论文部分内容阅读
摘要：在新工科背景下，从地方综合性“211”高校对机器人专业人才培养目标和需求出发，提出了以机器人大賽为基础、以“机器人特色班”为组织形式、以“卓越工程师计划”为参考、以校企联合培养为主线，形成集竞赛、科研训练、创新创业、企业实践、理工医多学科交叉融合的机器人本科生培养模式，并搭建与之相适应的机器人专业人才培养实践平台。为机器人以及其他工科专业人才培养模式进行有益的探索。
关键词：新工科；制造2025；机器人特色班；培养模式
中图分类号：TP242 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）31-0132-05
一、引言
在国家实施创新驱动发展战略的背景下，“中国制造2025”被提出。工业机器人是重构制造业战略格局的切入点，是打造智能制造装备平台的必经之路，是先进制造业中不可替代的重要装备，是“中国制造2025”的核心内容。工业机器人代表智能制造业的先进技术，是新兴产业方向，对我国工业进步和社会发展起着重要作用。
2017年2月14日，教育部、人力资源和社会保障部、工业和信息化部联合印发了《制造业人才发展规划指南》（以下简称《指南》），在《指南》中，最引人注目的是其列出的制造业十大重点领域人才需求预测[1]。在这份预测中，高档数控机床和机器人领域位居制造业十大重点领域第3位，仅次于信息技术产业和电力装备产业。
《指南》的印发，一时间引起了社会各界对于工科教育的广泛关注，“新工科”概念即被提出[2]。2017年2月18日，教育部在复旦大学召开了高等工程教育发展战略研讨会，与会高校对新时期工程人才培养进行了热烈讨论，共同探讨了新工科的内涵特征、新工科建设与发展的路径选择，简称“复旦共识”[3]。2017年4月8日，教育部又在天津大学召开新工科建设研讨会，60余所高校共商新工科建设的愿景与行动。简称“天大行动”[4]。2017年6月9日，新工科研究与实践专家组成立暨第一次工作会议在北京会议中心召开。简称“北京指南”[4]。
从“复旦共识”到“天大行动”、再到“北京指南”，新工科建设“三部曲”起承转合，激起广泛关注和共鸣[5]。
二、新工科背景下机器人及机器人专业人才需求分析
（一）机器人需求现状
在当今产业转型升级不断深入、人口红利逐步减弱的背景下，工业机器人应用范围越来越广，“机器换人”在逐渐变成工业制造的一种趋势，成了工业进化中“时尚”的代名词。最新的国际机器人联合会数据显示：2016年全球工业机器人销量约29万台，同比增长14%，其中中国工业机器人销量9万台，同比增长31%。2016年底中国机器人产业联盟公布的《2016年上半年工业机器人市场统计数据》显示：2016年上半年国内机器人企业累计销售19257台机器人，较上年增长37.7%，增速比上年同期加快10.2%，实际销量比上年增长70.8%。我国工业机器人市场规模已经位居世界第一，未来十年，预计中国机器人市场还将至少保持30%以上的高速增长。
中国已经成为工程机械制造大国，但与欧美、日韩等国家仍然有较大差距，接下来必然要向高技术含量和高附加值的方向进行转型，向制造强国迈进，这需要更加精密的加工与制造手段，工业机器人代替人工将成为发展趋势。
中国社科院发布的《2014中国社会蓝皮书》称，未来10年我国面临人口老龄化转型。相比人力成本，近年来机器人的性价比优势日益凸显。与此同时，机器人还能够在恶劣、危险以及重复等特殊、不宜于人工作的环境中进行作业，具有人工劳动力所不具备的优势。在这种背景下，机器人行业的从业者也必将成为企业争夺的重点。
（二）机器人专业人才需求分析
根据《指南》，到2020年，新一代信息技术产业、电力装备、高档数控机床和机器人、新材料将成为人才缺口最大的几个专业，其中高档数控机床和机器人专业人才缺口将会达到300万人。到2025年，高档数控机床和机器人专业人才缺口将达到450万人。
此外，对于机器人企业来说，机器人专业人才的需求也是多层次的。而如果根据职能划分，一般的机器人企业内部的技师级员工，大概可以分为四个工种：工程师助手、机器人生产线的试产员与操作员、机器人总装与调试员、机器人保养与维护员。这种因技术水平差异而形成的岗位层次分级，不仅已在部分大企业内部逐步凸显，更预示着一个新机器人技工群体的崛起。事实上，机器人技工的层次分野早已在部分应用技术较为成熟的企业内部形成。
为了满足企业对机器人技工的需求，不少高职院校抓住这一契机开设机器人相关专业。2010年，常州机电职业技术学院开设了一个新专业——工业机器人应用，成为首家开设这一专业的职业院校。据统计，截至2014年，全国有9家职业院校以工业机器人应用这一专业进行独立招生，120多家职业院校开设了与机器人相关的专业方向。
