來(lái)源：虎嗅 
虎嗅注：本文作者是香港科技大學(xué)電子與計算機工程學(xué)系教授、大疆創(chuàng )新科技有限公司董事長(cháng)、松山湖機器人產(chǎn)業(yè)基地創(chuàng )始人兼董事長(cháng)李澤湘教授。對于很多人來(lái)說(shuō)，其更為知名的是他是大疆創(chuàng )始人汪滔的導師。今年7月2日，師徒二人一起榮獲了2019IEEE機器人與自動(dòng)化大獎（IEEE Robotics and Automation Award）。 本文的核心是，李澤湘教授針對我國在創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)人才培養和科技轉化機制等方面的不足，通過(guò)深入分析工程教育的幾次重要改革的經(jīng)驗及當前新工科教育改革的若干著(zhù)名案例，總結提出了新工科教育實(shí)踐的定位、措施與評估標準，并結合粵港機器人學(xué)院的具體實(shí)踐，提出了一套新工科教育背景下機器人學(xué)院創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)人才培養體系的具有重要參考價(jià)值的初步建設方案。 全文共1.7萬(wàn)字，幾乎可以當作一個(gè)學(xué)術(shù)論文來(lái)研讀了，由李澤湘教授授權虎嗅獨家首發(fā)，原標題為《粵港機器人學(xué)院——新工科教育創(chuàng )新人才培養探索》。以下是全文。 一、新工科教育與創(chuàng )新體系建設 改革開(kāi)放四十年、中國經(jīng)濟與社會(huì )發(fā)生了翻天覆地的變化。國家 GDP 從 1978 年的 3000 億人民幣、人均 60 美元增加到 2017 年的 82 萬(wàn)億人民幣、人均 8650 美元。從 2010 年 起，中國已超越美國成為世界第大制造大國，2017 年中國制造業(yè)占 GDP 比例達到 30%（美國 15%，英國 5%）。中國生產(chǎn)了世界 75% 的智能手機，80% 的電腦，30% 的汽車(chē)，50%的鋼鐵和 40%的船舶產(chǎn)品。中國的高鐵和高速公路運營(yíng)哩數以及電力、能源等基礎設施建設規模也傲視全球、枝獨秀。中國用 40 年的時(shí)間走完了西方國家幾百年的工業(yè)發(fā)展歷程[1]。
圖1 中國經(jīng)濟過(guò)去40年發(fā)展軌跡及主要產(chǎn)品占比 中國經(jīng)濟的巨大成就歸功于中央政府在不同階段所制定并推動(dòng)實(shí)施的一系列正確的經(jīng)濟政策、各級地方政府根據各自特點(diǎn)不遺余力的發(fā)展地方經(jīng)濟尤其是鄉鎮經(jīng)濟的重要舉措、中國充足和連續不斷的廉價(jià)勞動(dòng)力、土地和其它生產(chǎn)資源，以及中國企業(yè)家尤其是鄉鎮和民營(yíng)企業(yè)家的勤奮及對新技術(shù)和現代企業(yè)管理技能的快速學(xué)習能力等因素。 隨著(zhù)二戰后電子和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及美、日、德、亞洲四小龍和其它西方發(fā)達國家產(chǎn)業(yè)轉型升級的需求，玩具、家電、計算機、汽車(chē)和移動(dòng)通訊等勞動(dòng)密集型制造產(chǎn)業(yè)被陸續轉移到中國。中國也抓住這歷史機遇，經(jīng)過(guò)近四十年努力，在獨資和合資模式之外，迅速布局和崛起了大批民營(yíng)、國營(yíng)和混合制模式企業(yè)。這些企業(yè)的創(chuàng )辦者大都具有在外資/合資企業(yè)工作的經(jīng)歷并熟悉生產(chǎn)或產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程，或代理過(guò)外資產(chǎn)品并熟悉市場(chǎng)和產(chǎn)品渠道。通過(guò)不斷摸索和快速試錯的學(xué)習方法，他們逐步在市場(chǎng)競爭中站立起來(lái)，其中相當部分也取得了不錯的規模效應。隨著(zhù)需求的不斷擴大和產(chǎn)品制造工藝的不斷演變，些本土的零部件和裝備公司也迅速發(fā)展起來(lái)，局部或部分替代進(jìn)口，提升了中國制造業(yè)的競爭力。 