机器人专业新型人才培养模式的探索与实践

王海涛，杨 军，梅雪松，霍婧琦，施 虎，孙孝飞

（西安交通大学机械工程学院陕西省智能机器人重点实验室，西安 710049）

0 引言

以大数据、云计算、物联网等新一代信息技术广泛应用为特征的第四次工业革命浪潮席卷而来，给传统的生产力模式和生产生活方式带来了颠覆性的变革［1］，制造业作为国民经济的支柱产业首当其冲。能不能抓住这一历史机遇，加快新一代信息技术与制造业的深度融合，促进我国制造业创新发展，提高制造业数字化、网络化、智能化水平，关乎我国制造业能否抢占产业发展先机，实现由制造大国向制造强国的历史性跨越［2］。而机器人作为智能制造的关键载体，被誉为“制造业皇冠上的明珠”，其研发、制造及应用是衡量一个国家科技创新能力和高端制造水平的重要标志［3］。大力发展机器人产业，对于推动工业转型升级、解决社会老龄化问题、增进人民健康福祉、拓展资源开发领域、保障国家安全等方面具有重要意义［4-6］。

近年来，我国机器人产业步入高速成长期，自2013 年起，我国工业机器人已经稳居全球第一大应用市场［7］；服务机器人在家政服务、医疗康复、养老助残、教育娱乐等领域的产业化应用发展势头良好［8］；特种机器人在军事应用、应急救援、特种作业等领域得到了越来越多的应用，综合性能不断提升［9］。然而，现行高等教育培养的人才却难以满足我国机器人产业的需求，高层次工程科技人才的缺乏严重制约了其快速发展［10］。如何创新人才培养模式，破解机器人产业需求与人才培养供给之间日益深化的矛盾，已经成为当前我国机械工程高等教育的重要任务和使命担当。

本文针对机器人产业人才培养现状，基于“学生为本，以赛促教，以研促学”理念，探索了一种面向机器人专业科研前沿和产业需求的“多维协同、层次递进式”人才培养新模式，推动了产学研的深度融合，大大提升了学生的创新创业能力，为同类高校及同类专业的人才培养模式创新提供了有益的借鉴和启示。

1 机器人人才培养面临问题

（1）学科交叉融合低，实践教学环节散。机器人作为多学科交叉融合的载体，涵盖了机械、电信、材料、生物、医学等诸多学科知识，但当前机器人人才培养方案基本围绕单学科设计，专业间存在学科壁垒；实验和实践课程单项内容多，学科间结合不深入，难以解决学科交叉的机器人创新问题；竞赛、实训等各类实践教学环节相互孤立，课程体系碎片化，造成了学生知识体系单一、知识容量匮乏、视野狭窄，围绕机器人技术的创新能力不高，解决实际问题的能力受限，制约了学生对机器人前沿技术的掌握，跟不上机器人技术更新的步伐［11-12］。

（2）机器人创新创业人气高，实践能力差。当下，大部分大学生虽然对机器人技术兴趣浓厚，但是提出的设想过于宏大，机器人创意需求不切合实际，创新创业失败率高，机器人应用型人才匮乏；学生的洞察力不敏锐，对机器人技术难度缺乏深入的了解，发现、解决问题能力和组织协调、分析决策能力欠佳；机器人创新创业训练平台不系统、不完善，培养的机器人专业人才眼高手低，难以获得原创性成果，不能有效支撑“中国制造”到“中国智造/创造”的创新型国家战略转型［13-14］。

（3）结合产业和社会需求程度弱，人才培养目标层次不清。机器人实践环节培养体系不全，针对创新、创业和应用的不同层次人才的培养目标不明确，创新和应用型人才难寻，无法满足社会和企业用人需求；机器人专业人才培养体系与产业界和社会需求脱离，培养理念和实践教学体系不完备，缺乏辅导、应用和训练平台，科研与教学融合不够；创业项目脱离社会实际需求，缺乏原创成果，不利于机器人技术推广应用，无法呼应国家制造强国战略［15-16］。

