基于“成果导向”教育理念的机器人工程专业人才实践能力培养模式探索

申慧敏

摘 要 随着工程教育专业认证工作的不断推广，“新工科”专业——机器人工程专业的人才培养模式还在不断探索中。针对机器人工程专业人才在理论知识与实践能力之间存在脱节的问题，本文以“成果导向”教育理念为前提条件，把专业教育成果作为出发点，对机器人工程专业人才实践教学体系进行了探讨，以实践促学习，激发学生学习兴趣，促进教学与产业的接轨。

关键词 成果导向 机器人工程 创新实践

中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2019.02.017

Exploration on the Training Mode of Robot Engineering Professionals' Practical Ability Based on the "Results Oriented" Education Concept

SHEN Huimin

（School of Mechanical Engineering， University of Shanghai for Science and Technology， Shanghai 200093）

Abstract With the developing of engineering education accreditation， the personal training mode of the new engineering—robotic engineering is under exploration. To address the problem that the knowledge of theory and practical ability of the students majored in robotic engineering is disconnected， this paper studies the mode of practical ability training of the students majored in robotic engineering base on outcome based education （OBE）. By taking the outcome of professional education as the starting point， we discuss the theory of practical teaching， and aim to promote the learning effectiveness， interest in study and integration with industry.

Keywords outcome based education； robotic engineering； innovative practice

0 概述

我国于2016年正式加入《华盛顿协议》，通过工程认证的专业毕业生在相应的会员国申请工程师执业资质时，将享有与本国毕业生同等的待遇，这一事件标志着我国的高等教育在對外开放上又向前迈出了一大步，标志着我国工程教育质量得到国际标准的认可。目前，全国高校都在积极推广和开展工程教育认证工作。“成果导向”的教育理念（Outcome Based Education，简称OBE）是工程教育专业认证要求所贯彻的三大理念之一。[1]OBE教育理念以所有学生都能够掌握所学知识为前提条件，把专业教育的成果作为出发点，制定专业教育的课程目标，构建专业教育的课程体系。

目前，第四次工业革命正在国际社会广泛展开，欧美日等制造强国纷纷提出了“德国工业4.0”、“美国工业互联网”等战略发展规划，以加快本国产业升级改造的步伐。我国也出台了“中国制造2025”，为加快先进制造业的发展，促进我国产业迈向全球价值链中高端提供政策保障。不论是在“德国工业4.0”、“美国工业互联网”，还是“中国制造2025”，在新工业产业革命浪潮中，机器人技术都处于核心和不可替代的位置。

产业的发展离不开人才的推动，为培育机器人技术相关专业人才，机器人工程专业应运而生，是顺应时代潮流发展的“新工科”专业。目前，全国已有85所本科院校的机器人工程专业建设申请获批，机器人工程专业人才培养模式的探索之路不断推进。我国在《机器人产业发展规划（2016-2020年）》[2]中把“加强人才队伍建设”作为机器人产业发展的六大保障措施之一，并明确提出要加强大专院校机器人相关专业学科建设。机器人工程专业具有较强的实践性，[3]将OBE教育模式应用到机器人工程课程教学，将更好的激发专业人才的学习兴趣，提高专业人才的实践能力。

1机器人工程专业及人才需求分析

伴随全球产业向智能化生产的升级改造，机器人产业集多种先进的技术于一体，是推进产业转型升级不可替代的重要现代智能制造装备。以先进智能制造为背景，机器人工程集中了精密化、柔性化、智能化、软件应用开发为一体，已然具备了鲜明的学科特征。机器人作为一个复杂的工程系统，[4]需要综合运用多学科交叉知识和技术，包括机械、电子、控制和通信等基础理论知识和技能，涉及合理的机械结构、灵敏的感知认知、准确的动作控制以及和谐的人机交互等。

从国家顶层设计的发展战略实施和推进，到产业瓶颈解决，都迫切需要大量的机器人专业人才。此外，伴随着用工成本的增加，“人才红利”取代“人口红利”成为我国实现工业经济发展加速转型升级的关键，由政府全面推广、企业全力实施的“机器人换人”战略正在加紧部署。从2013年开始，我国已经连续四年成为全球最大的工业机器人需求市场，预计到2022年，我国机器人产业将发展成为上万亿元产值的产业集群，机器人智能装备产业面临前所未有的发展机遇。面对我国机器人产业呈现出的“快速成长”和“国产替代”双重重要特征，以培养机器人领域复合型高素质技术人才为目标的“机器人专业”，是顺应国家建设需求和国际发展趋势而出现的新兴专业。