這段時(shí)期中國企業(yè)和產(chǎn)業(yè)的創(chuàng )新從根本上講還是跟隨型和模仿學(xué)習型的。大都從低端或中低端的產(chǎn)品替代起步，以?xún)r(jià)格、規模和本地化服務(wù)為核心競爭力。隨著(zhù)技術(shù)差距的不斷縮小，中西方產(chǎn)業(yè)格局的不斷被改變(很多改變又是西方國家不愿意看到的)，西方國家對我們技術(shù)封鎖越來(lái)越明顯，些國外科技公司也通過(guò)把制造業(yè)轉移到成本更低的東南亞國家去來(lái)達到切斷中國技術(shù)源泉箭雙雕的目的。 跟隨模仿式的創(chuàng )新能否讓我們產(chǎn)業(yè)突破最后公里，同時(shí)又能守住已有陣地？更為重要的是它能否讓我們取得系列的技術(shù)突破從而使我們的企業(yè)進(jìn)入一個(gè)又一個(gè)新的產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域？ 美國硅谷過(guò)去 60 年的產(chǎn)業(yè)發(fā)展為我們提供了很好的借鑒經(jīng)驗。一個(gè)包括大學(xué)（Stanford，Berkeley，San Jose State 等），風(fēng)投資本和創(chuàng )業(yè)文化的不斷完善和迭代進(jìn)步的創(chuàng )新生態(tài)體系使得硅谷能抓住新的技術(shù)突破，占領(lǐng)一個(gè)又一個(gè)產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)（從電子儀器到芯片、計算機、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、生物科技等等）。硅谷的大學(xué)尤其是 Stanford 和 Berkeley 與時(shí)俱進(jìn)，為硅谷的科創(chuàng )產(chǎn)業(yè)源源不斷地提供核心技術(shù)、工程師和創(chuàng )業(yè)者。由這兩所大學(xué)師生創(chuàng )辦的科技公司有如群星閃爍，在世界科技產(chǎn)業(yè)史上留下段段佳話(huà)。 Stanford 大學(xué)師生創(chuàng )辦的著(zhù)名公司有 HP， SUN、Cisco、Yahoo、Google 等兩萬(wàn)五千多家，而 Berkeley 畢業(yè)生幾乎主導了全球所有著(zhù)名的半導體公司，包括 Intel、Cadence、Qualcomm、Synposis、Marvell、臺積電、中芯國際等。 而以七所大學(xué)為核心的以色列科技創(chuàng )新體系在自然資源匱乏，缺少本土市場(chǎng)且四面受敵的情況下創(chuàng )造了一個(gè)又一個(gè)奇跡。以色列擁有美國本土之外納斯達克最大的上市群體，超過(guò)歐盟總和。包括 Intel 和 Google 在內的世界科技巨頭紛紛把最重要的研發(fā)中心設立在以色列，其根本的考慮是以色列大學(xué)優(yōu)秀的大學(xué)畢業(yè)生和工程師資源。 相比美國硅谷和以色列這些知名的科技創(chuàng )新體系，我們的短板體現在創(chuàng )新人才培養和科技轉化機制等方面。最近幾年，在國家大眾創(chuàng )新、萬(wàn)眾創(chuàng )業(yè)的政策推動(dòng)下，創(chuàng )業(yè)的條件如孵化平臺、風(fēng)投資本等有了很大的進(jìn)步，從社會(huì )和企業(yè)走出的所謂“草根派”創(chuàng )業(yè)群體無(wú)論是規模還是質(zhì)量都有極大提升。但是，在產(chǎn)業(yè)進(jìn)入深水區或無(wú)人區的今天，我們更迫切的需要以技術(shù)尤其是原創(chuàng )技術(shù)為主的“學(xué)院派”創(chuàng )業(yè)者。除了早期的北大王選和科大訊飛等少數案例，“學(xué)院派”創(chuàng )業(yè)在中國幾乎消聲滅跡，遠滯后于“草根派”創(chuàng )業(yè)。這根本的原因就是“錢(qián)學(xué)森之問(wèn)”[2]提到的創(chuàng )新人才培養問(wèn)題。 