《专业建设》
1.普通本科高校转型应处理好的七个关系
2.新工科背景下机器人知识体系与课程内容研究
普通本科高校转型应处理好的七个关系
摘要：应用转型试点高校走向深处需要正确处理的关系主要有：学校应用转型与一流大学建设的关系；应用专业建设与学科建设的关系；课程应用转型与金课、银课建设的关系；教师应用转型与高水平师资队伍建设的关系；强化社会服务与人才培养的关系；扎根地方与国际教育的关系；应用转型创新与坚守大学根本的关系。这些关系处理不好，将直接影响应用转型走向更深处，并影响应用转型的进一步提升与发展。
关键词：高校应用转型，金课建设，人才培养，一流大学建设
从2014年2月26日国务院总理李克强在国务院常务会议上提出“引导一批普通本科高校向应用技术型高校转型”，到目前为止，全国已有300多所普通本科高校参与了应用转型改革试点，并且大多数是学校整体应用转型，只有少部分高校是通过二级学院开展试点的方式进行，应该说，应用转型总体情况向好，尤其是获得中央预算投资1个亿产教融合项目经费支持的100所应用转型本科高校，将产教融合项目建设和学校转型深化改革相结合，已经探索出了不少成功的经验，但是在开始走向应用转型深处的今天，也遇到了大致相同的问题，尤其是一些与应用转型相伴的各种关系问题。
一、学校应用转型与一流大学建设的关系
在应用转型初期，未能将应用转型与一流大学建设联系在一起进行规划，是可以理解的。毕竟像西湖大学那样，一开始建设，就明确提出要建世界一流大学，是不多的。但当应用转型一步步走向深处的今天，尤其是中央全面深化改革领导小组会议审议通过《统筹推进世界一流大学和一流学科建设总体方案》，以及国务院办公厅《关于深化产教融合的若干意见》明确提出将“开展高水平应用型本科高校建设试点”之后，仍未将应用转型与一流大学建设联系起来统筹考虑，就是问题了。事实上，在进行应用转型试点的高校中，至今仍未意识到这一问题的还不在少数，在产教融合方面，其所引进或合作的企业层次都不高，与高职专科院校甚至与中等职业学校的校企合作没有多大差别。这些高校专注于应用转型，值得肯定，但忽视了高水平应用型本科高校即一流应用型大学建设，是需要认真反思的。短期如此，尚可补救，长此以往，必然影响其未来的发展。
任何类型的高校都需要逐步走向高水平。这是高等教育发展的基本规律。2018年6月，陈宝生部长在全国高等学校本科教育工作会议上提出，应用型本科高校也要加强一流本科建设，尤其要在“应用型人才培养上办出特色，争创一流”。这就告诉我们，在“双一流”大学建设的时代背景下，应用转型本科高校也要争创一流，只不过，其所争创的一流，既不是研究型高校的一流，也不是职业技能型高校的一流，而是应用型本科高校的一流。不同应用型本科高校的办学条件不一样，其建设一流大学的目标追求自然也不一样。这就要求应用转型本科高校要根据其办学基础和所处的地域环境及相关办学条件，做好一流应用型本科高校办学定位，即是争创省级等区域性应用型本科高校一流，还是国家层面的应用型本科高校一流，乃至世界范围内应用型本科高校一流，以及是追求应用型本科高校某个点的一流或部分一流，还是应用型本科高校整体性的一流等，都需要统筹规划和考虑。应用转型本科高校是沿着省级等区域性一流到国家层面再到世界范围的一流，由某个点或部分一流到整体性一流的路径提升和发展的，同时，大多也是沿着应用教学型到应用教学与研究并重型，再到应用研究型大学的路径发展的。北京大学郭建如在教育部学校规划建设发展中心“教育之玄”微信平台发布的《应用型高校转型发展与内涵建设》的讲座中已明确提出：应用型教育体系由应用研究型、应用型、应用技能型三个层次构成。上海市、吉林省等已将高校分为学术研究型、应用研究型和应用型三类。如吉林省的延边大学、长春工业大学、长春理工大学、吉林农业大学等也都选择了应用研究型的定位。
总之，应用转型与建设一流的应用型本科高校并不矛盾，不能等完成了应用转型后再考虑如何建设一流应用型本科高校的问题，那会贻误学校发展的时机。比如硕士点、博士点的建设，就涉及到一流应用型高校建设的定位问题。如果不考虑建设一流应用型本科高校，或者只考虑培养一流应用型本科人才，其硕士点、博士点的建设也可以暂时不做，甚至不纳入发展规划。但如果要建设一流应用型高校，尤其是如果要建设一流应用研究型高校，其专业硕士点、专业博士点建设就必须纳入规划并提前作好安排，不能等硕士点、博士点申报时间到了再来考虑，那就会手忙脚乱，成功的可能性也就很小。因为硕士点、博士点的各种指标要求是需要比较长的时间准备才能达到的。可见，只有处理好了应用转型与一流应用型本科高校建设的关系，才能使应用转型逐步走向深处，将学校逐步引向高端，走向一流。否则，就是完成了所有应用转型的指标任务，也不是成功的应用转型，成功的应用转型一定是使学校办学水平不断提升的应用转型，是使学校逐步走向卓越和一流的应用转型。
二、应用专业建设与学科建设的关系
