新工科背景下机器人工程专业人才实践创新能力培养模式探索.docx

新工科背景下机器人工程专业人才实践创新能力培养模式探索

摘要：机器人工程是典型的新工科专业，具有鲜明的多学科交叉特点，更加强调学生的工程实践创新能力培养。基于这一特点，文章首先构建了梧州学院机器人工程专业实践创新一体化培养体系，其次以水下机器人实训项目为例，详细阐述实训平台选择、实训内容由“学练”到“创新”的递进式实践创新能力培养模式，并系统设计了学生在对应阶段应完成的项目内容，最后明确了通过该模式应达成的培养目标。实践表明，该模式提升了学生的水下机器人开发设计能力和工程实践创新能力，为机器人工程专业新工科建设发挥了积极作用。

关键词：新工科;机器人工程专业;实训项目;实践创新能力

一、引言

2023年1月，工业和信息化部等十七部门发布的《“机器人+”应用行动实施方案》提出，结合区域发展特色，开展“机器人+”应用创新实践，促进经济社会高质量发展[1]。该方案推动了机器人行业的加速发展，但追根溯源，加强人才培养才是方案实施的重要保障。机器人工程专业的最大特点是多学科交叉、工程实践性强[2-4]，因此，该专业要和其他工科类专业有所不同，应以培养学生解决复杂工程问题能力为主线，构建实践创新一体化的培养体系[5-6]。

梧州学院是广西地区最先获批机器人工程专业的高校。机器人工程专业是该校电子信息新工科专业群中的新建专业，自2019年开始招生。梧州是三江（西江、桂江和浔江）汇合之地，水系资源丰富。作为地方本科院校，梧州学院办学定位立足梧州，服务“一区一带”（粤桂合作特别试验区和珠江——西江经济带），因此，机器人工程专业开设水下机器人实训对于服务区域经济发展具有重要意义。为提高学生的工程实践创新能力，文章构建了“四层次”实践创新一体化培养体系，并以综合自主实践层的水下机器人实训为例，详细阐述水下机器人实训项目的“学练”与“创新”2个阶段设计。实践表明，实训项目提高了学生的实践创新能力，多名学生在学科竞赛中取得了优异的成绩。

二、实践创新一体化培养体系

梧州学院机器人工程专业将实践与创新有机结合，构建了实践创新一体化培养体系，贯穿大学四年，如图1所示。

整个体系分为四层，第一层为认知实践能力培养，面向大一新生，进行机械、电子工艺方面的认知，学习了解机器人基础知识;第二层为基础实践能力培养，完成基础课程方面的硬件设计和软件设计，强化学生的动手能力，为后面的实训和竞赛打好基础;第三层为综合自主实践能力培养，学习机器人各个方面的知识和技能，同时参加校级/省级的学科竞赛;第四层为创新实践能力培养，主要通过各类学科竞赛和“双创”项目提高学生的理论水平和实践技能，学生的成果主要在这一层产生。水下机器人基础实训属于综合自主实践层，是在完成相关基础实践后进入的高级实践层，这一层的目的是引导学生建立系统和工程的概念。

三、水下机器人实训平台

水下机器人被广泛应用于军用、民用等各个领域，其作为水下开发工具在水下观测和水下作业方面体现出了巨大优势。梧州学院水下机器人实训平台选用博雅工道（北京）机器人科技有限公司的自主仿生机器人作为教学工具，这是一款全面开源的水下仿生机器人，采用单关节仿生尾鳍作为推进器，模仿鱼类外形和运动规律进行水下环境数据收集，实物图如图2所示。机器人工程专业配备有6套这样的水下机器人及1个专用水池。由于水下机器人基础实训项目较为复杂，因此，按照机器人学科竞赛要求，学生每3人为一组，小组成员分工协作，一次可18人同时进行实训，利于有序地开展教学和培养学生的合作能力。

水下机器人系统组成：主机舱、控制舱、电池舱、尾鳍、天线、水声遥控、PC端平台。

参数：主体尺寸长27.2cm、宽11cm、高18.1cm;整体质量1.2kg;水下声波通讯5～10m;图像采集30万像素;续航时间90～150min。

水下机器人实训平台主要技术特点如下。①自主识别。搭载高清摄像头，基于Linux操作系统对采集图像进行处理，可在水下识别到目标物体，并实现机器人对目标物体的智能拍摄和跟随。②代码开源。提供机器人二次开发所常用的SDK库函数，并配有相应函数解析过程，便于对机器人进行二次开发，且易调试、上手快。③外设航插。预留防水航插，通过该航插接口，机器人可直接搭载外设，实时显示外接设备的工作状态信息。④调试平台。提供配套调试软件，可对机器人进行参数调节、程序编写和烧录，可查看外接设备的工作状态信息，可实时拍摄图像。⑤双端操控。可设置手动遥控模式，通过水声遥控器无线操控机器人;也可设置自主模式，规划机器人游动方式，使机器人实现自主游动。⑥水声通信。不同于常规的有缆操控方式，采用水声通信方式操控机器人可增加机器人的便捷性和灵敏性。

这套水下机器人实训平台作为教学载体，可在运动控制、机械设计、电子电路、水声通信等方面对学生进行理论与实践教学;作为科研载体，可依据