据此，中职或高职学校机器人相关专业学生在经过机器人技术专业培训后成了制造企业的“香饽饽”。中国制造2025，要落到实处并产生效果，关键还在于人才。中国制造不仅需要大批技能高超的技工队伍，更需要科技领军型人才。由此，在制造2025的背景下，在产业转型升级不断深入、人口红利日益减弱的情形下，工业机器人技术及应用范围越来越广，在本科生中开展机器人相关专业的人才培养是迫切需要的，也是新工科教育面临的挑战。
三、机器人本科专业开设现状及人才培养存在问题分析
（一）高校机器人本科专业开设现状
近年来，许多高校都开设了与机器人相关的专业和课程，教学底蕴和师资力量也各不相同[6]。但真正作为一个系统的本科专业，直到2016年9月，东南大学才开设全国首个机器人本科专业，招生30人，而且课程与自动化专业没有任何区别，两年后（即2018年）根据志愿及学业状况进行专业分流。在2018年第六届中国机器人教育行业高峰论坛上北京大学指出将设立机器人工程本科专业。相对于开设机器人本科专业来说，成立机器人学院的高校倒是为数不少。例如，2015年10月由东莞松山湖国际机器人研究院、广东工业大学、东莞理工学院和香港科技大学机器人研究所等四方合作共建的机器人学院成立。2015年10月，东北大学、中国科学院沈阳自动化研究所、沈阳新松机器人自动化股份有限公司签约合作组建国内“985”高校首个机器人科学与工程学院。2016年4月26日，湖南大学机器人学院成立，学院由湖南大学电气与信息工程学院、湖南大学机械与运载工程学院、湖南大学信息科学与工程学院、湖南大学设计艺术学院等学科通过融合、渗透组成。2016年5月19日，北京联合大学成立机器人学院，该学院是全国首个机器人专业的全日制本科二级学院。 除此之外，电子科技大学创造性地提出集机器人竞赛、科研、创新与产业于一体的机器人特色实验班培养方案，并搭建与之适应的机器人创新实践平台，在人才培养方面取得了丰硕的成果[7]。
综上所述，虽然许多高校都开设了机器人技术相关的课程或者专业（如机器人学，自动化专业等），但还未形成系统、全面的机器人工程专业培养方案和大纲[8-12]。因此，开展机器人工程专业本科生培养，培养机器人工程专业人才，更好地为中国制造2025服务，成为本科院校迫切希望解决的问题。
（二）机器人本科专业人才培养存在的问题
目前，我国机器人专业人才培养存在的问题如下。
1.机器人本科专业人才培养缺失。国内重点高校和科研院所主要培养机器人专业研究型人才（硕士、博士），如哈尔滨工业大学、北京理工大学、上海交通大学、中科院沈阳自动化研究所等“985”高校和研究所都有相应的机器人研究所、实验室，却均没有开设机器人本科相关专业。而不少职业类院校开设了工业机器人应用专业培养机器人专业人才，但这类院校培养的人才一般定位于工业机器人的简单维护和操作。由此可见，在整个机器人专业人才培养过程中缺少了本科专业人才培养这一重要环节。
2.理论教学与实践教学脱节。国内工科院校中虽然许多课程都涉及机器人专业知识，但大多只进行基础理论教学，没有与之相应的实践教学。例如《机器人技术》是一门实践性要求强于理论性教学的课程，但很多学校在进行本课程教学时，教学内容主要是讲授机器人的基本理论知识，如坐标变换、运动学、动力学的分析计算、轨迹规划、控制等，内容抽象难懂。而相应的实验环节很难开展，即使有的学校有教学用机器人，由于各种原因，学生只能了解机器人机械结构和观看演示性实验，而不能全面认识机器人系统，更难实现独立操作。因此，在新工科背景下，需要将理论教学与实践教学环节相融合，激发学生的学习兴趣。
3.课程安排不合理，实践类课程仍显薄弱。目前，大部分专业的培养方案课程安排都是按部就班式的，大一、大二学习数学、物理、英语等基础课，大三、大四学习专业课。这导致很多学生在大学的前两年仅知道自己的专业名称，却不知道自己的专业将来能干什么和需要具备哪些专业知识。到大三、大四开始接触专业课程时，有些学生开始考虑考研、出国留学或者找工作，导致学生专业知识掌握不扎实。此外，就整个专业的培养方案来看，特别是工科专业实践类课程显得较为薄弱，主要的实践类课程分为认识实习、金工实习、生产实习、课程实验部分、毕业实习和毕业设计，这样的实践安排导致课程之间的知识是零碎割裂的，学生在上课阶段可能对知识点还比较熟悉，但在遇到需要综合运用所学知识来分析、解决问题时就不知所措。因此，合理安排理论课程教学，增加实践类课程也是人才培养方案中需要改进和完善的。
四、机器人本科专业人才培养方案探讨