要进行应用转型，必然要重视专业建设，尤其是应用专业的建设。所谓应用专业就是指重在实践应用，旨在培养某一领域专业化、职业化的人才。近几年来，应用专业的建设，已基本成为应用转型本科高校的共识，大多数院校在应用转型的这几年，都新增了部分应用专业，对原有应用专业建设进行了强化，并且对不适应发展需要的老专业进行了改造。总体看，应用转型本科高校对应用专业的建设是重视的，有的应用专业还建得很不错，取得了显著的成效。但是应用学科在相当一部分正在应用转型本科高校中还没有确立其应有的地位，甚至有的学校还提出了淡化学科的想法。作为新建本科院校，本来就没有深厚的学科积累和积淀，再淡化学科，学科及其科学研究就漂移了。不能说应用转型了，就不要科学研究，不要学科了，只要应用转型本科高校仍然还是高校，是大学，就不能放弃科学研究，就不能忽视学科建设。试想，一所没有学科意识和一定科学研究成果的高校还能够理直气壮地称自己是大学吗？因为大学就是学科的宇宙，没有了学科也就无所谓大学，这是最基本的常识。只不过，应用型本科高校应该加强的是应用学科的建设。所谓应用学科，就是“关于具有特定的实际应用目标，将单纯的理论研究转化为实际运用，以及利用基础研究、应用研究的成果进行开发研究的学科。”但是应用转型本科高校普遍存在的问题是，由于历史的原因，往往应用学科强的其所支撑的应用专业不强，应用专业相对较好的其所对应的应用学科较弱，即应用学科与应用专业在一所学校中的发展往往是分离的，没有达到最优化的相互支撑的状态。所谓应用学科与应用专业最优化的相互支撑，应该是应用学科强的其所支撑的应用专业也强，应用专业强的其所对应的应用学科也强。强强联手，相互支撑，共同发展，其效益才能最大化。这就需要学校统筹规划，做好顶层设计，在确定重点应用学科与重点应用专业建设时，要有一体化发展的理念，不能应用专业做应用专业的，应用学科做应用学科的，成为“两张皮”，而要尽可能使学校的投入保持在一条线上，即对应用学科的投入就等于对应用专业的投入，对应用专业的投入就等于对应用学科的投入。这对建设经费相对不足的新建本科高校来说，其意义更大。所以，应用转型的新建本科高校应尽可能走应用学科与应用专业一体化发展的道路。
学科的主要内容是科学研究，专业的主要内容是教学。学科对专业的作用，主要是“通过将高校与行业融合研究的成果转换为教学资源，行业企业优秀技术人员转化为教师，行业企业生产流程转化为教学案例，行业企业的一线需求转化为实验、毕业设计选题等，既使教师获得新的研究方向和学术成果，也使学生熟悉市场，增强实践创新能力。”因此，应用转型本科高校“仅仅提应用学科与应用专业发展的一体化还不够，还要在此前提下，着力打造科学研究与教学的一体化。”如何打造科学研究与教学的一体化？这需要学校引导教师尽可能选择，既是当地经济社会发展亟待解决的问题，又与课堂教学密切相关的领域进行科学研究，以便于既能服务社会又能将其科学研究的成果引入课堂教学，提高课堂教学质量。“只有自己从事研究的人才有东西教别人，而一般教书匠只能传授僵硬的东西。”所以，应用转型本科高校也应倡导并要求教师将其在科学研究中所取得的成果及其经验列为课堂教学的内容。同时，对于不能直接带入课堂教学的科学研究成果，应该鼓励其教师根据科学研究成果开设新的课程。“在一个领域，如果有10篇左右的高水平论文发表，便可以创建一门新的课程。”
三、课程应用转型与金课、银课建设的关系
各省首批应用转型试点的高校基本上都走到课程改革阶段了。这是所有试点高校应用转型走向深处都必须面对的问题。这个问题解决不好，这道坎跨不过去，应用转型就无法达到预期目的。因为课程是人才培养的主渠道，“是大学的真正产品……如果我们把大学视为‘超市’，把学生视为‘顾客’；那么，专业只是商品分类的柜台，课程才是琳琅满目的‘商品’。”专业固然重要，但对人才培养发挥实质性作用的是课程，即专业对人才培养的作用主要是通过课程才得以实现的，也就是说应用型人才培养的主渠道是课程。所以，对于应用转型来说，如果课程不改革，应用型人才培养就会落空。对此，应用转型本科高校大都有比较深刻的认识，有的学校还提出了不仅要进行课程应用转型，还要建构与应用型人才培养相适应的课程体系。但是有的应用转型本科高校对建设高水平的金课、银课重视不够，即对建设高水平的应用型课程及其体系重视不够。课程应用转型的目的，绝不是仅仅转向应用型，而是要建设高水平的应用型课程，并构建高水平的应用型课程体系。所以，应用转型本科高校的课程改革要结合金课、银课建设的要求进行，即应用转型本科高校的课程改革是高水平的应用型课程改革，不能只讲课程应用转型，还要讲水平和质量，应两者兼顾，同步进行。
进行高水平的应用型课程改革，建设应用型本科高校金课、银课，“至少要体现‘七性’，即教育性、实用性、丰富性、前沿性、思辩性、研究性和艺术性。”可见，高水平的应用型课程改革是一项十分复杂的系统工程。要完成这项复杂的系统工程，需要处理好方方面面的关系，尤其是要处理好课程应用转型与金课、银课建设的关系。
四、教师应用转型与高水平师资队伍建设的关系
应用转型，最难的是课程，最痛的是教师。要推动课程应用转型，教师也必然要进行应用转型。
从应用转型本科高校的现状看，大部分高校都注重将教师派往企业、行业锻炼及从企业、行业引进教师，拟定了双师型教师发展规划，并给双师型教师一定的津贴补助。这些做法和举措，是卓有成效的。不过，也有不少高校只抓双师型教师队伍建设，不关注教师综合素质的提升，尤其是对教师的教学与科学研究水平的提升重视不够。正确的做法是，我们既要重视应用转型，又要关注教师的教学与应用等学术水平的提升与发展。这就要求应用转型本科高校的教师朝着如下两个方向转型发展：
