基于机器人“3C”平台的应用型人才培养模式研究

刘益新 夏庆锋

（1南京大学金陵学院，南京,210089; 2无锡学院，江苏无锡，214000）

0 引言

2007年，教育部发布《普通高等学校独立学院教育工作合格评估指标体系》，文件提出要求独立学院要以培养应用型人才为目标，重点突出学生的创新精神与实践能力，重点突出学生理论与实践相结合的能力，重点突出学生团队合作能力。要培养这一应用型人才，创新实践平台的建设和创新实践教学体系的构建尤为重要[1-2]。

南京大学金陵学院（以下简称金陵学院）是南京大学筹建并管理的独立学院，在学生培养上坚持与南京大学错位发展，沿着应用技术型大学之路，致力于培养具有创新精神的高素质应用型人才。金陵学院信息科学与工程学院在培养自动化专业学生创新实践能力上的一项重要举措是：该院于2009年建立智能机器人实验室。该实验室在成立之初便在金陵学院全校中组织选拔优秀学生去参加国家级机器人竞赛。于是，金陵学院自动化专业开启以机器人竞赛为突破口，逐步带动相关教学和科研发展的新模式[3-4]。

金陵学院自动化专业突出以“智能机器人”为专业知识的载体，开设关于机器人技术的实验、实习、实训等课程，其课程设置和培养模式特色鲜明。在培养应用型人才的过程中，自动化专业围绕基础理论、创新实践、综合素养的应用型人才培养核心要求，构建了机器人“3C”平台，即课程群（Courses）、竞赛（Competition）和社团（Corporation）， “3C”培养体系结构如图1所示。其中，“3C”培养体系以6门机器人相关课程构成的课程群为基础，以培养学生掌握机器人基础理论为目标，在课程内容与难度上逐步展开、逐步提升、逐步走向学科交叉融合；“3C”培养体系以竞赛作为创新实践的突破口，将竞赛作为理论与实践结合的契合点，以竞赛为导向，突出培养学生创新实践能力，同时按照省级、国家级、国际级竞赛的不同能力要求，分阶段、逐步拓展学生实践内容，依次实现不同层次人才培养的目标；“3C”培养体系以社团为学生综合素养培养的切入点，让学生在社团中组建各类团队，培养学生团队合作的能力。

图1 “3C”培养体系结构

基于“3C”培养体系，金陵学院自动化专业凝练出一套有特色的培养模式和机制，积累了学生创新实践能力培养的组织管理方法与经验，为社会培养了一大批具有创新与实践能力的优秀人才。

1 机器人“3C”平台介绍

1.1 打造多维度教师团队推进“3C”平台建设

金陵学院自动化专业对师资进行优化配置，成功打造出一支多维度、体系化的机器人教师团队。教师团队成员包括专业教师、辅导员和实验员。其中，专业教师负责课程群的建设与实施，通过课程进行理论知识教学，针对不同的机器人比赛项目对学生进行分类培养；辅导员对专业特色进行介绍与宣传，指导学生如何选择机器人课程、完成机器人竞赛报名以及负责机器人社团的运营，并全程对学生进行管理；实验员则可以发挥其专业技能和岗位优势，重点培养学生的动手实践能力。这样的多角色教师团队成员，可以发挥各自的专业特长与岗位优势，实现互补共融。机器人教师团队经过多年的努力，已经顺利完成机器人“3C”平台的建设。

1.2 以新型课程群为基础构建覆盖全校的教学平台

机器人课程群包括《机器人创新设计实训》《智能机器人竞赛技术》《机器人技术》《人工智能与机器人》《无人机及其应用实训》等6门课程。其中，《机器人创新设计实训》和《智能机器人竞赛技术》分别面向自动化专业大学一年级和大学二年级的学生开设，这两门课均由理论授课、基础实验、创新项目和课内比赛等环节组成,并由同一支机器人竞赛指导教师团队进行讲授。《机器人技术》和《人工智能与机器人》两门课为信息科学与工程学院各专业选修课，主要面向大学三年级学生开设，旨在学生科研能力的培养。《无人机及其应用实训》和《魅力机器人》两门课面向全校所有专业开设，这样不仅可以为金陵学院学生普及机器人基础知识，也可以为机器人团队吸引更多的人才，为获取更多资源奠定良好的基础，实现双赢的结果。

