机器人工程新工科专业建设探析
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摘要：当前我国高等教育的发展重心已经从规模扩张转入内涵提升，提升质量已经成为核心任务。在《中国制造2025》中，机器人技术受到了前所未有的重视，成功申办机器人工程专业响应了教育部“新工科”建设号召，顺应了当前我国经济、社会发展对机器人技术的人才需求。然而，机器人工程专业作为一个新专业其发展和新经济的发展密切相关，是面向未来技术和未来社会的一个全新专业，传统的高等教育组织模式和教学理念、方法均需要进行大幅度的改革，以适应其专业内涵建设的需要。本文主要从专业理论与实践教学改革角度进行了初步研究，提出了初步改革思路供参考。
关键词：新工科;机器人工程;实践教学;一贯制改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）19-0244-02
一、机器人新工科专业办学面临的问题
当前，就我国高等工程教育来看，尽管规模庞大，然而质量不高，主要体现在：知识综合能力不足，工程实践能力不足，技术创新能力不足，难以适应新经济发展对工程技术人才的要求。全球范围内机器人技术的研究及应用已成为新的热点。目前中国已成为全球最大的机器人应用市场，然而我国机器人整机和关键零部件与国外同类产品性能差距明显，急需培养大量能掌握机器人研发、制造、应用、维护及管理等知识的专业复合型人才。另外，从学校整体发展定位的角度来看，未来煤炭资源开发领域将逐步过渡到少人化、无人化作业，为解决深部地下、深海、深空等极端危险环境下的资源勘探、开采难题，也需要培养精通矿用机器人及智能采掘装备研发和应用的行业专门人才。
近年来，国内各高校也开展了部分针对新工科专业的各种改革和探索，但层面不深，内涵不够，大多停留在“校企合作”等组织形式上，而且多数校企合作多流于形式，重仪式、轻内容。多数高校，大部分专业目前还只能采用固定陈旧的课程体系、课堂讲授的教学方法、依附课程的实践教学、闭卷为主的考试方法等传统模式。往往多是“新瓶装旧酒”，形式改变但课程依旧的教学改革。例如，在机械工程专业培养过程中课程实验、课程设计、专业设计、创新创业竞赛活动及毕业设计多个实践环节间缺乏有效的连接，相关指导教师在知识体系、指导思路上还存在差异化，导致学生感觉所学知识无法形成有效的体系，对专业兴趣日趋平淡，另外由于经费和实习基地建设的限制，学生的认识实习、毕业实习和生产实习等实践环节的实质性内容偶有重叠，实习内容不够饱满，实习内容和设计内容无关等问题。
因此，需要进一步开展相关问题的调研和研究工作，系统总结前期办学过程中的经验和不足，在具体到建设机器人工程新专业的过程中如何进行顶层设计，避免旧有模式的束缚，提高人才培养质量成为亟需解决的关键问题。特别是针对新工科人才培养过程中更加注重实践能力的培养问题，提出解决原有专业人才培养过程中课程理论教学和实验教学脱节，实验教学碎片化、实践教学模块连续性不强的问题具有重要意义。
二、新工科专业建设的现有基础
中国矿业大学机器人工程专业依托机电工程学院，于2018年3月通过教育部审批，是學校申请获批的3个“新工科”专业之一。学院多年来开设有机器人技术相关的本科生和研究生课程，其课程体系中设有与机器人技术密切相关的课程，如“机器人技术”“智能机器人”等，同时还设有机械类、电工电子类、控制工程类、传感与检测技术类等基础课程。在机械工程专业新的2016版培养方案中已先行增设了一个“机器人技术课组”模块，开设有“机器人学导论”“机器人动力学与控制”和“机器人系统设计及应用”三门专业主干课程，以及多门选修课。
