溫宏愿 孫松麗 瞿志俊 劉超 牛綠原

摘 要 機器人工程專業(yè)是一個典型的新工科專業(yè)，同時也是一個新設立的專業(yè)，各個高校都對其建設開展積極探索和實踐?；趯鴥?nèi)機器人領域本科教育發(fā)展現(xiàn)狀的分析，可以看出以專業(yè)集群為形態(tài)特征的機器人專業(yè)技術人才培養(yǎng)模式將是下一階段的研究重點。從新工科和專業(yè)集群的視角出發(fā)，以南京理工大學泰州科技學院近幾年的實踐為例，對機器人工程專業(yè)建設邏輯線路、人才培養(yǎng)方案的設計進行探討，對課程體系的構建、教學改革實施的方法進行深入剖析，以期為其他高校的專業(yè)建設提供參考和借鑒。

關鍵詞 新工科;專業(yè)集群;機器人工程;專業(yè)建設

中圖分類號 G642 文獻標識碼 A 文章編號 1008-3219（2020）14-0030-05

圍繞著“中國制造2025”戰(zhàn)略規(guī)劃，智能制造被定位于中國制造的主攻方向。作為制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展中最為耀眼的明星，機器人已成為智能制造的關鍵抓手，呈現(xiàn)爆發(fā)式增長態(tài)勢，而作為支撐機器人產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展基礎的專業(yè)人才則嚴重缺乏，教育部、人社部、工信部聯(lián)合印發(fā)的《制造業(yè)人才發(fā)展規(guī)劃指南》預測，到2025年機器人技術領域人才缺口達450萬。相對而言，高職類院校在機器人技術領域的人才培養(yǎng)較早，這是與其人才培養(yǎng)定位在機器人的維護、保養(yǎng)等有關，但是隨著人工智能等技術的興起，這一層次人才培養(yǎng)已難以滿足越來越大的機器人系統(tǒng)集成應用方面人才的缺口。

近幾年來，尤其是2018年和2019年，本科層次新設機器人工程專業(yè)（專業(yè)代碼：080803T）的招生在各個高校中如雨后春筍般出現(xiàn)。但是作為典型的新工科專業(yè)，機器人工程專業(yè)如何更好地開展建設和進行高質(zhì)量人才培養(yǎng)，也成為諸多高校尤其是應用型本科高校亟待解決的問題。

一、國內(nèi)機器人領域本科教育發(fā)展現(xiàn)狀

與國內(nèi)機器人專業(yè)人才逐年增長的需求相比，機器人領域本科專業(yè)人才的培養(yǎng)卻處于相對滯后狀態(tài)，其培養(yǎng)路徑大致可以分為四個階段。

（一）第一階段：萌芽階段，個別先行試點

這一階段主要是由于機器人技術在研究課題中出現(xiàn)或者在部分業(yè)界中的應用問題需要解決，在研究型大學開始了小范圍的人才培養(yǎng)。例如，東北大學自20世紀后期開始進入機器人研究領域，但以智能機器人為主，是中國國內(nèi)較早開展智能機器人領域研究的機構之一，取得了一些研究成果，但這個階段在人才培養(yǎng)上尚未形成明顯效應。哈爾濱工業(yè)大學、北京航空航天大學等重點高校也依托各自的科研課題，對機器人領域人才培養(yǎng)進行先行嘗試，但并未進行大規(guī)模有意識地培養(yǎng)。

（二）第二階段：嵌入專業(yè)，按照方向培養(yǎng)

2000年左右，以研究型或應用研究為主的少量本科院校在自動化、機械電子工程等專業(yè)開設了機器人方向，但培養(yǎng)的大多為從事機器人原理研究、本體開發(fā)及特種機器人開發(fā)等方向的機器人研發(fā)型人才。例如，東南大學、南京工程學院依托教師的科研積累和自動化專業(yè)長期開設機器人控制以及智能信息處理相關選修課程的經(jīng)驗，圍繞機器人控制系統(tǒng)設計開發(fā)和機器人自動化成套設備的設計應用，培養(yǎng)機器人方向人才。

（三）第三階段：設置專業(yè)，明確專業(yè)培養(yǎng)

