新工科背景下研究型高校机器人工程专业课程体系建设与探究

魏长赟 廖华丽 王婷婷

摘要：为满足国家战略和新兴产业的发展，各大院校均着手建设机器人工程专业，但应用技术型大学或高职院校居多。为使我国掌握机器人产业发展的主动权，需要研究型高校培养更多科学基础厚、工程能力强、综合素质高的专业后备人才。本文阐述了在新工科背景下机器人工程专业课程体系的架构思路及发展途径。

关键词：新工科；机器人工程；课程体系；工程教育

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）23-0087-02

机器人工程本科专业是海内外高校近五年才开始建设的新专业，各个高校所依托的学科不同。迄今为止，关于该专业的建设有许多不同的看法，其课程体系还处在摸索阶段。本文将以河海大学的机器人工程专业为例，阐述其课程体系建设思路及未来发展途径。

一、机器人工程专业课程体系

（一）理论课程框架

具有机器人鲜明特色的理论课程包括专业基础课、专业主干课和专业提升课。专业基础课主要涵盖机器人工程导论、自动控制原理、机械设计工程、机器人技术基础等课程，主要为后续专业课程学习奠定基础，也让学生对机器人技术有初步的认识。具有以上鲜明特色的专业课程由专业主干课和专业提升课构成，这两类课程划分为以下四大课程群组。

1.机器人本体设计及智能制造课群。主要包括机器人本体设计、智能制造与装备、机器人建模与仿真、现场总线技术等课程，目的是让学生掌握机器人机构学等相关知识，能够充分利用建模及仿真技术，设计机器人本体，同时利用智能制造等相关知识，掌握机器人加工制造等相关技术。

2.机器感知及智能控制课群。主要包括人工智能技术、机器人传感技术、机器视觉技术、机器学习技术课程等，目的是让学生能够掌握最新一代机器人传感器技术，并根据传感数据，利用人工智能技术，实现机器人系统的智能控制、决策、规划、学习等，从而解决复杂工程问题。

3.机器人系统集成及应用课群。主要包括机器人操作系统、机器人驱动与控制、工业机器人应用、水下机器人技术等课程，目的是让学生掌握机器人及其嵌入式系统的集成与应用，熟悉常用机器人操作系统，尤其为工业机器人系统研究及产品研发积累必备知识。

4.人机交互及多机器人协作课群。主要包括人机交互、人机混合系统安全学、生机电一体化技术、多机器人协作等课程，目的是让学生掌握未来人机共融机器人系统设计准则，熟悉考虑人因工程的人机混合系统设计原理，了解生物启发机器人技术和多机器人系统等相关技术。

（二）實践课程框架

实践类课程体系划分为三个层次：认知层、实践层和拓展层，如图所示。实践类课程的认知层主要是让新生在第一学期对机器人行业、市场、技术有初步的了解，从而使他们对机器人发展趋势形成感性的认识，培养学习机器人技术热情。

实践层次课程包括基础实验、综合实验、课程设计和实习实训。其中，基础实验与基础课相对应，以课程实验的形式进行；综合实验课设置在专业核心课程之中，也以课程实验的形式开展教学；课程设计需要学生以项目的形式，从整体方案设计的角度出发，完成一个比较完整的设计方案；实习实训方面，设置与专业方向比较紧密的工程训练，生产实习和毕业设计会密切联系当前的机器人产业形式，尽量让企业参与其中。

拓展层主要针对学有余力的学生，让学生在课余时间参加机器人相关的各种学科竞赛，通过大学生创新创业训练项目，引导学生积极参与教师的各类科研项目，以实际的科研项目来增强学生的创新创业理念，同时提高学生的工程实践能力。

二、机器人工程专业建设和发展思路

机器人工程专业是多学科交叉融合的“新工科”专业，需要逐步形成一个融理论教学、工程实践、创新能力培养为一体的人才培养机制，其未来的建设和发展思路可以概括为以下三点。

（一）以产业需求为方向，深度融合产学教研

机器人工程专业将以服务国家战略性新型产业发展为方向，以培养具有较强工程实践能力的机器人专业人才为目标，主动对接并积极迎合机器人产业对人才多样化、个性化和动态化的需求，逐步完善课程体系并及时优化重组教学内容。以科研为催化剂，深度融合科研与教师的“教”和科研与学生的“学”，教师通过面向机器人产业的持续科研活动将新知识、新技术和新方法带进课堂，学生通过实际科研问题，激发科技创新激情和创新意识。

（二）以工程教育为主线，构建交叉课程体系

积极探索综合性课程、面向工程问题的多视角课程、交叉学科研讨课程，以学科前沿、产业和技术的最新发展推动教学内容更新和升级。实践课程将强化工程理念，以工程项目为载体，坚持工程理念不断线，进行实践教学环节。以项目形式开展毕业设计，从企业调研、方案研讨、方案设计、产品研发到毕业答辩的全过程，着重培养学生工程领导力、沟通与合作等核心能力和素质。

（三）以多元化为切入点，优化创新实践平台

新工科要求围绕学生的个性、兴趣，挖掘学生的潜力。对此，在校内将持续扩大创新实践平台，依托教学科研实验平台，增加创新创业训练项目，打造学科专属竞赛组织平台，支持学生参加全国各类创新创业大赛。在校外，主动拓展与企业合作的广度与深度，为学生校外实践提供保障，提高学生就业与机器人行业发展需求的匹配度，以及创业精神和创业意识。

三、结束语

作为适应新时期国家产业需求和国际发展趋势的新工科专业，在研究型高校设立机器人工程专业，重在培养从事机器人相关技术研究、工程应用、技术管理或教育培训的高素质、国际化、复合型拔尖工程人才，需要侧重强化专业课程学习与工程实践能力。因此，其专业课程体系建设及改革需要从深度融合产学教研入手，层层强化工程实践能力，不断线的加强学生的实践创新能力，从而为创新型国家的建立提供人才支撑和智力支持。

参考文献：

[1]林健.面向未来的中国新工科建设[J].清华大学教育研究，2017，38（02）：26-35.

[2]吴文强，朱大昌，江帆，陈从桂，刘镇章.机器人工程专业创新型人才培养方案探索[J].高教学刊，2017，（15）：43-45.

[3]杜壮.未来五年机器人发展十大焦点解读《机器人产业发展规划（2016-2020年）》[J].中国战略新兴产业，2016，（11）：44-45.

[4]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017，（03）：1-6.