驗環(huán)境缺乏或不先進

由于應(yīng)用型本科院校實驗設(shè)備環(huán)境和自身科研水平的局限性，大多不具備自主制作教育配套設(shè)備的能力，一般通過招標采購的方式引進機器人設(shè)備。市面上現(xiàn)有的教學(xué)機器人價格比較昂貴，以瑞典ABB、日本FUNAC等機器人為本體的工作站為例，市場起價普遍為數(shù)十萬元以上/臺，導(dǎo)致院校只能購買最低數(shù)量設(shè)備，或者通過教師自身的教科研項目資金引入少量機器人簡易模型進行研究和示教。由此局限了機器人實驗環(huán)境的完善化和普及化，對學(xué)生的能力培養(yǎng)很難起到預(yù)期的作用。

（三）機器人師資力量缺少或不充分

目前部分應(yīng)用型本科院校已經(jīng)在努力通過各種渠道學(xué)習(xí)和開展機器人教育教學(xué)活動，但存在教師對于機器人教學(xué)經(jīng)驗不足、技術(shù)認知水平有限的嚴峻現(xiàn)狀。年老教師對于機器人新技術(shù)接收能力相對不夠積極，青年教師又存在教學(xué)任務(wù)繁重而無暇充分研究機器人技術(shù)的問題，在機器人教育的開展過程中較難形成相對成熟的整體把握，在一定程度上阻礙了機器人教育的創(chuàng)新研究。

三、基于德國“雙元制”模式的機器人教育改革方案

德國職業(yè)教育的“雙元制”模式是基于社會經(jīng)濟、行業(yè)發(fā)展而進行的人才培養(yǎng)方案，具有先進性、準確性和高效性。在應(yīng)用型本科高校開展機器人教育的過程中，可以借鑒德國“雙元制”教育模式，重點關(guān)注行業(yè)企業(yè)對于高校開展機器人教育的作用，并在實踐環(huán)境、師資建設(shè)和實踐競賽等方面由社會、行業(yè)和高校協(xié)同實施機器人教育與教學(xué)的相關(guān)問題。

（一）校企聯(lián)合“協(xié)同育人”定制機器人培養(yǎng)模式

在德國“雙元制”教育體制中，重視將社會廣泛參與到教學(xué)環(huán)節(jié)中，且分工相當明確。其強調(diào)“為未來的工作而學(xué)習(xí)”的思想，注重實踐技能和動手能力的培養(yǎng)，并以培養(yǎng)學(xué)生“學(xué)用結(jié)合”的能力為宗旨。應(yīng)用型本科院校的機器人教育要避免學(xué)校施教者唱獨角戲的現(xiàn)象，積極開展“協(xié)同育人”項目，倡導(dǎo)“全員、全過程、全方位育人”的“三全”育人理念，進一步提升應(yīng)用型本科高?！按蟮掠钡挠烁窬?。推進學(xué)校高墻之外的社會力量一同參與機器人教育，尤其是機器人企業(yè)要積極加入，與高校共同定制人才培養(yǎng)方案，將機器人專業(yè)教育與行業(yè)需求相結(jié)合，使所制定的機器人培養(yǎng)方案和教學(xué)計劃具有明確的針對性和實用性。

（二）促進虛擬實驗室技術(shù)在機器人培養(yǎng)中的作用

在機器人教學(xué)過程中，可以在機器人實體教學(xué)設(shè)備的基礎(chǔ)上，在機器人系統(tǒng)教學(xué)中引進虛擬樣機技術(shù)。例如，利用虛擬樣機技術(shù)進行機器人正運動學(xué)、逆運動學(xué)、機器人動力學(xué)、機器人軌跡規(guī)劃及機器人運動控制等學(xué)習(xí)過程，培養(yǎng)學(xué)生熟練運用機器人建模與設(shè)計軟件的專業(yè)能力。機器人三維模型可以讓學(xué)生通過軟件直接又清晰地觀察其內(nèi)部構(gòu)造，了解機器人的連接方式與運行原理。在機器人拆裝的項目上，如果拆裝真實的機器人，必然會伴隨很大的人員安全風(fēng)險以及機器人設(shè)備損壞的風(fēng)險，但是機器人三維模型可以通過軟件隨意拆裝，既達到了拆裝教學(xué)效果，又規(guī)避了風(fēng)險，間接地節(jié)省了實訓(xùn)成本。

