借鉴德国“双元制”教育模式的应用型本科高校机器人教育初探

张程 张卓

摘  要：德国职业教育“双元制”是当前全世界工业行业最有效、最科学的教育模式之一，其行业就业与学校教育之间关系协调，有效的促进了地区经济的发展。机器人教育是我国应用型本科教育学科体系中的创新设計和重要蓝图。如何制定科学合理的机器人教育方案是保证应用型本科机器人学科人才培养教学质量的重中之重。借鉴德国职业教育“双元制”中基于社会经济、行业发展的人才培养模式，对于我国当前应用型本科机器人教育建设的实施具有极其重要的价值和启示。

关键词：应用型本科;机器人教育;德国现代双元制;协同育人机制

中图分类号：G640 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2019）09-0027-03

Abstract： German vocational education "dual system" is one of the most effective and scientific education models in the world's industrial industry. It coordinates the relationship between employment and school education， and effectively promotes the development of regional economy. Robot education is an innovative design and an important blueprint in the subject system of Applied Undergraduate Education in China. How to formulate a scientific and reasonable robot education program is the most important thing to ensure the quality of training and teaching of Applied Undergraduate robotics talents. Drawing lessons from the "dual system" of German vocational education， which is based on the development of social economy and industry， has important value and Enlightenment for the implementation of the current application-oriented undergraduate robot education construction in China.

Keywords： applied undergraduate colleges and universities; robot education; german modern dual system; cooperative education mechanisml

引言

为了提高提高德国工业的竞争力，德国政府于2013年4月在汉诺威工业博览会上正式提出“工业4.0”战略，以使德国在新一轮工业革命中占领先机。2014年11月，李克强总理访问德国期间，中德双方发表了《中德合作行动纲要：共塑创新》，宣布两国将开展工业4.0合作。近几年，机器人技术已然成为了一门跨专业、高度综合的新兴学科，其综合应用了多门学科的最新成就，是机电一体化的典型产品，也是高等院校特别是理工类专业培养中进行教育教学改革、学生能力培养和创新创业教育实施的良好载体[1，2]。2015年5月8日，国务院正式印发《中国制造2025》。在其中确定的10大战略领域中，机器人位列第2项，其重要性不言而喻。本文针对应用型本科高校如何开展机器人教育的问题，重点关注行业企业对于高校开展机器人教育的作用，并结合实践环境、师资建设和学科竞赛等方面，研究实施机器人教育与教学方案的相关问题。

一、德国“双元制”教育模式

“德国是一个原料缺乏的工业国家，它依赖的是受过良好教育的技术力量。”[3]一语出自于德国联邦政府的《德国概况》。由此可见，德国是以技术发展作为立国的基本，通过进口价格相对低廉的原料，加工出高质量的产品而创造出更高的产值，这便是德国制造业获得竞争力优势的奥秘。德国“双元制”的职业教育模式也是基于这种国情和竞争意识而形成的。“双元制”教育有两个课堂：一个是学校（1/3时间），一个是企业（2/3时间）。分别由联邦培训条例和联邦州教学大纲两个机构进行监管。即在同一个州内，无论哪所学校，所执行的教育标准是唯一且一定的，不会出现相同专业学校中教学大纲、教学计划、教学内容的不同。联邦培训条例和联邦州教学大纲由工会、企业和学术界共同定制[4]。“双元制”教育模式极大的加强了企业协助教育过程和技术型人才培养的积极性，由此优化解决了毕业生在实习和就业方面的困难，同时缓解了由教育和行业偏差所导致的就业“不对口”问题，从一定程度上为“产学结合，工学合作”教育模式的顺利实施提供了保障。

二、我国机器人教育问题分析

目前我国的机器人教育处于起步阶段。2016年，东南大学首次招生机器人工程专业学生，建立培养从基于自动化技术到传统机器人技术，再到新型控制器研究，最终提升到机器人工程研究与应用的一系列教学模式。这是我国机器人教育标志性的开端。在全国范围内的应用型本科高校内，机器人教育普遍存在着一些问题[5-7]。

（一）机器人培养方案缺失或不完善

大多数应用型本科院校的机器人专业教育开设在机电类、自动化类或机械类院系，或者在机电或控制类专业中逐步增设机器人方向课程。应用型本科院校部分来源于之前的二本院校，整体的科研水平和师资力量与老牌“985”等一流高校具有一定的差距，因此在机器人教育开展过程中存在一定局限性。例如，缺乏合理的人才培养方案和成熟的教学方案。这就直接导致了应用型本科院校中机器人教育建设速度相对缓慢且质量相对不足。