2 机器人人才培养体系的构建

针对当前机器人专业人才培养存在的典型问题，本文提出了一种“多维协同、层次递进”的创新型机器人专业人才培养模式，总体架构如图1 所示。

图1 创新型机器人专业人才培养模式总体架构

（1）建立四维度、三层次贯通式培养体系。协调“应用、创新、创业”为代表的三层次人才培养需求的差异性，制定各层次人才贯通式、个性化培养方案，开设涵盖各层次人才培养全过程的理论与实践训练，有效串联各实践教学环节。

构建“明确培养目标、改革课程体系、优化培养过程、完善培养评价”四维度架构，面向科技前沿和产业需求合理确定培养目标，改革现有课程体系，突出“多元化、交叉性、重实践”特色，强化“人本价值导向”培养过程的管控，以生为本、以赛促教、以研促学，同时引入就业/创业胜任力、用人单位满意度、职业道德等评价指标以完善人才培养评价机制，因材施教、层次递进培养应用型人才、创新型人才和创业型人才，将“专业素养、科学精神、家国情怀、国际视野”等价值引导与行为修正融入人才培养全过程。应用型人才侧重于提升其机器人技术的应用水平，团队组织、协作、营销以及管理等专项能力，创新型人才侧重于锻炼其探索机器人未知领域、探究现有技术缺陷和创新性解决问题的能力，创业型人才侧重于培养其对机器人前沿技术的市场洞察力、吸纳、整合与再创新能力。四维度、三层次贯通式教学体系如图2 所示。

图2 四维度、三层次贯通式教学体系架构

（2）突出需求导向，培养机器人应用型人才。培养从需求出发学习知识解决问题的思维方式，激发学生学习的“内在驱动力”，形成需求导向的实践教学方案。

创立区域性大型机器人竞赛，联合丝绸之路沿线国家发起“丝绸之路机器人创意大赛”，以赛促教促学，师生互学互教，形成生动活泼的实践教学场面。

通过上课、讲座、实训、观摩、头脑风暴、传帮带等培养方式，从机器人科研或产业需求出发，寓教于实践，以科研/竞赛项目为驱动，引导学生完成机器人设计、制作与调试，建立解决问题所需的知识图谱，培养出具有“批判性、设计、工程、数字化”思维的新工科应用型人才［17］。具体措施及目标如图3 所示。

图3 需求导向的实践教学方案

（3）强化学科交叉，培养机器人创新型人才。将机器人竞赛纳入实践教学环节，赋予竞赛“全员参赛，以赛促教”的新内涵。针对竞争性赛制要求，机器人队成员涵盖机械、材料、电信、管理、医学等专业，在寻优、迭代中强化学生创新意识，共同解决机器人竞赛难题，促进学科交叉融合。

强化科研育人功能，实践教学引入各学科最新科研成果，实现各级科研基地开放共享，开设面向学生的项目申报制，以高水平科学研究提高学生创新和实践能力。具体措施及目标如图4 所示。

图4 强化学科交叉的改革措施与教学目标

（4）搭建机器人创新实践平台，培养机器人创业型人才。依托省级产业技术创新联盟、省级重点实验室、产业研究院等机器人科研创新实践平台，培养创业型人才。积极整合产业资源，加速生态圈培育，营造创新创业的环境和氛围，吸引顶级风投机构加盟，孵化一批具有行业影响力的创新型公司。以机器人大赛为基础，搭建机器人产业公共资源共享平台，健全实践教学体系，培养创新创业人才，探索一种适合机器人产业创业的人才培养模式。

3 实践与成效

（1）首创丝绸之路机器人创意大赛。依托“丝绸之路大学联盟”，发起并连续举办了三届丝路机器人创意大赛，累计吸引了19 个国家和地区322 支参赛队伍的1 381 名选手参加，涵盖了丝绸之路经济带沿线156 所大学的创新创业团队。参赛选手通过参加竞赛，大大扩展了多学科知识，有效增强了创新实践能力。该项赛事已经成为“丝绸之路大学联盟”系列活动的重要活动之一，获得凤凰网、参考消息、新华网、央广网、中青在线、国际在线、中国新闻网等主流媒体报道，并得到了上海合作组织等国际机构的关注和肯定，形成了良好的品牌效应和国际影响力，有力地推动了“一带一路”沿线国家在科教领域的深度合作。