創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)人才培養不只是工程教育改革的關(guān)鍵也是創(chuàng )新機制建設的核心，新工科教育的最終目的就是要打造從創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)人才培養到創(chuàng )業(yè)孵化平臺建設再到新經(jīng)濟培育這么一個(gè)相輔相成的全生態(tài)系統。 二、工程教育的幾次重要改革 眾所周知，學(xué)科建設是高等教育的項重要的戰略任務(wù)，也是高校建設的核心內容。高校設置一個(gè)學(xué)科需要考慮三個(gè)核心問(wèn)題： 1）學(xué)科定位：學(xué)科培養的畢業(yè)生在之后的 40 年如何去影響和改變社會(huì )？ 2）學(xué)生應該具備什么樣的素質(zhì)和能力才能去實(shí)現學(xué)科定位？ 3）怎樣建設一個(gè)（課內和課外）科學(xué)的培養體系使得學(xué)生能具備期待的素質(zhì)和能力？用什么樣的反饋信息或核心指標去評估、持續改進(jìn)和優(yōu)化學(xué)科建設？ 很顯然，這是一個(gè)大滯后的多變量系統，要獲得系統的最優(yōu)解需要克服巨大的挑戰。同時(shí)，學(xué)科建設過(guò)程中還不得不考慮學(xué)生的現狀以及學(xué)生背后的家庭和社會(huì )情況、政府對學(xué)科的期待和政策支持、辦學(xué)主體對學(xué)科的期望和相應資源、學(xué)校所處的產(chǎn)業(yè)環(huán)境以及認知科學(xué)的進(jìn)步等等，這些都構成辦學(xué)的邊界條件。 為厘清新工科建設的邊界條件，讓我們首先回顧下工程教育的幾次重要改革。 1. 工業(yè)革命時(shí)代的工程教育 雖然第次和第二次工業(yè)革命在第次世界大戰前（1915 年）已經(jīng)完成，這個(gè)階段的些重要工程發(fā)明仍主要依靠少數有豐富經(jīng)驗的發(fā)明家在作坊或工廠(chǎng)通過(guò)大量的試錯和實(shí)驗取得的，著(zhù)名的案例為愛(ài)迪生于 1878 年經(jīng)過(guò)無(wú)數次嘗試（百分之九十九的勤奮加百分之的靈感）后發(fā)明了可實(shí)用的電燈，此外還有達芬奇、瓦特、福特、特斯拉、貝爾等。 工業(yè)革命時(shí)代大學(xué)里的工科教育主要以培養機器操作工為主。比如 1902 年從物理系分出來(lái)的 MIT 電機系直到 1930 年依然如此，西點(diǎn)軍校也主要以培養武器（另類(lèi)機器）操作工為主。
圖2 愛(ài)迪生發(fā)明實(shí)驗室及西點(diǎn)軍校早期武器操作手培養 2. 科學(xué)時(shí)代的工程教育 MIT 的物理學(xué)家 K. Compton 教授于 1930 年擔任 MIT 校長(cháng)。在他的推動(dòng)下，物理學(xué)和科學(xué)領(lǐng)域的研究文化被推廣到 MIT 的工科院系。1932 年，MIT 著(zhù)名的電機工程師、企業(yè)家和科技領(lǐng)導者 Vanevar Bush 教授擔任 MIT 工學(xué)院院長(cháng)和副校長(cháng)。在與 MIT 數學(xué)系著(zhù)名教授、控制論發(fā)明者 N. Wiener 合作研制模擬計算機的過(guò)程中，他認識到科學(xué)訓練對工程學(xué)生的重要性。 他認為，“工程研究不能超出支撐它的數學(xué)基礎范疇”（Engineering can proceed no faster than mathematical analysis on which it is based）。在他的呼吁下，羅斯�？偨y于 1940 年成立了美國國防科技研究委員會(huì )（NDRC）并任命 Bush 為首任主任。 NDRC的主要職責是協(xié)調民間科技力量為即將到來(lái)的戰爭做武器技術(shù)研究，其著(zhù)名項目包括曼哈頓原子彈工程和在 MIT 設立的雷達研究實(shí)驗室 （MIT Radiation Lab）等。這些研究項目的特點(diǎn)是利用科學(xué)原理來(lái)研制之前沒(méi)有的新技術(shù)和新產(chǎn)品（進(jìn)入了無(wú)人區，以往的經(jīng)驗沒(méi)有太大的借鑒作用）。在這個(gè)過(guò)程中，項目的組織者，包括 Bush 和他的幾個(gè)著(zhù)名弟子，如伺服技術(shù)發(fā)明者 H. Hazen 教授及信息論創(chuàng )始人 C. Shannon 和被譽(yù)為“硅谷之父”的 Stanford 工學(xué)院院長(cháng) Terman 等都成長(cháng)為在工程領(lǐng)域非常有建樹(shù)的科學(xué)家。
