刘艳，张伟，李艳君，王雪洁，陈琢，潘树文
（1.浙大城市学院 信息与电气工程学院，浙江杭州 310015；
2.浙江经济职业技术学院 数字信息技术学院，浙江杭州 310018）
在新一轮科技革命和产业变革下，新兴行业的出现需要多样化、创新型卓越工程科技人才，即新工科人才[1-2]。这就要求高等院校培养类似自动化专业的学生时，除了要求他们在某一学科专业领域理论扎实、学业精深之外，还要具有学科交叉融合、实践操作和科技创新的能力。同时，自从学校转设公办普通本科后，实施了面向全国范围内招生的政策，当期教学中出现了一些问题。
以移动机器人为代表的人工智能设备是未来智能装备发展的方向，涉及传感器、信息处理、自动控制、导航等基本技术。另外随着移动机器人的市场需求以及应用领域的不断扩大，其涉及的研究内容变得更宽泛，研究技术和方法变得更多，具有鲜明的多学科交叉融合特征，特别适合培养学生创新、跨界和开发的核心竞争力[3]。本文提出了构建以移动机器人为核心的自动化专业机器人方向教育体系和实践平台，并制定措施保障教学体系的顺利实施，提高了自动化类专业人才培养质量，取得了阶段性成果。
以移动机器人为主线的机器人方向课程教学体系将科学知识掌握和应用能力培养并重，该体系不依赖于学科知识分类和课程性质等要求，而体现在基于任务驱动的学科知识的“跨界”上。
1.1 培养方案的修订
我校在新修订的自动化专业培养方案中，设置了关于移动机器人的三门必修课和三门选修课，分别是《智能机器人设计基础实训》《智慧物流技术应用》《智能机器开发实践》《机器人设计与实践》《机器人创意设计与实践》《智能电子控制系统设计实训》。以上六门课程构建了移动机器人课程体系，将学科知识和素质融于能力培养之中，以能力培养为核心，以学科知识为支撑。这些融合既可以发生在课程内，也可以发生在课程间，课程不再是相对独立的知识单元，课程之间存在必然有机的连接关系，形成了课程之间有机连接的网形结构。
课程设计在时序上按照完成移动机器人实际任务所需要的知识学习时序、能力训练时序、工作流程时序和产品流程时序进行安排。
课程体系中课程内容由课程目标决定，是《教学大纲》负责解释的范畴。基于从培养目标到课程内容的衔接关系，即a培养目标-b毕业要求-c毕业要求指标点-d课程体系-e课程目标-f教学内容。进行从a到f是反向设计，从f到a是正向实施。课程内容取决于课程结构，课程结构决定课程内容。结构是内容的框架，内容是结构的表现。采用文献中笔者认为的系统、完整、有效的教育部职业技术教育中心研究所研究员、应用型课程建设联盟主席姜大源教授的“工作过程系统化”的方法[4]，使得教学有效性大大提升，最终实现课程教学目标可以更加有效地达成。
1.2 培养方案执行
在新修订的人才培养方案的执行过程中优化了网状课程体系结构，深化了各门课程内容的层层递进关系。对《智能机器人设计基础实训》《智能机器人开发实践》和《机器人设计与实践》的教学内容和教学方法进行了改革，如将机器人操作系统ROS引入了《机器人设计与实践》课程中，将树莓派用作《智能机器人开发实践》的上位机来实现高级控制技术，将虚拟仿真实验应用到了《智慧物流技术应用》课程中。
该培养方案行之有效的关键在于将课堂教学、设计实践和科研创新融会贯通，极大地激发了学生学习移动机器人设计与实现技术的兴趣和热情，促进了学生对移动机器人技术的理解和掌握，提高了学生自主学习、设计和技术创新、独立分析问题和解决问题的能力，为毕业设计、认知实习、生产实习、毕业实习或继续深造打下了坚实的基础。
2.1 移动机器人竞赛平台
以移动机器人为核心的课外实践主要是大学生学科竞赛[5]和大学生科研[6]。目前所涉及的竞赛有RoboCup、中国机器人大赛、中国服务机器人专项赛、浙江省大学生机器人竞赛、中国高校智能机器人创意大赛（浙江省大学生智能机器人创意竞赛）、全国大学生机器人大赛-RoboMaster、全国大学生机器人大赛-RoboTac、全国大学生机器人大赛-RoboCon等。
2.2 大学生科研及创客平台
与移动机器人相关的大学生科研项目主要有校级大学生科研、省新苗、创客项目以及国家级大学生创新创业项目。该平台学生参与科研团队的横向或纵向关于移动机器人关键技术研究课题，产出成果包括发明专利、实用新型专利、科技论文、软件著作权等。
2.3 校内外实践基地平台
强化实践，构建校内、校外实践基地相结合的应用型人才培养实践体系。以服务学生为宗旨，优化管理资源配置，与企业联合培养学生，进行产学研合作，建立相对稳定的专业学士学位校外培养基地，为学生认知实习、生产实习、毕业实习和深度实习构建良好的基地平台。目前建设有浙江大华智慧物流实践基地、苏州才炬机器视觉实践基地、杭州纳茵特机器人竞赛实验基地。
