新工科背景下机器人教学发展思路分析

新工科背景下机器人教学发展思路分析

于大泳

于大泳（上海理工大学机械工程学院上海200093）

摘要：新工科建设重视工程教育与产业发展紧密联系、相互支撑的理念，目的在于促进行业技术和人才培养的协调发展。机器人作为“中国制造2025”的重点发展行业，机器人教学理应跟上我国高等工程教育改革发展的步伐。分析了国内外机器人教学的发展现状，讨论了新工科背景下机器人教学中存在的关键问题，提出了转变教学理念的基本思路。

关键词：新工科机器人教学改革机电一体化

中图分类号：TH11-4;G642.3文献标识码：A文章编号：0257-2826（2018）03-0172-01

引言

当前世界范围内新一轮的科技革命和产业变革正驱动着以新技术、新业态、新产业、新模式为特点的新经济的形成与发展，我国正在实施创新驱动发展、“中国制造2025”、“互联网+”、“一带一路”等重大战略，对新工科背景下的机器人教学提出了新的要求，机器人教学面临着新机遇、新挑战[1,2]。当前，我国高校工科专业的机器人教学起步较晚、发展相对滞后。在新工科建设背景下，如何培养具有机器人行业背景知识、工程实践能力、胜任行业发展需求的创新型人才，已经成为机器人教学改革急需解决的关键问题。

1.国外机器人教学发展现状

在美国、日本等发达国家，机器人教育已成为理工科大学的一门必修课程。在美国，机器人教学主要通过机器人技术理论教学、机器人设计与制作等实践课程、机器人竞赛或者以机器人主题活动和机器人技术作为辅助平台来开展机电一体化、控制系统设计等课程的教学[3]。斯坦福大学为大学生开设了《机器人学导论》等课程，系统讲解了机器人学的理论知识，主要内容包括：机器人操作臂的几何性质，引起操作臂运动的力和力矩，与操作臂机械设计有关的问题和控制方法，机器人编程方法等。通过这些课程，学生懂得了机器人基本原理以及与机器人相关的机械和计算机科学知识。俄勒冈州立大学以机器人作为辅助平台，将其应用于微机原理与接口技术、模拟电路与数字电路设计、数字信号处理、导航和控制系统设计等大学的课程中。麻省理工学院开设的《机器人学导论》等课程，非常重视机器人教学的实践环节，要求学生动手制作机器人实物作品作为考试内容之一，以检验学生知识掌握程度及实际动手操作能力。

日本的机器人教育和机器人产业是世界上水平最高的国家之一。这与日本不仅在中、小学教学大纲中加入了机器人相关课程，而且在大多数大学设立机器人研究专业，几乎每所大学都拥有高水平机器人研究会，并定期举办机器人设计、制作竞赛，鼓励和促进机器人产品、机器人技术的不断发展。

近年来，韩国、新加坡等国家也认识到机器人教育的重要性，提出了机器人教育发展计划，希望通过机器人教育，带动机器人产业发展，进而实现产业升级，推动经济的可持续增长。

2.国内机器人教学发展现状

我国机器人技术和机器人教育起步较晚，机器人发展水平与世界发达国家相比差距较大。近二十年来，国内清华大学、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、北京理工大学、哈尔滨理工大学、西安理工大学、上海理工大学等高校都开设了机器人相关课程[4]。另外，我国陆续举行了全国大学生机器人电视大赛等机器人竞赛活动，推动了机器人技术的发展，同时培养了学生的综合创新能力。机器人竞赛涉及的学科领域包括：机器人学、机电一体化、嵌入式系统、图像处理与模式识别、人工智能与专家系统、多智能体协调控制等等。在机器人竞赛的同时，各组委会都会举办各种机器人展览、相关技术论坛，旨在为相关学者和专家提供交流和学习平台，并为机器人及其相关技术的发展、应用起到促进作用。

3.机器人教学发展思路分析

近些年来，机器人教育取得了较大的进步，培养了一批机器人专业领域的工程技术人才。随着第四次工业革命正以指数级速度来临，机器人行业必须在创新中寻找出路。结合国内外机器人教学现状以及新一轮科技革命和产业变革的发展需求，提出以下几点关于机器人教学发展思路。

（1）将机器人行业和机器人技术的最新发展、机器人行业对人才培养的最新要求引入机器人课程教学过程，更新教学内容和课程体系，建设满足机器人行业发展需要的课程体系和教材资源；

（2）推动教师将研究成果及时转化为教学内容，向学生介绍机器人研究新进展、实践发展新经验，积极探索综合性课程、问题导向课程、交叉学科研讨课程，提高机器人课程兴趣度、学业挑战度；

（3）落实以学生为中心的教学理念，加大学生选课空间，方便学生跨专业学习，加强师生互动，改革教学手段和考核方式，形成以学生为中心的教学新模式，让学生有更大的自主发挥空间；

（4）构建产学合作、产教融合、科教协同的育人新模式，通过校企合作制定符合机器人行业需求的培养目标和培养方案、共同建设课程、共建实验室和实习基地等，鼓励行业企业参与到各个教学环节。

通过上述机器人教学发展思路，达到促进学生的全面发展，把握机器人专业人才的核心培养素质，培养学生的设计思维、工程思维、批判性思维和数字化思维，提升学生跨学科交叉融合、自主终身学习、沟通协商能力和工程领导能力。

参考文献

[1]“新工科”建设复旦共识[J].高等工程教育研究,2017,15(1):16-17.

[2]“新工科”建设行动路线[J].高等工程教育研究,2017,(2):24-25.

[3]吴振宇,刘禹彤,冯林.机器人实践教学体系改革探索[J].实验室研究与探索,2017,(6):192-195.

[4]毕津滔,张婉鹂.高校机器人教学改革新思路之探索[J].信息通信,2013,(3):266-267.