应用型本科机器人工程专业创新人才培养模式探索

马海舒 陈海军 李辉 王新莉

机器人是“制造业皇冠顶端的明珠”，其研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。当前，我国已将机器人和智能制造纳入国家科技创新的优先重点领域，正在大力推动机器人科技研发和产业化进程，以使机器人科技及其产品助力高质量发展、服务百姓生活。然而与日新月异、蓬勃发展的智能制造及工业机器人产业形成鲜明对比的是，这些领域的人才要素积累相对匮乏，因此培养高层次的机器人应用人才尤为重要。然而机器人工程本科专业的人才培养模式还未健全，尤其是在新工科背景下，探索符合应用型本科专业特点的创新与应用型高素质人才培养模式具有重要意义。

一、机器人工程专業人才培养面临的问题

（一）教育体系不完善

首先，机器人工程专业的教育内容和教学模式还有待改进和升级。由于机器人工程领域的技术和理论不断发展，很多高校机器人工程专业的课程设置和教学内容已经落后于行业的需求。这使得学生在毕业后难以立即适应行业的要求，需要一定的时间进行补充和学习。另外，机器人工程专业的课程设置和教学模式也需要不断调整和更新，以适应行业发展的需求。随着机器人领域的发展，新的技术和理论也不断涌现，因此机器人工程专业需要不断进行调整和升级，以保证学生学到的知识和技能与行业的发展保持同步。但是由于机器人工程专业的课程设置和教学模式需要投入大量的人力、物力和财力，一些学校在这方面的投入还有待提高。

此外，由于机器人工程领域的跨学科特性，机器人工程专业的教育体系需要进行跨学科整合和协调，以促进不同学科之间的交流和合作。例如机器人工程专业需要结合机械工程、电子工程、控制工程等多个学科进行综合性的学习和研究。但是由于不同学科之间的教学和研究分工不同，教育体系的整合和协调也面临一定的困难。

总之，机器人工程专业的教育体系需要更加完善和细致，不仅要注重理论教学，还要注重实践和操作，以培养更多的高素质机器人工程专业人才。同时，教育体系也需要进行跨学科整合和协调，促进不同学科之间的交流和合作，以适应行业发展。

（二）缺乏实践经验

缺乏实践经验是机器人工程专业人才培养面临的一个重要问题。机器人工程专业需要具备实践经验，才能更好地应对行业的需求。然而在一些高校机器人工程专业的实践教学还不够充分，无法提供足够的实践经验给学生。一些高校机器人工程专业的实验室设施和设备不够完备，无法满足学生实践的需要。另外，机器人工程专业的技术含量较高，需要一定的数学、物理、计算机等方面的知识作为基础。一些学生也缺乏相关的技术背景和基础，导致他们难以快速适应专业的要求。机器人工程专业的实践教学需要和实际应用场景结合，以便让学生更好地理解机器人工程的实际应用和工作原理。但由于机器人工程应用场景广泛，不同行业和领域对机器人工程的应用要求也不同，因此高校的实践教学内容需要结合不同的应用场景进行设计，而这也是一个难点和挑战。

（三）师资力量短缺

机器人工程是一个综合性强、学科交叉的领域，需要拥有高水平的师资力量，才能够保证教学的质量和水平。但是由于机器人工程专业需要具备较高的综合素质，拥有这种素质的教师相对较少。此外，机器人工程专业需要具备一定的科研能力和实践经验，但是由于国内机器人工程领域的发展相对较晚，一些学校的教师也缺乏相关的科研经验。机器人工程专业需要的师资力量不仅需要拥有广泛的学科背景和知识储备，还需要具备丰富的工作经验和实践经验。由于机器人工程领域的发展速度非常快，需要的知识和技能也在不断更新和扩展，因此机器人工程专业的教师需要不断学习和更新自己的知识储备和技能水平。同时，机器人工程专业还需要一定数量的专业技术人员来辅助师资力量的培养工作，这也是一个需要考虑的问题。师资力量的短缺会对机器人工程专业人才培养带来一系列的问题。例如教学质量难以保证，实践教学难以开展，课程设置和更新难以及时跟进行业发展等。解决这些问题需要加强机器人工程专业教师的培养，同时也需要加强对机器人工程领域的科研支持，为专业教师提供更好的科研平台和机会，促进教学和科研的相互交融。