一是朝着高水平应用实践型教师的方向发展。国务院关于印发《国家职业教育改革实施方案》的通知指出：“从2019年起，职业院校、应用型本科高校相关专业教师原则上从具有3年以上企业工作经历并具有高职以上学历的人员中公开招聘。”强调相关专业教师从具有3年以上企业工作经历的人员中招聘，是为了解决包括应用型本科高校在内的所有职业院校双师型教师中基本的实践动手能力的问题。就应用转型本科高校而言，仅仅提具有3年以上企业工作经历还不够，还应该根据学校发展的水平和阶段提出更高的要求，比如校级、省级乃至国家级技术技能大师，以及工程师、高级工程师，及其在实践型教师队伍中的比例等。这些规格和要求如何设置，怎么确定，需要学校认真研究，制定切实可行的办法和措施。
二是朝着高水平应用理论型方向发展。应用型本科高校也是大学，是大学就需要有大师，只不过，应用型本科高校需要的主要是应用基础研究和技术创新方面的大师。这就需要强化教师队伍尤其是双师型教师队伍中硕士、博士学位和教授比率的问题。这些比率如何确定？各个学校可以有不同的要求，但总的趋势应该是，逐步降低专科和本科教师比率，实现教师队伍的硕士化，甚至博士化和教授化。这也是高水平应用型本科高校建设的重要标志。尤其要把高水平教师特别是专业领军人才培育作为学校建设的重点内容，引进和培养一批具有扎实专业理论知识，较强专业实践能力和科学研究能力的领军人才，切实提高教师队伍的整体水平。
五、强化社会服务与人才培养的关系
随着应用转型逐步走向深入，各高校社会服务职能作用的发挥日益凸显，尤其是定位为服务型大学的高校，其“统摄性职能是社会服务”。所谓大学职能的统摄性，就是指在大学职能中居于统辖、总管地位的职能。应用型本科高校之所以定位于“应用型”，就在于强调对社会的贡献，并在社会服务的过程中体现应用，即应用型本科高校办学的宗旨在于服务经济社会的发展，否则，“应用”无法落地，其办学宗旨也无法落实。从这个意义上说，不管服务型大学以外的其他类型的应用型本科高校，是否承认社会服务的统摄性地位，其社会服务的统摄性都是客观存在的。所以，不同类型的应用型本科高校都应该对社会服务予以高度重视。不重视社会服务，应用转型难以走向深入，其应用型类型特征也难以彰显。
但是应用转型的社会服务，不是单纯的社会服务，其目的除直接为社会、为国家作贡献外，还要为人才培养服务，即反哺人才培养。这是高校与科研院所或专门从事社会服务工作的机构或组织进行社会服务的最大区别，也是高校社会服务的重要特征。应用转型本科高校由于要强化社会服务职能作用的发挥，因而其反哺人才培养的特征将更为明显。但是从目前的情况看，很多应用转型本科高校还没有意识到这一点，有的学校甚至对社会服务都还没有引起足够的重视，以致社会服务项目不多，当然也就谈不上反哺人才培养了。其实，人才培养、科学研究、社会服务三大基本职能，不是肩并肩而是手拉手的关系。铜仁学院的“引水灌田”社会服务模式，就是一个很好的案例。所谓“引水灌田”社会服务模式就是指用社会服务的资源培养人才。铜仁学院在近几年的探索中，逐步形成了“直饮水”式的社会服务反哺人才培养模式和“灌装水”式的社会服务反哺人才培养模式两种类型。“直饮水”式的社会服务反哺人才培养模式，就是指师生直接参与社会服务项目实施并在其中得到培养与提升的过程；“灌装水”式的社会服务反哺人才培养模式，就是指通过组织社会服务案例撰写，丰富教学资源库，建立机制，“引导教师将‘案例’带入课堂，彰显应用型课堂教学的实用性，让没有参与社会服务项目实施的师生能够间接获得社会服务项目有关的知识、技术及其经验，即间接‘饮水’，促进其成长与发展。”
六、扎根地方与国际教育的关系
习近平总书记指出：我们要扎根中国大地办大学。这是对中国所有大学的要求，但不同类型的大学对其所要扎根的“大地”有不同的含义。北京大学、清华大学等所要扎根的大地，是整个中国大地，其肩负的责任和使命，是要为国家乃至为世界服务，而应用转型本科高校由于其身处地方，所扎根的大地往往就是其所处的地方，其责任和使命就是为地方服务，即“地方院校的根在‘地方’，地方院校要创建‘双一流’，就像一棵幼苗要长成参天大树，就必须把根深深地扎入地方的土壤之中，才能充分吸取地方的养料，强健自己的体魄，在与其他院校的竞争中处于有利地位。”应该说，扎根地方办学的理念在应用转型本科高校已经得到普遍认同。因为不扎根地方就接不了地气，接不了地气也就谈不上应用。但是有的学校却因此认为，既然应用转型本科高校是以服务地方为己任，为地方培养应用型人才，就没有必要开展国际教育。这种认识有失偏颇。因为扎根地方强调的是立足地方，并不是局限于地方。如果一所大学立足地方又局限于地方，其获取资源的能力必然受限，尤其是培养的人才的眼光和素质的拓展也必然受限。这样的大学能够走多远，是显而易见的。所以，应用转型本科高校要走向高水平，走向一流，就必须放眼中国乃至世界，尤其是其培养的人才要尽可能具有开阔的视野和国际化的素质。更何况，今天的地方已今非昔比，“地方”不再是封闭落后的代名词，中国所有能够举办本科高校的地方，都是开放的，很多应用转型本科高校所在的地方，国际化水平已经很高，即使是老少边穷地区，比如，云南、广西、贵州等地的国际化的浪潮也早已到来。面对这样的形势，不开展国际教育，已经难以满足地方发展的需要。因此，“要想更好地服务地方就必须发展国际化教育。”
