鄭智貞 秦慧斌 梅林玉 嚴(yán)紹進(jìn) 李瑞琴 趙正杰

（中北大學(xué)，太原，030051）

0 引言

機(jī)器人技術(shù)是機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、控制、材料、人工智能多學(xué)科相互交叉與融合的新興技術(shù)，不僅是新工科建設(shè)最具代表性的前沿交叉學(xué)科之一[1]，同時也是《中國制造2025》戰(zhàn)略中的十大重點(diǎn)領(lǐng)域之一[2]。

近年全國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)快速增長，2016-2017年，在教育部備案機(jī)器人本科專業(yè)的高等學(xué)校已超80所，但高校、職業(yè)院校的課程設(shè)置比較滯后，而且機(jī)器人廠商提供的相關(guān)培訓(xùn)又存在品牌針對性過強(qiáng)、推廣性差、培訓(xùn)網(wǎng)點(diǎn)有限等問題，難以達(dá)成系統(tǒng)的教學(xué)效果，導(dǎo)致工業(yè)機(jī)器產(chǎn)業(yè)人才短板開始凸顯[3-5]。2016年，由工信部等聯(lián)合發(fā)布的《中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃 （2016-2020 年）》明確指出，要組織實(shí)施機(jī)器人產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)計(jì)劃，加強(qiáng)大專院校機(jī)器人相關(guān)專業(yè)學(xué)科建設(shè)，加大機(jī)器人職業(yè)培訓(xùn)教育力度，加快培養(yǎng)機(jī)器人行業(yè)急需的高層次技術(shù)研發(fā)、管理、操作、維修等各類人才。

大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐平臺是將知識、素質(zhì)、能力和創(chuàng)新融為一體的綜合性教學(xué)平臺，是大學(xué)生工程教育中最高層次的教學(xué)平臺，平臺服務(wù)于學(xué)生，注重以創(chuàng)新為導(dǎo)向的能力培養(yǎng)[6]。機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)平臺是各高校進(jìn)行教學(xué)研究和工程訓(xùn)練理想的實(shí)踐平臺，可以培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科綜合能力[7]。 因此，按照新工科建設(shè)行動路線，建設(shè)綜合的機(jī)器人專業(yè)教育和研究平臺，使之成為集教學(xué)、科技競賽及活動為一體的開放性平臺，對于培養(yǎng)高素質(zhì)的機(jī)器人創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

中北大學(xué)機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐平臺(以下簡稱機(jī)器人平臺)成立于2014年9月，隸屬于中北大學(xué)教務(wù)處，該平臺主要致力于構(gòu)建機(jī)器人開放型創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系，提高中北大學(xué)機(jī)器人科技創(chuàng)新水平。本文對機(jī)器人平臺的建設(shè)與運(yùn)行機(jī)制、創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式、校內(nèi)外機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐共享平臺建設(shè)等方面進(jìn)行深入分析。

1 機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐平臺運(yùn)行機(jī)制建設(shè)

依照《中北大學(xué)深化大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育實(shí)施意見》、《中北大學(xué)本科生科技創(chuàng)新活動管理辦法》，以機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐平臺為中心，聯(lián)合機(jī)電工程學(xué)院機(jī)器人研究所、機(jī)械工程學(xué)院機(jī)構(gòu)學(xué)與機(jī)器人學(xué)科團(tuán)隊(duì)、工程訓(xùn)練中心、國家級電工電子開放實(shí)驗(yàn)室、各學(xué)院科學(xué)技術(shù)協(xié)會等，中北大學(xué)建立校內(nèi)機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐共享資源平臺，成立機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、自動控制、機(jī)器視覺、傳感器、材料、先進(jìn)制造、多學(xué)科交叉融合的指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)。

機(jī)器人平臺主要設(shè)立技術(shù)委員會和管理委員會，其中，技術(shù)委員會負(fù)責(zé)平臺的所有教學(xué)內(nèi)容，直接工作對象為全部的機(jī)器人創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)；管理委員會負(fù)責(zé)平臺日常工作，其工作實(shí)體為技術(shù)性社團(tuán)——機(jī)器人協(xié)會，該協(xié)會同時由分管學(xué)院團(tuán)委和校團(tuán)委指導(dǎo)，旨在增進(jìn)協(xié)會與全校各類協(xié)會之間的交流，擴(kuò)大平臺的影響力。中北大學(xué)機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐平臺組織架構(gòu)如圖1所示。

圖1 中北大學(xué)機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐平臺組織架構(gòu)

