面向应用能力培养的递进式机器人课程群的构建与实施

郭依正 刘益新

(1 南京师范大学泰州学院，江苏泰州，225300；2 南京大学金陵学院，南京，210089)

0 引言

在人工智能技术成为国家战略的背景下，我国高校中以机器人工程及工业机器人技术为代表的新工科专业迅速发展。

国内普通本科院校可开设机器人工程专业，根据教育部历年普通高等学校本科专业备案和审批结果的统计，2015 年东南大学率先获批开设，目前合计已有302 所院校获批开设，历年获批情况如图1 所示。这些获批高校既包括“985”、“211”、“双一流”高校，也有普通本科高校以及民办高校。

图1 机器人工程专业历年获批情况统计

高职院校开设工业机器人技术专业，侧重工业机器人的设计应用、安装调试、操作维护等，目前有近500 所高职院校开设了该专业，如果加上开设该专业的中职院校，那就更多。

机器人学是典型的多学科多领域交叉，涉及自动控制、机械、计算机、电学、网络与通信等学科领域。由于新兴产业和新经济对机器人技术的人才需求量大，很多高校的机器人相近专业，如人工智能、智能科学与技术、电子信息工程等也开始融入机器人方向课程，这样有助于增加学生的就业选择。

机器人是“中国制造2025”重点发展的十大领域之一，我国已经成为全球最大的机器人应用市场，然而，现有人才培养还无法满足机器人应用市场的需求，因此，探讨面向应用能力培养的机器人课程群的构建与实施具有重要的现实意义。为此，笔者以南京师范大学电子信息工程专业融入机器人方向课程为例，以学生应用能力培养为导向，提出“三递进，四融合”的课程群构建和实施方式。

1 三递进的课程群

1.1 递进式课程

在机器人专业课程体系中有一些理论性较强的内容，对于研究型大学而言，学生基础好，掌握起来相对容易。而对于应用型高校而言，学生接受起来面临很大困难。此外，机器人涵盖的技术范围又非常广，需要本着“有所为有所不为”的原则，构建面向应用型人才培养的递进式课程。

递进式课程包含基础类课程、核心类课程及拓展类课程，如表1 所列。

表1 递进式课程

基础类课程强调对学生基本实践技能的训练，学生在完成验证性实验项目的基础上，在各门基础课结束前，必须完成有一定难度的综合性项目，为核心类课程学习奠定基础。核心类课程强调专业技能的训练，主要围绕四驱小车、仿人机器人、智能机器人递进式展开，在课程结束前，要求学生完成一定难度的设计性项目。拓展类课程为学有余力学生提供自由发挥的平台，学生在教师指导下自主设计完成创新性课题，可以作为毕业设计，也可以参加相关竞赛等。

1.2 递进式实验项目

遵从教育教学规律，循序渐进的开展教育教学才能事半功倍。故以《机器人技术基础》《仿人机器人控制与竞赛》《智能信息处理》三门核心课程为例，分别使用四驱小车、仿人机器人、智能机器人为实验平台，递进式实验项目安排情况如表2 所示。

表2 递进式实验项目

从实验课程、实验平台到实验项目均遵从从易到难、从简单到复杂的基本规律，学生接受起来容易，能较快地掌握对应知识点，并通过一系列课程形成整体的系统概念。

1.3 递进式实施

虽然不同课程可能由不同教师授课，但课程与课程之间不应该有壁垒，课程与课程之间是独立而不孤立的关系，前序课程为后继课程提供基础，后继课程是前序课程的延伸和拓展，所有课程都是为了达到培养学生能力这个中心任务服务的。

递进式实施体现在诸多方面，既体现在课程衔接上，也体现在课程中验证性、综合性、设计性、创新性实验的安排上，还体现在应用性课程、实训、毕业设计、专业实习等完备的实践体系上。

例如在课程衔接方面，《机器人技术基础》的课程基础是《C 语言程序设计》《数字电子技术》《单片机原理与应用》等，《仿人机器人控制与竞赛》的课程基础是《机器人技术基础》《Python 编程基础》《数字图像处理》《人工智能基础》等，《智能信息处理》的课程基础是《仿人机器人控制与竞赛》《Python 人工智能应用》《嵌入式系统原理与应用》《Linux 操作系统》等。

2 四融合的实施理念

2.1 融合课程思政

当前，课程思政已成为高校教育教学改革的重要方向之一。高校课程思政是实现全员育人、全程育人、全方位育人的有效途径，是中国特色社会主义办学的必然要求。课程思政最终要达到的目标就是向学生传授专业知识的同时，教会学生如何做人，使学生能够树立正确的人生观、价值观。