1.3 以机器人竞赛为抓手培养具有创新精神的人才

机器人竞赛是金陵学院的一个亮点，智能机器人实验室自成立以来，每年都组织实验室的优秀学生参加江苏省大学生机器人大赛、中国机器人大赛、国际水中机器人大赛等各级别的机器人比赛，并取得了优异的成绩。机器人竞赛团队成员的确定采用选拔制，考核得分在前30%的学生才能够进入机器人团队。学生只有努力学习相关课程知识，才能在考核中取得好成绩，才能为后续的创新打下坚实的理论基础。在机器人竞赛准备过程中，学生需要不断学习新技术、想出新点子，采用新方法，其创新能力在竞赛中得到充分的锻炼与培养。同时竞赛还吸引了来自其他专业的优秀学生的参与，这样不同专业背景的学生汇集到一个团队中，实现各专业学科知识的有效融合，为激发学生创新提供了良好的环境。

1.4 以机器人社团为载体培养学生的协作创新意识

机器人社团为学术性社团，社团内部成立各具特色的课题研究小组、创新点子小组和创新工作室，以作品设计、申请项目、撰写论文、申请专利等为目标。

通过机器人社团这一平台，给学生提供一种模拟企业运行的机制和环境，让学生在学习中体会工作的流程。例如，在项目设计中，可以增强学生的协作创新意识和能力，掌握分工协作与交流沟通的技巧，积累课题研究经验以及撰写报告的方法。

2 机器人“3C”平台融入培养应用型人才的举措

2.1 全方位开放式四级创新实践训练方案

机器人“3C”培养体系实施过程中，课程难度由易到难，逐步提高，以匹配学生的认知规律；以学生兴趣激发为主线，理论与实践相结合，注重项目化教学，采用多种开放式教学考核方法，学生学习兴趣、动力得到充分激发；机器人教学全方位融入到学生的学习中，本科四年全时域覆盖教学。

围绕以上实施要点，自动化专业逐步凝练出机器人教与学的全方位开放式四级创新实践训练方案。具体内容包括，第一级，从入学开始，注重分类引导和兴趣培养，大一上学期开设《新生导学课》，利用该课程向学生介绍机器人的基本概念、生活中的机器人以及机器人与各专业的关系，并通过机器人实物演示来激发学生的兴趣。第二级，初级动手训练，大一下学期由机器人竞赛教师团队开设《机器人创新设计实训》，主要通过讲解金陵学院机器人团队竞赛视频，向学生介绍参加机器人竞赛所需的知识和能力等，然后让学生完成一系列简单的趣味性机器人实验，让学生有更加直观的感受，进一步强化学生对不同竞赛项目理解；第三级，系统动手训练，针对大二的学生，通过机器人社团和《智能机器人竞赛技术》课程对机器人竞赛团队进行基础培训和强化训练，并通过作品设计、内部比赛、答辩等形式进行选拔，从而确定最终的机器人竞赛队伍；通过《机器人技术》和《人工智能与机器人》等课程给大三学生系统介绍相关理论知识，让学生将实践中用到的知识、技术与理论联系起来，从而解决之前遇到的困惑，同时充分利用机器人社团，培养学生申请项目和撰写学术论文的能力。此外，课程中还引入了免修机制进一步激发学生从事科技创新、开发与研制的兴趣。第四级，综合创新设计，通过校内外实习和毕业设计对大四学生进行进一步培养，突出学生的综合创新设计能力。

金陵学院实行大类招生，例如，将自动化专业、电子专业和通信专业等专业都合并为电子专业，学生入学时的专业便是电子专业，直到大一下学期学院才进行专业分流。自动化专业以智能机器人为核心的四级创新实践训练方案深受学生欢迎，在专业分流时吸引了一大批优秀学生，好的生源也为该方案的实施奠定了良好基础。

2.2 机器人课程群的建设

金陵学院在教学过程中采用“3+1”模式，即用3年的时间学完4年的学习课程，第4年的时候让学生进入签约的企业进行实习实训。但是在这一模式下，学生从事创新实践能力训练与繁重的课程学习在时间上严重冲突，教师指导学生参加实践训练与繁重的课程教学任务时间上也严重冲突。为了解决这一问题，自动化专业提出了将学生创新实践能力的培养和新型课程的建设进行有机结合，建立独具特色的机器人课程群，将创新实践能力培养过程中的关键问题、关键技术和对应的训练方法等相关内容进行归纳总结，并融入到课程内容中，学生从事创新实践的过程变成了学习相关课程的过程，教师指导实践训练的过程变成了课程授课过程，创新训练和学生课程学习、教师教学实现了完美融合。