南昌大学作为地方性“211”本科院校在机器人教育方面起步较早，于2002年2月成立了以潘际銮院士为学术委员会主任、张华教授为实验室主任的江西省机器人与焊接自动化重点实验室，研究方向是机器人技术与焊接自动化装备，已形成以机器人技术为主、多学科交叉、多层次人才培养与科研基地。并且于2005年创立了南昌大学机器人队，作为大学生创新创业团队，以每年的亚太大学生机器人大赛、中国教育机器人大赛等学科竞赛为主导，借以培养学生的思维能力，锻炼其实际动手能力，增强学科专业知识综合应用，促进团队协作等方面的能力，并在往届的中国教育机器人大赛和全国大学生机器人大赛中取得特等奖、一等奖等优良成绩。经过10多年的发展，南昌大学机器人队已经培养了600多名本科学生，其中大部分考取了硕士研究生乃至博士研究生，不少学生成了企业中的技术骨干。
在“新工科”和“中国制造2025”背景下，以及南昌大学10多年的机器人实践教育经验来看，作为地方性“211”本科院校，马上成立机器人学院或设置机器人本科专业可能存在困难。但基于现有基础，本文提出以机器人大赛为基础、以“机器人特色班”为组织形式、以“卓越工程师计划”为参考、以校企联合培养为主线，形成集竞赛、科研训练、创新创业、企业实践、理工医多学科交叉融合的机器人本科生培养模式（图1所示）。可以为将来设立学院或专业打下基础，为地方制造业、经济发展需求服务，完全符合“新工科”对工程人才培养的要求，也是地方“211”高校服务地方经济发展应尽的责任。
南昌大学机器人特色班人才培养目标是发挥地方“211”综合性大学优势，培养工程师型、科学研究型和复合型等多类型、多层次机器人应用、研究和管理的高质量人才。方案实施主要遵循以下几点。
1.机器人特色班学生选拔。每年大一上学期，在新生中宣传机器人特色班的培养方案以及选拔标准；下学期从机电工程学院、信工工程学院、理学院、医学院中选拔60人左右作为机器人特色班学生。该特色班为虚拟行政班，学生学籍归属招生时学院与专业，需要学习自己原属专业必修课，除此之外，还必须选修机器人特色班培养方案课程达到一定学分，特别是实践类课程。
2.总学分遵循学校的原则。充分在各学院培养方案中选择课程，但选修时间可以變；各课程的学时数和实验、实践环节维持不变，但针对学习内容，修改教学大纲，强化实践环节的要求。部分课程学分在教务处的协同下实现不同学院之间互认。
3.部分通识课选修时间按照“应用和需要”原则适当前移或后移。面向科学研究或工程师不同学生，部分课程分为必修课和选修课。
4.增加学科基础课学分。并综合机电、信工、理学院和医学院的课程，分为若干模块，供不同学生选择。
5.增加专业课程学分。部分专业课程选修时间适当前移，并综合机电、信工、理学院和医学院的课程，分为若干模块，供不同学生选择。
6.大量减少选修课。但整理各学院选修课程清单，建议学生选择旁听。
7.整理部分学科基础课和专业课实验课程，供有意愿参加机器人特色班的大一学生课外实践，为选拔学生做准备。 8.整理各类竞赛项目，作为机器人特色班实践类课程的一部分，根据难易程度，供大一到大四学生选择，实现渐进式实践培养模式。
9.要求机器人特色班学生，从大二开始申请科研训练和创新项目。
10.校企联合培养，参照“卓越工程师计划”培养方案，机器人特色班学生需要到与学校合作的知名机器人企业进行实训一年。
经过上述培养方案中理论知识的学习和实践环节的培养与锻炼，使机器人特色班的学生的机器人理论知识得到系统的学习，实践动手能力、科研能力、创新创业能力得到全面的训练和提升。
五、机器人本科专业人才培养实践平台建设
为实现机器人专业人才培养，除了上述完备可行的培养方案外，还需要搭建与机器人特色班培养方案和目标相应的实践平台。实践平台首先依托学校实验教学和科研平台、江西省机器人与焊接自动化重点实验室、南昌大学机器人队、与学校合作的知名机器人企业。其次根据培养方案课程需要，构建课程体系、课程群实验平台，以机器人技术为核心，构建起机器人结构设计、控制、轨迹规划、视觉、人机交互、医工结合、机器人应用等综合性科研与实验平台。
1.机器人机构设计、创新实践平台。以大学生机械创新设计大赛为载体，建立了南昌大学“大学生机械创新基地”、三维CAD协会、ME科创小组、ME创客协会等，并与海尔创客实验室合作。依托这些平台，将机器人特色班学生分成几个小组，根据老师给出的主题，进行资料的查找、机器人机械结构方案的确定、三维模型建立与仿真分析、创意说明与评比，极大地激发学生自主学习的热情。
2.机器人竞赛实践平台。以南昌大学机器人队为依托，机器人队从2005年创立至今，已购置和制作了各种机器人平台。如移动机器人、灭火机器人、物流机器人、巡线机器人、救援机器人、教育机器人等。依托这些现有机器人平台，依据竞赛规则，以小组的形式对机器人进行学习与调试，让学生在组装、调试、控制、团队协作等得到训练。