（2）建立机器人产业公共资源共享平台。以陕西省机器人产业技术创新战略联盟、陕西省智能机器人重点实验室、西安市机器人研究院、西安交通大学智能机器人研究院为载体，多元协同打造了陕西省智能机器人公共科技服务平台，累计吸纳陕西省知名机器人企业45 家，高校8 家，科研院所5 家，形成了陕西省机器人产业集群雏形［16］；以智引资，利用研制的10 余台具有自主知识产权的机器人产品样机，并吸引了HAX、Plug and Play、西交1896 等国内外投资机构，助力陕西省机器人创新创业共享平台建设，为人才培养的可持续发展打下了良好的基础（见图5）。

图5 陕西省机器人公共服务平台

（3）以赛促教，以研促学，提升人才培养质量。近年来，我校学子在机器人竞赛中屡创佳绩，IEEE ICRA 2019 RoboMaster 人工智能挑战赛获得国际一等奖、IEEE ICRA 2017 RoboMaster 移动操控挑战赛中获得国际二等奖。在全国大学生机器人大赛RoboMaster赛事中共获得3 次二等奖、1 次一等奖，全国大学生机器人大赛Robocon赛事中共获3 次一等奖，在C9 高校中名列第二；成立研究生机器人竞赛工作室，组织29支队伍参加了“第一届中国研究生机器人创新设计大赛”，其中7 支队伍入围全国总决赛，共获得一等奖1项、二等奖2 项，三等奖4 项，获奖数位列参赛高校第二。

近5 年，累计为我校电信、医学、能动、机械等多个学院1 434 名学生提供了项目实践机会，为学生进一步深造或创业奠定了坚实的基础；开发了机器人实践MOOC课程，促进了校内外学生的切磋与合作；围绕机器人技术在智能制造领域的应用，累计开展了5 期技术培训，涵盖学生283 人次。

机器人专业是一个多学科高度交叉和深度融合的新型专业，通过以赛促教、以研促学的模式，以学科竞赛、科研项目为抓手，激发了学生的学习动力和兴趣，有效地拓展了学生的知识领域，提高了学生动手能力和创新能力。

（4）创业公司孵化。依托陕西省智能机器人公共科技服务平台、陕西省机器人产业技术创新战略联盟、陕西省智能机器人重点实验室、西安市机器人研究院等创新实践平台，整合产业资源，营造了良好的创新创业环境和氛围，吸引了HAX、Plug and Play、IDG 资本、SIG海纳亚洲、软银亚洲等顶级风投机构加盟，成功孵化了优艾智合、臻泰智能等10 余家具有一定行业影响力的创业公司。其中，优艾智合获得被《硅谷商业期刊》评为全球第一投资机构的Plug and Play、全球最著名硬件加速器之一的HAX的数千万融资，估值约1.5亿元，并成为米其林集团、力盟智能（德国）、中国海关、中国华能、华为5G 等知名企业巡航机器人供应商，获评极客公园CES2018 全球50 家焦点公司，2018、2019 年连续2 年度恰佩克技术创新奖，CIROS 2018 中国国际机器人年度评选金手指创新产品奖。臻泰智能获得了第五届互联网+创新创业大赛金奖，获得数百万天使轮融资。创业公司的成功孵化，一方面促进了科技创新和成果转化，实现产学研用的深度融合；另一方面打通了应用人才、创新人才和创业人才的发展通道，有效地推动了新时代背景下大学生创新创业教育（见图6）。

图6 机器人产业创业公司孵化模式

4 结语

本文基于“以生为本，以赛促教，以研促学”的理念探索并实践了一种贯通应用、创新、创业的机器人产业人才培养方案，突出需求导向，强化学科交叉，搭建机器人创新实践平台，形成了一套“多维协同、层次递进式”机器人专业人才培养体系，并取得了明显成效，促进了学科与产业的深度融合，提升了学生的创新创业能力，对兄弟院校同类学科深化人才培养模式改革具有一定的借鉴和指导意义。