機(jī)器人創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的組建和運(yùn)行是平臺運(yùn)行的關(guān)鍵。機(jī)器人平臺逐步形成以資深專家教授為領(lǐng)頭，以教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富、工程實(shí)踐能力強(qiáng)的中青年教師為實(shí)踐活動指導(dǎo)主力，以有參賽經(jīng)歷的在讀博士、碩士研究生為培訓(xùn)骨干的技術(shù)團(tuán)隊(duì)。技術(shù)委員會按照比賽項(xiàng)目分為對應(yīng)的技術(shù)部，按照各技術(shù)部的技術(shù)背景要求，將對應(yīng)專業(yè)背景的教師進(jìn)行優(yōu)勢資源整合，形成合力，共同對本技術(shù)部的所有參賽隊(duì)伍負(fù)責(zé)，同時在技術(shù)部之間形成良性競爭氛圍；選拔管理能力較強(qiáng)的教師專職負(fù)責(zé)平臺運(yùn)行和組織管理，成立管理團(tuán)隊(duì)，負(fù)責(zé)平臺的日常管理、對外宣傳、會員管理等事務(wù)。機(jī)器人平臺下設(shè)技術(shù)協(xié)會，協(xié)會干部由具有比賽經(jīng)驗(yàn)的高年級隊(duì)員擔(dān)任。

2 創(chuàng)新實(shí)踐平臺的教學(xué)體系構(gòu)建

2.1 開設(shè)機(jī)器人公共選修課

機(jī)器人技術(shù)涉及機(jī)械、材料、電子、控制和軟件編程等相關(guān)知識，與本校開設(shè)的大部分理工科專業(yè)緊密相關(guān)，同時結(jié)合2015-2017年報名參加機(jī)器人大賽的學(xué)生信息進(jìn)行綜合分析，平臺以表1、表2為框架，分兩個階段探索全校開設(shè)機(jī)器人技術(shù)相關(guān)選修課課程體系。

2.2 建立學(xué)生自主培訓(xùn)體系

培訓(xùn)體系包括開展科技創(chuàng)新文化活動月、機(jī)器人暑期學(xué)校，建立機(jī)器人專題創(chuàng)新實(shí)踐大講堂，舉辦科技作品展覽、機(jī)器人高峰論壇等，鼓勵本校學(xué)生參與其中， 2017年參加人數(shù)高達(dá)4880人。

2.3 創(chuàng)建開放性機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室

開放性實(shí)驗(yàn)室作為機(jī)器人平臺建設(shè)的重要內(nèi)容，配有機(jī)器人小型元器件庫、森漢表演機(jī)器人、投籃機(jī)器人、循跡機(jī)器人套裝、水中機(jī)器魚競賽訓(xùn)練平臺、水中機(jī)器人協(xié)作平臺配件包、CHR物流搬運(yùn)機(jī)器人競賽專用場地等，為全校學(xué)生提供一個開放性的機(jī)器人制作、比賽場所。

2.4 開設(shè)創(chuàng)新研究型實(shí)驗(yàn)選修課程

開設(shè)“創(chuàng)新研究型實(shí)驗(yàn)”選修課程，讓學(xué)習(xí)選修課的學(xué)生進(jìn)行機(jī)器人制作實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)。教師逐年根據(jù)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展、競賽的不斷變化，將最新的機(jī)器人工程對象添加到教學(xué)資源庫中，使學(xué)生通過表1、表2兩個階段的學(xué)習(xí)后，初步掌握機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制作方法，可獨(dú)立參加各類機(jī)器人競賽，逐步形成“實(shí)踐理論+動手操作+競賽檢驗(yàn)”完備的創(chuàng)新課程教學(xué)體系。

表1 中北大學(xué)機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐平臺基礎(chǔ)知識培訓(xùn)一

表2 中北大學(xué)機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐平臺基礎(chǔ)知識培訓(xùn)二

2.5 開展常態(tài)化項(xiàng)目管理與培訓(xùn)

訓(xùn)練項(xiàng)目根據(jù)復(fù)雜程度分為不同級別，由低到高，如：電路板設(shè)計(jì)與實(shí)踐、機(jī)器人簡易控制與裝調(diào)訓(xùn)練、機(jī)器人系統(tǒng)集成訓(xùn)練以及機(jī)器人設(shè)計(jì)與創(chuàng)新訓(xùn)練等。每個層次的訓(xùn)練以某一個具體項(xiàng)目為載體，采取項(xiàng)目負(fù)責(zé)制，以各個創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)為單位完成。由指導(dǎo)老師團(tuán)隊(duì)組織階段性研討和答辯，決定晉級更高層次訓(xùn)練學(xué)生的名單，逐層選拔出獲得比賽資格的學(xué)生隊(duì)伍。同時，在訓(xùn)練中培養(yǎng)學(xué)生勇于克服困難、精益求精的學(xué)習(xí)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲芯瘛?/p>

