應(yīng)用型本科高校機(jī)器人工程專業(yè)人才培養(yǎng)探究

郭霆 安少軍 徐莉 齊建家 劉財(cái)勇

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2103-5640-6299

摘? 要：在《中國制造2025》和工業(yè)4.0的大環(huán)境下，“機(jī)器換人”的概念應(yīng)運(yùn)而生，機(jī)器人走進(jìn)千家萬戶，機(jī)器人工程專業(yè)也成了21世紀(jì)20年代的新型熱門專業(yè)。在眾多開設(shè)機(jī)器人工程專業(yè)的高校中，應(yīng)用型本科高校占據(jù)主體地位，那么如何進(jìn)行人才培養(yǎng)成為了困擾大家的首要問題。筆者對所在學(xué)校的機(jī)器人工程專業(yè)學(xué)生進(jìn)行調(diào)研，通過調(diào)研數(shù)據(jù)對人才培養(yǎng)的方向提出幾點(diǎn)建議，首先應(yīng)當(dāng)設(shè)置合理的理論與實(shí)踐課程比例，其次盡早讓學(xué)生了解并清楚地選擇自己的研究學(xué)習(xí)方向，最后盡可能多地對比學(xué)習(xí)不同機(jī)器人的系統(tǒng)控制及系統(tǒng)的二次開發(fā)。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人工程? 人才培養(yǎng)? 應(yīng)用型本科高校? 應(yīng)用領(lǐng)域

中圖分類號：G642;TP242-4? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）06（b）-0148-04

Research on talent Cultivation of Robot Engineering major in application-oriented universities

GUO Ting1，2? AN Shaojun1? XU Li1*? QI Jianjia1? LIU Caiyong1，3

（1.College of Mechanical and Electrical Engineering， Heilongjiang Institute of Technology， Harbin， Heilongjiang Province， 150050? China;2.National Office for Science&Technology Awards， Beijing， 100045? China;3.School of Intelligent Manufacturing， Panzhihua University， Panzhihua， Sichuan Province， 617000? China）

Abstract： In the context of "Made in China 2025" and Industry 4.0， the concept of "machine replaces person" emerges at the right moment. Robots enter into thousands of households， and robotics engineering has become a new hot major in the 2020s. Among many colleges and universities offering robot engineering， application-oriented undergraduate colleges and universities occupy the dominant position， so how to carry out talent training has become the primary problem that disturbs everyone. In this paper， the author's school robotics engineering students study， through the survey data on the direction of the talent cultivation put forward some suggestions， first of all should set up reasonable curriculum theory and practice of proportion， then asked the students to understand and clearly as soon as possible to choose their own study direction， finally compared to learn as much as possible the different robot control system and the secondary development of the system.

Key Words： Robot engineering; Talent cultivation; Application-oriented university; Application area

當(dāng)今是5G時(shí)代，是物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，是人工智能時(shí)代，是大數(shù)據(jù)時(shí)代，更是機(jī)器人發(fā)展的大好時(shí)代。隨著勞動力成本的不斷提高，以及中國政府實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略的《中國制造2025》[1]行動綱領(lǐng)的提出，“機(jī)器換人”成為當(dāng)今科技企業(yè)的首選。要想實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自主化研發(fā)，就必須掌握相應(yīng)的應(yīng)用技術(shù)，這就要求高校能夠培養(yǎng)出符合社會需求的專業(yè)人才，為了與傳統(tǒng)的本科院校實(shí)現(xiàn)錯位競爭，很多高校將自身定位于培養(yǎng)適應(yīng)社會需求的高層次應(yīng)用技術(shù)型人才[2-6]。然而如何開展高層次應(yīng)用技術(shù)型人才的培養(yǎng)成為目前各大高校的重中之重。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年我國開設(shè)機(jī)器人工程專業(yè)的院校僅1所，截止到2017年，開設(shè)機(jī)器人工程專業(yè)的高校增加至26所，2018年機(jī)器人工程專業(yè)院校新增60所，其中不乏東南大學(xué)、東北大學(xué)和湖南大學(xué)這樣傳統(tǒng)的985院校（世界一流大學(xué)建設(shè)高校）。而2019年3月公布的《教育部關(guān)于公布2018年度普通高等學(xué)校本科專業(yè)備案和審批結(jié)果的通知》中，新增機(jī)器人工程專業(yè)院校101所，這其中包含北京大學(xué)、浙江大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、哈爾濱工程大學(xué)等，說明各大高校已從傳統(tǒng)機(jī)械專業(yè)步入高新科技專業(yè)人才培養(yǎng)[7-9]。