机器人课程群的授课内容、授课方式和考核方法等与常规课程有很大不同，并且鲜有先例可循，这就要求机器人竞赛教师团队大胆创新，更好地完成任务目标。其中，授课内容均为金陵学院教师团队在多年的学科竞赛指导过程中积累并提炼的专业知识、核心技术、案例分析等；授课方式包含集中理论授课、分组动手实践以及项目化实训等；考核形式由实物演示、设计报告和答辩等3个环节组成，分别按照30%、30%、40%的比例构成课程期末总评分[5]。当然，如果学生可以完成以下成果之一可直接对课程免考，并直接获得优秀成绩：

1）围绕机器人技术撰写学术论文，并在省级及以上期刊成功发表；

2）申请到大学生创新训练计划并结题；

3）参加省级及以上学科竞赛并取得前5名成绩；

4）申请到机器人技术方面实用新型专利。

2.3 “3C”互联互通，形成独立学院应用型人才培养机制

通过机器人“3C”平台，可以把课程的学习、竞赛的培训、社团的活动有机结合起来。其中，机器人课程的学习是基础，在课程学习中以机器人竞赛为导向，促使课程学习有内容、有目标、有实践，实现课程与竞赛的相互促进；机器人社团为师生间交流提供了平台，扩大了机器人技术在学生中影响力，促进课程学习成果与竞赛成果向论文、专利等的转化。机器人课程、竞赛、社团的互联互通，形成了金陵学院自动化专业应用型人才培养的特色。

课程群的学习可以将竞赛要求融入其中，在课程中引入竞赛和项目的案例，将相关知识、技术等理论和实际应用结合起来，学生在修读完课程后，就可以参与竞赛，实现课程学习、实践训练、竞赛获奖的“三丰收”，提高学生参与的积极性。同时，灵活掌握课程的考核方式，通过在课程中设置免考机制，引导学生申报项目、组织管理和实施项目，并及时撰写技术文档和学术论文，以达到提升学生综合素质的效果，从而将教学与创新有机融合为一个整体。

竞赛可以推进工程教育回归工程，真正做到学以致用。在竞赛培训过程中，学生带着问题去查找资料，去寻求问题的答案，不断提高学生自主学习的能力。同时，注重各级各类竞赛技术资料的累积，新一届的学生以往届同学留下的资料为基础，认真研读分析，不断进步。

机器人社团给不同院系、年级、专业的同学搭建了一个交流平台，在这一平台上，形成了“老带新”的传统，社团成员配合日益融洽。随着各类社团活动的开展，在金陵学院烘托出学习、实践、创新机器人技术的良好氛围。

3 机器人“3C”平台应用情况

金陵学院自动化专业基于机器人“3C”平台总结出开展应用型人才培养的模式与机制，形成特色鲜明的应用型人才培养体系，成效显著，影响深远。

1）金陵学院自动化专业在机器人技术人才培养方面给国内高校树立了标杆，学院教师多次在各类会议中做教改报告，学院的改革理念和初步成效引起其他同类高校以及相关企业的关注。5年来，南京大学、合肥工业大学、解放军理工大学、南京信息工程大学、南京工程学院等高校以及学生家长前来金陵学院进行调研、参观和经验交流，次数达20余次。

2）2012年5月，金陵学院承办了2012中国水中机器人大赛暨首届国际水中机器人公开赛，作为南京大学110周年校庆的重大活动之一，受到了各大新闻媒体的关注，其中中央电视台新闻频道对整个赛事和金陵学院参赛队伍进行了详细报道。之后举办的比赛，南京电视台、扬子晚报和新浪网等新闻媒体也都报道了金陵学院学生参加机器人竞赛的情况，报道次数达20余次。

3）学院教师的教学、科研水平得到提升。机器人团队教师主持纵向课题和横向课题各1项、校级教改重点项目5项、一般项目3项，发表论文50余篇。

4）参加“3C”平台活动的学生的科研能力普遍提高。部分学生作为项目负责人，围绕机器人技术开发、应用申请了30余项省级双创项目，申请项目的数量最多的高达9项；部分学生作为第一作者发表机器人方面的学术论文数量高达40余篇。

5）学生自主学习能力和创新能力显著提升。自2009年以来，金陵学院机器人团队共参加了机器人领域举办的国际级比赛5次、国家级比赛10次和4次省级比赛，共获得国际级冠军1个、国家级冠军14个、省级冠军2个，以及组委会颁发的一等奖30项。

4 结论

本文介绍了金陵学院自动化专业机器人“3C”平台的内涵与实践情况，并由此提出了适合独立学院培养应用型人才的培养方法和举措。通过机器人“3C”平台，不仅可以激发学生参与机器人技术科技创新、参与机器人技术开发与研制的兴趣和爱好，还可以全面锻炼学生的团队协作能力、实践能力和知识运用能力，为将来走向工作岗位打下坚实的基础。