鄭智貞 秦慧斌 梅林玉 嚴紹進 李瑞琴 趙正杰

（中北大學，太原，030051）

0 引言

機器人技術是機械、電子、計算機、控制、材料、人工智能多學科相互交叉與融合的新興技術，不僅是新工科建設最具代表性的前沿交叉學科之一[1]，同時也是《中國制造2025》戰(zhàn)略中的十大重點領域之一[2]。

近年全國機器人產業(yè)快速增長，2016-2017年，在教育部備案機器人本科專業(yè)的高等學校已超80所，但高校、職業(yè)院校的課程設置比較滯后，而且機器人廠商提供的相關培訓又存在品牌針對性過強、推廣性差、培訓網點有限等問題，難以達成系統(tǒng)的教學效果，導致工業(yè)機器產業(yè)人才短板開始凸顯[3-5]。2016年，由工信部等聯(lián)合發(fā)布的《中國機器人產業(yè)發(fā)展規(guī)劃 （2016-2020 年）》明確指出，要組織實施機器人產業(yè)人才培養(yǎng)計劃，加強大專院校機器人相關專業(yè)學科建設，加大機器人職業(yè)培訓教育力度，加快培養(yǎng)機器人行業(yè)急需的高層次技術研發(fā)、管理、操作、維修等各類人才。

大學生創(chuàng)新實踐平臺是將知識、素質、能力和創(chuàng)新融為一體的綜合性教學平臺，是大學生工程教育中最高層次的教學平臺，平臺服務于學生，注重以創(chuàng)新為導向的能力培養(yǎng)[6]。機器人創(chuàng)新實踐教學平臺是各高校進行教學研究和工程訓練理想的實踐平臺，可以培養(yǎng)學生的跨學科綜合能力[7]。 因此，按照新工科建設行動路線，建設綜合的機器人專業(yè)教育和研究平臺，使之成為集教學、科技競賽及活動為一體的開放性平臺，對于培養(yǎng)高素質的機器人創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才具有重要的現(xiàn)實意義。

中北大學機器人創(chuàng)新實踐平臺(以下簡稱機器人平臺)成立于2014年9月，隸屬于中北大學教務處，該平臺主要致力于構建機器人開放型創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系，提高中北大學機器人科技創(chuàng)新水平。本文對機器人平臺的建設與運行機制、創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式、校內外機器人創(chuàng)新實踐共享平臺建設等方面進行深入分析。

1 機器人創(chuàng)新實踐平臺運行機制建設

依照《中北大學深化大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育實施意見》、《中北大學本科生科技創(chuàng)新活動管理辦法》，以機器人創(chuàng)新實踐平臺為中心，聯(lián)合機電工程學院機器人研究所、機械工程學院機構學與機器人學科團隊、工程訓練中心、國家級電工電子開放實驗室、各學院科學技術協(xié)會等，中北大學建立校內機器人創(chuàng)新實踐共享資源平臺，成立機械、電子、計算機科學技術、自動控制、機器視覺、傳感器、材料、先進制造、多學科交叉融合的指導教師團隊。

機器人平臺主要設立技術委員會和管理委員會，其中，技術委員會負責平臺的所有教學內容，直接工作對象為全部的機器人創(chuàng)新團隊；管理委員會負責平臺日常工作，其工作實體為技術性社團——機器人協(xié)會，該協(xié)會同時由分管學院團委和校團委指導，旨在增進協(xié)會與全校各類協(xié)會之間的交流，擴大平臺的影響力。中北大學機器人創(chuàng)新實踐平臺組織架構如圖1所示。

圖1 中北大學機器人創(chuàng)新實踐平臺組織架構

機器人創(chuàng)新團隊的組建和運行是平臺運行的關鍵。機器人平臺逐步形成以資深專家教授為領頭，以教學經驗豐富、工程實踐能力強的中青年教師為實踐活動指導主力，以有參賽經歷的在讀博士、碩士研究生為培訓骨干的技術團隊。技術委員會按照比賽項目分為對應的技術部，按照各技術部的技術背景要求，將對應專業(yè)背景的教師進行優(yōu)勢資源整合，形成合力，共同對本技術部的所有參賽隊伍負責，同時在技術部之間形成良性競爭氛圍；選拔管理能力較強的教師專職負責平臺運行和組織管理，成立管理團隊，負責平臺的日常管理、對外宣傳、會員管理等事務。機器人平臺下設技術協(xié)會，協(xié)會干部由具有比賽經驗的高年級隊員擔任。

2 創(chuàng)新實踐平臺的教學體系構建

2.1 開設機器人公共選修課

機器人技術涉及機械、材料、電子、控制和軟件編程等相關知識，與本校開設的大部分理工科專業(yè)緊密相關，同時結合2015-2017年報名參加機器人大賽的學生信息進行綜合分析，平臺以表1、表2為框架，分兩個階段探索全校開設機器人技術相關選修課課程體系。

2.2 建立學生自主培訓體系

培訓體系包括開展科技創(chuàng)新文化活動月、機器人暑期學校，建立機器人專題創(chuàng)新實踐大講堂，舉辦科技作品展覽、機器人高峰論壇等，鼓勵本校學生參與其中， 2017年參加人數(shù)高達4880人。