3.机器人控制、轨迹规划、视觉实践平台。该部分主要依托江西省机器人与焊接自动化重点实验室，实验室多种工业焊接机器人、爬壁焊接机器人、水下焊接机器人等。此实验室可以完成机器人课程实验，如机器人控制、轨迹规划。也可以以课题的形式开展研究，如基于视觉的机器人焊缝跟踪等。让学生在机器人控制、轨迹规划、图像处理、视觉、传感器技术等方面得到综合训练。
4.人—机器人交互与医工结合实践平台。该部分由仿人形机器人、智能轮椅、护理机器人、虚拟手术平台等组成。仿人机器人具有四肢、头、眼等物理特征，还能模仿人类的视觉、触觉、语言，甚至情感等功能。利用此平台，学生可以完成人—机器人交互，如基于深度学习和人工智能知识进行自然语言交流；基于视觉可以进行人脸识别、手势识别等。使学生在控制理论、视觉、传感器、深度学习、人工智能、模式识别等方面得到充分训练。而智能轮椅、护理机器人和虚拟手术平台能承载机构设计、直流电机控制、视觉传感导航、超声传感避障、语音交互控制、嵌入式程序设计（汇编、C语言）、肌电/脑电控制、生理信息监测监控等功能，是很好的医工结合典范。该部分能很好地将机电学院、信工学院、理学院和医学院各专业知识进行结合，让学生体会到机器人是多学科交叉融合的产物。
5.机器人应用实践平台。该部分主要是智能制造平台，由智能化装配拆卸生产系统和智能化物流仓储系统组成。智能化装配拆卸生产系统是由工业机器人，配套智能机器视觉系统，通过手眼协调工作，完成工件在托盘上的拆卸和装配。在入口处的AGV对接料架上，机器人识别七巧板物料的各形状、尺寸、颜色及位置，通过机器人吸盘，将七巧板进行有序高速的拆卸并将物料依次搬运至皮带输送线。待七巧板物料被输送至装配工位时，带有CCD的机械手依次识别七巧板物料的尺寸、颜色及位置信息等，通过吸盘装置吸取物料装配至合适的位置。该部分使学生在人机协作、视觉、机器人应用等方面得到训练。
6.校企联合培养平台。学院组织老师，对知名机器人企业进行调研，建立合作关系，这些企业如广州数控、哈工大机器人集团、深圳欧鹏、深圳全童等，可以为学生在校企联合培养中提供很好的平台和机会，学生在企业导师的指导下完成企业布置的任务和毕业设计等，从项目立项、技术方案确定、硬件平台搭建、项目组织实施等方面对学生进行系统综合训练，并为学生创新创业奠定基础。
在上述培养方案和实践平台的基础上，以大学生机械创新设计大赛、大学生互联网 竞赛、大学生挑战杯、Robocup、Robocon机器人竞赛、校企联合等渐进式的机器人专业知识培养体系，突出以“竞赛、科研训练、创新创业、企业实践、理工医多学科交叉融合”的机器人本科专业人才培养模式。为学生日后的工作学习奠定坚实的机器人技术专业知识和实践能力。
六、结束语
在新工科和“中国制造2025”背景下，机器人是智能制造的重要基石，机器人行业的发展为中国高端智能制造业带来新的机遇，而智能制造也给中国工科教育带来新的动力和更多挑战。因此，作为地方综合性“211”高校，将以此为契机，探索以“机器人特色班”为形式的本科机器人专业人才培养模式，为地方性高校工科专业人才培养模式进行有益的实践探索。
参考文献：
[1]樊秀娣.“新工科”方向下的热门专业大类展望[R].文汇报，2017年/6月/16日/第006版.
[2]吴爱华，侯永峰，杨秋波，郝杰.加快发展和建设新工科 主动适应和引领新经济[J].高等工程教育，2017，（1）：1-8.
[3]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育，2017，（3）：1-6.
[4]陆国栋，李拓宇.新工科建设与发展的路径思考[J].高等工程教育，2017，（3）：20-26.
[5]陈慧，陈敏.关于综合性大学培养新工科人才的思考与探索[J].高等工程教育，2017，（2）：19-23.
[6]骆德渊，何莉萍.构建机器人特色实验班创新平台校企联合培养行业拔尖创新人才[J].實验研究与探索，2017，36（1）：204-206.
[7]王志良，刘遥峰，解仑.基于智能交互机器人平台的教学与实践[J].计算机教育，2009：74-77.
[8]王迎晖.工业机器人专业人才培养模式的探索与研究[J].当代教育实践与教学研究，2017：48-49.
[9]王鑫，李楠.基于卓越工程的机器人创新性教学实践研究[J].职业技术，2017，16（2）：20-21.
[10]叶仁虎.普通本科院校工业机器人专业发展现状及前景[J].科技经济导刊，2016，（16）：145-146.