3.1 建设机器人社团平台
以兴趣为导向，机器人社团平台的面向对象为大一本科生，该平台包含机器人、智能制造、无人机等新技术元素，学生通过该平台能够理解相关对象的组成、工作原理、应用等方面的内容，降低学生参与科技活动的门槛，激发学生的学习积极性。
该平台使用简单控制器，以使学生经过简单的学习，就可以利用该平台实现简单的任务功能，以培养学生对机器人的基本认识、编程逻辑、分析问题、解决问题的能力。
3.2 建设移动机器人长学期和短学期实训平台
该平台的服务对象为二、三年级本科生，建设目的是学生可以利用长学期和短学期机器人创新开发平台提供的软件模块、硬件模块和调试模块，快速地组建验证验机，进行创新思想验证，降低学生科技创新活动的难度，加速创新周期，促进学生创新活动的开展。创新平台包括无人机系统和机器人系统的整套软硬件模块，以及软硬件模块的学习培训资料。
3.3 建设移动学生机器人竞赛平台
该平台的服务对象为参与机器人类科技竞赛和无人机类科技竞赛的本科生。包括无人机类竞赛和机器人类竞赛需要的成熟的硬件模块、软件模块和调试模块，有一定基础的科技竞赛学生，利用该平台经过短时间培训，可以达到基本竞赛要求，而且利用该平台可以根据不同的竞赛要求开发出竞赛作品。建设该平台的目的是：降低学生参加机器人类竞赛的难度，培养学生参加科技竞赛的兴趣，为科技竞赛培训活动提供物质基础，提高信电学院在机器人类科技竞赛中的成绩，促进学生科技竞赛的发展。
3.4 建设移动机器人科研平台
该科研平台主要是以平台设备为基础申报国家级、省级、校级大学生科研项目和学校创客项目。通过科研训练培养大学生综合能力。一是学会通过各种信息检索工具，查询国内外文献，提高文献查询、分析、综述能力。二是在科研项目实施过程中，学习科研支撑知识和技能，全面和深入拓展获取和吸收新知识的能力。三是对科研项目实施过程中的成果和结论，学习以文档资料形式总结和撰写，提高文字表达和归纳整理问题的能力。四是在科研项目的成果展示阶段，提高PPT制作和口头表达能力。
3.5 建设移动机器人实验室平台
按照“硬件平台模块化、软件平台结构化、机器人功能多样化”的思路，建设了移动机器人设备群，支撑自动化专业移动机器人专业方向课和选修课的实践教学，为学生搭建了适合于不同年级、兴趣以及能力的机器人平台，包括积木编程机器平台、ROS移动机器人平台、AI移动机器人平台、树莓派控制移动机器人平台、基于STM32的移动机器人平台、基于Arduino的移动机器人平台等。
3.6 建设移动机器人虚拟仿真实验平台
基于“条件不具备”“实际运行困难”“高危、高成本、高消耗、不可逆、大型综合”的标准，建设了移动机器人及关键技术环境的虚拟仿真实验项目。如机械臂视觉控制系统虚拟仿真实验和智慧物流虚拟仿真实验项目。这两个项目分别就机械臂视觉控制过程中二维空间到三维空间转换过程的可视化以及智慧物流系统综合性路径规划做了虚拟实现。以上两个虚拟仿真实验教学项目是从科研成果转化而来，先进的科研和行业成果为虚拟仿真实验提供了丰富的素材，成为资源建设的重要内容，丰富了学生学科知识内涵。
4.1 参加学科竞赛成绩优异
2015年以来，学生参加国家级和省级各类学科竞赛分别有48人次和308人次。关于移动机器人竞赛项目的代表性成绩包括中国智能机器人格斗及竞技大赛一等奖1项、中国高校智能机器人创意赛国家级二等奖1项、小型足球机器人竞赛省级一等奖2项。
2021年学校智能机器人实践团队仅机器人类学科竞赛获15项，其中国家一等奖1项、国家二等奖2项、国家三等奖4项、华东赛区的三等奖3项、浙江省二等奖1项、浙江省三等奖4项。
4.2 毕业设计质量显著提高
依托竞赛平台、大学上科研项目团队完成的毕业设计质量较高，每年都有多项作品参与毕业设计作品展；
优秀设计（论文）获得优秀毕业设计（论文）称号，此类论文多数有大学生科研过程中获得的实用新型专利、科技论文以及软件著作权的支撑。
目前学院经历了学校转设公办、培养方案的修订，逐渐明确了机器人方向的建设路线和人才培养目标。以“智能移动机器人”为载体，以开发移动机器人运动、环境感知以及任务实现等智能化功能为基础，进一步实现移动机器人思维智能的设计与开发。经过多年探索，信息与电气工程学院机器人方向在智能机器人的人才培养方面已经摸索出一套行之有效的模式，这种“以做促学、以赛促学，以研促学”和创新项目驱动的培养模式极大地激发了学生的潜力，无论在学生就业还是在深造方面都有很好的效果。
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