張宏強(qiáng) 郭家偉 王佐 邵國慶 梁峰

關(guān)鍵詞：需求；機(jī)器人工程；“一中心四布局”；高素質(zhì)應(yīng)用

0 引言

在新工科建設(shè)的背景下，機(jī)器人工程專業(yè)的建設(shè)與研究在部分高校逐漸展開，目前已經(jīng)取得了一定成績。馬天力等人提出一種“教賽合一”的專業(yè)培養(yǎng)新模式，將學(xué)科和競賽相結(jié)合的專業(yè)發(fā)展模式，提出了具體的改革思路[1]。王承業(yè)等人利用多功能的工業(yè)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案，在理論研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)踐化應(yīng)用教學(xué)[2]。張海濤等人從理論和實(shí)踐課程框架兩方面推動專業(yè)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)“理論—實(shí)踐—再理論—再實(shí)踐”的正反饋效果[3]。陳皓等人闡述了機(jī)器人工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案與人才培養(yǎng)模式、校企深度合作開展專業(yè)建設(shè)以及實(shí)驗(yàn)設(shè)備與實(shí)習(xí)基地建設(shè)[4]。王春玲根據(jù)學(xué)生參加機(jī)器人大賽，探討了大賽對教師隊(duì)伍建設(shè)、學(xué)生全面發(fā)展、教育教學(xué)改革等的促進(jìn)作用[5]。馬榮琳針對應(yīng)用型地方本科院校機(jī)器人工程本科專業(yè)，制定畢業(yè)要求、可考核指標(biāo)點(diǎn)，展開課程體系構(gòu)建研究[6]。

黨的二十大報告提到要加強(qiáng)新興和交叉等學(xué)科的建設(shè)，對高校學(xué)科和專業(yè)的建設(shè)提出了新的要求。機(jī)器人工程專業(yè)是跨學(xué)科和多種技術(shù)融合的專業(yè)，對專業(yè)的建設(shè)需要更加精準(zhǔn)化、深入化和需求化。

1 機(jī)器人工程專業(yè)人才培養(yǎng)現(xiàn)狀與存在的問題

機(jī)器人工程主要研究機(jī)器人的結(jié)構(gòu)、電氣硬件、軟件控制等方面設(shè)計(jì)和應(yīng)用的基本知識和技術(shù)，以及對其相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)和生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)、裝配、調(diào)試和優(yōu)化等，代替人類的手工作業(yè)，改善勞動環(huán)境和降低勞動強(qiáng)度。機(jī)器人工程專業(yè)人才的需求量與日俱增，根據(jù)《中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告（2022年）》顯示，僅在中國人工智能機(jī)器人行業(yè)人才缺口就高達(dá)500萬（人）。

面對如此大的人才需求量，高校對機(jī)器人工程專業(yè)的建設(shè)需要及時發(fā)現(xiàn)目前的問題并有效解決，才能培養(yǎng)出更優(yōu)秀的人才。

部分高校在機(jī)器人工程專業(yè)人才培養(yǎng)上目前存在著以下不足。

1） 專業(yè)設(shè)立時間短，專業(yè)建設(shè)基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)薄弱從總體看，高校設(shè)立機(jī)器人工程專業(yè)的時間都不長，在不斷的摸索中進(jìn)行發(fā)展和優(yōu)化，專業(yè)建設(shè)方面基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)薄弱，培養(yǎng)目標(biāo)、學(xué)制安排、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和課程教材等都要根據(jù)社會和企業(yè)對人才的新的需求不斷完善和開拓創(chuàng)新。

2） 教師資源緊缺，專業(yè)技能和綜合技能有待提高部分高校機(jī)器人工程專業(yè)的教師隊(duì)伍的數(shù)量比較緊缺，需要進(jìn)一步補(bǔ)充和引進(jìn)，在引進(jìn)和留住人才的政策上也要適當(dāng)調(diào)整。另外經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，機(jī)器人工程專業(yè)的教師的專業(yè)大部分都是非本專業(yè)畢業(yè)，原因是此專業(yè)較新，目前畢業(yè)生較少，尤其是碩、博研究生畢業(yè)人數(shù)更少，所以目前只能通過其他專業(yè)的有近似研究方向的老師任教，所以教師的專業(yè)技術(shù)能力和綜合技能有待提高。