纵观世界高等教育的发展，没有哪一所世界名校不是高度国际化的学校。中国政府在《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》中明确提出：“应加强国际交流与合作，坚持以开放促改革、促发展，开展多层次、宽领域的教育交流与合作，提高中国教育国际化水平，培养大批具有国际视野、通晓国际规则、能够参与国际事务和国际竞争的国际化人才。”2017年，国务院办公厅印发的《深化产教融合的若干意见》中也明确提出要推动一批中外高等院校和企业结对联合培养国际化应用型人才。尤其是“一带一路”倡议的提出，更需要各高等学校包括应用转型本科高校积极招收和培养能够服务“一带一路”的具有国际视野的各类人才。这就给高校包括应用转型本科高校发展国际教育带来了历史性的机遇。
应用转型本科高校开展国际教育，首先需要其招收国外留学生并保持一定的量，即要有一定的规模。“按国际通行标准，中国大学要进入世界一流大学之列，外国留学生比例应达到15%以上。”这是世界一流大学的标准，作为应用转型本科高校，不一定需要达到这么高的比例，不过，一定规模的外国留学生是需要的。
比培养国际留学生更重要的是，使大批的中国学生具有国际视野和通晓国际规则并具有能够参与国际事务和国际竞争的能力。所以，应用转型本科高校的国际化不仅仅是招多少留学生和派多少学生出国，而是要在学校形成国际化的氛围，让更多的没有机会出国的中国学生获得国际化的经验。这正是在地国际化所倡导的理念。“在地国际化”的概念最早由瑞典马尔默大学本特·尼尔森（Bengt Nilsson）于1999年在其《在地国际化——理论与实践》（Internationalization at Home——Theory and Praxis）的报告中提出。他认为，在地国际化的目标就是“通过让所有学生在求学时期有机会接受国际理念与跨境文化的影响来提升自身能力和资格，以应对不断变化的全球化世界的需求。”此后，这一理念很快受到欧洲教育学界的关注，并成为国际教育发展的新趋势。作为立足本土本校、面向全体学生的在地国际化，是传统国际化模式的很好的替代方案，是中国高等教育发展的新走向。应用转型本科高校的国际教育不能仅仅停留在招收留学生的阶段，而应该积极关注并推动在地国际化。这才是提升所有应用型人才具有一定国际眼光和国际素养的关键所在。
七、应用转型创新与坚守大学根本的关系
应用转型必然要进行改革创新，要改革创新，就必然要冲破与应用型大学类型不相适应的旧机制与旧体制的羁绊。这是应用转型的内在要求，本无可厚非，但是在应用转型的过程中，出现了否定过多，没有把握好度等问题，比如有的由师专升格的新建本科院校不顾原有师范教育基础和传统，重新开办与经济社会紧密相连的应用技术专业，而把传统的师范类专业全部撤销等。这些问题，虽与应用转型相关，但属于大学的根本问题。对有关大学根本问题的处理，要特别小心谨慎，因为这些问题是大学中最重要最核心的问题。关于大学根本，不同类型的大学有不同的理解，就应用转型本科高校而言，“大学传统、人文艺术、学科建设和开放办学这四大要素共同构成了这类大学的根本体系，其中大学传统是根本的底线，人文艺术是根本的核心，学科建设是根本的动力，开放办学是根本的出路。”
当然，不是说涉及到大学根本的都不能改变，比如大学传统中与应用转型不相适应的机制与体制，该变革的还是要变革，该抛弃的还是要抛弃，但是优良的传统一定要保留并且发扬光大。意大利的博洛尼亚大学、法国的巴黎大学、英国的牛津大学和剑桥大学等之所以能有今天的成就，完全是由历史传统塑造而成，对优良传统的抛弃就等于抛弃了其价值与存在。应用转型离不开改革创新，不进行改革创新，应用转型不可能实现，但是对优良传统而言，创新不是好事甚至可能是灾难。在传统方面进行创新，如果处理不当无异于毁掉传统。因此，在应用转型的过程中，必须正视并正确对待这些既有的大学传统，既要创新，也要守成，因为“创新是一所大学的灵魂，而守成则是一所大学的脚跟，两者同等重要。”
总之，我们既要积极地推动应用转型，大胆地改革创新，但同时又不能急躁冒进，要坚守大学根本。这才是应用转型的正确选择，也才是高等教育发展的精髓之所在。
作者简介：侯长林，男，教授，教育学博士，研究方向为高等教育学。
来源:《高教发展与评估》2021年第2期
新工科背景下机器人知识体系与课程内容研究
摘要：该研究分别从历史发展、知识构成与社会效应的不同视角，概述了机器人技术与理论的发展脉络，采用文献分析方法考察当前不同院校的机器人专业培养方案与机器人课程教材知识体系和内容构成，在新工科建设持续深入推进的背景下，提出新的机器人应用领域基本特征，探讨机器人课程新的内涵和知识边界，最后为不同类型的高校提出了相应的机器人课程知识体系和内容建设策略。
关键词：机器人，知识体系，课程内容，新工科
