盧斌 楊紫伊

[摘 要]文章針對機器人工程專業(yè)實訓(xùn)平臺的建設(shè)與實踐現(xiàn)狀，提出了一種以多學(xué)科導(dǎo)師指導(dǎo)下的項目制、遞進(jìn)式和個性化培養(yǎng)的實踐教學(xué)模式，依托機器人視覺感知與控制技術(shù)國家工程實驗室，充分整合校內(nèi)外“產(chǎn)學(xué)研”協(xié)作育人資源，建設(shè)機器人工程專業(yè)研訓(xùn)一體化平臺，闡述了平臺的內(nèi)涵以及建設(shè)的策略與方法，總結(jié)了平臺運行的做法和經(jīng)驗，平臺建設(shè)與實踐在人才培養(yǎng)和服務(wù)社會方面取得了成效。

[關(guān)鍵詞]新工科;機器人工程;研訓(xùn)平臺;國家工程實驗室

[中圖分類號]N45;G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]1008-7656（2021）05-0005-06

引言

《中國制造2025》將“高檔數(shù)控機床和機器人”作為大力推動的重點領(lǐng)域之一[1]。國家一系列重大戰(zhàn)略深入實施呼喚新工科建設(shè)，產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和新舊動能轉(zhuǎn)換呼喚新工科建設(shè)，提升國際競爭力和國家硬實力呼喚新工科建設(shè)[2]。機器人工程專業(yè)具有典型的新工科技術(shù)特征，強調(diào)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)，其專業(yè)實踐教學(xué)平臺建設(shè)質(zhì)量是人才培養(yǎng)水平提升的關(guān)鍵。目前，高校的基本做法是依托國家、部省級重點實驗室、工程研究中心、實驗教學(xué)示范中心以及高水平師資來建設(shè)機器人工程專業(yè)實踐教學(xué)平臺。2016年，東南大學(xué)設(shè)立了我國首個“機器人工程”本科專業(yè)，圍繞“復(fù)雜工程系統(tǒng)測量與控制”教育部重點實驗室、國家級實驗教學(xué)示范中心和省級自動化工程實踐教學(xué)示范中心，投入國家萬人計劃教學(xué)名師、長江學(xué)者、國家杰出青年以及國家級教學(xué)團(tuán)隊，側(cè)重機器人系統(tǒng)總成與工程應(yīng)用中的控制與計算理論、實時信息與數(shù)據(jù)處理、計算機硬件與軟件等關(guān)鍵技術(shù)，建設(shè)機器人專業(yè)實踐教學(xué)平臺。哈爾濱工業(yè)大學(xué)依托“機器人技術(shù)與系統(tǒng)”國家重點實驗室、國家機器人創(chuàng)新中心和中德空間機器人技術(shù)聯(lián)合實驗室，投入以“機器人基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)”國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體，以及“機器人機電一體化技術(shù)”和“納米級精密定位及微納操作技術(shù)與裝備”教育部創(chuàng)新團(tuán)隊的師資力量，面向空間機器人、微納機器人、醫(yī)療機器人、服務(wù)機器人和仿生機器人等技術(shù)對象，利用國家科研任務(wù)為本科生提供更多的科研實踐機會，打造機器人專業(yè)實踐教學(xué)平臺。華南理工大學(xué)則充分利用所處珠三角區(qū)域經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)資源優(yōu)勢，以廣東省智能工程國際聯(lián)合研究中心、智能與康復(fù)裝備工程技術(shù)研究中心以及眾多企業(yè)研產(chǎn)基地為依托，憑借許多具有優(yōu)秀學(xué)術(shù)背景的師資，采用“雙導(dǎo)師”創(chuàng)新培養(yǎng)模式（教授作為學(xué)業(yè)導(dǎo)師，負(fù)責(zé)新生學(xué)術(shù)方面的深入指導(dǎo);在讀研究生作為學(xué)習(xí)及生活導(dǎo)師，指導(dǎo)本科生的學(xué)習(xí)和生活等方面），力圖建立起富于國際視野的、人文素質(zhì)教育和創(chuàng)新能力并重的機器人專業(yè)實踐教學(xué)生態(tài)圈。