[11]洪亮，梁治国.抓住机器人大赛的有利契机探索增强工科教育实践环节的新方法[J].机器人技术与应用，2004：1-2.
[12]肖静，余颖，张道海等.立足机器人竞赛促进创新训练与实践教学改革[J].东华理工大学学报：社会科学版，2013，32（2）：189-192.
关键词：新工科；制造2025；机器人特色班；培养模式
中图分类号：TP242 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）31-0132-05
一、引言
在国家实施创新驱动发展战略的背景下，“中国制造2025”被提出。工业机器人是重构制造业战略格局的切入点，是打造智能制造装备平台的必经之路，是先进制造业中不可替代的重要装备，是“中国制造2025”的核心内容。工业机器人代表智能制造业的先进技术，是新兴产业方向，对我国工业进步和社会发展起着重要作用。
2017年2月14日，教育部、人力资源和社会保障部、工业和信息化部联合印发了《制造业人才发展规划指南》（以下简称《指南》），在《指南》中，最引人注目的是其列出的制造业十大重点领域人才需求预测[1]。在这份预测中，高档数控机床和机器人领域位居制造业十大重点领域第3位，仅次于信息技术产业和电力装备产业。
《指南》的印发，一时间引起了社会各界对于工科教育的广泛关注，“新工科”概念即被提出[2]。2017年2月18日，教育部在复旦大学召开了高等工程教育发展战略研讨会，与会高校对新时期工程人才培养进行了热烈讨论，共同探讨了新工科的内涵特征、新工科建设与发展的路径选择，简称“复旦共识”[3]。2017年4月8日，教育部又在天津大学召开新工科建设研讨会，60余所高校共商新工科建设的愿景与行动。简称“天大行动”[4]。2017年6月9日，新工科研究与实践专家组成立暨第一次工作会议在北京会议中心召开。简称“北京指南”[4]。
从“复旦共识”到“天大行动”、再到“北京指南”，新工科建设“三部曲”起承转合，激起广泛关注和共鸣[5]。
二、新工科背景下机器人及机器人专业人才需求分析
（一）机器人需求现状
在当今产业转型升级不断深入、人口红利逐步减弱的背景下，工业机器人应用范围越来越广，“机器换人”在逐渐变成工业制造的一种趋势，成了工业进化中“时尚”的代名词。最新的国际机器人联合会数据显示：2016年全球工业机器人销量约29万台，同比增长14%，其中中国工业机器人销量9万台，同比增长31%。2016年底中国机器人产业联盟公布的《2016年上半年工业机器人市场统计数据》显示：2016年上半年国内机器人企业累计销售19257台机器人，较上年增长37.7%，增速比上年同期加快10.2%，实际销量比上年增长70.8%。我国工业机器人市场规模已经位居世界第一，未来十年，预计中国机器人市场还将至少保持30%以上的高速增长。
中国已经成为工程机械制造大国，但与欧美、日韩等国家仍然有较大差距，接下来必然要向高技术含量和高附加值的方向进行转型，向制造强国迈进，这需要更加精密的加工与制造手段，工业机器人代替人工将成为发展趋势。
中国社科院发布的《2014中国社会蓝皮书》称，未来10年我国面临人口老龄化转型。相比人力成本，近年来机器人的性价比优势日益凸显。与此同时，机器人还能够在恶劣、危险以及重复等特殊、不宜于人工作的环境中进行作业，具有人工劳动力所不具备的优势。在这种背景下，机器人行业的从业者也必将成为企业争夺的重点。
（二）机器人专业人才需求分析
根据《指南》，到2020年，新一代信息技术产业、电力装备、高档数控机床和机器人、新材料将成为人才缺口最大的几个专业，其中高档数控机床和机器人专业人才缺口将会达到300万人。到2025年，高档数控机床和机器人专业人才缺口将达到450万人。
此外，对于机器人企业来说，机器人专业人才的需求也是多层次的。而如果根据职能划分，一般的机器人企业内部的技师级员工，大概可以分为四个工种：工程师助手、机器人生产线的试产员与操作员、机器人总装与调试员、机器人保养与维护员。这种因技术水平差异而形成的岗位层次分级，不仅已在部分大企业内部逐步凸显，更预示着一个新机器人技工群体的崛起。事实上，机器人技工的层次分野早已在部分应用技术较为成熟的企业内部形成。
为了满足企业对机器人技工的需求，不少高职院校抓住这一契机开设机器人相关专业。2010年，常州机电职业技术学院开设了一个新专业——工业机器人应用，成为首家开设这一专业的职业院校。据统计，截至2014年，全国有9家职业院校以工业机器人应用这一专业进行独立招生，120多家职业院校开设了与机器人相关的专业方向。