（四）与行业需求脱节

行业对于机器人工程人才的需求不断变化，教育体系很难及时做出相应的调整。机器人工程专业需要掌握的技术和知识范围很广，包括机械、电子、控制、计算机等多个领域，而不同的行业对于这些领域的需求也存在差异，这就导致了教育体系难以与行业需求完全对接。机器人工程领域的发展非常迅速，学校的教学内容和教学模式需要不断更新，但一些学校缺乏教育改革的动力和能力。一些传统的教学模式和课程设置已经不能满足行业的需求，例如仅重视理论知识而缺乏实践环节、缺乏跨学科的课程设置等。机器人工程专业的教育与行业需求存在一定的脱节，这需要教育体系和学校不断调整和改革，以便更好地适应行业的发展和需求。

二、创新人才培养体系

（一）以系统课程设计促进实践教学

系统课程设计是指将课程设计作为一个系统来考虑，从课程的目标、内容、方法、评价等方面进行设计，以达到培养学生综合素质和创新能力的目的。机器人工程专业的学生需要掌握大量的专业知识和实际应用技能，而这些技能和知识需要通过实践教学来获得和提升。因此，在机器人工程专业中，系统课程设计可以帮助学生更好地学习和掌握相关知识和技能。

具体来说，系统课程设计可以通过设计合理的课程结构和内容来促进机器人工程专业的实践教学。通过设计不同难度和不同场景的课程项目，学生可以逐步掌握机器人的基本知识和技能，并且将所学知识应用到具体的实践项目中去。同时，课程设计也可以提供机器人工程专业实践教学的各种资源，如机器人硬件设备、仿真软件、实验室和实践基地等，以便学生更好地进行实践和探索。

此外，系统课程设计还可以促进机器人工程专业的跨学科融合和综合实践。通过设计涵盖多个学科的课程项目，例如机械、电子、计算机、控制等领域，可以帮助学生更好地理解机器人工程的综合性质和交叉学科特点，从而培养学生跨学科的综合能力和创新能力。

（二）依托虚拟现实技术（VR）

搭建高度仿真的数字实验平台，最大限度地接近真实环境；系统操作如同身临其境，沉浸性强，学生以第一视角和交互模式进行工业机器人教学和实训，更加安全，虚拟实验后可再进行实物实验，保障学生安全，节约实物投入，提高实验效果。通过VR技术，学生可以在虚拟环境下进行实验、模拟、操作等活动，实现“看得见、摸得着、操作得当”的效果，从而提高实践教学成效。同时，VR技术还能够为学生提供更加丰富多样的实践环境和情境，例如不同场景下的机器人应用、机器人控制程序的編写和调试等，让学生更好地理解机器人工程领域的知识和技能。VR技术还可以为学生提供交互式的学习体验，激发学生的兴趣和创造力。学生可以在虚拟环境下自主探索、创新和实验，不受时间和空间的限制，获得更加自由和灵活的学习方式。同时，通过虚拟现实技术的互动性，学生之间可以进行协作和交流，培养团队合作精神和创新能力。总之，依托虚拟现实技术进行机器人工程创新人才培养，可以有效地弥补应用型本科院校实践教学资源不足的缺点，提高学生的实践教学效果和创新能力。

（三）“以赛促教，赛教融合”的教学模式

“以赛促教，赛教融合”是一种注重实践的教学模式，它通过各种机器人比赛、竞赛活动来激发学生的学习兴趣，同时促进学生在实践中掌握技能和知识。这种模式不仅可以提高学生的实践能力和综合素质，也可以促进学生与企业、行业等社会实践资源的联系，为学生未来的就业和发展提供更多机会。