机器人专业课作为工程技术人才培养的重要环节，同样承载着“思政”教育的历史使命。事实上，机器人专业课程的相关内容蕴含了丰富的课程思政教育内容，可以利用多样化的手段，如画龙点睛式、专题嵌入式、元素化合式、隐形渗透式等形式融合课程思政教育。例如《机器人技术基础》课程中，通过介绍机器人发展历史和发展前沿，倡导爱国精神，激励学生奋发学习；《仿人机器人控制与竞赛》课程中，通过介绍神经网络的曲折发展历程，告诉学生科技进步总是充满曲折，要持之以恒，勇于挑战，继而引导学生积极对待人生；《智能信息处理》课程中，通过介绍小误差导致大错误示例，告诉学生差之毫厘谬以千里，做事要精益求精。

2.2 融合产业需求

产教融合是高等教育共同面临的课题，封闭的环境中培养的人才是无法满足社会需求的，因此，应用型人才培养必须要面向产业需求。

具体举措：在制定人才培养方案时，充分分析产业结构的发展趋势，除了教师走出去调研，还邀请行业专家进来参与制定和论证。在学生培养过程中，学校与企业需求也深度对接，学生到企业参观与实习，同时聘请有经验工程师来校授课。此外，通过不定期组织教师深入企业学习，加强产教融合的师资队伍建设，提高“双师型”教师比例。

人才培养是一个持续改进的工作，通过一系列举措，建立需求为导向的人才培养机制，将学科建在产业上、把人才培养放到车间里，不断为社会培养更多适应产业需求的应用型人才。

2.3 融合学科竞赛

学科竞赛是强化与提升学生综合素质的独特方式，是课堂教学的补充和拓展，也是对学生分析解决问题、实践应用能力的检验。

具体举措：机器人相关的竞赛非常多，诸如各省大学生机器人大赛、中国教育机器人大赛、全国大学生机器人大赛、世界机器人大赛、WRO 机器人奥林匹克等。本着“以赛促教、以赛促学、以赛促建”的想法，笔者学校每年组织院机器人大赛，同时创造条件，鼓励学生积极参与学校发文认可的校外各项学科竞赛，如江苏省大学生机器人大赛、全国大学生机器人大赛等。将课本知识灵活运用到实际应用中，在竞赛中不断发现问题并解决问题，极大地提高学生学习的积极性和主动性。

实践表明，学科竞赛与学生实践能力、创新能力培养具有很强的相关性。学科竞赛还能提高学生的团队合作能力、科学研究能力等。此外，在竞赛的过程中，只能提高学生沟通合作和表达能力、处理突发事件及时反应的能力，以及进取精神等综合素质的培养。当然，竞赛也丰富了学生文化生活，促进了校园精神文明建设，可谓是“一举多得”。

2.4 融合创新创业教育

当前，就业市场竞争非常激烈，在课程体系中融入创新创业教育，是国家全面实施创新驱动发展战略的重要途径，是高校人才培养机制的完善，是助力学生实现高质量就业的重要举措。

具体举措：将创新创业教育渗透到人才培养过程中，提升学生创新精神和能力，以适应飞速发展的新时代，帮助学生更好适应社会的发展节奏。通过创新创业教育，学生的就业创业观、创新创业素养及技能、个人竞争力都会得到提升，从而帮助学生尽快融入社会，缓解就业难的问题。例如前述的学科竞赛，以及大学生创新创业大赛、大学生创新创业训练计划、就业指导课等都是加强创新创业教育的重要手段。

3 结语

本文对机器人专业发展情况做了梳理，重点对“递进式课程、递进式实验项目、递进式实施”的机器人课程群构建，“融合课程思政、融合产业需求、融合学科竞赛、融合创新创业教育”的实施理念进行详细阐述，虽然这些融合理念是高校普遍采用的方法，但本文结合机器人课程群的实际给出了具体举措。

从笔者所在院校的探索实践情况来看，教改效果显著。学生积极参加全国及省机器人大赛，获奖数和获奖比例均有大幅提升。实践表明，这一系列举措激发了学生学习兴趣，学生动手实践能力有了很大提高，毕业学生受到了用人单位的青睐。

当前，机器人技术得到飞速发展，越来越多地被应用于工农业、国防、医疗、生活服务等领域。虽然本文给出的课程群偏电子领域，但对高校机器人专业及相近专业的学科建设、专业建设等均有一定启示作用。