2016年，東南大學在全國首個申報機器人工程專業(yè)并獲批;2017年、2018年和2019教育部又先后批準同意25所、60所、101所高校開設機器人工程專業(yè)。目前為止，全國普通高校中開設機器人工程專業(yè)的數(shù)量共計187所，其中應用型本科高校的數(shù)量約占九成。由此，各個高校開始了按單一專業(yè)獨立進行機器人人才培養(yǎng)的探索，但是不同層次、類型高校的定位不同，所依托的前期科研、課堂教學、實踐平臺等資源不同，機器人工程專業(yè)人才培養(yǎng)的目標定位和培養(yǎng)方式也存在差異。機器人作為一種典型的多學科交叉融合的系統(tǒng)，涉及機械、電氣、控制、信息等多個學科專業(yè)領域，因而依托單一的專業(yè)僅能培養(yǎng)側重于機器人產(chǎn)業(yè)鏈某一特定行業(yè)所需的機器人技術人才，存在天然的缺陷。

（四）第四階段：構建集群，對接產(chǎn)業(yè)需求

教育部、國家發(fā)改委、財政部在下發(fā)的《關于引導部分地方普通本科高校向應用型轉變的指導意見》提出，要“圍繞產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈調(diào)整專業(yè)設置，形成特色專業(yè)集群”。據(jù)此，筆者認為，以專業(yè)集群為形態(tài)特征構建機器人專業(yè)技術人才培養(yǎng)模式，將是機器人領域本科教育今后要研究的重點。

二、新工科和專業(yè)集群的邏輯統(tǒng)一

（一）歷史邏輯統(tǒng)一：全新技術革命多元化特征倒逼專業(yè)集群的出現(xiàn)

當今第四次工業(yè)革命的新技術、新產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展給全球高等教育和學科專業(yè)帶來了巨大沖擊[1]。這次的技術浪潮不再由單一技術引爆，多項技術融合是趨勢，出現(xiàn)了“互聯(lián)網(wǎng)+”“人工智能+”等技術集群，并彼此推進、迭代演進，全球產(chǎn)業(yè)變革驅(qū)動新工科建設，因此目前高校中以學科導向的單一分離性專業(yè)結構已經(jīng)無法適應技術、產(chǎn)業(yè)變化的速度、多元化和復雜性。專業(yè)集群相較單一專業(yè)能更多地專注于人才培養(yǎng)和產(chǎn)業(yè)鏈的匹配度、更強調(diào)依據(jù)產(chǎn)業(yè)需求進行專業(yè)的動態(tài)建構[2]，將是新工科應對新技術、新產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最普遍解決方案。

（二）理論邏輯統(tǒng)一：新工科專業(yè)交叉共融明確了專業(yè)集群的建設路徑

新工科提出要以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑[3]，除了要求對傳統(tǒng)工科專業(yè)進行更新升級、調(diào)整，讓傳統(tǒng)工科重新煥發(fā)出生機之外，更需要不斷加強對新興工科專業(yè)的研究與探索。然而新的專業(yè)形態(tài)并非憑空就能快速建設好的，它離不開相關專業(yè)的支撐和幫助。從專業(yè)集群的外在形式和內(nèi)涵建設上來看，其與新工科的要求在邏輯上亦是統(tǒng)一的：專業(yè)集群的外在表現(xiàn)形式為面向全產(chǎn)業(yè)鏈多個相關專業(yè)的集合;其內(nèi)在架構一般為以某個專業(yè)為核心、多個專業(yè)對接特定產(chǎn)業(yè)鏈上的不同崗位（群）的有序集合。這樣既充分發(fā)揮了專業(yè)集群內(nèi)各專業(yè)之前的系統(tǒng)辦學效應，在產(chǎn)業(yè)所需的人才培養(yǎng)上各自有所側重，培養(yǎng)差異化和特色化人才，從而形成外在形式和內(nèi)涵建設的有機統(tǒng)一。