依托湖南大學(xué)建設(shè)的“機器人視覺感知與控制技術(shù)”國家工程實驗室，緊密圍繞國家經(jīng)濟(jì)社會建設(shè)對機器人技術(shù)的需求，開展機器人感知、智能控制、高性能電機和靈巧作業(yè)機構(gòu)等關(guān)鍵技術(shù)的研究和產(chǎn)業(yè)化，提升我國在相關(guān)領(lǐng)域的自主創(chuàng)新能力和核心競爭力，促進(jìn)我國機器人和智能制造相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。為了更好更快地推動湖南大學(xué)機器人工程專業(yè)建設(shè)與教學(xué)改革，將機器人國家工程實驗室納入機器人工程專業(yè)教育核心陣地，充分發(fā)揮其“產(chǎn)學(xué)研”資源優(yōu)勢，通過有機整合校內(nèi)外育人資源，打造機器人工程專業(yè)研訓(xùn)一體化平臺，讓本科生早進(jìn)實驗室、進(jìn)課題、進(jìn)團(tuán)隊，培養(yǎng)具有社會主義核心價值觀、理論基礎(chǔ)厚、工程素質(zhì)高、動手能力強、人文素養(yǎng)優(yōu)的機器人領(lǐng)域研究型與復(fù)合應(yīng)用型人才。

一、平臺建設(shè)

（一）平臺構(gòu)成

以機器人行業(yè)人才需求為目標(biāo)，以機器人國家工程實驗室為核心，以機器人科研、產(chǎn)品、競賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目為導(dǎo)向，以工農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、服務(wù)娛樂、特種作業(yè)和軍用輔助機器人為實踐載體，面向機器人感知與學(xué)習(xí)、機器人運動控制、機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計、機器人前沿技術(shù)四個方向，打造集研、教、學(xué)、創(chuàng)、企等多方育人資源于一體的機器人工程專業(yè)研訓(xùn)一體化平臺，平臺構(gòu)成見圖1所示。

（二）內(nèi)涵建設(shè)

1.導(dǎo)師群

平臺發(fā)揮機器人國家工程實驗室?guī)熧Y優(yōu)勢，導(dǎo)師群按照“專家引領(lǐng)、校企結(jié)合、學(xué)科交叉、理實兼顧”原則組建，開啟校內(nèi)外跨學(xué)科多行業(yè)導(dǎo)師聯(lián)合指導(dǎo)模式，實現(xiàn)全過程、全方位、多場景和個性化育人。導(dǎo)師群分工情況見表1所示。

2.項目群和學(xué)術(shù)群

項目群是平臺研訓(xùn)課題的重要確定依據(jù)和萃取資源。平臺采用“研訓(xùn)課題從項目中來，所學(xué)再用到項目中去”的循環(huán)遞進(jìn)式教學(xué)模式。平臺擁有機器人科研、產(chǎn)品、競賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、企業(yè)生產(chǎn)和管理等各級各類項目，先將每個項目分成若干理論、技術(shù)、工藝、管理知識和技能要點，按類別分層次梳理歸納成獨立的研訓(xùn)課題內(nèi)容素材，再依據(jù)機器人工程專業(yè)實踐大綱的要求，將素材有機聚合成一個個研訓(xùn)課題，并集合成課題庫。課題庫將隨著各種新項目的加入而不斷優(yōu)化更新，以保持研訓(xùn)課題的前沿性、實用性、啟發(fā)性和創(chuàng)新性。