随着全球机器人市场的持续快速增长，机器人技术领域急需大量的机器人工程专业技术人才。然而，目前我国机器人领域专业人才主要来源于经过企业二次培训的各大院校机电一体化或电气自动化专业毕业生，机器人工程专业人才的短缺已经成为中国智能制造发展升级的瓶颈。教育部发布的《制造业人才发展规划指南》[5]中指出，到2025年高档数控机床和机器人领域所需人才总量将超过900万人，届时将面临约450万人的人才缺口。机器人作为高端智能装备，从位于产业链中上游的机器人本体设计研发和制造到产业链下游的机器人系统集成和应用，都迫切需要掌握先进机器人系统装备机械设计及控制、安装调试、维护与开发应用等方面的高层次专业技术人才。

因此，对接“中国制造2025”、“上海全球科创中心建设”等国家和地方发展的重大战略，“机器人工程”专业的广泛开设，培养具有机械工程、控制科学与工程和计算机科学与技术交叉学科背景，具有扎实基础、知识面宽、实践能力以及创新意识强，能够从事机器人相关领域工程设计、技术开发、系统运行与维护以及产业应用等工作的高素质、国际化、复合型应用技术人才，符合国家和行业发展以及学科建设需求。

2机器人工程专业毕业要求

随着机器人工程专业在全国高校开设，专业人才的培养目标和课程体系的构建应面向毕业要求，体现新工科内涵。机器人工程专业人才的培养要基于多学科交叉特性，涵盖机械工程、控制科学与工程和计算机科学与技术，坚持“工程型、创新性、国际化”的人才培养理念，探索培养德才兼备、国际视野、胸怀国家，具有扎实基础、知识面宽、实践能力以及创新意识强，符合社会和行业发展需求，能够从事机器人相关领域工程设计、技术开发、系统运行与维护以及产业应用等工作的高素质、国际化、复合型应用技术人才。

从机器人工程专业人才培养的目标出发，对标12条工程教育认证毕业要求，机器人工程专业的本科毕业生在走向社会时，应该能够达到如下毕业要求。

（1）基础工程理论知识储备：能够将自然科学、数学、专业知识和工程基础用于解决复杂机器人系统装备的开发设计、生产制造及过程控制等工程问题。

（2）问题的分析和推理能力：通过运用自然科学、数学和机械工程科学的基本原理知识进行识别和表达机器人设计、制造及控制过程中的关键问题，并能辅助文献研究对其进行分析，从而得到有效合理的结论。

（3）开发和设计解决方案制定：针对复杂机器人系统装备领域的复杂工程问题，制定相应的解决方案，并根据用户的具体需求，研发出特定的机器人系统装备，能够在实际的开发过程中体现出创新意识。

（4）科学研究：能够基于基本的科学技术原理，通过运用科学的方法和技术手段对机器人工程领域的工程问题开展科学研究，进行系统的性能分析，设计具体实验流程、能够通过对实验数据进行分析与推理，通过信息的综合得出有效而合理的结论。

（5）先进工具的使用：针对机器人工程领域出现的复杂工程问题，会自主开发、选择与使用合理的现代化的技术、资源、工程工具以及信息技术工具等，对机器人系统的设计、制造及控制过程进行模拟，并获得合理的预测结论，对模拟的局限性能够合理认识。

（6）工程与社会：基于机器人工程领域的基础理论知识，对机器人系统的设计、制造和产品使用过程可能对社会、健康、安全、法律及文化产生的影响，能进行合理的分析，并采取合理的手段对不利影响进行减弱或归避。

（7）环境和可持续发展：能够前瞻性地针对机器人工程领域复杂工程问题的生产制造过程和产品实际使用可能对环境以及社会的可持续发展产生的影响进行评价和解释。

（8）职业操守和规范：具备一定的人文社科素养，具有社会担当和责任感，在机器人产品设计、制造及应用中，恪守工程职业的道德规范，履行应尽的职责。

（9）个人与团队：针对机器人工程学科具有的多学科交叉特性，能够在团队中肩负起多重角色，包括队员、负责人等。

（10）沟通与协调：针对机器人工程领域复杂工程问题，能够进行跨文化背景的沟通和交流，并通过报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令等多种方式，与业界的同行、社会公众开展有效的沟通和交流。