（二）机器人实验环境缺乏或不先进

由于应用型本科院校实验设备环境和自身科研水平的局限性，大多不具备自主制作教育配套设备的能力，一般通过招标采购的方式引进机器人设备。市面上现有的教学机器人价格比較昂贵，以瑞典ABB、日本FUNAC等机器人为本体的工作站为例，市场起价普遍为数十万元以上/台，导致院校只能购买最低数量设备，或者通过教师自身的教科研项目资金引入少量机器人简易模型进行研究和示教。由此局限了机器人实验环境的完善化和普及化，对学生的能力培养很难起到预期的作用。

（三）机器人师资力量缺少或不充分

目前部分应用型本科院校已经在努力通过各种渠道学习和开展机器人教育教学活动，但存在教师对于机器人教学经验不足、技术认知水平有限的严峻现状。年老教师对于机器人新技术接收能力相对不够积极，青年教师又存在教学任务繁重而无暇充分研究机器人技术的问题，在机器人教育的开展过程中较难形成相对成熟的整体把握，在一定程度上阻碍了机器人教育的创新研究。

三、基于德国“双元制”模式的机器人教育改革方案

德国职业教育的“双元制”模式是基于社会经济、行业发展而进行的人才培养方案，具有先进性、准确性和高效性。在应用型本科高校开展机器人教育的过程中，可以借鉴德国“双元制”教育模式，重点关注行业企业对于高校开展机器人教育的作用，并在实践环境、师资建设和实践竞赛等方面由社会、行业和高校协同实施机器人教育与教学的相关问题。

（一）校企联合“协同育人”定制机器人培养模式

在德国“双元制”教育体制中，重视将社会广泛参与到教学环节中，且分工相当明确。其强调“为未来的工作而学习”的思想，注重实践技能和动手能力的培养，并以培养学生“学用结合”的能力为宗旨。应用型本科院校的机器人教育要避免学校施教者唱独角戏的现象，积极开展“协同育人”项目，倡导“全员、全过程、全方位育人”的“三全”育人理念，进一步提升应用型本科高校“大德育”的育人格局。推进学校高墙之外的社会力量一同参与机器人教育，尤其是机器人企业要积极加入，与高校共同定制人才培养方案，将机器人专业教育与行业需求相结合，使所制定的机器人培养方案和教学计划具有明确的针对性和实用性。

（二）促进虚拟实验室技术在机器人培养中的作用

在机器人教学过程中，可以在机器人实体教学设备的基础上，在机器人系统教学中引进虚拟样机技术。例如，利用虚拟样机技术进行机器人正运动学、逆运动学、机器人动力学、机器人轨迹规划及机器人运动控制等学习过程，培养学生熟练运用机器人建模与设计软件的专业能力。机器人三维模型可以让学生通过软件直接又清晰地观察其内部构造，了解机器人的连接方式与运行原理。在机器人拆装的项目上，如果拆装真实的机器人，必然会伴随很大的人员安全风险以及机器人设备损坏的风险，但是机器人三维模型可以通过软件随意拆装，既达到了拆装教学效果，又规避了风险，间接地节省了实训成本。

（三）鼓励青年教师走出学校参与机器人行业培训

高校教师肩负着教学、科研和社会服务三项职责，其中科研水平的高低在一定程度上影响着教学和社会服务行为开展效果的优良，脱离科研背景和社会服务支撑的教学是难以具有持续生命力的。由于机器人系统自身的复杂性和综合性，教学指导和实施的难度比较大，对机器人课程教师的能力有较高的要求。因此，需要特别加强机器人课程教师的相关知识与技能培训，鼓励机器人课程教师进行机器人教育、机器人技术、机器人行业及应用等方面的调研、培训、会议等活动，使其具有自己独特的专长。并制定相关政策制度鼓励教师积极开展机器人科技研究活动，努力为将科研成果转化为教学资源奠定基础。

（四）重视机器人实践环节并引领学生进入行业产线

德国“双元制”教育特别强调企业实践，其教学时间达到2/3。而我国目前的高等教育存在着重理论、轻实践、重通识课、轻专业课、重知识计算、轻动手实践的倾向。培养的学生有文凭、无技能，与企业所求人才有一定偏差。解决这个问题的关键就是增加实训课比例，甚至考虑将理论课拿到实训室结合设备实物开展教学，并改革课程考核体系及评价标准。同时，制定政策推进企业积极提供学生机器人行业相关的实习实践的场所和岗位，组织机器人行业产线参观、工作环境体验、工作岗位培训及专业技能考核认证等环节，促进学生充分认识机器人真实的生产、作业、加工及研发环境。