圖 3 MIT 工程教育 的 Karl Compton (校長(cháng) 1930-1948)和 V . Bush 教授 Bush 的另一位弟子、數控機床的發(fā)明者，MIT 伺服機構實(shí)驗室(Servomechanism Lab, AILab 和 Lincon Lab 前身)的創(chuàng )始人 G. Brown 教授注意到哈佛大學(xué)物理和數學(xué)畢業(yè)的學(xué)生遠比 MIT 工科畢業(yè)的學(xué)生突出。雖然哈佛學(xué)生沒(méi)有工程訓練，開(kāi)始時(shí)動(dòng)手能力差些，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的工作后迅速成長(cháng)起來(lái)，利用他們扎實(shí)的理論基礎脫穎而出。1950 年，由 G. Brown 教授主導的一個(gè)工程教育改革委員會(huì )經(jīng)過(guò)大量的調研后給學(xué)校提出了一個(gè)被后來(lái)稱(chēng)為 Brown Report 的報告。報告認為之前的培養機器操作工的工程教育模式雖然在動(dòng)手能力培養方面有其可取之處，但不能培養真正的科技創(chuàng )新工程師。該報告對未來(lái)的工程教育改革提出了兩點(diǎn)重要的建議： 1. 科學(xué)主導工程(Science dominates engineering. The modern engineers should be educated as a scientist)，強調教學(xué)中數學(xué)和科學(xué)的地位 2. 實(shí)驗與課堂教學(xué)緊密結合(Laboratory instruction will coordinate closely with classroom instruction as an integral part of the subject)
圖 4 G. Brown 教授 與此同時(shí)，美國工程教育助進(jìn)學(xué)會(huì ) (SPEE， Society For Promotion of Engineering Education) 也發(fā)表了份報告，強調人文和社會(huì )科學(xué) (Humanity and Social Sciences, HSS)在工程教育中的重要性。1952 年 G. Brown 擔任 MIT 電機系系主任， 1959 年擔任工學(xué)院院長(cháng)。在他的推動(dòng)下，新的工科課程體系在 MIT 電機系、工學(xué)院以及美國其他主流大學(xué)逐步施展開(kāi)來(lái)。 表 1 以電機系為例展示了科學(xué)主導工程教育改革后新的課程體系。先從數學(xué)/物理/化學(xué)課程開(kāi)始，再到專(zhuān)業(yè)基礎課程和專(zhuān)業(yè)課程（部分專(zhuān)業(yè)基礎或專(zhuān)業(yè)課程會(huì )配有相應的實(shí)驗環(huán)節以加深學(xué)生對理論的理解）。最后年有門(mén)畢業(yè)設計課程（英文叫 Capstone Project ）讓學(xué)生把之前所有學(xué)到的知識整合起來(lái)。人文與社會(huì )科學(xué)課程不少于 8 門(mén)。這個(gè)課程體系的最大挑戰是學(xué)生要有耐心按班就序的學(xué)好學(xué)完前面的科學(xué)、專(zhuān)業(yè)基礎和專(zhuān)業(yè)課程知識，最后通過(guò)畢業(yè)設計來(lái)實(shí)現集大成的功能。就好比學(xué)少林武功，一步步把挑水、劈柴、站樁等基本功練好，最后才能學(xué)武功招式。