學(xué)術(shù)群是平臺人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要保障。平臺舉辦了院士論壇、項目首席專家講座、項目實施方案研討、博碩士學(xué)習(xí)和技術(shù)經(jīng)驗分享、個人技術(shù)思路和創(chuàng)新創(chuàng)意交流、機器人核心部件、整機研制說明及功能演示等活動。通過平臺，我們邀請國內(nèi)外知名大學(xué)、企業(yè)和研究機構(gòu)的機器人專家、高級技術(shù)人員來校交流，舉辦機器人新理論新技術(shù)成果展示會、機器人國家重大專項專題講座、行業(yè)研發(fā)工具推介與應(yīng)用研討會等，讓學(xué)生了解更多的機器人前沿科技及發(fā)展趨勢，開闊專業(yè)眼界。

3.實驗室群和基地群

科學(xué)與藝術(shù)是一枚硬幣的兩面，兩者的結(jié)合將啟發(fā)藝術(shù)創(chuàng)作之靈感，并推動科學(xué)研究的創(chuàng)新[3]。大學(xué)教育要實現(xiàn)科學(xué)與藝術(shù)的結(jié)合[4]。以中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化教育推動大學(xué)生社會主義核心價值觀認(rèn)同[5]。平臺在建設(shè)機器人工程技術(shù)科研、教學(xué)實驗室和實訓(xùn)基地的同時，還將校內(nèi)外具有歷史文化特色和革命傳統(tǒng)底蘊的教育基地納入平臺育人體系。平臺還與企業(yè)院所共建校外實踐基地，進(jìn)一步優(yōu)化、豐富育人場景空間，形成了校內(nèi)外育人資源優(yōu)勢互補、多方共贏和可持續(xù)發(fā)展的人才培養(yǎng)新格局。平臺的實驗室、基地建設(shè)情況見表2所示。

4.研訓(xùn)課程群

平臺研訓(xùn)課程群由機器人入門實踐、機器人技術(shù)基礎(chǔ)、機器人技術(shù)進(jìn)階、機器人應(yīng)用設(shè)計基礎(chǔ)、企業(yè)實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計五個部分組成，每一部分都包含一個研訓(xùn)課題系列。課題內(nèi)容的設(shè)計以“項目引導(dǎo)、學(xué)科交叉、研訓(xùn)結(jié)合、夯實基礎(chǔ)”為原則，將機器人科研、產(chǎn)品項目有機有序融入到課題之中，使研訓(xùn)貼近機器人項目研發(fā)實際需求，讓學(xué)生親歷平臺的產(chǎn)、學(xué)、研、創(chuàng)、賽的全過程，完成全方位訓(xùn)練，實現(xiàn)做中學(xué)、學(xué)中做，以研導(dǎo)學(xué)，以研促訓(xùn)，以訓(xùn)助研，循環(huán)推進(jìn)。課程主要內(nèi)容見下頁表3所示。

5.學(xué)業(yè)評價

本科生是高素質(zhì)專門人才培養(yǎng)的重要群體，本科階段是學(xué)生世界觀、人生觀、價值觀形成的關(guān)鍵階段，本科教育是提高高等教育質(zhì)量的重要基礎(chǔ)[12]。平臺對學(xué)生的評價以“德才兼?zhèn)洹睘閷?dǎo)向，以“人文素養(yǎng)與科學(xué)素質(zhì)兼顧，專業(yè)基礎(chǔ)與創(chuàng)新能力并重”為原則，從個人素養(yǎng)、專業(yè)素質(zhì)和創(chuàng)新潛力三個維度展開，見表4所示。

以表4為依據(jù)，結(jié)合研訓(xùn)課題實現(xiàn)的功能、性能、外觀結(jié)構(gòu)、創(chuàng)新創(chuàng)意、性價比、安全與環(huán)境影響，以及作品孵化、競賽成績等方面，對學(xué)生的每一項研訓(xùn)課題的成績以及實踐總成績作出評價。

二、平臺實踐

（一）“導(dǎo)師群+”多學(xué)科交叉的個性化培養(yǎng)

