新工科背景下高校机器人工程专业多学科融合人才培养模式研究

黄世玲 韦海燕

摘要：新工科是深化高等工程教育改革、提高人才培养质量的必然路径。文章分析新工科背景下高校机器人工程专业教学存在的问题，阐述新工科背景下高校机器人工程专业教学改革的意义，探讨新工科背景下高校机器人工程专业教学改革的理论依据，指出新工科背景下高校机器人工程专业教学改革要以矩阵组织和学科具体任务驱动交叉融合为机器人工程专业的多学科交叉融合人才培养提供组织保障，定制柔性化、学科交融及多方协同育人的新工科人才培养方案，研究并制定机器人工程专业多学科交叉融合的人才培养模式。

关键词：高校；新工科；机器人工程；学科融合；人才培养；应用型人才

中图分类号：C961；G642文献标志码：A文章编号：1008-3561（2024）06-0001-04

基金项目：广西高等教育本科教学改革工程项目立项“新工科背景下机器人工程专业多学科融合应用型人才培养模式的研究”（编号：2022JGA392）

新工科是指在新一轮科技革命和产业变革的背景下，高等工程教育对未来发展的崭新思维和深度思考，是对科技革命和产业革命的积极回应，是深化高等工程教育改革、提高人才培养质量的必然路径[1]。新工科的内涵可以从三个方面来理解：新工科是概念和理念的共融、是学科和专业的共通，新工科建设是学科建设和高等工程教育改革的共进[2]。当前，学科交叉融合正成为推动科技进步的关键引擎。高校机器人工程专业作为一个典型的例子，不仅仅是机械工程或电子工程的产物，更是将机械、电子、计算机等多个学科的要素有机结合，形成更强大、更灵活的创新力量。新工科所强调的不仅是学科之间的融合，而且是理论与实践的结合。为此，本文深入探讨高校机器人工程专业多学科融合人才培养模式，通过运筹学多目标规划法对专业教学体系进行分析，构建多模块化教学单元，以实现学科融合的多目标最优化，更好地培养高素质的应用型人才。

一、新工科背景下高校机器人工程专业教学存在的问题

1.机器人工程专业跨学科交叉融合人才培养管理机制缺失

机器人工程专业具有多学科交叉融合的特征，但其传统模式主要是分专业、分学科进行人才培养，缺乏跨学科交融的新型机构和管理机制，不能为跨院系、跨学科、跨专业培养复合型新工科工程人才提供组织保障。

2.传统工科人才培养方案不适应新工科人才培养要求

传统工科人才培养目标相对狭窄，培养方案刚性度过高，导致毕业生适应范围有限，无法有效满足行业对多样化工程人才的需求。在培养方案的制定和实施过程中，相关部门未能让相关学科专业、行业产业、科研机构以及其他用人单位有效参与，一方面使得培养方案未能充分反映行業对当前和未来人才的需求，另一方面使得培养方案的实施难以达到预期的效果[3]。

3.机器人工程专业跨学科课程体系和教学模式不健全

机器人工程专业是自动化类专业下的特设专业，现行的机器人工程教育主要是基于自动化的机器人传统课程体系进行人才培养，课程跨界交叉融合薄弱，缺乏跨学科、动态可重构的模块化课程体系，教学模式单一，使得学生缺乏全局思维、大工程视野以及解决复杂工程问题的能力[4]。

4.缺乏对多学科融合、专业技能与职业素养综合培养的实施途径

能力培养环节分散在各门课程中，各环节的设计与衔接缺乏清晰的组织与规划，导致能力培养主线不突出，能力训练缺少循序渐进的过程。

二、新工科背景下高校机器人工程专业教学改革的意义

1.适应新一轮科技革命和产业变革，紧跟教育部新工科建设步伐

当前，新一轮科技革命和产业变革正在加速重构全球创新版图、重塑全球经济结构[5]，创新战略竞争在综合国力竞争中的地位日益重要。为了应对新一轮科技革命与产业变革的挑战，2017年2月以来，教育部积极推进新工科建设，先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”[6]，发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》等一系列关于“新工科”建设的文件。新工科建设是高等工程教育采取的积极行动，是以新技术、新产业、新业态和新模式为特征的新经济对高等工程教育改革的强烈需求。因此，机器人工程专业的人才培养要适应新工科的背景，紧跟社会前进的步伐。

2.从学科和专业的发展方向上适应经济发展和强国战略要求

智能制造是新一轮产业革命的核心驱动力，机器人则是“制造业皇冠顶端的明珠”。可以说，机器人作为新兴技术的重要载体和现代产业的关键装备，集机械、电子、控制、传感、人工智能、物联网等多学科技术于一体，能引领产业数字化发展、智能化升级，不断孕育新产业、新模式、新业态[7]。传统的计算机类、自动化类、机械类、电气类、电子信息类等单一本科专业培养的人才，已经难以满足新一轮科技革命和产业发展的需求。因此，从学科和专业发展上进一步研究机器人工程专业多学科交叉融合人才培养模式，能适应经济发展和强国战略要求。