目前開設(shè)機(jī)器人工程專業(yè)的高校187所，其中傳統(tǒng)“985”高校占5.8%，“211”高校占4.8%，普通本科院校成為機(jī)器人工程專業(yè)主力軍，職業(yè)類院校注重職業(yè)技能的掌握和培養(yǎng)，重點(diǎn)高校更多地關(guān)注交叉學(xué)科融合及創(chuàng)新問題。研究型重點(diǎn)高校多以核心技術(shù)研發(fā)、結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)創(chuàng)新為主進(jìn)行深層次、多角度的科研工作;高職高專類院校以機(jī)器人維護(hù)保養(yǎng)、應(yīng)用操作、拆裝以及技術(shù)保障為主;應(yīng)用型本科院校則以軟件編程、二次開發(fā)及仿真為主對機(jī)器人技術(shù)展開研究，向上研究面向應(yīng)用的集成與實(shí)現(xiàn)對接研究型大學(xué)，向下學(xué)習(xí)編程與操作、末端執(zhí)行器的開發(fā)設(shè)計(jì)與高職高專類接軌。應(yīng)用型本科高校的機(jī)器人工程專業(yè)應(yīng)重點(diǎn)體現(xiàn)應(yīng)用編程及二次開發(fā)的特點(diǎn)，起到承上啟下的作用，為后續(xù)的科研做好準(zhǔn)備工作，同時(shí)指導(dǎo)服務(wù)類部門對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進(jìn)行技術(shù)革新優(yōu)化（如圖1所示）。

1? 機(jī)器人工程專業(yè)現(xiàn)狀分析

黑龍江工程學(xué)院2018年申請機(jī)器人工程專業(yè)，2019年4月獲國家批準(zhǔn)備案，2019年9月完成機(jī)器人工程專業(yè)首批招生59人。本校具有超3000m2的實(shí)驗(yàn)室和完善的培養(yǎng)方案，有校外實(shí)習(xí)基地群，與哈工大機(jī)器人集團(tuán)有限公司、上海ABB工程有限公司、江蘇匯博機(jī)器人技術(shù)股份有限公司等企業(yè)建立密切合作關(guān)系。

2? 機(jī)器人工程專業(yè)學(xué)生調(diào)研分析

當(dāng)前，很大一部分學(xué)生對所學(xué)課程的意義以及課程在未來生活中的應(yīng)用沒有足夠的認(rèn)識，學(xué)生有一種錯誤的認(rèn)知——“該課程學(xué)與不學(xué)對以后的生活似乎沒有什么影響”，甚至相當(dāng)一部分學(xué)生對自己所學(xué)專業(yè)的了解都不夠充分。對機(jī)器人工程專業(yè)不了解的學(xué)生占比達(dá)到了33%，約有20人并不清楚自己未來4年所需要面對的專業(yè)課程、培養(yǎng)方向及個人未來的發(fā)展方向。接下來的問題，所有參與調(diào)查問卷的學(xué)生均認(rèn)為社會、企業(yè)或?qū)W校有培養(yǎng)機(jī)器人工程相關(guān)領(lǐng)域人才的需要，這又直接證明目前的學(xué)生對機(jī)器人的發(fā)展是持有肯定態(tài)度的，在他們看來機(jī)器人的發(fā)展是社會發(fā)展的必然趨勢。

從圖2、圖3結(jié)果中可以看出，70%的學(xué)生認(rèn)為機(jī)器人可以應(yīng)用于高新技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域（此為多選），間接證明學(xué)生認(rèn)為在未來機(jī)器人的智能程度可以很高，甚至可以高到進(jìn)行研發(fā)的地步，也就是機(jī)器人通過學(xué)習(xí)會有創(chuàng)新思維，能夠創(chuàng)造出更多的新事物，這恰恰就是人工智能的范疇。事實(shí)上，機(jī)器人目前應(yīng)用比較廣泛的是重復(fù)性工作較強(qiáng)的加工領(lǐng)域，如汽車生產(chǎn)與噴涂裝配車間、手機(jī)裝配生產(chǎn)車間、部分的碼垛搬運(yùn)車間等;隨著科技的發(fā)展，越來越多的領(lǐng)域開始引進(jìn)機(jī)器人，如現(xiàn)在的外賣、快遞等服務(wù)，有一些公司已經(jīng)開始嘗試機(jī)器人配送業(yè)務(wù)，通過無人機(jī)來實(shí)現(xiàn)最后1km配送服務(wù);世界上也有越來越多的國家研發(fā)特種機(jī)器人用于危險(xiǎn)的工作環(huán)境如拆彈或者在含有有害物質(zhì)空間中運(yùn)用機(jī)器人來實(shí)現(xiàn)工作。

學(xué)生普遍認(rèn)為對機(jī)器人的學(xué)習(xí)主要是基于對編程系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，并且我校機(jī)器人工程專業(yè)是基于機(jī)電控制及自動化系成立的，這也符合人們對機(jī)械電子工程的認(rèn)識，學(xué)生也認(rèn)可編程系統(tǒng)及控制系統(tǒng)是機(jī)器人的核心所在，作為一個應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)，黑龍江工程學(xué)院為學(xué)生提供眾多的實(shí)習(xí)基地。同時(shí)也有部分學(xué)生對機(jī)器人擬人化設(shè)計(jì)、機(jī)器人外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)感興趣，這主要原因在于學(xué)生更多地認(rèn)為機(jī)器人應(yīng)該是人，而實(shí)際上機(jī)器人的重點(diǎn)在于機(jī)器。由中國香港的漢森機(jī)器人技術(shù)公司開發(fā)的擬人機(jī)器人索菲亞是目前最成功的擬人機(jī)器人，也是歷史上首位獲得公民身份的機(jī)器人。索菲亞具有類似人類的皮膚，同時(shí)能夠表現(xiàn)出超過60個人類的表情，整體外觀看起來和普通的人類女性幾乎無差。