2.3 創(chuàng)建開放性機器人實驗室

開放性實驗室作為機器人平臺建設的重要內容，配有機器人小型元器件庫、森漢表演機器人、投籃機器人、循跡機器人套裝、水中機器魚競賽訓練平臺、水中機器人協(xié)作平臺配件包、CHR物流搬運機器人競賽專用場地等，為全校學生提供一個開放性的機器人制作、比賽場所。

2.4 開設創(chuàng)新研究型實驗選修課程

開設“創(chuàng)新研究型實驗”選修課程，讓學習選修課的學生進行機器人制作實訓實驗。教師逐年根據(jù)機器人技術發(fā)展、競賽的不斷變化，將最新的機器人工程對象添加到教學資源庫中，使學生通過表1、表2兩個階段的學習后，初步掌握機器人的設計與制作方法，可獨立參加各類機器人競賽，逐步形成“實踐理論+動手操作+競賽檢驗”完備的創(chuàng)新課程教學體系。

表1 中北大學機器人創(chuàng)新實踐平臺基礎知識培訓一

表2 中北大學機器人創(chuàng)新實踐平臺基礎知識培訓二

2.5 開展常態(tài)化項目管理與培訓

訓練項目根據(jù)復雜程度分為不同級別，由低到高，如：電路板設計與實踐、機器人簡易控制與裝調訓練、機器人系統(tǒng)集成訓練以及機器人設計與創(chuàng)新訓練等。每個層次的訓練以某一個具體項目為載體，采取項目負責制，以各個創(chuàng)新團隊為單位完成。由指導老師團隊組織階段性研討和答辯，決定晉級更高層次訓練學生的名單，逐層選拔出獲得比賽資格的學生隊伍。同時，在訓練中培養(yǎng)學生勇于克服困難、精益求精的學習態(tài)度和嚴謹?shù)目蒲芯瘛?/p>

3 營造機器人教育氛圍

自2016年4月至今，機器人平臺共邀請德國漢堡大學張建偉教授、加拿大約克大學張丹教授、麥奧爾堡大學白紹平教授、中國科學院自動化研究所喻俊志教授、北京交通大學姚燕安教授、中關村融智特種機器人產業(yè)聯(lián)盟陳曉東秘書長、山東大學李貽斌教授等國內外機器人領域知名專家學者來本校進行機器人產業(yè)政策、機器人人才培養(yǎng)、科研選題及專項技術交流。千余名師生從中受益，營造了全校機器人教育的良好氛圍，擴大了學校機器人教育的知名度。

4 賽學教相融合

機器人平臺培養(yǎng)學生參加山西省大學生機器人大賽、華北五?。ㄊ?、自治區(qū)）大學生機器人大賽、中國機器人大賽、國際水中機器人大賽等課外科技作品大賽，取得了優(yōu)異成績，2015-2017年期間，參賽學生共獲國家級獎勵40余項、省級獎勵百余項，學校多次榮獲優(yōu)秀組織獎和特殊貢獻獎。

其次，機器人平臺對競賽后的科技作品深入挖掘，申報各級大學生創(chuàng)新實驗項目，并與本科畢業(yè)設計課題相結合，標志性成果不斷涌現(xiàn)。2015-2017年期間，機器人平臺獲批國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目10項，省級大學生創(chuàng)新項目16項。其中，“全地形偵查探測機器人”入選第九屆全國大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)年會，“基于可控可重構并聯(lián)機構的紙盒包裝機器人”獲2017年第十五屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術科技作品競賽山西省賽區(qū)特等獎、全國三等獎。

此外，機器人平臺重視學生課外科技作品的成果保護與深化研究利用，加強了專利申請講座與專利知識產權培訓。2015-2017年期間，機器人平臺共為師生申報專利40余項，已授權發(fā)明專利12余項、實用新型專利 10項、軟件著作權5項。

5 校內外創(chuàng)新實踐基地建設

2016年，機器人平臺與上海宇航系統(tǒng)工程研究所星天地創(chuàng)客空間合作，共建星球表面探測機器人創(chuàng)新設計聯(lián)合實驗室，并互派人員進行學習交流；機器人平臺聯(lián)合山西中創(chuàng)偉業(yè)企業(yè)管理咨詢有限公司，成立了“中北1941眾創(chuàng)空間”。

另外，機器人平臺還與山西科碩自動化設備有限公司建立課外實踐基地；與浙江天煌科技實業(yè)有限公司、中國科學院寧波分院機器人研究所、上海航天八院等公司建立全方位合作，推薦優(yōu)秀本科生、研究生實習、就業(yè)；中北大學本科生、研究生、指導教師參加北京航空航天大學、清華大學水中機器人創(chuàng)新研究中心、華中科技大學等重點高校同類創(chuàng)新實踐平臺的“暑期學?！?，參加國家級、國際級大學生機器人比賽培訓、國內外機器人學術會議等。

6 結語

本文通過對中北大學機器人創(chuàng)新實踐平臺管理運行機制建設、教學體系構建、校內外共享資源建設介紹，展示了該平臺初步構建了開放型的機器人創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系，建立多個校外大學生機器人創(chuàng)新實踐基地，這不僅拓寬了本校大學生機器人教育資源，也為開放型創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系研究夯實了基礎。同時，通過該平臺活動，優(yōu)秀人才效應顯著，也為本校智能機器人實驗班的成功開設、申報“機器人工程”本科專業(yè)奠定了重要基礎。