3.坚持应用型人才培养理念的需要

对于机器人工程专业人才的培养，如哈工大、北航等，主要集中于机器人相关理论的研究；而对于专科院校来说，其主要研究工业机器人的操作。南宁学院是一所应用型大学，其办学理念的第一项就是“应用型”，因此，学院要坚持应用型人才培养理念，以培养更多的应用型机器人工程专业人才。

4.从管理机制上为人才培养提供保障

基于新工科背景下的多学科人才培养，不是一个专业办学就能满足教学要求，也不是一个学科就能解决问题，要进行协调管理，统一调度，做好管理机制上的创新，避免多学科交叉融合人才培养的“无组织”状态，通过人才培养的统一组织管理、组织经营，将分散的学科、专业组合，形成凝聚力，打造一个自上而下、从纵向到横向、多学科交叉的机器人工程专业人才培养团队。

三、新工科背景下高校机器人工程专业教学改革的理论依据

1.建立矩阵组织和学科融合任务驱动的组织管理机制

矩阵组织和学科任务驱动的组织管理机制是一种新型的组织管理模式，旨在克服传统组织结构的缺点，提高组织的灵活性和适应性。矩阵组织是一种学术组织形式，其特点是教学团队的成员构成横跨不同的学科领域，可以更好地促进不同学科之间的交流和协作。学科任务驱动的组织管理机制则是一种以任务为导向的组织管理模式，旨在通过任务的分配和协调，提高组织的效率和创新能力。这种管理模式可以更好地适应不同学科领域的需求，提高组织的适应性和灵活性。

2.根据新工科建设目标修订人才培养方案及课程体系

在新工科建设背景下，为更好地响应时代的需求，相关高校需要对人才培养方案及课程体系进行修订。当前，传统的人才培养模式和课程设置已经无法满足当代工业和科技的复杂需求。而新工科注重工程实践和项目驱动的学习，要求学生具备团队协作和解决实际问题的能力。因此，高校的人才培养方案要注重实践性、创新性和跨学科性，使学生能够在跨多个学科领域的同时形成系统的思维方式。依据新工科建设目标，高校要将各个学科的知识融合在一个有机的框架之中，强调跨学科的教学方法，使学生在学习的过程中能够理解不同学科之间的联系，培养他们跨越学科边界进行综合思考和解决问题的能力。

3.运用运筹学多目标规划法优化多模块的课程体系

运筹学多目标规划法，可以用于优化多模块的课程体系和教学内容。多目标规划法是一种优化方法，主要是在多个目标之间找到最佳平衡点。在课程体系和教学内容的优化中，高校可以将不同的目标设置为不同的优先级，如提高学生的实践能力，提高学生的创新能力，提高学生的跨学科知识融合能力，等等。高校要使用运筹学多目标规划法来确定最佳的课程设置和教学内容，以达到最佳的人才培养效果。具体来说，运筹学多目标规划法的基本原理是将多个目标转化为数学模型，然后使用数学方法来求解最优解。在课程体系和教学内容的优化中，教师可以将不同的目标转化为数学模型，并使用运筹学多目标规划法来确定最佳的课程设置和教学内容，以达到最佳的人才培养效果。

四、新工科背景下高校机器人工程专业教学改革的举措与方案

1.以矩阵组织和学科具体任务驱动交叉融合为机器人工程专业的多学科交叉融合人才培养提供组织保障

高校的学科组织管理多采用矩阵式的组织结构，矩阵式学科组织结构是学科系统与项目系统的有机结合：纵向为学科导向，由学科领导实施管理，符合学科发展规律；横向为问题导向，按项目领导实行管理，以解决实际问题。专项任务组织与职能机构的关系错综复杂，导致协调困难，专项任务组织负责人的权责不相称，如果没有有力的支持与合作，会使工作难以顺利开展[8]。而学科具体任务为导向的机构组织则较为松散，这些任务往往是一次性出现的任务，不具有重复出现的特征，由此决定了任务型组织是“一项任务，一个组织”的组织现象，无法持续形成一个组织整体。因此，为了保证机器人工程专业跨院系、跨学科、跨专业交叉融合的人才培养工作的持续进行，高校应结合本校现有的专业组织结构，建立以矩阵组织和学科具体任务驱动交叉融合构成组织管理模式，以推动应用型人才培养体系建设的持续进行。

2.制定柔性化、学科交融及多方协同育人的新工科人才培养方案

（1）柔性化发展。高校的人才培养方案要柔性化，要将培养目标转向创造性人才，如增设选修课等，让学生根据自身的兴趣和爱好自主选择神经网络、仿生学、生物学、语言和图像理解等。高校要减少必修课，扩大选修课比例，开放实验时间和内容，打造多样的课程和实验平台。

（2）多学科融合。人才培养方案应满足以下要求：通识教育覆盖人文、数学、自然科学和工程技术等，拓宽学术视野，培养学生文化素养和科学精神；专业教育涵盖新生专业学科及相关领域，强调交叉、整合和融合，强调课程的多样性和替代性，使专业培养标准能在不同教学环节中实现；在选课机制上，鼓励学生选择跨学科核心课程，以扩大思维空间，提高问题解决能力。