据此，中职或高职学校机器人相关专业学生在经过机器人技术专业培训后成了制造企业的“香饽饽”。中国制造2025，要落到实处并产生效果，关键还在于人才。中国制造不仅需要大批技能高超的技工队伍，更需要科技领军型人才。由此，在制造2025的背景下，在产业转型升级不断深入、人口红利日益减弱的情形下，工业机器人技术及应用范围越来越广，在本科生中开展机器人相关专业的人才培养是迫切需要的，也是新工科教育面临的挑战。
三、机器人本科专业开设现状及人才培养存在问题分析
（一）高校机器人本科专业开设现状
近年来，许多高校都开设了与机器人相关的专业和课程，教学底蕴和师资力量也各不相同[6]。但真正作为一个系统的本科专业，直到2016年9月，东南大学才开设全国首个机器人本科专业，招生30人，而且课程与自动化专业没有任何区别，两年后（即2018年）根据志愿及学业状况进行专业分流。在2018年第六届中国机器人教育行业高峰论坛上北京大学指出将设立机器人工程本科专业。相对于开设机器人本科专业来说，成立机器人学院的高校倒是为数不少。例如，2015年10月由东莞松山湖国际机器人研究院、广东工业大学、东莞理工学院和香港科技大学机器人研究所等四方合作共建的机器人学院成立。2015年10月，东北大学、中国科学院沈阳自动化研究所、沈阳新松机器人自动化股份有限公司签约合作组建国内“985”高校首个机器人科学与工程学院。2016年4月26日，湖南大学机器人学院成立，学院由湖南大学电气与信息工程学院、湖南大学机械与运载工程学院、湖南大学信息科学与工程学院、湖南大学设计艺术学院等学科通过融合、渗透组成。2016年5月19日，北京联合大学成立机器人学院，该学院是全国首个机器人专业的全日制本科二级学院。 除此之外，电子科技大学创造性地提出集机器人竞赛、科研、创新与产业于一体的机器人特色实验班培养方案，并搭建与之适应的机器人创新实践平台，在人才培养方面取得了丰硕的成果[7]。
综上所述，虽然许多高校都开设了机器人技术相关的课程或者专业（如机器人学，自动化专业等），但还未形成系统、全面的机器人工程专业培养方案和大纲[8-12]。因此，开展机器人工程专业本科生培养，培养机器人工程专业人才，更好地为中国制造2025服务，成为本科院校迫切希望解决的问题。
（二）机器人本科专业人才培养存在的问题
目前，我国机器人专业人才培养存在的问题如下。
1.机器人本科专业人才培养缺失。国内重点高校和科研院所主要培养机器人专业研究型人才（硕士、博士），如哈尔滨工业大学、北京理工大学、上海交通大学、中科院沈阳自动化研究所等“985”高校和研究所都有相应的机器人研究所、实验室，却均没有开设机器人本科相关专业。而不少职业类院校开设了工业机器人应用专业培养机器人专业人才，但这类院校培养的人才一般定位于工业机器人的简单维护和操作。由此可见，在整个机器人专业人才培养过程中缺少了本科专业人才培养这一重要环节。
2.理论教学与实践教学脱节。国内工科院校中虽然许多课程都涉及机器人专业知识，但大多只进行基础理论教学，没有与之相应的实践教学。例如《机器人技术》是一门实践性要求强于理论性教学的课程，但很多学校在进行本课程教学时，教学内容主要是讲授机器人的基本理论知识，如坐标变换、运动学、动力学的分析计算、轨迹规划、控制等，内容抽象难懂。而相应的实验环节很难开展，即使有的学校有教学用机器人，由于各种原因，学生只能了解机器人机械结构和观看演示性实验，而不能全面认识机器人系统，更难实现独立操作。因此，在新工科背景下，需要将理论教学与实践教学环节相融合，激发学生的学习兴趣。
3.课程安排不合理，实践类课程仍显薄弱。目前，大部分专业的培养方案课程安排都是按部就班式的，大一、大二学习数学、物理、英语等基础课，大三、大四学习专业课。这导致很多学生在大学的前两年仅知道自己的专业名称，却不知道自己的专业将来能干什么和需要具备哪些专业知识。到大三、大四开始接触专业课程时，有些学生开始考虑考研、出国留学或者找工作，导致学生专业知识掌握不扎实。此外，就整个专业的培养方案来看，特别是工科专业实践类课程显得较为薄弱，主要的实践类课程分为认识实习、金工实习、生产实习、课程实验部分、毕业实习和毕业设计，这样的实践安排导致课程之间的知识是零碎割裂的，学生在上课阶段可能对知识点还比较熟悉，但在遇到需要综合运用所学知识来分析、解决问题时就不知所措。因此，合理安排理论课程教学，增加实践类课程也是人才培养方案中需要改进和完善的。
四、机器人本科专业人才培养方案探讨