毅力之外，學(xué)生還需具備對這個(gè)課程體系的信心。當然，這對于從戰場(chǎng)回來(lái)的二戰老兵或者經(jīng)歷過(guò)文革后的大學(xué)生們這都不成問(wèn)題。這套扎實(shí)的課程體系為當時(shí)的美國企業(yè)和大學(xué)培養了批批優(yōu)秀的工程師和研究人員，同時(shí)支撐了美國工程教育和美國科技產(chǎn)業(yè) 50-90 年代的高速持續發(fā)展（IBM，Bell Lab, Silicon Valley, Boston 128 等），在此基礎上，Berkeley 微電子 program 的建立，更催生了美國芯片產(chǎn)業(yè) 50 年的長(cháng)盛不衰。
表1 電機工程專(zhuān)業(yè)在科學(xué)主導工程教育改革后通用的四年課程體系框架圖 3. 信息時(shí)代的工程教育 隨著(zhù) 80 年代芯片、計算機和互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的迅速崛起，人類(lèi)進(jìn)入信息時(shí)代。依據摩爾定律規律，信息時(shí)代新的知識和技術(shù)不斷涌現和快速發(fā)展，與之相應的工科教育也受到不少沖擊。新的課程和新的知識點(diǎn)被不斷引入到已經(jīng)很豐滿(mǎn)的課程體系中去。光計算機語(yǔ)言就有匯編、Fortran、C++、JAVA、Python 等需要考慮。打補似，要修的課程越來(lái)越多。老師和家長(cháng)也相信，學(xué)生要不學(xué)好掌握日新月異的知識，將面臨很大的就業(yè)風(fēng)險。 從 1995 年到 2000 年， CMU 電機系對過(guò)去畢業(yè)的學(xué)生進(jìn)行了次全面系統的跟蹤調查。他們的研究結果讓人大吃驚。 “課程上的越多的同學(xué)以后取得的成就越小”。他們還發(fā)現，現在的學(xué)生已經(jīng)不像二戰后的學(xué)生樣，能按部就班的步步走完全過(guò)程。如果看不到應用前景，學(xué)生不會(huì )有耐心去深入學(xué)習這門(mén)課程。如果數理基礎不扎實(shí)，以后學(xué)習新知識將面臨巨大的困難與挑戰。技術(shù)的快速發(fā)展，使得很多課堂知識沒(méi)幾年就過(guò)時(shí)了，工科教育陷入一個(gè)疲于奔命的怪圈。 正因如此， CMU 推動(dòng)了第三次工程教育改革：首先，把課程數目從 40 門(mén)減到 32 門(mén)（每學(xué)期平均四門(mén)， MIT 甚至容許學(xué)生 30 門(mén)課程畢業(yè)）。其次，在大學(xué)年級（甚至第一學(xué)期）引進(jìn)了門(mén)項目課程，通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐，輔以少量的理論教學(xué)，讓學(xué)生對后面的課程內容有一個(gè)感性、直接的了解，激發(fā)他們對數理課程和專(zhuān)業(yè)基礎的學(xué)習興趣。 4. 智能時(shí)代的工程教育 近年來(lái)，新輪科技變革和產(chǎn)業(yè)創(chuàng )新進(jìn)入拐點(diǎn)期，機器人和人工智能技術(shù)浪潮風(fēng)起云涌、席卷全球，人類(lèi)發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入智能時(shí)代，美國、歐盟、英國、日本、俄羅斯等紛紛制定人工智能?chē)野l(fā)展計劃，我國也先后出臺《中國制造2025》《“互聯(lián)網(wǎng)+”人工智能三年行動(dòng)實(shí)施方案》和《新代人工智能發(fā)展規劃》，加速發(fā)展機器人和人工智能、搶占國際產(chǎn)業(yè)的制高點(diǎn)，已成為世界各國的共識與行動(dòng)。 隨著(zhù)機器人和人工智能開(kāi)始重構人類(lèi)的生產(chǎn)生活、學(xué)習和思維的方式，智能教育與人才培育已然成為新時(shí)代課題，它給人類(lèi)帶來(lái)的影響，或許會(huì )遠遠超過(guò)過(guò)去幾十年計算機和互聯(lián)網(wǎng)對世界的改變[3]。