3） 教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和平臺緊缺和陳舊，有待補(bǔ)充和優(yōu)化部分高校機(jī)器人工程專業(yè)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化需要提升，市場上售賣此專業(yè)的教學(xué)設(shè)備多種多樣，廠家通過簡單的一個自動化項(xiàng)目改裝就變成了教學(xué)設(shè)備，這樣不利于學(xué)生對專業(yè)知識的學(xué)習(xí)。另外有些實(shí)驗(yàn)平臺是借助其他專業(yè)的平臺，雖然有知識體系的關(guān)聯(lián)，但比較陳舊，與市場和企業(yè)的技術(shù)方面有局部的滯后，所以機(jī)器人工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、平臺比較緊缺和陳舊，有待補(bǔ)充和優(yōu)化。

4） 學(xué)生對專業(yè)理論知識學(xué)習(xí)起來比較抽象，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)較少學(xué)生對機(jī)器人的專業(yè)理論知識理解起來相對比較抽象，如機(jī)器人位姿的坐標(biāo)變換、機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)等知識。理論知識感到抽象是實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)少的原因，如學(xué)生連串聯(lián)機(jī)器人都沒有見過，對連桿兩端相鄰坐標(biāo)系變換的理解就會很抽象。

2 機(jī)器人工程專業(yè)“一中心，四布局”的思路

為把高校機(jī)器人工程專業(yè)的學(xué)生培養(yǎng)為高素質(zhì)應(yīng)用型人才，需要在培養(yǎng)模式、教學(xué)內(nèi)容和方法等方面進(jìn)行不斷創(chuàng)新，提出了“一中心四布局”教學(xué)實(shí)踐探究，即以學(xué)生為中心，在教學(xué)、項(xiàng)目、大賽、創(chuàng)業(yè)四個方面進(jìn)行同時布局，圖1為機(jī)器人工程專業(yè)教學(xué)實(shí)踐“一中心四布局”的構(gòu)建思路。

機(jī)器人工程專業(yè)教學(xué)實(shí)踐的“一中心四布局”的構(gòu)建是相互關(guān)聯(lián)、相互促進(jìn)和相互統(tǒng)一的過程。

機(jī)器人工程專業(yè)的建設(shè)以學(xué)生為中心是核心和導(dǎo)向標(biāo)，是開展“四布局”的主體和中心，這一原則必須要長期堅(jiān)守。

教學(xué)是項(xiàng)目的基礎(chǔ)，為項(xiàng)目的順利展開提供技術(shù)基礎(chǔ)；教學(xué)為大賽提供指導(dǎo)，教學(xué)的專業(yè)知識為大賽的賽事技能提供指導(dǎo)；學(xué)生創(chuàng)業(yè)最大的問題除了資金短缺以外，就是大學(xué)生沒有一個創(chuàng)業(yè)的理論思路和體系，不知道如何開始，不知道從哪里開始，教學(xué)只能為學(xué)生創(chuàng)業(yè)提供理論支撐。

項(xiàng)目為教學(xué)提供實(shí)踐的載體，學(xué)生通過項(xiàng)目的實(shí)踐能更好地理解教學(xué)過程中的理論知識；項(xiàng)目為大賽提供平臺，大賽平臺的設(shè)計(jì)和建立需要綜合體現(xiàn)多種知識的應(yīng)用，讓學(xué)生參與項(xiàng)目的設(shè)計(jì)有助于能夠更快地勝任大賽所需的技能，項(xiàng)目為大賽提供一個很好的技術(shù)平臺；項(xiàng)目也為創(chuàng)業(yè)提供經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生參與項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、組裝和調(diào)試，會積累很多經(jīng)驗(yàn)，這些經(jīng)驗(yàn)會為學(xué)生后期創(chuàng)業(yè)提供寶貴的技能財(cái)富。

大賽能夠深化教學(xué)的理論知識，讓學(xué)生加深對理論知識的理解，提升應(yīng)用知識的技能；大賽為項(xiàng)目提供思路，讓學(xué)生多參加相關(guān)的大賽，了解和掌握不同大賽平臺所需的技能，為做項(xiàng)目提供系統(tǒng)應(yīng)用和技術(shù)創(chuàng)新的思路；大賽為創(chuàng)業(yè)提供技能，一個大賽設(shè)備是一個先進(jìn)技術(shù)的集成，學(xué)生在參賽過程和氛圍中不知不覺地掌握跨學(xué)科的綜合技能，對這種技能的掌握一直會延續(xù)到學(xué)生創(chuàng)業(yè)的過程中，起到力半功倍的效果。

