机器人领域应用型人才培养课程体系研究与实践

　　摘要秉承中国工程院院士李德毅提出的“科学任务带动人才培养，载体汇聚不同学科专业”教育理念，本文通过对机器人领域应用型人才培养模式的深入研究，提出由四个阶段构成的机器人领域创新应用型人才培养课程体系架构，并进行教学实践。实际教学效果表明，该课程体系体现“能力导向、科研训练、应用创新、产学研合作、全程项目驱动”的教学模式，对我国工科应用型人才培养具有一定的参考价值。

　　关键词：机器人，人才培养，应用型，课程体系，教学创新

　　0引言

　　近年来全球制造业正在向智能化、集成化、绿色化方向发展。在2014年6月召开的两院院士大会上，习近平同志指出：机器人是“制造业皇冠顶端的明珠”，其研发、制造和应用是衡量国家科技创新和高端制造业水平的重要标志[1];2015年5月，由国务院印发的《中国制造2025》规划明确指出，机器人是重点发展领域之一，并且已成为新时期增强我国综合国力的重大工程;2017年，《国务院关于印发新一代人工智能发展规划的通知》提出，鼓励高校在原有基础上拓宽人工智能专业教育内容，形成“人工智能+X”复合专业培养新模式，加强产学研合作，鼓励高校、科研院所与企业等机构合作开展人工智能学科建设[2];2018年4月，由教育部印发的《高等学校人工智能创新行动计划》明确了指导思想、重点任务、完善人工智能领域人才培养体系及政策措施[3]。

　　从国家不断出台的政策和制造业的发展可以预测，以人工智能为代表的科技突破将引发第四次产业革命，其标志是机器人等各种智能产品的广泛应用[4]。我国虽然在传统机器人技术研发及产业化方面取得了初步进展,但是高校的机器人教育近几年刚刚起步，且单一学科知识很难满足智能机器人领域跨学科、跨专业复合应用型人才需求，机器人人才培养是一个亟待解决的问题。著名人工智能专家、中国工程院院士李德毅提出：“培养懂得集成、维修、管理机器人的人才，跨界渗透和跨界创新诞生的智能机器人教育，是我国教育改革抓住时代机遇的一个亮点[5]”。机器人革命是世界性的、时代性的，只有原创性的技术才能使我们成为新的产品和市场规则的重要制定者和主导者，人才教育更要先行。

　　1国外机器人领域教育情况

　　机器人是一种具有感知、决策、执行能力的综合智能系统，集成了机械、电子、传感、控制等多种交叉学科知识，与智能专业所涉及的知识领域关系紧密[6]。国外一些知名高校相继开设与机器人相关课程和项目，如美国普林斯顿大学开展的机器人与智能系统项目，学生需要选修6门机器人相关课程，其中包括3门核心课程和3门选修课，方可获得证书[7]。美国麻省理工学院专门设有与机器人领域相关的实验室和研究机构，如机械工程系的空间机器人实验室。该实验室的研究领域侧重于机器人系统控制和算法设计、数据分析、软件仿真和实验研究，并且在车辆仿真系统和机器人机械手、视觉和声学传感器实验平台研究等领域取得了重大突破，并支持本科生毕业设计、硕士/博士研究生的科研工作[8]。

　　此外，学生科技社团也是有效提高学生专业实践能力和自学习能力的有效途径，Robocon是2016年成立的一个旨在促进技术跨学科互动的学生组织[9]，并于2016年2月举办了第一届麻省理工学院机器人大赛，旨在进行学术观点交流探讨、成果分享。美国加州大学伯克利分校在机器人领域主要结合人工智能，人机交互(Human-ComputerInteraction)，微/纳米电子机械系统(Micro/NanoElectroMechanicalSystems)，控制、智能系统和机器人技术(Control、IntelligentSystemsandRobotics)进行研究[10]。

　　其中，从事机器人开发较有代表性的实验室有：研究机器人学习算法的机器人算法实验室(Algorithms,Machines,andPeopleLaboratory)、研究机器人学习感知交互的人工智能实验室(BerkeleyArtificialIntelligenceResearchLab)、机器人与智能机器实验室(RoboticsandIntelligentMachinesLab，无人车是该实验室的一个重要研究领域)。该校还定期开展多种学术活动，老师、学生以及国际上的杰出学者均可在此展示他们的最新研究成果，例如，脑机接口(Brain-MachineInterfaces:ThePerception-ActionClosedLoop)、无人驾驶卡车(ControlforSelf-DrivingTrucks)等内容，这些学术活动为学生提供了相互交流和了解国际前沿科技的机会。

　　2应用型人才培养课程体系探讨

　　目前，我国机器人行业或产业形成了不同层级的技术创新人才需求市场，北京联合大学机器人学院秉承李德毅院士提出的“科学任务带动人才培养，载体汇聚不同学科专业”培养理念，成为工科应用型人才的综合改革试验区。本学院围绕机器人应用与研发的主线，充分发挥多学科多专业交叉融合的特点和学科专业优势，以轮式机器人、无人机、特种机器人等主要应用方向，探索新型工科改革创新[11]，坚持“企业全程介入”和“学生兴趣主导”的“双轮驱动”，夯实“学专融合”的学风建设平台，努力培养具有国际水准的、追求卓越创新的高素质应用工程师。