智能科學(xué)與技術(shù)，不但是工科門(mén)下新的級學(xué)科,而且會(huì )向工科的所有學(xué)科和專(zhuān)業(yè)滲透，滲透也許不是驚天動(dòng)地，而是潤物無(wú)聲，這種無(wú)聲的柔軟同樣可成為催生和推動(dòng)“新工科”建設的核心驅動(dòng)力。 智能時(shí)代高等教育的價(jià)值進(jìn)步提高，新工科建設應與智能級學(xué)科的設置相呼應，新工科應有新的專(zhuān)業(yè)，智能科學(xué)與技術(shù)的核心課程應成為理工科為主體的本科生通識教育課程，這說(shuō)明，目前，新工科教育改革已勢在必行。 三、新工科教育改革的重點(diǎn)案例介紹 1）MIT Media Lab 上世紀九十年代為應對互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展、MIT 建筑學(xué)院設立了一個(gè)以研究生教育為主的交叉學(xué)科（他們稱(chēng)作為反學(xué)科，anti-disciplinary）實(shí)驗室。其目的是用設計思維去發(fā)現和定義問(wèn)題，然后通過(guò)融合藝術(shù)、科學(xué)與工程去找到解決問(wèn)題的新方法[4]。學(xué)生來(lái)自理、工、藝術(shù)和文科等多種背景。有共同興趣的學(xué)生組成項目組，圍繞某個(gè)問(wèn)題開(kāi)展跨學(xué)科研究，以研制出款能演示的原型機為最終目的。Media Lab 的企業(yè)合作伙伴不止為實(shí)驗室提供項目費用，也負責把實(shí)驗室技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。實(shí)驗室的口號是 Design & Demo。
圖5 兩組MediaLab的學(xué)生項目 2011 年，MIT Media Lab 迎來(lái)了它第二任主任 Joi Ito. 日裔，兩次大學(xué)都未能畢業(yè)，卻成為世界著(zhù)名的 Media Lab 實(shí)驗室主任，這在學(xué)界引起了不小的震動(dòng)。但 Ito 對教育的觀(guān)點(diǎn)通過(guò)幾次 TED 演講迅速被社會(huì )所理解和認同。2014 年， Ito 訪(fǎng)問(wèn)了被譽(yù)為世界制造之都的深圳，參觀(guān)了富士康和大疆創(chuàng )新等公司，回去后即把 MIT Media Lab 的口號從 Design & Demo (Demo or Die) 改成了 Design & Deploy (Deploy or Die)。他認為，Media Lab 在過(guò)去 30 年雖然取得了不少原創(chuàng )性的研究成果，但透過(guò)第三方（企業(yè)）去將其產(chǎn)業(yè)化的效果并不佳。好比自己生的小孩要讓別人抱養樣�；ヂ�(lián)網(wǎng)、硬件、3D 打印等技術(shù)的快速進(jìn)步使得產(chǎn)業(yè)化的難度和成本都大大降低。學(xué)生完全有可能通過(guò)創(chuàng )業(yè)自己去將自己的技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。
圖6 MediaLab第二任主任JoiIto（伊藤穰一） 2）新加坡設計科技大學(xué)（SUTD） SUTD 是 2012 年由新加坡政府設立的所集設計與創(chuàng )新于研究和工程中的公立大學(xué)。MIT 前工學(xué)院院長(cháng) T. Magnanti 擔任第任校長(cháng)，設有工藝與可持續設計、工程產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、工程系統與設計以及信息系統技術(shù)與設計四個(gè)系。以社會(huì )對產(chǎn)品、過(guò)程、系統和服務(wù)的需求為出發(fā)點(diǎn)，融合技術(shù)與設計去培養能滿(mǎn)足社會(huì )需求的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)導為其定位。 