創(chuàng)業(yè)為教學(xué)提供方向，因?yàn)閯?chuàng)業(yè)是就業(yè)的一部分，學(xué)生創(chuàng)業(yè)過程中收獲的反饋為教學(xué)提供寶貴的指引；創(chuàng)業(yè)能夠改進(jìn)大賽平臺，創(chuàng)業(yè)需要貼近和響應(yīng)客戶的需求，客戶的需求是學(xué)生畢業(yè)后達(dá)到的技能水平的要求，這樣的技能水平很大一部分就是要通過大賽來訓(xùn)練，大賽平臺的技術(shù)水平需要與其對標(biāo)，通過創(chuàng)業(yè)了解客戶對人才的技能水平的要求從而改進(jìn)大賽平臺，使培養(yǎng)出的學(xué)生更加符合社會的需求；創(chuàng)業(yè)為項(xiàng)目帶來最新的市場需求，從而帶來新的技術(shù)需求，這種新的技術(shù)需求為項(xiàng)目提供前期的技術(shù)方案，使項(xiàng)目與市場進(jìn)行緊密的關(guān)聯(lián)和結(jié)合。

3“一中心，四布局”的具體的實(shí)施策略

3.1 堅(jiān)持以學(xué)生為中心

機(jī)器人工程專業(yè)的建設(shè)更要強(qiáng)調(diào)“以學(xué)生為中心”，既要看到大學(xué)生對這個專業(yè)的共同的熱愛和對專業(yè)未來方向的憧憬，又要看到學(xué)生之間的差異，根據(jù)差異進(jìn)行引導(dǎo)式教育，從而更好地預(yù)判和倡導(dǎo)培養(yǎng)結(jié)果的多樣性，這種多樣性是指學(xué)生對整個專業(yè)體系有自己的看法和見解，具備創(chuàng)新思維和獨(dú)特扎實(shí)的專業(yè)技能。

另外要把學(xué)生的個體差異和專業(yè)建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一起來，在統(tǒng)一的系統(tǒng)的專業(yè)建設(shè)框架下要考慮個體差異的冗余度和靈活度，在每個環(huán)節(jié)上的設(shè)置上都要考慮這一原則，把“以學(xué)生為中心”落到實(shí)處。

3.2“四布局”的具體實(shí)施策略

在機(jī)器人工程專業(yè)建設(shè)中，堅(jiān)持“以學(xué)生為中心”，以教學(xué)、項(xiàng)目、大賽和創(chuàng)業(yè)的“四布局”同時進(jìn)行，夯實(shí)了機(jī)器人工程專業(yè)建設(shè)的基礎(chǔ)和增加建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，“四布局”的實(shí)施是一種創(chuàng)新，具體實(shí)施策略如下：第一，以培養(yǎng)人才為目標(biāo)，以專業(yè)建設(shè)體系為生態(tài)，狠抓、深抓教學(xué)質(zhì)量。

在“四布局”中教學(xué)是主體，是“以學(xué)生為中心”原則下培養(yǎng)人才的主要環(huán)節(jié)，要在專業(yè)建設(shè)的過程中圍繞這一主要環(huán)節(jié)。

機(jī)器人工程專業(yè)教學(xué)實(shí)踐需要探索新的方向，如在教學(xué)模式上需要結(jié)合項(xiàng)目、大賽和創(chuàng)業(yè)的方式建立體系，結(jié)合實(shí)際問題積極反思，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行突破和創(chuàng)新，以抓教學(xué)質(zhì)量作為主線，在力度和深度上都要下功夫。

機(jī)器人工程專業(yè)設(shè)立時間短，專業(yè)建設(shè)基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)薄弱的問題比較明顯，所以通過創(chuàng)新的教學(xué)改革形成專業(yè)建設(shè)的體系生態(tài)，來夯實(shí)基礎(chǔ)和增加經(jīng)驗(yàn)，使培養(yǎng)的學(xué)生專業(yè)技能和綜合素質(zhì)更高。

第二，以項(xiàng)目和大賽為依托，加強(qiáng)學(xué)生對專業(yè)理論知識的理解和掌握，增加實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