基金项目：教育部2019人文社科规划基金项目“新工科视角下的微观学科知识体系研究——以工业机器人领域为例”（19YJAZH014）
随着新工科建设的持续推进，“集数理、设计、机械、电子、计算机和其他学科于一体的机器人技术是新工科建设最具代表性的前沿交叉学科，也是新工科建设最重要的突破口”。
知识体系和课程内容是专业内涵建设的关键所在。长期以来，本科阶段的机器人教育主要由“机器人”或者是“工业机器人”这门课程来体现，一般工科院校大多以专业选修课的形式设置在机械类专业或自动化类专业的第三学年或第四学年。在课程建设方面，机械工业出版社指出机器人教材“没有那么完备的体系和课程供我们学习和借鉴，而是处于探索创新的阶段”，“已有教材的质量也参差不齐”。在新工科建设过程中，目前较多侧重于教育教学模式探索，例如“天大方案”“F计划”“成电方案”，对于“学科演化与知识衍生研究不足”。现有的实践与研究如何再深化、再拓展，是目前新工科建设需要回答的重要问题。
本文主要采用文献分析方法，基于各高校可公开检索的培养方案、课程教材以及科技文献、相关部门的公开资料，从历史发展、知识技术构成、社会效应的视角对机器人理论与技术进行考察，总结分析各高校新设机器人专业培养方案的共性与特点、现有机器人教材的知识体系和内容，探讨分析机器人知识体系与课程的边界与内涵，最后针对不同层次级别院校对象的特点提出相应的课程建设策略。
一、机器人相关理论与技术的发展
1.历史发展的视角。
自20世纪70年代以来，制造业的发展经历了供应链布局全球化，制造业信息化、自动化，成本控制严苛化和利润中心化的过程。
第一，在技术层面，主要体现为以PLC为代表的生产自动化和建立于其上的信息化或自动化，例如计算机集成制造系统（CIMS）、工业4.0、工业互联网等等；PC为代表的互联网与商务活动信息化与自动化；智能手机为代表的物联网和生活方式信息化与自动化。在生产层面，过往以专业设备生产为主的方式转变为车间自动化（FA）模块元件快速构造生产设备和生产线的方式，数控设备独立运营模式转变为数字化设备联网运行，实时数据分析与控制模式，少数型号产品大规模生产模式转变为大量型号产品少量生产，或者说大规模个性化定制模式。以机构学、运动学和动力学为核心的工业机器人是这个技术层面的代表，也是目前最热门的教育教学焦点，重点服务于替代简单重复劳动力，生产线的自动化等目标。
第二，在商务层面，传统渠道商分发模式逐渐为扁平化电商模式所取代。以调度优化/路径优化等为代表的各种优化理论、移动机器人、无人机、大数据、人工智能技术等为代表的服务机器人理论与技术正在成为人们工作生活必不可少的一个组成部分。
第三，在社会层面，主要体现为非利润中心企业经营越来越困难，信息化和自动化水平低的企业及中小规模传统企业生存空间越来越窄，专业技术能力和创新能力弱的企业越来越容易被淘汰。以软件机器人为代表的人工智能与大数据技术是协调解决这些困难，融汇各方资源构建生态系统，提升技术能力实现协同创新的可行方法。
机器人所涉及到的各种技术在上述所有时期、所有层面上都扮演了不可替代的重要角色。从历史发展的视角来看，机器人课程的知识体系与内容需要体现出不同历史阶段下最核心的技术特征与相应的代表性理论。
2.知识构成的视角。
首先，机构学方面以D-H表示法（1955）为代表，在空间机构学方面取得了长足的进步，影响系数理论、螺旋理论、微分流形等先后成为机器人研究的热点，这些理论主要对应于刚体机构学；柔性机构与柔顺机构学在过去三十年内也取得了明显的进步，在微小型操作手、超精密作业、脆弱物品取放作业等领域发挥了关键作用。机构学进展直接影响了机器人构型选择，相应的机器人运动性能、动力性能、灵巧度、精密度不断提升，在这些需求的推动下，对电机、减速器、运动控制器等不断提出更高、更严苛的需求，不断引入新的运动学、动力学分析方法，新型驱动原理，新型元器件设计与新材料，推动了工业机器人技术的成熟。
其次，在控制理论方面，机器人控制系统大都以多轴联动运动控制为核心。它发源于工业领域的数控技术，但重点考虑的是空间机构的非线性问题、结构刚度与运动精度的耦合问题、非线性机构运动控制的实现方式问题等等。王田苗建议攻关的七项工业机器人关键技术问题中，有四项均与上述问题直接相关。此外，近年来美国波士顿动力公司推出的一系列步足移动机器人引起了广泛的关注，如BigDog、人形机器人等，其运动控制理论基础与工业机器人非常不同，更多考虑复杂环境下的机身姿态与运动控制，更贴近普通大众对机器人的感性理解。
第三，在传感器技术方面，涉及的原理与类型众多，但最后均体现在信号与系统层面，主要通过各种计算机接口和高速数据通信接口，为机器人运动控制系统和任务系统提供数据反馈、环境感知与信息支持。信息处理的方法与理论是机器人必备的学科基础之一。
第四，在任务规划与人机交互方面，目前主要体现为导航、三维虚拟现实、协同、示教、编程、学习、诊断/维护/恢复等内容，以及传统的计算机图形图像学与人工智能技术的结合等等。
总体来看，目前的机器人理论与技术主要包含以上知识内容，以工业机器人应用为主；对于以软件机器人和服务机器人为代表的商务自动化或服务应用较少涉及，大多归结到信息学科或控制理论学科之下，以人工智能的名义呈现。