（三）實踐邏輯統(tǒng)一：新工科復合型人才的培養(yǎng)需要借助于專業(yè)集群的架構

戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)是伴隨著社會不斷發(fā)展和新經(jīng)濟新業(yè)態(tài)的產(chǎn)生而產(chǎn)生的，并將會隨著時代的變化而將繼續(xù)調(diào)整。在人才的知識廣度與深度方面，新工科急需一批具有跨界整合能力、高素質(zhì)的各類交叉復合型工程科技人才[4]，不僅需要強化跨學科知識涉獵與積累的要求，同時也要強化對知識理解和創(chuàng)新運用的要求，但是這種對跨學科復合型人才的培養(yǎng)顯然是無法通過傳統(tǒng)的單一專業(yè)培養(yǎng)模式來實現(xiàn)，也是新時代下新工科本科教育所需要解決的問題?？v觀全球，無論是德國“工業(yè)4.0”、日本“機器人計劃”、美國“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，還是我國提出的“中國制造2025”，其目的都是搶占世界制造業(yè)的主導權[5]，要在新一輪時代浪潮和第四次工業(yè)革命中跑在前頭，本科高校要立足當下、瞄準未來、主動變革，緊緊圍繞服務制造強國等國家戰(zhàn)略，按照產(chǎn)業(yè)需求導向?qū)π屡d專業(yè)進行布局，按照跨界交叉融合對專業(yè)進行重新整合，依托專業(yè)集群為傳統(tǒng)專業(yè)升級賦能，在機器人、人工智能等重點領域深入開展研究與實踐，為國家培養(yǎng)出適應和引領新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的工程科技人才。

三、專業(yè)集群下的機器人工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案設計

為適應新產(chǎn)業(yè)、新技術、新業(yè)態(tài)對應用型人才培養(yǎng)提出的新要求，作為地方應用型本科高校和新型工科高校，南京理工大學泰州科技學院（以下簡稱“學校”）于2016年初通過整合調(diào)整相關二級學院，強化專業(yè)之間的聯(lián)系和協(xié)同，探索了基于機器人專業(yè)集群的機器人領域應用型人才培養(yǎng)新模式，全方位打造機器人領域卓越工程師培養(yǎng)新途徑。

（一）“畫像-塑像-成像”的專業(yè)（群）建設邏輯線路

以中國工程教育專業(yè)認證、新工科、OBE等理念為指導，以教育部《普通高等學校本科專業(yè)類教學質(zhì)量國家標準》為依據(jù)，以培養(yǎng)應用型人才為目標，提出專業(yè)（群）建設的“畫像-塑像-成像”的人才培養(yǎng)邏輯線路：“畫像”即按照崗位群要求明確專業(yè)人才培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求;“塑像”即根據(jù)能力標準要求，制訂人才培養(yǎng)方案，構建課程體系，實施教學;“成像”即對人才培養(yǎng)結果實行有效反饋和評價，確保畢業(yè)生符合“畫像”要求，詳見圖1。

（二）機器人產(chǎn)業(yè)鏈對人才的需求

業(yè)界通常把機器人分為工業(yè)機器人、服務機器人、特種機器人三大類。相較于處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展初級階段的其他兩種機器人，工業(yè)機器人的體量最大、發(fā)展更為成熟、市場應用程度更高，對傳統(tǒng)制造業(yè)的轉型升級和裝備智能化等的推動起到了極為關鍵的作用[6]，因而分析工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)鏈對人才需求的現(xiàn)實和未來意義更大。由于工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)鏈上游的零部件、元器件廠商和中游機器人本體廠商的產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)成熟，且遵循標準流程生產(chǎn)，僅需要少量高層次的研發(fā)人才;而隨著機器人定制化的應用，下游的系統(tǒng)集成應用廠商以及終端客戶目前人才缺口較大，其中系統(tǒng)集成缺口最大，這也是本科層次的人才培養(yǎng)對位所在。如圖2所示，機器人系統(tǒng)集成、方案設計與應用開發(fā)所需要的專業(yè)知識，也不僅僅是對機械、電氣知識的簡單延伸。

（三）機器人工程專業(yè)與專業(yè)集群中其他專業(yè)的關聯(lián)

機器人產(chǎn)業(yè)鏈是一個典型多學科交叉的應用領域，所涉及范圍廣、技術應用多，因而機器人專業(yè)集群中各專業(yè)的關系確定為“明確核心、協(xié)同辦學、各自側重方向”，即該專業(yè)集群以機器人工程專業(yè)為核心，以自動化、機械電子工程等相關專業(yè)為支撐，以“工業(yè)機器人的集成應用”為主導特色，對接機器人產(chǎn)業(yè)鏈中人才缺口最大的崗位群。圖3是從產(chǎn)業(yè)鏈的視角來看各專業(yè)的方向側重點。