以大賽為依托增加學(xué)生實(shí)踐的教學(xué)思路在很多高校已經(jīng)進(jìn)行了研究和開展，但以項(xiàng)目為依托目前還是處在初步探索階段，這里主要是結(jié)合“項(xiàng)目制”

教學(xué)。

“項(xiàng)目制”教學(xué)是讓學(xué)生在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、組裝和調(diào)試中，身臨其境、不知不覺地牢牢掌握專業(yè)知識和技能，例如在學(xué)習(xí)機(jī)器人專業(yè)知識工具坐標(biāo)系的標(biāo)定時，如果能結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目弧焊機(jī)器人的焊槍的三點(diǎn)位置參數(shù)標(biāo)定和z/x方向的姿態(tài)參數(shù)的標(biāo)定的實(shí)際操作來講解，學(xué)生就理解和掌握得更快、更深。

另外在大賽中，學(xué)生不僅掌握了比賽的技能，更重要的是從深層次明白了大賽平臺是怎樣設(shè)計(jì)的，原理是什么，怎樣改善和拓展大賽設(shè)備等，例如機(jī)器人大賽的部分設(shè)備中機(jī)器人需要與PLC進(jìn)行通信，使用這樣的設(shè)備不僅要讓學(xué)生掌握怎樣操作機(jī)器人進(jìn)行編程和怎樣編PLC梯形圖，還要讓學(xué)生掌握機(jī)器人的結(jié)構(gòu)是怎樣的，要掌握機(jī)器人的控制原理是怎樣的，要掌握集成電氣硬件電路是如何設(shè)計(jì)和接線的等。

第三，通過“四布局”的反動力，彌補(bǔ)和優(yōu)化教師資源，提高教師的專業(yè)技能和綜合技能。

在教師方面，需提高教師的專業(yè)技能和綜合技能，提高理論與實(shí)踐水平。在“四布局”中，首先要求教師要具備專業(yè)要求的教學(xué)能力，要具備設(shè)計(jì)項(xiàng)目、指導(dǎo)比賽的能力和具有創(chuàng)業(yè)思路的規(guī)劃能力等，鼓勵老師結(jié)合機(jī)器人相關(guān)的企業(yè)和研究院走產(chǎn)學(xué)研一體化道路。在項(xiàng)目的研究上也要和企業(yè)深入合作，不能只停留在理論層面上而沒有較多的實(shí)踐驗(yàn)證。

另外要結(jié)合多種渠道和資源聘請?jiān)谄髽I(yè)從事機(jī)器人相關(guān)行業(yè)的專家和工程師擔(dān)任教學(xué)工作和大賽指導(dǎo)，并進(jìn)行深入的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)和最新市場需求的交流，對專業(yè)建設(shè)進(jìn)行指導(dǎo)，對專業(yè)評估做出把關(guān)。在教師的聘用上增大“雙師型”的占比，優(yōu)化用人制度，讓教師的企業(yè)經(jīng)驗(yàn)很好地發(fā)揮出來。

在青年教師的培養(yǎng)制度上也要持續(xù)完善，老教師能夠積極引導(dǎo)青年教師發(fā)揮出應(yīng)有的潛能，使青年教師在教學(xué)和科研上有一個循序漸進(jìn)的提高，使整個機(jī)器人工程專業(yè)的教師隊(duì)伍的教學(xué)質(zhì)量和綜合技能整體提升。

第四，以大賽為平臺，以項(xiàng)目設(shè)計(jì)為手段，補(bǔ)齊和更新教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

大賽平臺涉及的大賽設(shè)備對學(xué)生的教學(xué)尤其是實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一種寶貴的資源，原因有以下兩點(diǎn)：其一：大賽設(shè)備代表著較先進(jìn)的市場技術(shù)和市場信息，如用PLC作為主站，機(jī)器人作為從站進(jìn)行軸承的裝配的比賽平臺，涉及的裝配工序之復(fù)雜、控制輸入輸出之多等對學(xué)生的教學(xué)是一個很好的實(shí)踐平臺，這種用機(jī)器人以及輔助設(shè)備做某種產(chǎn)品的裝配的應(yīng)用是目前機(jī)器人領(lǐng)域內(nèi)比較前沿的應(yīng)用。