3.社会效应的视角。
目前已经大量存在着基于运动控制的工业机器人、移动机器人、基于网络的远程机器人、基于各种结构设计的服务机器人、基于人工智能的软件机器人、特种机器人等等，这些机器人在社会的各个层面得到了广泛的运用。在生产层面以工业机器人为代表，现在已经深刻地渗入到各行各业，成为企业降低人工成本、提升产品生产质量、提高生产线柔性的首要装备技术选择之一。在商务层面以软件机器人为代表，从简单的被动数据统计发展到信息的主动推送与个性化定制，大数据处理，成为企业提升服务质量和客户满意度，实现财务、金融工作自动化，提升企业市场感知能力和影响力，提高企业商务流程自动化水平，提升决策质量的重要技术手段。在社会层面，工业机器人直接影响到产业工人的技术结构需求和岗位需求，甚至可能造成低技能工人的大量失业，软件机器人的滥用也可能造成大量的负面社会效应，甚至性质恶劣的事件。以AlphaGo为代表的新一代人工智能的快速进步与机器人技术的结合必将进一步深刻影响到科学技术与社会发展，从而对以工业机器人为核心内容的传统机器人课程知识体系构成提出了新的要求。
从社会效应的角度来看，机器人课程的知识体系与内容需要针对不同的机器人应用领域与应用方式建立起社会效益意识与系统思维，提供相应的社会效应分析工具与思考借鉴方法。
二、新设机器人专业培养方案与既有机器人教材知识体系
因为机器人相关教学和科研工作具有多学科交叉的特点，所以多数一流高校的机器人教学与科研在传统上集中于研究生院或研究所，本科专业阶段课程主要做工业机器人理论的一般性介绍，侧重于机构学、运动学和动力学部分内容。在近年的机器人方向的专业建设实践中，更多表现为对原有研究生院或研究所相关教学科研工作的进一步倾斜和加强；或者是结合各校优势专业方向，对本科教育进行有特色的加强。
地方高校承担着对接地方经济社会发展需要和企业基础创新的职责，侧重于产业实际应用需求；高职高专侧重于技能操作训练，并不侧重学术层面的知识创造和科学探索工作，更侧重于运用合理的技术手段解决企业当前实际问题，满足企业实际需求。
1.新设机器人工程专业的培养方案分析。
专业培养方案是课程知识体系与内容建设的指南与框架。机器人工程专业代码080803T的“T”表示“满足经济社会发展特殊需求所设置的专业”。不同层次的院校依据各自不同的专业建设取向，提出了不同的培养方案构想。
（1）一流院校的培养方案。
以原985院校为代表的一流院校培养方案设计充分体现了不同学校自身的传统优势和特点。
东南大学2015年率先在普通高校本科教育中开设了机器人工程专业，纳入自动化学院，其课程体系安排显著体现了自动化专业优势，以电子、电力、信号、控制理论、运动控制、图形图像、模式识别等传统自控类课程为主，机器人技术更多体现在第三、第四学年等高年级诸多研讨课之中，主要定位于工业机器人控制技术和工程应用人才培养。
湖南大学的培养方案以电气与信息工程类、机械设计制造及其自动化、智能科学与技术三个专业的核心课程为中心，在此基础上拓展了“机器人原理与机构设计”“机器人驱动与控制系统”“机器人感知与机器学习”“智能机器人与应用系统”等四门课程作为机器人专业方向课程，总体上呈现外延扩张和既有课程深度拓展的特点。
北京大学2018年新设的机器人工程专业培养方案也是以自动化类课程为核心，相对增加了有限元、机械、材料、电机还有心理、伦理等多个领域的课程，自动化专业所属传统课程相对较少，充分突出了其强势理科和人文学科的优势；全新开设的机器人课程多，针对具体某类机器人且当前完全处于研究探索状态的选修课程多，如仿生机器人、医用机器人等选修课程，这类课程多数都只能结合具体的科研项目情况和对领域研究状况的理解，由教师自行编写相应教材或讲义，探索性较强。
哈尔滨工业大学依托其强大的机器人研究基础和工程学科整体实力，将机器人培养方案[17]置于智能制造的背景下，以辅修学位的形式在机械设计及其自动化专业下开设辅修专业（学位）或双学位。从其课程安排来看，很多都必须依托既往科研工作基础自编教材与讲义，如“智能制造与工业互联网”“机器人智能控制基础”等等。
从培养方案的角度来看，一流大学对新设机器人专业的定位大致体现出“新的工程学科”的愿景，依托各自传统专业优势设计知识体系，对相关专业课程进行裁剪或调整，或者扩充探索性较强的研讨类课程，或者揉合多个学科的多门课程，或者是新开综合性课程，表现出课程内容建设多元化取向。
（2）地方普通高校的培养方案。
地方普通院校数量众多，在新工科建设中对自身的定位绝大多数是“应用型本科”，“专业培养现场工程师”。2016年最早一批开设该专业的23所地方普通院校中，目前可公开检索到的有重庆文理学院、安徽工程大学、北京信息科技大学三所高校的培养方案，核心内容差别不大。在23所地方高校官方网站的机器人专业介绍和招生宣传中，各校课程体系安排也表现出了很大的一致性。
总体上在通识类理工科课程安排之外，地方普通高校的培养方案绝大多数主要包括“电路”“电机”“传感器”“液压与气动”“嵌入式”“Python”“PLC”“控制工程”“机器视觉”“运动控制”“机器人编程”“机器人工装”等专业基础和专业课，或者替换为相似的课程。从教育实践的角度来看，这些课程在机械类专业中绝大多数已经存在有很长的时间。与传统机械类专业相比，新设立的机器人专业特色还不够突出，单纯技术应用的倾向性明显，专业和课程建设存在很大的探索和研究空间。