機器人工程專業(yè)交叉融合控制科學(xué)與工程、機械工程、計算機科學(xué)與技術(shù)、工業(yè)設(shè)計等學(xué)科，學(xué)生的專業(yè)個性化發(fā)展空間開闊。大一下學(xué)期和大二為機器人技術(shù)入門和基礎(chǔ)夯實階段，開展機器人基礎(chǔ)普適性技術(shù)實訓(xùn)，實行統(tǒng)一的研訓(xùn)課題和教學(xué)指導(dǎo)。從大三上學(xué)期開始，學(xué)生自主選擇技術(shù)方向，研訓(xùn)進(jìn)入個性化培養(yǎng)階段。平臺將以行業(yè)專家、學(xué)科教授、企業(yè)院所高級技術(shù)人員和在讀博碩士助教，組成跨行業(yè)、學(xué)科、地域和單位、呈梯次和優(yōu)勢互補的聯(lián)合導(dǎo)師團(tuán)隊群。學(xué)生可自選導(dǎo)師團(tuán)隊，各導(dǎo)師團(tuán)隊根據(jù)所帶學(xué)生的前期基礎(chǔ)實踐情況和所選技術(shù)方向，為學(xué)生量身制訂后續(xù)個性化研訓(xùn)方案，并根據(jù)平臺研訓(xùn)課程內(nèi)容安排，結(jié)合本團(tuán)隊在研項目的技術(shù)資源，為學(xué)生設(shè)計個性化研訓(xùn)課題，開展個性化指導(dǎo)和研訓(xùn)過程的精細(xì)化管理。各導(dǎo)師團(tuán)隊將學(xué)生帶入自己的科研團(tuán)隊，將專業(yè)實踐置于機器人科研、產(chǎn)品項目的研發(fā)環(huán)境之中，讓學(xué)生接觸機器人科研項目，增長專業(yè)見識，培養(yǎng)科研興趣，開啟項目研究，培養(yǎng)研究思維，將研究所獲方法、技術(shù)遷移轉(zhuǎn)化到專業(yè)實踐之中。針對研訓(xùn)過程中表現(xiàn)優(yōu)秀的、或在學(xué)科專業(yè)某方面有突出能力和較高潛質(zhì)的學(xué)生，導(dǎo)師團(tuán)隊將為其另立后續(xù)研訓(xùn)計劃，適當(dāng)拔高培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，讓研訓(xùn)課題更多涉及科研、產(chǎn)品項目，更深技術(shù)和創(chuàng)新元素，同時改由不同學(xué)科導(dǎo)師團(tuán)隊聯(lián)合指導(dǎo)，為其專業(yè)個性化的橫向縱深發(fā)展創(chuàng)造條件。

（二）“研賽創(chuàng)+”項目制開放式創(chuàng)新協(xié)同育人

平臺堅持學(xué)科前沿性與工程導(dǎo)向性，把機器人“研創(chuàng)賽”項目與研訓(xùn)課題結(jié)合起來，采用“問題—方案—論證—實踐—驗證—總結(jié)”六步訓(xùn)練法，在“是什么—怎么做—為什么”的問題解決過程中培養(yǎng)學(xué)生自主性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新潛力等綜合素養(yǎng)。大一下學(xué)期開始，平臺以學(xué)分、獎學(xué)金、評優(yōu)和技術(shù)孵化等多種舉措激勵學(xué)生參加機器人、電子設(shè)計、工業(yè)設(shè)計、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等校、省、國家級競賽，讓學(xué)科競賽成為平臺研訓(xùn)新常態(tài)，以競賽培興趣、挖潛力、助創(chuàng)新、促教改。大二上學(xué)期開始，平臺又安排學(xué)生接觸機器人科研、產(chǎn)品和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，僅2020年新加入的項目就有軌道智能巡檢機器人、醫(yī)藥大輸液視覺在線檢測機器人、電廠大型冷凝器清洗機器人、智能焊接機器人等8項，將項目的部分研發(fā)任務(wù)直接作為研訓(xùn)課題，拓展了專業(yè)研訓(xùn)層次空間。例如，2020年2月，機器人國家工程實驗室承擔(dān)了應(yīng)急防控救護(hù)智能機器人項目，聯(lián)合企業(yè)、醫(yī)療等單位跨地域行業(yè)組成研發(fā)和指導(dǎo)團(tuán)隊，平臺組織學(xué)生小組承擔(dān)并完成了部分研發(fā)任務(wù)。平臺還利用創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育中心、科技成果轉(zhuǎn)化中心和知識產(chǎn)權(quán)中心等基地開展技術(shù)創(chuàng)新方法、微小企業(yè)管理和運作、科技項目轉(zhuǎn)化和知識產(chǎn)權(quán)運營等創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)相關(guān)知識技能的培訓(xùn)，與研訓(xùn)課題搭配，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊。