其二：大賽設(shè)備一般會是一個跨學(xué)科的綜合的平臺，涉及的專業(yè)知識比較全面，這恰恰符合機(jī)器人工程專業(yè)跨學(xué)科的專業(yè)特點(diǎn)和專業(yè)優(yōu)勢。如上面提到的用機(jī)器人裝配軸承的比賽設(shè)備，它是涵蓋機(jī)器人系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、灌珠裝置、分珠裝置、軸承內(nèi)外圈裝配裝置和視覺識別和判斷等系統(tǒng)，所以能夠熟練完成這樣的大賽設(shè)備的操作，對學(xué)生的專業(yè)知識和技能的訓(xùn)練是非常有好處的。

大賽設(shè)備其實(shí)就是一個集成很高的項(xiàng)目，項(xiàng)目為大賽提供平臺，大賽為項(xiàng)目提供思路，兩者相輔相成，要做到互相補(bǔ)充、互相平衡和互相促進(jìn)。

把機(jī)器人大賽的設(shè)備和項(xiàng)目設(shè)計(jì)的設(shè)備合理有效地補(bǔ)充到教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備中，既是對大賽設(shè)備和項(xiàng)目產(chǎn)品的有效利用，又是對教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的及時補(bǔ)充和布置更新。

第五，以教學(xué)、項(xiàng)目和大賽支持學(xué)生創(chuàng)業(yè)，以創(chuàng)業(yè)帶動就業(yè)和促進(jìn)人才培養(yǎng)，形成良性的內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)。

高校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目是一個很好的項(xiàng)目，對大學(xué)生的自主創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)起到了很好的啟發(fā)和支持作用。在機(jī)器人工程專業(yè)的建設(shè)中，對學(xué)生的支持途徑較多，可以通過教學(xué)理論知識的培訓(xùn)支持，通過科研基金項(xiàng)目的拓展支持，通過大賽的技能支持和設(shè)備支持等，這樣就形成一個良好的內(nèi)循環(huán)。

大學(xué)生的創(chuàng)業(yè)還能夠與校外的企業(yè)、科研單位等合作。大學(xué)生自己的科研成果可以成為企業(yè)的重要技術(shù)的輸入，從而為大學(xué)生提供更多更高的合作平臺和就業(yè)機(jī)會，這種良性的外循環(huán)能夠促進(jìn)學(xué)校培養(yǎng)人才和社會需求人才建設(shè)一個暢通的溝通平臺。如機(jī)器人工程專業(yè)有學(xué)生通過學(xué)校的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，設(shè)計(jì)了自己的項(xiàng)目成果，并申請了專利，目前正在和企業(yè)談產(chǎn)品后期的合作，這就充分見證了大學(xué)生的潛力被發(fā)揮到了一個很高的層次，對大學(xué)生的能力鍛煉以及專業(yè)的建設(shè)和人才培養(yǎng)都是一個很好的標(biāo)桿作用。

4 結(jié)束語

面對市場環(huán)境和人才需求的不斷變化，對高校機(jī)器人工程專業(yè)的建設(shè)提出了“一中心四布局”的教學(xué)實(shí)踐，即以學(xué)生為中心，在教學(xué)、項(xiàng)目、大賽、創(chuàng)業(yè)四個方面進(jìn)行布局，解決了部分高校目前在機(jī)器人工程專業(yè)培養(yǎng)人才上的不足，通過相關(guān)的思路梳理，制定了“一中心四布局”教學(xué)實(shí)踐探究的具體策略，把學(xué)生的個體差異和專業(yè)建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一起來，從提高教學(xué)質(zhì)量、增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力、增強(qiáng)教師隊(duì)伍的綜合能力、補(bǔ)齊和更新了教學(xué)設(shè)備以及建立了創(chuàng)業(yè)的良性內(nèi)外循環(huán)等方面進(jìn)行了具體的專業(yè)建設(shè)的策略布局，在培養(yǎng)本專業(yè)學(xué)生具備扎實(shí)的理論、很強(qiáng)的實(shí)踐能力以及創(chuàng)新的綜合能力等方面起到了初步的成效。

對機(jī)器人工程專業(yè)的教學(xué)實(shí)踐的探究任重而道遠(yuǎn)，不能因?yàn)槭切聦I(yè)而找借口，更不能因?yàn)槭琴Y源緊缺而找理由，對專業(yè)建設(shè)的改革和創(chuàng)新需要不斷探索、實(shí)踐和優(yōu)化，這樣才能培養(yǎng)出更加適合企業(yè)和社會需求的機(jī)器人相關(guān)的專業(yè)人才。