南昌大学作为地方性“211”本科院校在机器人教育方面起步较早，于2002年2月成立了以潘际銮院士为学术委员会主任、张华教授为实验室主任的江西省机器人与焊接自动化重点实验室，研究方向是机器人技术与焊接自动化装备，已形成以机器人技术为主、多学科交叉、多层次人才培养与科研基地。并且于2005年创立了南昌大学机器人队，作为大学生创新创业团队，以每年的亚太大学生机器人大赛、中国教育机器人大赛等学科竞赛为主导，借以培养学生的思维能力，锻炼其实际动手能力，增强学科专业知识综合应用，促进团队协作等方面的能力，并在往届的中国教育机器人大赛和全国大学生机器人大赛中取得特等奖、一等奖等优良成绩。经过10多年的发展，南昌大学机器人队已经培养了600多名本科学生，其中大部分考取了硕士研究生乃至博士研究生，不少学生成了企业中的技术骨干。
在“新工科”和“中国制造2025”背景下，以及南昌大学10多年的机器人实践教育经验来看，作为地方性“211”本科院校，马上成立机器人学院或设置机器人本科专业可能存在困难。但基于现有基础，本文提出以机器人大赛为基础、以“机器人特色班”为组织形式、以“卓越工程师计划”为参考、以校企联合培养为主线，形成集竞赛、科研训练、创新创业、企业实践、理工医多学科交叉融合的机器人本科生培养模式（图1所示）。可以为将来设立学院或专业打下基础，为地方制造业、经济发展需求服务，完全符合“新工科”对工程人才培养的要求，也是地方“211”高校服务地方经济发展应尽的责任。
南昌大学机器人特色班人才培养目标是发挥地方“211”综合性大学优势，培养工程师型、科学研究型和复合型等多类型、多层次机器人应用、研究和管理的高质量人才。方案实施主要遵循以下几点。
1.机器人特色班学生选拔。每年大一上学期，在新生中宣传机器人特色班的培养方案以及选拔标准；下学期从机电工程学院、信工工程学院、理学院、医学院中选拔60人左右作为机器人特色班学生。该特色班为虚拟行政班，学生学籍归属招生时学院与专业，需要学习自己原属专业必修课，除此之外，还必须选修机器人特色班培养方案课程达到一定学分，特别是实践类课程。
2.总学分遵循学校的原则。充分在各学院培养方案中选择课程，但选修时间可以變；各课程的学时数和实验、实践环节维持不变，但针对学习内容，修改教学大纲，强化实践环节的要求。部分课程学分在教务处的协同下实现不同学院之间互认。
3.部分通识课选修时间按照“应用和需要”原则适当前移或后移。面向科学研究或工程师不同学生，部分课程分为必修课和选修课。
4.增加学科基础课学分。并综合机电、信工、理学院和医学院的课程，分为若干模块，供不同学生选择。
5.增加专业课程学分。部分专业课程选修时间适当前移，并综合机电、信工、理学院和医学院的课程，分为若干模块，供不同学生选择。
6.大量减少选修课。但整理各学院选修课程清单，建议学生选择旁听。
7.整理部分学科基础课和专业课实验课程，供有意愿参加机器人特色班的大一学生课外实践，为选拔学生做准备。 8.整理各类竞赛项目，作为机器人特色班实践类课程的一部分，根据难易程度，供大一到大四学生选择，实现渐进式实践培养模式。
9.要求机器人特色班学生，从大二开始申请科研训练和创新项目。
10.校企联合培养，参照“卓越工程师计划”培养方案，机器人特色班学生需要到与学校合作的知名机器人企业进行实训一年。
经过上述培养方案中理论知识的学习和实践环节的培养与锻炼，使机器人特色班的学生的机器人理论知识得到系统的学习，实践动手能力、科研能力、创新创业能力得到全面的训练和提升。
五、机器人本科专业人才培养实践平台建设
为实现机器人专业人才培养，除了上述完备可行的培养方案外，还需要搭建与机器人特色班培养方案和目标相应的实践平台。实践平台首先依托学校实验教学和科研平台、江西省机器人与焊接自动化重点实验室、南昌大学机器人队、与学校合作的知名机器人企业。其次根据培养方案课程需要，构建课程体系、课程群实验平台，以机器人技术为核心，构建起机器人结构设计、控制、轨迹规划、视觉、人机交互、医工结合、机器人应用等综合性科研与实验平台。
1.机器人机构设计、创新实践平台。以大学生机械创新设计大赛为载体，建立了南昌大学“大学生机械创新基地”、三维CAD协会、ME科创小组、ME创客协会等，并与海尔创客实验室合作。依托这些平台，将机器人特色班学生分成几个小组，根据老师给出的主题，进行资料的查找、机器人机械结构方案的确定、三维模型建立与仿真分析、创意说明与评比，极大地激发学生自主学习的热情。
2.机器人竞赛实践平台。以南昌大学机器人队为依托，机器人队从2005年创立至今，已购置和制作了各种机器人平台。如移动机器人、灭火机器人、物流机器人、巡线机器人、救援机器人、教育机器人等。依托这些现有机器人平台，依据竞赛规则，以小组的形式对机器人进行学习与调试，让学生在组装、调试、控制、团队协作等得到训练。