（三）“課程思政+”激發(fā)求知創(chuàng)新報國原動力

文化是民族的血脈，是人民的精神家園。新時代人才培養(yǎng)工作，要圍繞培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人、為誰培養(yǎng)人這一根本問題，堅持立德樹人根本任務(wù)，培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人。平臺充分發(fā)揮地域資源優(yōu)勢，讓思政課程走出課堂，開展時事新聞分析、革命傳統(tǒng)教育、紅色影視作品觀摩、優(yōu)秀傳統(tǒng)文化講座、愛國主義主題演講，擔(dān)任紀(jì)念館志愿講解員，開展假期紅色之旅和社會實踐等多渠道、多形式教育活動，將愛國主義教育和專業(yè)學(xué)習(xí)有機結(jié)合，以強國為動力，以需求定目標(biāo)，以信念促學(xué)習(xí)?？茖W(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力。目標(biāo)識別是智能無人機的一項關(guān)鍵技術(shù)，通過真實案例引導(dǎo)，將智能無人機、目標(biāo)識別等技術(shù)應(yīng)用范例呈現(xiàn)給學(xué)生，激勵學(xué)生篤定目標(biāo)信念，將來為國防科技作出貢獻(xiàn)。

三、結(jié)語

平臺自2018年開始創(chuàng)建以來，在人才培養(yǎng)和服務(wù)社會方面取得了良好成效。在2019中國機器人大賽中，獲冠軍1項、亞軍1項、季軍2項;在2020年RoboMaster2020機甲大師賽全國對抗賽中，獲嵌入式、雷達(dá)機器人、算法3個二等獎，以及戰(zhàn)隊、運營、機械、步兵、工程共5個三等獎;在2020年中國機器人大賽暨RoboCup機器人世界杯中國賽中，獲一等獎2項， 二等獎1項。學(xué)生探索創(chuàng)新項目作品有氣動柔性手部外骨骼康復(fù)機器人、基于小型飛行器的智能遙感測繪系統(tǒng)、蛙式交替掘進(jìn)下水道清理機器人等20余項。學(xué)生作品產(chǎn)業(yè)孵化項目有智能焊接機器人、古機械復(fù)原、無人駕駛汽車ADAS系統(tǒng)等6項。2020年3月，湖南大學(xué)向湖南省人民醫(yī)院捐贈醫(yī)用噴灑消毒機器人和醫(yī)用紫外消毒機器人各1臺，平臺組織學(xué)生團(tuán)隊承擔(dān)了部分研發(fā)任務(wù)。

今后平臺將加大“走出校門”的力度，以市場為導(dǎo)向，不斷優(yōu)化課程體系、結(jié)構(gòu)和內(nèi)涵，不斷豐富平臺線上教學(xué)渠道和學(xué)習(xí)資源，不斷探索 “產(chǎn)學(xué)研”深層次融合共贏持續(xù)發(fā)展的新路徑，推動機器人工程專業(yè)人才培養(yǎng)水平更上一層樓。

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[作者簡介]盧斌，湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院高級工程師，碩士，研究方向：機器人技術(shù)研發(fā)及創(chuàng)新實驗室建設(shè);楊紫伊，湖南大學(xué)科學(xué)技術(shù)研究院助理研究員，碩士，研究方向：科研管理及科技成果轉(zhuǎn)化。

[責(zé)任編輯 肖志明]