（四）機器人工程專業(yè)的人才培養(yǎng)方案設計

機器人工程專業(yè)緊跟產(chǎn)業(yè)發(fā)展動態(tài)，面向制造企業(yè)轉型升級對機器人系統(tǒng)的需求，重點聚焦工業(yè)機器人系統(tǒng)應用方案設計、系統(tǒng)集成、二次開發(fā)方面，具有自動化、機械工程、智能科學與技術、管理科學與工程等多學科交叉融合的特征。機器人工程專業(yè)以機器人系統(tǒng)集成應用內(nèi)涵需求為導向，兼顧產(chǎn)品全生命周期管理，適度拓展智能服務機器人領域，構建專業(yè)人才培養(yǎng)方案，形成大平臺、多層次、模塊化課程體系;以“學生中心、產(chǎn)出導向、持續(xù)改進”的工程教育理念為引導，與ABB、GE等相關行業(yè)深度融合，以機器人行業(yè)學院為載體，以項目驅(qū)動為牽引，產(chǎn)教深度融合，競賽學研一體，持續(xù)提升人才培養(yǎng)質(zhì)量，為制造企業(yè)實現(xiàn)自動化和智能化提升與改造培養(yǎng)所需的高素質(zhì)復合型新工科技術人才。

四、機器人工程專業(yè)應用型課程體系的構建和教學實施

（一）“大平臺、多層次、模塊化”的應用型課程體系頂層設計和建設

在新工科專業(yè)建設中，有學者認為需要基于工業(yè)價值鏈的人才培養(yǎng)模式來構建新的課程體系[7]。機器人工程專業(yè)建設團隊經(jīng)過實踐研究，提出了在專業(yè)集群層面下，以機器人產(chǎn)業(yè)鏈技術需求平臺作為一條“橫”線，將側重于機器人行業(yè)不同領域方向的機器人工程、自動化等專業(yè)作為多條“縱”線，形成了“一橫多縱、機電融合”的專業(yè)集群課程體系形態(tài);在機器人工程專業(yè)層面，根據(jù)“素質(zhì)教育和專業(yè)培養(yǎng)融合”“科學思想和人文教育并重”的設計思路和整體要求，專業(yè)根據(jù)“畫像”結果，形成以專業(yè)課程為核心，跨學科通識課程為基礎，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程、新技術選修課程為特色的大平臺、多層次、模塊化的應用型課程體系，如圖4所示。

（二）“政校行企”共建機器人行業(yè)學院助推人才培養(yǎng)

機器人平臺是該校重點建設的平臺之一，在學校辦學雙方南京理工大學和泰州市政府以及ABB、GE、北京華晟經(jīng)世公司、泰州市機器人學會等多方主體共同參與下，2016年底已入選首批教育部“互聯(lián)網(wǎng)+中國制造2025”產(chǎn)教融合創(chuàng)新基地建設試點項目。依托機器人平臺，“政校行企”深度產(chǎn)教融合，創(chuàng)建了機器人行業(yè)學院，組織架構如圖5所示，形成了“人才共育、過程共管、成果共享、責任共擔”的多方合作長效機制，貫穿人才培養(yǎng)全過程;在“六共同”的協(xié)同育人主框架下，即通過共同制訂人才培養(yǎng)方案、共同打造“雙師雙能型”師資隊伍、共同開發(fā)教學資源、共同實施課堂教學、共建實訓實踐基地、共同開展項目開發(fā)等方式，各方提供了強大的軟硬件資源支撐，全面助力人才培養(yǎng)。

（三）以“金課”為抓手強化資源建設，推進教學改革

機器人工程專業(yè)建設團隊在籌建專業(yè)之初，便以學校推進網(wǎng)絡課程、微課、翻轉課堂的試點項目為契機，積極建設“高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度”的金課，鼓勵教師建設網(wǎng)絡教學資源，探索“線上+線下”混合式教學、翻轉課堂教學等，與企業(yè)駐校工程師探索“一課雙師”的組織實踐;同時依托機器人平臺打造立體式智慧學習工場，從教學觀念、教學內(nèi)容、教學方式方法、教學組織、評價手段等多方面進行全方位綜合性改革。目前專業(yè)已承擔省部級教改課題、產(chǎn)教融合項目6項;新編教材《智能工廠設備通信技術》已獲批2019年江蘇省高等學校重點教材立項建設;以學習者視角專門編撰的《工業(yè)機器人技術及應用》《工業(yè)機器人編程與仿真》等教材已出版，相關配套的立體化數(shù)字教學資源在實際使用中效果良好。