（3）高职高专院校的培养方案。
相对于普通高校，高职高专更贴近企业和市场当前的需求，教材开发实践中对理论深度的要求并不高。但是对比高职高专院校与应用型普通高校所代表的本科知识体系，两者知识点安排与实训实践安排却并无太大区别，均主要指向工业机器人的操作与系统集成；对比上述文献中高职院校所开列的“支撑课程”“核心课程”与普通高校应用本科所开列的“专业技能基础”“专业方向课程”，两者也并无实质性不同。这一现象凸显了当前机器人工程专业多数倾向于满足当前经济发展“急需”的建设特点。
2.高等院校机器人课程教材现状。
（1）目前机器人课程教材的主要内容。
机器人课程通常以选修专业选修课的形式开设在机械类专业中，大多采用《机器人学》《工业机器人》《工业机器人导论》《工业机器人概论》等教材；先修课程主要包括理论力学、机械原理、控制理论、电子技术、测试技术、机电传动、计算机编程语言、PLC等等。多数高校选用教材的核心内容包括机构学、运动学、动力学、轨迹规划、控制系统、关键零部件、传感器等。课程中的运动学和动力学部分自成一体，以DH坐标系空间机构表示方法为引导，承接之前的机械原理、理论力学等基础课程，引入分析力学的部分内容，是机器人课程教学中最主要的难点与重点，其余内容以相关控制和应用知识的增补为主，章节之间的联系不太紧密。这是目前主流本科教材的内容与编排方式。操作实训、工程实训和学科竞赛在教材中或有涉及，但往往并不作为主要考虑，更多体现为学校或教师的个性化安排。
值得注意的是，当前机器人或工业机器人课程教材的核心内容与控制理论的关联并不是太紧密，条块分割突出，缺乏有机的融合，而更多与机械类基础课程在学科脉络上有传承关系；这也表明了新工科背景下的机器人教材建设在知识内容、学科内涵上可以或者应该加强的方向。
（2）国内外教材的知识体系与内容共识。
国内主要出版社近年来出版的机器人教材在内容上侧重于实际操作层面的实例介绍，或者将原来单一课程教材内容进一步细分主题，拓展为系列教材等。但是总的来看，依旧沿袭了过去机器人教学核心内容编排，以运动学、动力学或者设备的实际操作为中心，在知识体系和内容上并未表现出太多的增量。从学科发展和知识衍生的角度来看，并未跳出过去传统机械类专业课程内容范畴。
针对高职高专院校的机器人专业建设和教材研发非常活跃。2016年以来，哈尔滨工程大学出版社、华中科技大学出版社、哈尔滨工业大学出版社、北京理工大学出版社、机械工业出版社等出版机构出版的系列机器人教材均以职业教育为主要对象。这些新版教材几乎全部以具体企业产品的场景运用为对象，例如ABB、库卡等机器人四大家族，着力于机器人的实际操作事项，接近于实际产品的操作培训手册。
图1 “机器人”课程知识体系的主要内容
近些年来引进的国外教材与国内出版教材相比在主要内容上差别不大，也是围绕经典的运动学、动力学等展开，衍生出相关其他内容，在内容编排上比较适合自学，对知识点的表述更易理解，或者是理论性更强，或者与Matlab等工程数学处理软件结合更紧密。
综合来看，绝大多数普通高校当前使用的机器人教材在知识体系和内容选择上存在统一的共识：相对于机械类专业基础课教材而言，将机械原理由二维平面机构转向三维空间机构，力学分析方法由平动惯性参考系转向转动惯性参考系，标量代数式表达习惯转为矢量矩阵表达习惯；相对于自动化类专业基础课教材而言，着重于经典形式的二阶运动控制系统性能分析与系统校正，并不太在意自动控制专业所看重的滤波、最优、鲁棒、辨识、非线性等问题；在关键零部件、传感器等方面，主要考虑当前工业机器人大量使用的核心器件，着重考虑机器视觉等内容。难度相对较低的教材大多运用于普通高校机械类本科教学，难度相对较高的教材主要用于研究生培养，高职高专教材内容完全偏向机器人产品的具体使用与维护方法、相关软件的运用方法，侧重于技能操作训练。
三、新工科背景下机器人课程的知识边界与课程内涵
“新的工程学科”需要明确新的知识边界，提出现有或传统学科无法支撑或无法解决的问题，给出工程学科新的培育方向，引导学术研究发展进步。
传统机器人课程内涵以机构学、运动学和动力学为核心，依托于传统机械类专业而存在，主要解决运动实现和运动轨迹精度问题，为生产自动化提供技术装备基础知识；其他机器人相关知识分散于控制理论、信息论、计算机技术等若干其他学科专业方向。“新的工程学科”下的机器人课程可以将知识边界拓展到工业机器人之外的其他机器人理论与技术，与运动控制为代表的传统理论融会贯通，给出新问题的解决方案；例如复杂、不确定、精密任务实现问题，系统集成与可靠性问题，人机协作问题，大规模应用条件下的数据处理与运用问题等等。传统上相对独立的多学科知识在机器人这个平台上有机地结合，拓展出新的知识边界。