　　2.1创新思想培养

　　当今智能产业和产品是提升创新驱动发展源头供给能力的时代需求，人工智能对教育本身同样产生了决定性影响，并意义深远[12]。机器人领域应用型人才课程体系教学改革设计思路是：在实践中不断改革创新，广泛聘请国内外知名高校专家、学者讲学指导，为学生根据各自特长提供在实践中学习和应用专业知识的机会和环境;培养学生的兴趣爱好和机器人应用研发潜质，使学生夯实基础课程和专业基础，锻炼学生的创新实践能力和实际工程能力;在未来的科学研究过程中，提出新问题，指出新的可能性，从新的角度来看待老问题，有创造性的想象;大学的价值就在于培养独立的人格、自由的学术和思考能力[13]，24小时为学生开放的“德毅”机器人实验班创新工场，汇聚众多学生作品，培养学生的综合素质、创新能力、创业综合拓展能力。大学教育的主体是本科生。机器人领域本科人才培养要满足智能时代人才市场需求，建立本科人才培养课程体系并合理设置各部分课程模块的权重比例。

　　2.2课程体系设计研究

　　构建核心主干课程，并有效实行教学过程控制，学校和企业共同参与并评价教学效果。以京津冀协同发展背景下的机器人产业需求为导向，设计课程体系，实现四个阶段递进式学习。建设机器人领域创新应用型人才培养课程体系具体如图1所示。1)第一阶段：夯实基础课程，开拓行业视野，初步了解专业。公共基础课程群占主要比例，实践环节主要以行业认知、专业基础课实践课程群为主。2)第二阶段：掌握专业大类基础知识、锻炼专业基础实践能力，开启专业实践能力训练。本阶段主要以专业基础课程和专业必修课程理论学习为主，科研训练以专业基础课实践课程、科学任务训练等专业实习为主。

　　3)第三阶段：科学任务导向选课，科学任务训练工程实践能力。理论课以导师指导学生选修如轮式机器人、无人机应用等方向课模块为主，实践教学围绕机器人相关项目，具体涉及智能交互技术、机器人学、数字图像处理、机器人系统仿真、无人机飞行控制等知识的应用，专业实践以科学任务为主，包括企业实习、综合实践I和综合实践II(机器人相关项目导向)，要求学生独立完成一个小型智能化开发任务。4)第四阶段：实战训练、实践创新。学生通过深入机器人企业进行长周期企业实习和毕业设计，有效提高综合工程实践能力和独立解决科学问题能力，以适应机器人领域对创新应用型人才的需求。

　　2.3人才培养实践与课程体系研究

　　机器人领域创新应用型人才培养要分阶段教学循序渐进，践行“做中学、用中学、知行合一”。努力推进与全球具有影响力的科技创新中心的深度合作，积极与龙头企业共建产学研用合作示范基地，与智能机器人领域重点企业共建研发中心，致力于合作转化世界领先的科技成果，为学生提供全球视野下高端的创新创业与实践就业平台。研究和实践以科研任务导向的机器人领域实践教学四年不断线课程体系。校内创新工场和校外创新创业基地实践，培养学生主动学习的能力，通过本科各阶段循序渐进的科学任务训练，力图将学生培养成为具有国际视野的“高素质、高层次、创新型”的骨干人才。产学研深度结合，可发挥高校与企业各自的优势，实现利益的多赢，强化校外实习实践效果，缩短大学教育与就业的最后一公里距离。

　　研究和实践基于可追溯树结构的课堂数据分析、多种维度的展现手法进行教学质量量化，实现基于云端的教学过程监控体系。记录授课过程的数据，包括影像、录音、听课评价等，海量的课堂数据将通过大数据的分析手段，以多种维度的展现手法，将教学成果进行展示。教学过程的数据都可以被长期存储，再通过历年数据分析，可以更好、更切实地改善工科教学课堂效果。采用可追溯树结构的课堂数据分析，实时量化课堂教学质量，并拓展应用情境。通过大数据等各种技术手段，可以对存储下来的课堂数据进行“教与学”行为的分析，其最终目的是为了优化、改善后续课堂的教学效果。此外，还可以通过图形化模块的方式，将工科实验课堂所涉及的项目场景按照进度和时间流程进行罗列，充分展示教学内容，如在《机器人感知与实践》等课程中实施。

　　3结语

　　机器人技术是众多学科、专业技术的交叉融合和应用。在智能化产业高速发展的今天，机器人即将成为人类认知自然与社会、扩展智力、走向智慧生活的重要伴侣，引发人人联网、物物联网的崭新形态，也改变着人类的生产活动、经济活动和社会生活，故机器人人才教育先行凸显重要。我们始终致力于培养智能机器人产业中富有创新精神和较强实践动手能力的高素质复合型应用人才，建立并实施科教融合、产教融合的专业课程体系，努力打造机器人领域应用型人才培养基地，满足智能化产业高素质应用型人才供给的需求。

　　人工智能方向论文范文：机械设备制造中自动化技术及工业机器人的应用研究

　　摘要：随着我国社会经济与科学技术的迅猛发展，在产量与质量以及安全性方面，都对工业产品提出更高要求，而传统工业产品已无法满足。本文主要对机械设备制造中自动化技术及工业机器人的应用进行探究，不仅从自动化技术方面分析了应用特征、存在问题与完善策略，还从工业机器人方面分析了概念、结构特征及其在冲压自动化生产线中的应用。