（11）項目管理：能够理解和掌握一定的工程项目管理原理与经济决策方法，实现多学科交叉环境的灵活应用。

（12）终身学习：从适应专业发展和推进自身发展的角度，具有较强的自主学习意识和终身学习意识。

我们将以上毕业要求作为机器人工程专业人才培养的出发点，培养能够从事机器人软硬件、机器人系统、智能制造以及相关领域的科学研究、技术开发、应用及管理工作的优秀机器人工程专业人才，使他们发展成为机器人工程及智能制造系统应用领域的工程技术人员。

3基于OBE理念的实践能力培育方案

根据工程教育专业认证的通用标准明确，工程专业学生培养方案中工程实践和毕业设计所占总学分的比例要高于20%。机器人工程作为一门实践性较强的专业，为了更好地启发学生的学习积极主动性，有效地提高学生掌握专业知识的能力，必须要加强机器人工程专业的实践教学环节。基于“成果导向”的核心教育理念，从机器人工程专业学生的实际毕业要求出发，对应机器人工程专业的具体能力要求，对应能力培养设置课程功能模块。将课程基础理论知识与实践有机结合，构建贯通的机器人专业教学体系，并最终获得较好的教学效果。[6]

典型的机器人系统包括机器人本体设计以及控制软件开发，涉及机械设计、测试与控制、软件开发等学科交叉。从OBE理念出发，机器人工程专业人才的实践能力培养要实现以下两方面：

（1）机器人本体结构设计能力：综合运用机器人技术理论知识，包括机器人运动学、动力学等，配合控制系统，完成机器人执行机构的设计。

（2）机器人系统软件开发能力：掌握基本的开发语言环境，包括C语言程序设计、单片机接口设计、嵌入式（ARM）系统[7]等，并在如Arduino等开源硬件[8]上实现应用。（下转第79页）（上接第44页）

在实践教学中，以项目为导向，激发学生学习兴趣，帮助学生建立机器人系统整体开发概念，并更好的与工程实践接轨。此外，构建多层次实践教学体系，包括入门学习、强化应用、竞赛挑战等，满足学生多层次的学习需求。

4结束语

作为新工科专业，我国高校在机器人工程专业的人才培养模式还在不断探索中。针对机器人工程专业具有的极高实践性，在专业人才培养中，坚持“成果导向”教育理念，以毕业要求为出发点，通过构建多层次教学体系，培养学生的实践能力。帮助学生打下牢固的机器人基础理论知识和专业知识，提供多方支持和渠道，以实践促学习，激发学生的学习兴趣，提高学生的技术应用和实践操作能力。探索培养德才兼备、国际视野、胸怀国家，具有扎实基础、知识面宽、实践能力以及創新意识强，符合社会和行业发展需求，能够从事机器人相关领域工程设计、技术开发、系统运行与维护以及产业应用等工作的高素质、国际化、复合型应用技术人才。

参考文献

[1] 申天恩，斯蒂文；洛克.论成果导向的教育理念[J].高校教育管理，2016.10（5）：47-51.

[2] http：//ghs.ndrc.gov.cn/ghwb/gjjgh/201706/t20170621_851920.html.

[3] 吴文强，朱大昌，江帆，等.机器人工程专业创新型人才培养方案探索[J].高教学刊，2017（15）：43-45.

[4] 董翠敏，刘永强.以机器人教育为平台培养大学生创新意识和能力[J].实验室研究与探索，2011（9）：257-258+334.

[5] http：//www.miit.gov.cn/n1146290/n4388791/c5500114/content.html

[6] 郭东亮，保延翔，刘树郁，等.综合性大学自动化专业机器人实践教学体系探索[J].实验室研究与探索，2017.36（3）：212-216.

[7] 宫小飞，陈富林，冯帅.基于ARM嵌入式机器人控制系统的研究与设计[J].机械与电子，2017（12）：72-76.

[8] 邓欣，王进，于洪，等.开源硬件在“智能机器人”实践课程中的应用[J].计算机教育，2015（18）：105-110.