（三）鼓勵青年教師走出學(xué)校參與機器人行業(yè)培訓(xùn)

高校教師肩負著教學(xué)、科研和社會服務(wù)三項職責(zé)，其中科研水平的高低在一定程度上影響著教學(xué)和社會服務(wù)行為開展效果的優(yōu)良，脫離科研背景和社會服務(wù)支撐的教學(xué)是難以具有持續(xù)生命力的。由于機器人系統(tǒng)自身的復(fù)雜性和綜合性，教學(xué)指導(dǎo)和實施的難度比較大，對機器人課程教師的能力有較高的要求。因此，需要特別加強機器人課程教師的相關(guān)知識與技能培訓(xùn)，鼓勵機器人課程教師進行機器人教育、機器人技術(shù)、機器人行業(yè)及應(yīng)用等方面的調(diào)研、培訓(xùn)、會議等活動，使其具有自己獨特的專長。并制定相關(guān)政策制度鼓勵教師積極開展機器人科技研究活動，努力為將科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源奠定基礎(chǔ)。

（四）重視機器人實踐環(huán)節(jié)并引領(lǐng)學(xué)生進入行業(yè)產(chǎn)線

德國“雙元制”教育特別強調(diào)企業(yè)實踐，其教學(xué)時間達到2/3。而我國目前的高等教育存在著重理論、輕實踐、重通識課、輕專業(yè)課、重知識計算、輕動手實踐的傾向。培養(yǎng)的學(xué)生有文憑、無技能，與企業(yè)所求人才有一定偏差。解決這個問題的關(guān)鍵就是增加實訓(xùn)課比例，甚至考慮將理論課拿到實訓(xùn)室結(jié)合設(shè)備實物開展教學(xué)，并改革課程考核體系及評價標準。同時，制定政策推進企業(yè)積極提供學(xué)生機器人行業(yè)相關(guān)的實習(xí)實踐的場所和崗位，組織機器人行業(yè)產(chǎn)線參觀、工作環(huán)境體驗、工作崗位培訓(xùn)及專業(yè)技能考核認證等環(huán)節(jié)，促進學(xué)生充分認識機器人真實的生產(chǎn)、作業(yè)、加工及研發(fā)環(huán)境。

（五）加強各類機器人競賽對于學(xué)生技能的促進作用

德國以行業(yè)分析為導(dǎo)向、以實現(xiàn)學(xué)生能力為本位而設(shè)計的課程模式，充分體現(xiàn)了以行業(yè)活動力為核心的設(shè)計思想。在機器人教育課程的設(shè)置上也要以提高學(xué)生行業(yè)知識、操作技能為出發(fā)點。培養(yǎng)學(xué)生進行基于機器人技術(shù)的研究是一項很好的實踐創(chuàng)新活動，易于激發(fā)學(xué)習(xí)興趣并提高知識技能，鍛煉思考、分析問題和解決問題的能力。以全國各類單片機、嵌入式等控制器編程競賽為例，對學(xué)生的控制器技術(shù)做重點指導(dǎo)，并持續(xù)在全國大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、全國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、中國機器人及人工智能大賽等活動中對學(xué)生進行新型機器人系統(tǒng)設(shè)計及調(diào)試的技術(shù)指導(dǎo)，以“理論教學(xué)+實踐教學(xué)+創(chuàng)新項目+創(chuàng)新比賽”等多模式綜合提升學(xué)生對于機器人技術(shù)的創(chuàng)新能力。

四、機器人教育的保障性和可持續(xù)性

機器人教育的開設(shè)和開展是國之大計，需要國家政府部門、國家教育部門、高等院校、機器人行業(yè)企業(yè)及所有師生的共同努力得以實施和進步，是一項長期堅持和發(fā)展的教育方向。應(yīng)用型本科高校在開展機器人教育的同時，需要特別注意其可持續(xù)性發(fā)展，并不斷跟進新技術(shù)腳步以提升自身的機器人教育水平。