在机器人工程专业中可以开展多种不同类型的机器人竞赛活动，如机器人足球比赛、机器人舞蹈比赛、机器人设计大赛等。这些比赛活动既可以作为课程的一部分来开展，也可以作为课外活动来推行。比赛过程中学生需要独立或团队合作设计、制作机器人，并在比赛中展示其机器人的性能和特点。通过这样的比赛活动，学生可以锻炼实际操作技能、团队合作精神和解决问题的能力。

此外，这种模式还可以促进赛教融合，即竞赛教学与课堂教学的融合。比如在机器人竞赛中，教师可以根据学生的情况进行辅导和指导，引导学生在竞赛中掌握更多技能和知识。同时，教师还可以将竞赛过程中出现的问题和难点作为课堂讨论的主题，帮助学生更好地理解相关的理论知识。这样的教学模式可以让学生在实践中深入学习、掌握理论知识，从而提高他们的综合素质和创新能力。

鼓励教师带领学生参加机器人技术专业竞赛，并将课程实训内容与竞赛内容相结合，将竞赛模式融入教学改革中。现阶段，我校机器人工程专业2019级的学生已有一半以上参加竞赛，下一步将扩大范围，达到专业学生90%以上参加学科竞赛。实现“以赛促教”教学模式，一方面有助于锻炼学生动手操作能力与综合运用知识的能力；另一方面有助于教师开阔眼界，提升教师教学手段与方法。

（四）“校企合作，工学融合”的教学模式

“校企合作，工学融合”的机器人工程专业教学模式是指学校与企业合作，共同开展机器人工程领域的教学、研究和实践活动。这种模式可以提供更为实际的教学环境和机器人工程实践机会，培养出更具有实践能力和市场竞争力的机器人工程专业人才。校企合作可以提供更丰富的实践教学资源。企业可以提供最新的机器人工程技术、设备和资源，为学生提供更为真实和贴近实际的实践机会。学生可以通过与企业紧密合作，了解企业实际需求和技术趋势，从而更好地掌握机器人工程领域的知识和技能。校企合作可以促进学生的职业发展。学生在与企业合作中可以结识业界专业人士，了解行业发展动态和就业趋势，增加就业机会和职业竞争力。同时，学生可以通过与企业合作参与实际项目，了解实际工作流程和职业技能要求，提高职业素养和实践能力。校企合作也可以为学校带来更多的资源和支持。企业可以提供资金、设备、技术和人才支持，为学校的教学和研究活动提供更多的资源和保障。同时，学校也可以与企业合作开展科技合作和技术转移，推动产学研合作和科技成果转化。

为了实现机器人工程专业人才的培养目标，应用型本科院校需要采用创新教学方法，如虚拟现实技术（VR）提供仿真实验环境，并通过课程设计帮助学生将知识应用于实际情况中。同时，两种有效的机器人工程专业教学模式是“以赛促教，赛教融合”和“校企合作，工学融合”。前者通过竞赛激发学生的实践能力和创新能力，后者则将学生的实践能力与企业需求结合，培养学生实际工作能力。综上所述，机器人工程专业人才培养需要采用多种教学方法和教学模式相结合的方式，以培养学生的理论知识和实践能力以及与企业的合作，从而更好地满足社会的需求。

【基金项目：河南工程学院教育教学改革研究项目（2021JYYB022）；河南省新工科研究与实践项目（2020JGLX076）；河南省高等教育教学改革研究与实践项目（2019SJGLX450）；河南工程学院教育教学改革研究项目（重点项目）“新工科背景下，基于产学研创赛五位一体的人才培养生态系统建设的研究”（2021JYZD007）；河南省一流本科专业“机械设计制造及其自动化”建设项目（509934）。】

（马海舒，讲师，研究方向：机器人工程。）