3.机器人控制、轨迹规划、视觉实践平台。该部分主要依托江西省机器人与焊接自动化重点实验室，实验室多种工业焊接机器人、爬壁焊接机器人、水下焊接机器人等。此实验室可以完成机器人课程实验，如机器人控制、轨迹规划。也可以以课题的形式开展研究，如基于视觉的机器人焊缝跟踪等。让学生在机器人控制、轨迹规划、图像处理、视觉、传感器技术等方面得到综合训练。
4.人—机器人交互与医工结合实践平台。该部分由仿人形机器人、智能轮椅、护理机器人、虚拟手术平台等组成。仿人机器人具有四肢、头、眼等物理特征，还能模仿人类的视觉、触觉、语言，甚至情感等功能。利用此平台，学生可以完成人—机器人交互，如基于深度学习和人工智能知识进行自然语言交流；基于视觉可以进行人脸识别、手势识别等。使学生在控制理论、视觉、传感器、深度学习、人工智能、模式识别等方面得到充分训练。而智能轮椅、护理机器人和虚拟手术平台能承载机构设计、直流电机控制、视觉传感导航、超声传感避障、语音交互控制、嵌入式程序设计（汇编、C语言）、肌电/脑电控制、生理信息监测监控等功能，是很好的医工结合典范。该部分能很好地将机电学院、信工学院、理学院和医学院各专业知识进行结合，让学生体会到机器人是多学科交叉融合的产物。
5.机器人应用实践平台。该部分主要是智能制造平台，由智能化装配拆卸生产系统和智能化物流仓储系统组成。智能化装配拆卸生产系统是由工业机器人，配套智能机器视觉系统，通过手眼协调工作，完成工件在托盘上的拆卸和装配。在入口处的AGV对接料架上，机器人识别七巧板物料的各形状、尺寸、颜色及位置，通过机器人吸盘，将七巧板进行有序高速的拆卸并将物料依次搬运至皮带输送线。待七巧板物料被输送至装配工位时，带有CCD的机械手依次识别七巧板物料的尺寸、颜色及位置信息等，通过吸盘装置吸取物料装配至合适的位置。该部分使学生在人机协作、视觉、机器人应用等方面得到训练。
6.校企联合培养平台。学院组织老师，对知名机器人企业进行调研，建立合作关系，这些企业如广州数控、哈工大机器人集团、深圳欧鹏、深圳全童等，可以为学生在校企联合培养中提供很好的平台和机会，学生在企业导师的指导下完成企业布置的任务和毕业设计等，从项目立项、技术方案确定、硬件平台搭建、项目组织实施等方面对学生进行系统综合训练，并为学生创新创业奠定基础。
在上述培养方案和实践平台的基础上，以大学生机械创新设计大赛、大学生互联网 竞赛、大学生挑战杯、Robocup、Robocon机器人竞赛、校企联合等渐进式的机器人专业知识培养体系，突出以“竞赛、科研训练、创新创业、企业实践、理工医多学科交叉融合”的机器人本科专业人才培养模式。为学生日后的工作学习奠定坚实的机器人技术专业知识和实践能力。
六、结束语
在新工科和“中国制造2025”背景下，机器人是智能制造的重要基石，机器人行业的发展为中国高端智能制造业带来新的机遇，而智能制造也给中国工科教育带来新的动力和更多挑战。因此，作为地方综合性“211”高校，将以此为契机，探索以“机器人特色班”为形式的本科机器人专业人才培养模式，为地方性高校工科专业人才培养模式进行有益的实践探索。
参考文献：
[1]樊秀娣.“新工科”方向下的热门专业大类展望[R].文汇报，2017年/6月/16日/第006版.
[2]吴爱华，侯永峰，杨秋波，郝杰.加快发展和建设新工科 主动适应和引领新经济[J].高等工程教育，2017，（1）：1-8.
[3]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育，2017，（3）：1-6.
[4]陆国栋，李拓宇.新工科建设与发展的路径思考[J].高等工程教育，2017，（3）：20-26.
[5]陈慧，陈敏.关于综合性大学培养新工科人才的思考与探索[J].高等工程教育，2017，（2）：19-23.
[6]骆德渊，何莉萍.构建机器人特色实验班创新平台校企联合培养行业拔尖创新人才[J].實验研究与探索，2017，36（1）：204-206.
[7]王志良，刘遥峰，解仑.基于智能交互机器人平台的教学与实践[J].计算机教育，2009：74-77.
[8]王迎晖.工业机器人专业人才培养模式的探索与研究[J].当代教育实践与教学研究，2017：48-49.
[9]王鑫，李楠.基于卓越工程的机器人创新性教学实践研究[J].职业技术，2017，16（2）：20-21.
[10]叶仁虎.普通本科院校工业机器人专业发展现状及前景[J].科技经济导刊，2016，（16）：145-146.
[11]洪亮，梁治国.抓住机器人大赛的有利契机探索增强工科教育实践环节的新方法[J].机器人技术与应用，2004：1-2.
[12]肖静，余颖，张道海等.立足机器人竞赛促进创新训练与实践教学改革[J].东华理工大学学报：社会科学版，2013，32（2）：189-192.