從圖4來看，98%的學(xué)生都認(rèn)為對于機(jī)器人課程的學(xué)習(xí)無論是否有理論基礎(chǔ)，都應(yīng)該有充足的時(shí)間和場地來進(jìn)行機(jī)器人實(shí)訓(xùn)。第一個選擇更多基于應(yīng)用型本科高校設(shè)計(jì)的，在教學(xué)環(huán)節(jié)中會先講解理論知識，在掌握理論知識的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)際操作，在操作的過程中將理論與實(shí)踐融會貫通，運(yùn)用理論知識來解釋實(shí)踐過程中所遇到的實(shí)際問題，通過實(shí)踐反哺理論學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力;第二個選擇更偏向于高等職業(yè)院校的培養(yǎng)模式，類似應(yīng)用型本科實(shí)訓(xùn)實(shí)踐環(huán)節(jié)，提供專門場地設(shè)備，偏向操作模式的講解，進(jìn)行實(shí)際操作演示和模擬，給予學(xué)生充足的時(shí)間進(jìn)行操作，缺少理論知識作為鋪墊并不適合應(yīng)用型本科高校。高校的培養(yǎng)體制是需要理論實(shí)踐相結(jié)合的，“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”的前提條件是要知道真理的所在，然后才能用實(shí)踐來檢驗(yàn)，這是本科院校需一直秉承的。

承接上一問題，首先了解學(xué)生希望的學(xué)習(xí)環(huán)境和氛圍，尋求有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣方式更為重要（見圖5）。通過書本學(xué)習(xí)理論知識一項(xiàng)最少人選，在當(dāng)今這個數(shù)字化的世界，更多的高科技產(chǎn)品使得大家難以通過最傳統(tǒng)的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)。手機(jī)APP模擬訓(xùn)練的選項(xiàng)結(jié)果也是慘不忍睹，雖然手機(jī)成為人們?nèi)粘Ｉ畹闹匾M成部分，但用手機(jī)學(xué)習(xí)卻不被認(rèn)可。70%的學(xué)生認(rèn)為只有親自動手使機(jī)器人動起來才會讓他們更興奮，人們往往不缺少面對困難的勇氣，同樣不缺少被打倒之后站起來的決心，真正讓他們迷茫的是根本不知道對手是誰和怎樣倒下的，這也為筆者日后的培養(yǎng)方案設(shè)計(jì)以及課程大綱的撰寫提供有效參考。

3? 機(jī)器人工程專業(yè)人才培養(yǎng)分析

從對機(jī)器人工程專業(yè)55名學(xué)生的調(diào)查問卷分析來看，普遍認(rèn)為機(jī)器人工程專業(yè)應(yīng)當(dāng)提供更充足的時(shí)間和場地進(jìn)行機(jī)器人的實(shí)際操作學(xué)習(xí)，應(yīng)對這一觀點(diǎn)，首先在設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)方案時(shí)應(yīng)該盡可能調(diào)整理論學(xué)時(shí)與實(shí)踐學(xué)時(shí)的比例，設(shè)計(jì)合理的實(shí)訓(xùn)實(shí)踐環(huán)節(jié)及周期。相比于理論學(xué)習(xí)，與機(jī)器人的“親密接觸”更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望和激情，愛好和熱情更能使人投入精力學(xué)習(xí)。其次，應(yīng)該將機(jī)器人的認(rèn)知實(shí)踐以及導(dǎo)論課程設(shè)置在大學(xué)學(xué)習(xí)初期，讓學(xué)生盡早了解機(jī)器人工程專業(yè)的相關(guān)課程、實(shí)訓(xùn)實(shí)踐的場地、環(huán)境以及未來的就業(yè)方向和課題研究方向，讓學(xué)生對自己未來有明確的認(rèn)識;安排學(xué)生實(shí)地參觀考察機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室以及工廠車間，更切實(shí)地感受到機(jī)器人所帶來的震撼和機(jī)器人真正的魅力所在，畢竟實(shí)驗(yàn)室的桌面級機(jī)器人與應(yīng)用級的機(jī)器人所帶來的感官刺激是不同的。

4? 結(jié)語

綜上所述，機(jī)器人工程專業(yè)人才培養(yǎng)上首先應(yīng)注重理論實(shí)際相結(jié)合并適當(dāng)調(diào)整相應(yīng)比例;其次要認(rèn)知課程盡早排課，學(xué)生熟悉自己所面臨的行業(yè)方向;最后需組織學(xué)生參觀機(jī)器人不同的應(yīng)用環(huán)境用來進(jìn)行對比學(xué)習(xí)，更能深知機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域和人才需求缺口。

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