（四）立德樹人，加強課程思政的融入與引導

新工科人才不僅需要知識能力方面的培養(yǎng)，更要強化品格方面的培養(yǎng)[8]。專業(yè)圍繞“培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人、為誰培養(yǎng)人”這一根本問題，堅持立德樹人、德學兼修，在專業(yè)基礎課程及專業(yè)核心課程教學中，開展課程思政教學設計，通過深入挖掘思政元素，并將其與課程知識點有機融合，按照灌輸與滲透相結合等方式，把知識傳授、能力培養(yǎng)融入到課程教學過程中。

（五）知行耦合、能力導向，依托平臺構建特色鮮明的實踐教學體系

新工科對人才的研究能力、創(chuàng)新能力等方面提出了較高要求，為了達到這一目標要求，學校機器人工程專業(yè)構建了與理論教學體系相適應的實踐教學體系。同時，針對機器人技術模塊與傳統(tǒng)學科區(qū)別度較大，在充分尊重學生認知規(guī)律的前提下，依托機器人平臺，以真實的機器人工程項目貫穿始終，實施以“分級遞進式+全項目驅(qū)動”為特色的實踐教學模式，利用“點-線-面”系統(tǒng)化、“理（理論）-虛（仿真）-實（實操）”一體化的實踐教學模式，實現(xiàn)學生機器人領域工程項目實踐能力的漸進式培養(yǎng)，切實保障和提升了人才培養(yǎng)質(zhì)量。

（六）加強反饋、持續(xù)改進，建立教學質(zhì)量保障環(huán)路

學校機器人工程專業(yè)以“PDCA”（計劃-實施-檢查-改進）思想為指導，建立了教學質(zhì)量保障的螺旋環(huán)路，并形成了一套融“計劃、組織、監(jiān)測、互動、反饋”于一體的專家、師生、家長、行（企）業(yè)全員參與、貫穿教學全過程的教學質(zhì)量評價保障運行體系。通過專家評價，實現(xiàn)教學全程督教、督學、督管;通過行業(yè)、企業(yè)評價，不斷優(yōu)化人才培養(yǎng)方案，更新教學內(nèi)容;通過教師評價，促進教師相互交流、相互學習，健全教師互評機制;通過學生評價，了解學生的學習需求及對本專業(yè)課程設置、教育教學工作的意見和建議，合理利用學生評教結果;通過家長評價，征求學生家長對學校發(fā)展和人才培養(yǎng)等方面的意見和建議。

參 考 文 獻

[1]任羽中，曹宇.“第四次工業(yè)革命”背景下的高等教育變革[J].中國高等教育，2019（5）：13-16.

[2]顧永安.應用本科專業(yè)集群：地方高校轉型發(fā)展的重要突破口[J].中國高等教育，2016（22）：35-38.

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Research on Robotics Engineering Specialty Construction from Perspective of Emerging Engineering Education and Specialty Clusters

Wen Hongyuan， Sun Songli， Qu Zhijun， Liu Chao， Niu Lvyuan

Abstract? The robotics engineering specialty is a typical specialty of emerging engineering education， and is also a newly established specialty. The various higher education institutions carry out active exploration and practice in the establishment of specialty clusters. Through the analysis of development status of undergraduate education in robotics field within China， it is showed that the training mode of robotics specialty talents with specialty clusters as the morphological characteristics will be the research focus in the next stage. This article， from the perspective of emerging engineering education and specialty clusters， taking the practice in recent years of Taizhou Institute of Sci. & Tech. of Nanjing University of Science and Technology （NJUST） as an example， explores the logical route of robotics engineering specialty construction and the design of talent training program， and deeply studies the construction of curriculum system and the implementation of teaching reform， in order to provide reference for other universities to construct the specialties.

Key words? emerging engineering education; specialty clusters; robotics engineering; specialty construction

Author? Wen Hongyuan， professor of Taizhou Institute of Sci. & Tech.， NJUST （Taizhou 225300）; Sun Songli， associate professor of Taizhou Institute of Sci. & Tech.， NJUST; Qu Zhijun， Liu Chao， Niu Lvyuan， Taizhou Institute of Sci. & Tech.， NJUST