（3）多方协同育人。机器人工程专业人才培养因多学科交叉融合的特點，需要与相关学科专业、行业产业、科研机构以及可能的国际教育组织等密切合作。这就要求高校的人才培养方案必须融入多方合作，体现多方协同育人。高校要为院所深度合作提供新平台，并建立实践基地，使工程师更常态化地参与理论与实践课程，使学生能够直接参与企业实践项目等[9]。

3.研究并制定机器人工程专业多学科交叉融合的人才培养模式

（1）建设多学科融合的课程模块。高校要根据新工科建设目标对人才培养方案的要求，建设多学科融合的课程模块，成立相应学科课程模块教学团队，开发机器人工程综合实践课程模块。要以机器人工程综合实践课程模块为主线，以创新实践教学平台为依托，使各学科课程知识相融合，实现多学科交叉融合的教学和实践模式。

高校要运用运筹学多目标规划法，以形成动态可重构的多模块化教学体系。新工科教学理念下，培养新工科人才的课程体系主要包含机、电、控、智四个方面[10]，涵盖机械原理、电路原理、自动控制原理等多学科交叉的关键知识与技能，形成了机械、电子、控制及人工智能多模块课程体系。根据各模块的重要性，高校运用运筹学多目标规划法分析各模块的重要性，规划好各模块的教学内容并使之优化，能达到较佳的人才培养效果。

（2）制定多学科融合课程体系，明确实施途径。机器人工程专业多学科融合课程体系及实施途径主要通过各学科模块课程及实训环节进行融合，例如，机器人综合实践课程模块包括机器人综合实践Ⅰ、机器人综合实践Ⅱ、机器人综合实践Ⅲ、机器人综合实践Ⅳ等课程，分别在第四、第五、第六、第七学期开设，其主要目的是将当前学期及以前的各学科课程知识内容进行融合，以达到多学科融合的目的，并实现机器人专业综合能力训练的迭代递进式培养。

（3）构建多学科融合教学团队。高校的教学团队由多学科专业教师构成，这些学科包括机、电、控、计算机、人工智能等多个专业，不同专业的教师可讲解自己擅长的内容，以实现本专业课程的多学科融合，促进教学质量的提高。不同专业的教师，还可以带领学生参加各种学科竞赛，培养学生的综合能力。总体来看，机器人专业多学科融合教学团队的建立，能有效解决学科之间壁垒重重、资源分散封闭等问题。

（4）加強顶层设计，促进机器人工程专业课程思政整体建构。高校要按照“产出导向”理念，着眼人才培养全过程，加强对专业课程思政的顶层设计。一是构建专业核心价值体系，紧密围绕专业培养方案的毕业要求和价值教育目标，提炼政治素养、家国情怀、专业使命、职业操守等专业核心价值要求，建立专业课程思政元素库，形成鲜明的专业核心价值体系[11]。二是整体设计各教学环节的育人功能，根据不同环节特性，细化德智体美劳“五育”要点，将课堂育人与双创、实验实践等有机结合，提高第一、第二、第三课堂的育人联动效果。三是构建支撑关系矩阵，借鉴专业认证模式，按照反向设计正向实施策略，对接专业核心价值体系和教学环节，建立专业课程思政支撑矩阵，有重点地确定每门课程、每一环节与专业核心价值的支撑关系，推动专业课程思政目标与课程支撑体系的深度融合。

五、结语

综上所述，建立矩阵组织和学科融合任务驱动的组织管理机制、修订人才培养方案及课程体系、运用运筹学多目标规划法等一系列创新性方案，能为机器人工程专业构建更加灵活、高效的团队协作模式，为培养更具创新能力的应用型人才提供支持。因此，在国家新工科建设目标的背景下，高校要通过毕业生、用人单位反馈等环节，将反馈信息引入人才培养模式中，以构成闭环的持续改进系统，进而培养更多适应未来科技发展的优秀人才。

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Research on the Multidisciplinary Integration Talent Training Model of Robot Engineering in Universities under the Background of New Engineering

Huang Shiling1， Wei Haiyan2

（1. Nanning University， Guangxi Province， Nanning 530200， China； 2. Guangxi University， Guangxi Province， Nanning 530004， China）

Abstract： New engineering is an inevitable path to deepen the reform of higher engineering education and improve the quality of talent cultivation. The article analyzes the problems in the teaching of robotics engineering in universities under the background of new engineering， elaborates on the significance of teaching reform in robotics engineering in universities under the background of new engineering， and explores the theoretical basis for teaching reform in robotics engineering in universities under the background of new engineering， It is pointed out that under the background of new engineering disciplines， the teaching reform of robot engineering majors in universities should provide organizational support for the interdisciplinary and integrated talent cultivation of robot engineering majors through matrix organization and subject specific task driven cross integration. A new engineering talent cultivation plan with flexibility， subject integration， and multi-party collaborative education should be customized， and a talent cultivation model for interdisciplinary and integrated robot engineering majors should be studied and formulated.

Key words： universities；new engineering；roboticsengineering； discipline integration； talentcultivation；practicalpersonnel