（五）加强各类机器人竞赛对于学生技能的促进作用

德国以行业分析为导向、以实现学生能力为本位而设计的课程模式，充分体现了以行业活动力为核心的设计思想。在机器人教育课程的设置上也要以提高学生行业知识、操作技能为出发点。培养学生进行基于机器人技术的研究是一项很好的实践创新活动，易于激发学习兴趣并提高知识技能，锻炼思考、分析问题和解决问题的能力。以全国各类单片机、嵌入式等控制器编程竞赛为例，对学生的控制器技术做重点指导，并持续在全国大学生创新创业项目、全国“互联网+”大学生创新创业大赛、中国机器人及人工智能大赛等活动中对学生进行新型机器人系统设计及调试的技术指导，以“理论教学+实践教学+创新项目+创新比赛”等多模式综合提升学生对于机器人技术的创新能力。

四、机器人教育的保障性和可持续性

机器人教育的开设和开展是国之大计，需要国家政府部门、国家教育部门、高等院校、机器人行业企业及所有师生的共同努力得以实施和进步，是一项长期坚持和发展的教育方向。应用型本科高校在开展机器人教育的同时，需要特别注意其可持续性发展，并不断跟进新技术脚步以提升自身的机器人教育水平。

（一）在政策上巩固校企合作模式

目前，国家教育部已经组建了教育部产学合作协同育人项目专家组，并建立“教育部产学合作协同育人项目平台”，旨在推进“产学合作、协同育人”。广东省教育厅在2018年4月征集校企合作协同育人项目，并于2018年7月2日举行首届广东省校企合作协同育人项目对接会，旨在搭建校企交流合作平台，引导和支持校企联动，推进产教融合人才培养改革。由此可见，我国及地方政府在政策上都在积极推进校企合作平台，大力支持行业企业进入人才培养过程，将高等教育与行业需求精准对接，实现“精准育人”。

（二）在师资上重视机器人技术培养

随着国家重点老牌985高校及“双一流”高校的机器人学院或机器人工程专业的建设，目前已经有经受过专业机器人教育的硕士研究生和博士研究生毕业进入到社会行业。相信在不久的将来，会有大批的本硕博人才进入企业、高校及科研院所。应用型本科高校应抓住人才和重视人才，引进机器人师资力量，同时对在校内已经从事机器人研究的教师给予大力培养和支持，在师资上推进机器人教育的开展和完善。

（三）在技术上推进自主机器人建设

目前我国无论是机器人教育还是机器人行业方面，对于机器人核心技术的研发能力仍然处于逐步发展阶段，特别是核心件的开发设计及控制算法方面均存在着大量工作亟待解决。在自主机器人和自主机器人教育设备的研制上还需要大量技术人员投入建设，以打破目前高校比较青睐外国机器人作为教具的现状。提高机器人核心技术，提升国家核心竞争力，无论是在教育培养、行业发展亦或是国家强大的角度，都是非常重要的，这也需要高等院校积极培养人才缺口，为行业推送机器人技术人才，實现“人才培养、行业就业、技术发展”的良性循环。

五、结束语

机器人教育是我国应用型本科教育学科体系中的重点设计和重要蓝图，本文通过分析德国职业教育的“双元制”中基于社会经济、行业发展的人才培养模式，针对我国应用型本科高校的具体特点，重点关注行业企业对于高校开展机器人教育的作用，并结合实践环境、师资建设和实践竞赛等方面，研究如何具体实施机器人教育与教学的相关问题。对于应用型本科高校的机器人教育方案提出了一定的探索性建议，具有一定的参考性。

参考文献：

[1]赵志群，陈玉琪.德国职业教育教学信息化发展对我国的启示[J].电化教育研究，2018.

[2]姚志广.应用型本科院校开展机器人教育的探讨[J].山西经济管理干部学院学报，2016，24（2）：118-120.

[3]过文英，胡凯，姚宝.德国概况（第2版）[M].上海外语教育出版社，2009.

[4]方烨.德国双元制职业教育模式对我国高等职业教育改革的启示[J].南京广播电视大学学报，2010（4）：7-9.

[5]李晶，席升阳.德国双轨制教育对我国高等教育的启示[J].企业导报，2011（15）：204-206.

[6]万佑红，蒋国平.机器人教育与大学生创新能力培养的探索[J].电气电子教学学报，2005，27（4）.

[7]康冰，张晓拓.建设适合高校电类专业机器人竞赛平台的实践与思考[J].西部素质教育，2017，3（10）：113-113.