（一）在政策上鞏固校企合作模式

目前，國家教育部已經(jīng)組建了教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目專家組，并建立“教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目平臺”，旨在推進“產(chǎn)學(xué)合作、協(xié)同育人”。廣東省教育廳在2018年4月征集校企合作協(xié)同育人項目，并于2018年7月2日舉行首屆廣東省校企合作協(xié)同育人項目對接會，旨在搭建校企交流合作平臺，引導(dǎo)和支持校企聯(lián)動，推進產(chǎn)教融合人才培養(yǎng)改革。由此可見，我國及地方政府在政策上都在積極推進校企合作平臺，大力支持行業(yè)企業(yè)進入人才培養(yǎng)過程，將高等教育與行業(yè)需求精準對接，實現(xiàn)“精準育人”。

（二）在師資上重視機器人技術(shù)培養(yǎng)

隨著國家重點老牌985高校及“雙一流”高校的機器人學(xué)院或機器人工程專業(yè)的建設(shè)，目前已經(jīng)有經(jīng)受過專業(yè)機器人教育的碩士研究生和博士研究生畢業(yè)進入到社會行業(yè)。相信在不久的將來，會有大批的本碩博人才進入企業(yè)、高校及科研院所。應(yīng)用型本科高校應(yīng)抓住人才和重視人才，引進機器人師資力量，同時對在校內(nèi)已經(jīng)從事機器人研究的教師給予大力培養(yǎng)和支持，在師資上推進機器人教育的開展和完善。

（三）在技術(shù)上推進自主機器人建設(shè)

目前我國無論是機器人教育還是機器人行業(yè)方面，對于機器人核心技術(shù)的研發(fā)能力仍然處于逐步發(fā)展階段，特別是核心件的開發(fā)設(shè)計及控制算法方面均存在著大量工作亟待解決。在自主機器人和自主機器人教育設(shè)備的研制上還需要大量技術(shù)人員投入建設(shè)，以打破目前高校比較青睞外國機器人作為教具的現(xiàn)狀。提高機器人核心技術(shù)，提升國家核心競爭力，無論是在教育培養(yǎng)、行業(yè)發(fā)展亦或是國家強大的角度，都是非常重要的，這也需要高等院校積極培養(yǎng)人才缺口，為行業(yè)推送機器人技術(shù)人才，實現(xiàn)“人才培養(yǎng)、行業(yè)就業(yè)、技術(shù)發(fā)展”的良性循環(huán)。

五、結(jié)束語

機器人教育是我國應(yīng)用型本科教育學(xué)科體系中的重點設(shè)計和重要藍圖，本文通過分析德國職業(yè)教育的“雙元制”中基于社會經(jīng)濟、行業(yè)發(fā)展的人才培養(yǎng)模式，針對我國應(yīng)用型本科高校的具體特點，重點關(guān)注行業(yè)企業(yè)對于高校開展機器人教育的作用，并結(jié)合實踐環(huán)境、師資建設(shè)和實踐競賽等方面，研究如何具體實施機器人教育與教學(xué)的相關(guān)問題。對于應(yīng)用型本科高校的機器人教育方案提出了一定的探索性建議，具有一定的參考性。

參考文獻：

[1]趙志群，陳玉琪.德國職業(yè)教育教學(xué)信息化發(fā)展對我國的啟示[J].電化教育研究，2018.

[2]姚志廣.應(yīng)用型本科院校開展機器人教育的探討[J].山西經(jīng)濟管理干部學(xué)院學(xué)報，2016，24（2）：118-120.

[3]過文英，胡凱，姚寶.德國概況（第2版）[M].上海外語教育出版社，2009.

[4]方燁.德國雙元制職業(yè)教育模式對我國高等職業(yè)教育改革的啟示[J].南京廣播電視大學(xué)學(xué)報，2010（4）：7-9.

[5]李晶，席升陽.德國雙軌制教育對我國高等教育的啟示[J].企業(yè)導(dǎo)報，2011（15）：204-206.

[6]萬佑紅，蔣國平.機器人教育與大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的探索[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2005，27（4）.

[7]康冰，張曉拓.建設(shè)適合高校電類專業(yè)機器人競賽平臺的實踐與思考[J].西部素質(zhì)教育，2017，3（10）：113-113.