3 營造機(jī)器人教育氛圍

自2016年4月至今，機(jī)器人平臺共邀請德國漢堡大學(xué)張建偉教授、加拿大約克大學(xué)張丹教授、麥奧爾堡大學(xué)白紹平教授、中國科學(xué)院自動化研究所喻俊志教授、北京交通大學(xué)姚燕安教授、中關(guān)村融智特種機(jī)器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟陳曉東秘書長、山東大學(xué)李貽斌教授等國內(nèi)外機(jī)器人領(lǐng)域知名專家學(xué)者來本校進(jìn)行機(jī)器人產(chǎn)業(yè)政策、機(jī)器人人才培養(yǎng)、科研選題及專項(xiàng)技術(shù)交流。千余名師生從中受益，營造了全校機(jī)器人教育的良好氛圍，擴(kuò)大了學(xué)校機(jī)器人教育的知名度。

4 賽學(xué)教相融合

機(jī)器人平臺培養(yǎng)學(xué)生參加山西省大學(xué)生機(jī)器人大賽、華北五?。ㄊ?、自治區(qū)）大學(xué)生機(jī)器人大賽、中國機(jī)器人大賽、國際水中機(jī)器人大賽等課外科技作品大賽，取得了優(yōu)異成績，2015-2017年期間，參賽學(xué)生共獲國家級獎勵40余項(xiàng)、省級獎勵百余項(xiàng)，學(xué)校多次榮獲優(yōu)秀組織獎和特殊貢獻(xiàn)獎。

其次，機(jī)器人平臺對競賽后的科技作品深入挖掘，申報各級大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并與本科畢業(yè)設(shè)計(jì)課題相結(jié)合，標(biāo)志性成果不斷涌現(xiàn)。2015-2017年期間，機(jī)器人平臺獲批國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目10項(xiàng)，省級大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目16項(xiàng)。其中，“全地形偵查探測機(jī)器人”入選第九屆全國大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)年會，“基于可控可重構(gòu)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的紙盒包裝機(jī)器人”獲2017年第十五屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽山西省賽區(qū)特等獎、全國三等獎。

此外，機(jī)器人平臺重視學(xué)生課外科技作品的成果保護(hù)與深化研究利用，加強(qiáng)了專利申請講座與專利知識產(chǎn)權(quán)培訓(xùn)。2015-2017年期間，機(jī)器人平臺共為師生申報專利40余項(xiàng)，已授權(quán)發(fā)明專利12余項(xiàng)、實(shí)用新型專利 10項(xiàng)、軟件著作權(quán)5項(xiàng)。

5 校內(nèi)外創(chuàng)新實(shí)踐基地建設(shè)

2016年，機(jī)器人平臺與上海宇航系統(tǒng)工程研究所星天地創(chuàng)客空間合作，共建星球表面探測機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，并互派人員進(jìn)行學(xué)習(xí)交流；機(jī)器人平臺聯(lián)合山西中創(chuàng)偉業(yè)企業(yè)管理咨詢有限公司，成立了“中北1941眾創(chuàng)空間”。

另外，機(jī)器人平臺還與山西科碩自動化設(shè)備有限公司建立課外實(shí)踐基地；與浙江天煌科技實(shí)業(yè)有限公司、中國科學(xué)院寧波分院機(jī)器人研究所、上海航天八院等公司建立全方位合作，推薦優(yōu)秀本科生、研究生實(shí)習(xí)、就業(yè)；中北大學(xué)本科生、研究生、指導(dǎo)教師參加北京航空航天大學(xué)、清華大學(xué)水中機(jī)器人創(chuàng)新研究中心、華中科技大學(xué)等重點(diǎn)高校同類創(chuàng)新實(shí)踐平臺的“暑期學(xué)校”，參加國家級、國際級大學(xué)生機(jī)器人比賽培訓(xùn)、國內(nèi)外機(jī)器人學(xué)術(shù)會議等。

6 結(jié)語

本文通過對中北大學(xué)機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐平臺管理運(yùn)行機(jī)制建設(shè)、教學(xué)體系構(gòu)建、校內(nèi)外共享資源建設(shè)介紹，展示了該平臺初步構(gòu)建了開放型的機(jī)器人創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系，建立多個校外大學(xué)生機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐基地，這不僅拓寬了本校大學(xué)生機(jī)器人教育資源，也為開放型創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系研究夯實(shí)了基礎(chǔ)。同時，通過該平臺活動，優(yōu)秀人才效應(yīng)顯著，也為本校智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)班的成功開設(shè)、申報“機(jī)器人工程”本科專業(yè)奠定了重要基礎(chǔ)。