“新基建” 背景下机器人工程专业培养方案的探索与研究

李永福，黄 涵，朱 浩

（重庆邮电大学自动化学院，智能空地协同控制重庆市高校重点实验室 重庆 400065）

“新基建” 背景下，以5G、人工智能、工业互联网、物联网为代表的新型基础设施建设快速推进，为技术创新、产业发展和经济增长提供了坚实的基础和新的动力[1]。机器人技术在此次 “新基建” 建设中有望实现新的技术突破。为弥补我国在工业、服务等领域的机器人供应方面的巨大缺口提供技术支撑，早在2013年工信部《关于推进工业机器人产业发展的指导意见》就指出要在2020年形成较为完善的工业机器人产业体系[2]，为机器人工程专业的开设提供了契机。为了助力各个行业的无人化和智能化发展，要大力培养具有新时代创新精神的科技创新人才，机器人工程专业有了新的建设思路和发展方向。

1 机器人工程专业建设现状

根据教育部公布的《普通高等学校本科专业备案或审批结果的通知》的数据可知，自2015年东南大学首次开设机器人工程专业以来[3]，至2019年全国共248所高校陆续开设机器人工程本科专业。在机器人工程专业建设上取得了巨大成效，为机器人行业发展提供了充足的人才供给。在专业课程建设上各高校各有侧重，以北京大学、北京航空航天大学和东北大学官网的最新版机器人工程专业培养方案为分析材料可以发现：北京大学机器人工程重点培养具备自动化工程、机械工程、人工智能等学科的理论基础和应用设计技能的机器人领域领军人才；北航以控制+结构/感知的方式突出机器人在机械结构设计和环境感知方面的特点，重点培养以控制为核心的机器人领域专业人才；东北大学在自动化类专业基础上深化机器人科学与工程学科特色，以机器人控制为核心，培养复合型研发应用人才。

对以上培养方案的分析表明，目前机器人工程专业培养主要仍以传统的机器人结构和自动控制为主要授课内容，较少结合网络通信和人工智能等技术。

2 机器人技术发展趋势

机器人主要可以分为工业机器人、服务机器人和特种机器人，其中目前我国工业机器人市场份额占比约占66%，服务机器人约占25%，其他机器人约占比9%[4]。随着机器人的智能化(如扫地机器人具备路径规划能力)，基于人工智能技术的服务机器人得到了市场的认可，其市场份额占比仍在逐年提升，具有较大发展潜力和空间。机器人借助网络通信实现了群体间的协同作业，如智能网联车的队列控制[5]和多智能体的协同控制[6]等，通过多个机器人间的信息交互共同完成预定任务，从而提升系统效率和性能。

现有的人才培养方案虽然仍能暂时满足社会和企业技术应用的要求，但在 “新基建” 背景下，网络化和智能化已成为国家战略发展方向的情形下，原有的人才培养方案已然不能满足未来的人才需求，因而应当紧紧跟随国家和社会发展的步伐，培育新时代机器人领域的专业技术人才。

3 机器人工程专业培养方案探索

从第一部分中可以发现，除北京大学2020版培养方案对机器人工程专业在网络通信和人工智能技术课程培养上有较充分的体现外，其余两所学校的培养都停留在传统的方式上。在此，以重庆邮电大学机器人工程专业2016版培养方案为例，进行培养方案的分析、修订与探索。

3.1 补缺失、去冗余，课程体系的双向建设与完善

机器人工程专业现行培养方案偏向机械结构和控制理论的知识结构培养，在智能化飞速发展的今天面临诸多结构化问题。对于课程体系的建设和完善，主要从两方面展开：一是课程补缺失，基于国家和社会对机器人领域人才知识和技能需求，补充现有培养方案缺失的相关理论课程，调整原有知识结构培养到面向智能化和功能多元化的机器人基础知识和专业技能培养方向上来；二是课程去冗余，随着社会的发展与机器人基础知识的普及，学生相关知识的储备更加丰富，因此可以去除必要性不高的冗余课程，减少学习负担，提高教育效率和品质，具体的实施路线如图1所示。

3.2 筑平台、重实践，实践体系的整体建设与完善

科研实验平台的缺乏是导致当下机器人工程专业实践体系薄弱的重要原因[7]，专业注重培养工程专业人才，因此除了完备的理论基础知识体系外，工程实践能力同样非常重要，这关系到社会对学生的认可度，以及学生就业的竞争力。

对于实践体系的建设和完善主要从基础设施和教学观念两方面进行探索与改革：一是构筑强大的实验与实践平台，针对理论课程体系，对比各高校现行机器人工程专业实验平台，结合我校自身教学特点和培养理念，建设适合我校的机器人实验与实践平台；二是重视实践教育，在课程体系中可以适当提高实践课程学分，开设与理论教育相互支撑的实践课程，培养综合性的创新人才，通过实践平台的搭建教学与科研的桥梁，实现科教融合，如图2所示。

3.3 前沿技术促进创新意识培养

随着我国经济发展进入新常态，经济驱动由传统的投资驱动转变为创新驱动。因此，对现行的机器人工程专业培养方案进行改革和探索，以创新作为培养理念服务于智能化的产业领域，符合人才培养的根本目的。主要体现在增设机器人前沿技术课程，通过面向国家重大需求，进行针对性教学，培养学生服务国家、不断创新的奋斗精神，具体实施路线如图3所示。

3.4 机器人工程专业培养方案重构

根据上述分析与社会对机器人工程人才的要求，构建了基于三个课程平台的课程体系，如图4所示。

通识课程与学科基础课程培养学生的人文素养，并且为之后的专业学习打下良好的学科基础。在学科专业教育中，结合我校在智能机器人等方面的研究，面向各种场景应用层，开设了 “物联网通信技术基础” “工业人工智能” 等课程，补充了原有培养方案中缺失的相关理论课程。同时，基于本校的科研实验平台开展个性化教育，鼓励学生积极参与科研课题与各种学科竞赛，全面培养学生的实践能力。本课程体系以机器人系统的智能化、网络化控制为特色，注重培养学生的学习和实践能力、创新创业意识。

4 结语

“新基建” 背景下，面向国家发展战略和社会企业需求的机器人工程专业人才培养要跟上技术发展的步伐。以网络化和智能化为核心的机器人工程专业培养方案探索已经在重庆邮电大学机器人工程专业开始实施，作为初步探索方案，其实施效果有待评估，但其实践经验定能为后续的深化改革做好铺垫，也能为其他院校提供改革依据和方向。