学院积极组织参与大学生科技创新活动，学生的机器人相关作品屡获“挑战杯”全国大学生竞赛一等奖、中国机器人大赛冠军等奖励。长期致力于矿用特种机器人技术的研发与应用，早在2006年就研制出国内首台煤矿灾后探测机器人，获得国家863课题的支持;同时开展了大量的煤矿采掘工作面无人化技术与智能装备等方面的研发工作，先后获得973项目、国家自然科学基金重点项目等资助。培养了大量机器人专业方向的研究生，且为本科生提供了良好的科研实训平台。依托学院新成立的“矿山机器人研究所”，在机器人技术专业方向上已拥有一支颇具实力的师资队伍，有专任教师22人，均具有博士学位，其中教授7人，副教授10人。对标国际、国内一流高水平大学的机器人相关专业设置，制定了科学合理的机器人工程专业人才培养方案，建立了专业课程体系，整合现有的实验室资源，构建了完备的机器人专业方向实验和实践教学基地，与有关企业签订了战略合作协议和研究中心，开辟了本科生实习基地，为机器人工程专业办学提供了良好的办学条件。
三、机器人新工科专业建设新思路
调研了国内外机械大类专业方向的本科人才培养模式，对学院现有机械工程专业人才培养模式进行了经验总结，凝练了机器人工程新工科专业人才培养新理念和新思路。研究了适应未来新经济和社会发展需要的新工科人才培养方法，通过合理的课程体系架构打通理论教学和实践教学环节，优化课程体系，构建实践教学新模式。通过对机器人工程专业培养方案的顶层设计，抓住两条主线：一条线是基础理论教学，通过通识基础知识、专业基础知识学习打牢学生的基础理论;一条线是开展完整、深入、工程化的一个机器人系统的设计，采取一贯制新模式开展实践教学与创新能力培养。
构建基于项目的培养体系。以“模块化课程、系列化项目、团队化指导”为改革目标，调研行业、企业、毕业生三类人群，把握行业需求、岗位分布、知识能力三种要求，研究项目内容、实施办法、评价标准三项内容，构建基于项目的教学体系。全过程就是以能力培养为主线，构建贯穿培养全程，目的明确，循序渐进，能力进阶的项目教学系列，逐步持续强化学生的工程意识，使学生在校期间受到从业能力基本训练。
四、机器人新工科专业建设实施方案
第一，设置“机器人系统设计”专项训练项目，从大一开始至第七个学期，每学期均进行，从机器人调试开始完成一台机器人系统的机械设计、电路设计，控制系统，传感器，定位导航通信全过程，并在第八学期的毕业设计中进行系统集成。
第二，以挑战杯和机器人大赛等大创项目为依托，通过参加各类相关科技项目比赛，培养学生科学研究和技术开发相结合的实际工作能力、创新意识和创新能力、团队协作能力、快速学习新知识能力、分析写作能力等。
第三，开发专业实验室和创新实验室，加强产学研的实质性合作，共建机器人类课程和机器人本科生实习基地，凝练并打造优势和特色的稳定的研究方向，创造良好的学术氛围、实验条件与实践基地，不断提高专业综合实力与水平。
第四，改革教学管理方法。项目教学不同于传统教学，种类繁多、场地分散、过程较长等教学特点决定了其管理模式必须改革。课程项目由课程教学团队管理，模块项目由课程模块负责人领衔的指导团队管理，学年项目由学工部门和相关导师共同管理，毕业项目由校企联合指导团队管理。为便于师生的及时交流和管理部门的实时监控，可通过网络新媒介等形式辅助管理包含项目申请、进展监控、师生交流、结题验收、成果展示工作。
落实机器人工程专业新工科人才培养新理念，建立新专业实践教学和人才实践能力培养新模式，以机器人工程专业建设为契机，基于新的教学组织模式开展相关实验室建设，高标准建设本科生实习基地，提高本科生人才培养质量。
参考文献：
[1]陈鑫.机器人工程专业多平台协同教学的实践与研究[J].科技经济导刊，2018，（18）.
[2]陈培茂.我校工业机器人应用专业建设的必要性与建设思路浅析[J].文化研究，2017，（5）.
[3]陈飞，范扬波，魏碧霞.“机器人及智能制造”专业群的工程实践创新实验室建设探索[J].高教学刊，2017，（23）.
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