相对于传统机器人应用领域，新领域的应用至少会具备如下基本特征之一：①较高的任务复杂程度：机器人不仅用于生产线上的简单重复劳动环节，更多渗透需要较高人工技巧的工艺环节；这需要有不同程度的人工智能支持；②较强的环境适应性：无需太多专业人员支持就能很好地适应不同环境下的工作；这需要实现机械、电子、控制的深度融合实现自感知、自适应，还要有相应的理论支持与配合，比如智能控制、机器视觉、人工智能等；③较好的协同工作能力：生产线上的人机协同工作，复杂场景下的人机交互，相关设备的自组织、自适应、机器人集群；④互联网和物联网支持的大数据分析与服务等等。这些内容大都已经出现在社会现实之中，有相应的理论支撑与明确的社会需求。相关内容可以促进更高阶段的人才培养，能解决当前机器人应用中的一些难题，因而也更能凸显出新工科建设的特点。
以上述四个特征为参照，对照当前经济发展和产业实际、地区实际，明确典型应用场景，可以最终确定具体的课程内容与难度，理论知识与工程技术的比例，课堂知识与实践训练的安排，最终以教材的形式加以体现。
值得一提的是，新工科下的机器人课程内涵的知识边界不应当无限拔高，超出普通本科教育所能承载的基本容量，以及学校当前绝大多数学生的基本能力；需要设计出必要的难度阶梯，理论基础与技能训练之间需要有必要的平衡；创新创业训练与实践也应有所考虑。不同层次的院校应该划分出不同范围的知识边界，在具体内容选择与学生培养方向上有所取舍与侧重。
四、机器人知识体系与课程内容的建设策略
不同类型的高校拥有不同基础、不同能力、不同就业取向的生源，即便相同类型的高校也有各自不同的专业背景、区域背景、就业特点、学校风格，因此机器人课程建设应具体问题具体分析，展现出各自的院校特色。
图2 与新工科下机器人课程内涵知识边界对比
1.一流高校的建设策略。
一流高校学科门类齐全，资源配置丰富，在机器人及相关领域中有着深厚的学术积累，生源质量总体水平较高。因此，课程内容选择上可以适当增加难度阶梯，为满足实际应用需求或者更高阶段的学术深造开设更新、更加丰富的理论与技术内容。
相应的，不妨以科学原理和技术前沿为导向，打通多个学科多门课程的相关基本原理与技术内容，揭示不同领域应用中的共性问题，如数学、力学、物理学、控制论的基本原理，将其充实到机器人课程内容之中；充分将最新科技，如虚拟现实、数字孪生、三维打印、智能制造等引入到知识体系之中，介绍最新技术应用前沿，为机器人课程提供充分的支撑。这些才是体现出“新工科”之“新”的灵魂所在：解决原依托专业没有解决或者不能解决的问题。这类性质的问题必须有深厚的学术功底与素养，丰富的工程经验与复杂技巧，才能给出答案并得到同行的广泛认可，在教学实践中推广应用，例如国家示范工程项目经验、重大科研项目经验、大型企业工程经验等等，这些恰好也是一流高校的优势所在。
2.地方普通高校的建设策略。
地方普通高校发展资源基础主要源于地方政府财政和区域产业，地域效应明显，行业倾向突出，资源约束明显。多数情况下，学术资源、学术水平和学术积累的不突出、波动大、不均衡的现象显著，生源质量中庸，行政导向突出。相应地，在机器人课程建设上也应该有必要的取舍和偏向。不妨针对地区产业特点、行业特色、难点痛点问题，特别是针对具体的工艺环节、高质量发展需求，提炼共性任务与解决方案，贴近企业和地区经济发展需求，构建机器人课程知识体系，服务地区产业升级和经济发展。
机器人课程内容可以工艺实现所需要的理论和技术为导向，突出学校本身的行业优势或者学科优势，面向产业实际融合多个学科多门课程内容，重点突出机器人在实现某种工艺时带有共性的基本原理、方法与技能，解决企业创新与高质量发展所面临的科学问题与技术困难，尽可能将学校优势学科与机器人技术相结合，引入课程建设之中，加强实训实践环节，培育学生的科学理论素养，培养学生对企业一线生产实际的感性认识。
3.高职高专院校的建设策略。
高职高专院校数量众多，入学门槛不高，生源质量一般，就业取向明确，很多学校办学规模比较大，办学经费一半左右都源自于自筹。它们对市场的反应极为迅速，熟悉一线生产实际，各种最新设备、最新应用、周边企业最新动态都比较熟悉，但学术功底不深，并不侧重学术层面的知识创造和科学探索工作，更加重视运用合理的技术手段解决企业当前实际问题，满足企业实际需求，提供人才供应保障和技术支持服务。
高职高专院校在机器人课程内容建设上已经取得了明显的成绩，但依然存在若干缺憾，主要集中表现为：①通用机器人本体操作层面的训练比较多，系统集成内容相对较少，多数重点集中于国内外大品牌机器人的配置与使用；②主要关注六轴关节型机械臂的使用，较少关注高端的焊缝跟踪、精度标定等为代表的难点问题，设备维护问题，以及Delta并联型工业机器人等为代表的特色应用问题；③拘泥于工业机器人的使用培训，对于服务型机器人、手术机器人、救援机器人等其他形式机器人的介绍有所欠缺。国家发改委、工信部和财政部共同制定的《机器人产业发展规划（2016—2020）》专门列出了十大标志性机器人产品，但是目前可公开检索查阅到的最新教材内容，无一例外都只讲解面向工业生产的工业机器人，对高职高专院校来说还有相当大的空白需要填补。这也是体现新工科之“新”的可行切入点。
作者:武汉纺织大学机械工程与自动化学院副教授 范良志；武汉学院副教授 江珂；华中科技大学机械科学与工程学院教授 朱海平 张超勇
来源:《高等工程教育研究》2021年第2期