四年的大學(xué)課程分為 1~2 年級和 3~4 年級兩部分：1~2 年級部分學(xué)生在數理人文課程之外，分成項目組參與設計和動(dòng)手課程訓練。3~4 年級部分，學(xué)生開(kāi)始所選領(lǐng)域課程學(xué)習。最后在 4 年級完成一個(gè)跨領(lǐng)域的畢業(yè)設計課程。 3）Olin College Olin College是1997年成立于美國B(niǎo)oston地區的四年制私立學(xué)院。其課程體系以動(dòng)手學(xué)習項目和設計項目課程為主（24 門(mén)理工科課程有 21 門(mén)是項目課程）[ 5]。 Olin 的創(chuàng )始人始終認為優(yōu)秀工程師就像外科醫生樣必須接受大量的實(shí)戰訓練。學(xué)校開(kāi)設了很多極有創(chuàng )意的課程讓學(xué)生去深入社會(huì )、了解需求。再通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐，設計、制作、調試和迭代優(yōu)化可能的設計方案。學(xué)生的畢業(yè)設計般由企業(yè)出題并提供項目經(jīng)費（或學(xué)生通過(guò)市場(chǎng)調研自選）。企業(yè)高管和工程師全程參與學(xué)生項目評估(Project Review)。通過(guò)系列項目課程訓練，學(xué)生能真正掌握優(yōu)秀產(chǎn)品工程師的技能。雖然辦學(xué)時(shí)間不長(cháng)，Olin 的畢業(yè)生受到企業(yè)的熱捧，平均薪酬高出 MIT 畢業(yè)生很多。2013 年，Olin 學(xué)院因其在創(chuàng )新人才培養的大膽舉措和卓越成就榮獲美國工程院頒發(fā)的 Bernard Gordon 教育獎。
圖 7 Olin 學(xué)院 4）Stanford D.School 這是一個(gè)為該校師生服務(wù)、訓練學(xué)生設計思維，團隊合作、解決真實(shí)需求問(wèn)題的創(chuàng )新 課程體系。學(xué)生來(lái)自不同專(zhuān)業(yè)背景，通過(guò)深度走訪(fǎng)硅谷的科技公司了解產(chǎn)業(yè)需求和產(chǎn)業(yè)資 源，并在此基礎上，通過(guò)系列的項目課程，找到解決問(wèn)題的創(chuàng )新方法。 利用硅谷豐富的企業(yè)資源， D.School 的很多課程由具有豐富實(shí)踐經(jīng)驗的企業(yè)（比如蘋(píng)果、谷歌等）工程師開(kāi)設。學(xué)生也能接觸線(xiàn)的產(chǎn)業(yè)知識。英國帝國理工的 Dyson School of Design Engineering 與 D.School 很相像，充分利用 Dyson 公司的企業(yè)資源來(lái)培養學(xué)生。 5）香港科技大學(xué)電子與計算機工程系 (ECE) 香港科技大學(xué)創(chuàng )辦于 1991 年。其宗旨是為香港打造所全新的研究型大學(xué)（之前香港的大學(xué)都是教學(xué)型的）[6]。電子與計算機工程系(ECE)創(chuàng )辦之初， ECE 的課程體系基本上是照搬美國主流大學(xué)（主要參考 Berkeley 和 UIUC）的傳統模式，經(jīng)典課程包括信號與系統 (Signals and Systems)、反饋控制(Feedback Control)、機器人學(xué)(Robotics)等，這些課程需要學(xué)生具備很好的數學(xué)基礎。課程以課堂教學(xué)為主，配以習題討論和部分實(shí)驗。 多年下來(lái)，我們發(fā)現一個(gè)共同現象：除了極少數學(xué)生外，大部分學(xué)生的數學(xué)基礎都不夠，也缺少興趣與耐心去補齊之前的不足，開(kāi)學(xué)時(shí)來(lái)上課百人，期中階段就剩下半不到，而到了期末階段也就四分之了。 2003年，香港電視臺為組織亞太機器人大賽(Robocon)來(lái)學(xué)校招募學(xué)生團隊。借此機會(huì )，我給學(xué)校寫(xiě)了份報告，希望專(zhuān)門(mén)開(kāi)設門(mén)課程，讓學(xué)生動(dòng)手設計、制作和調試多臺機器人。學(xué)生來(lái)自電子、機械、計算機和物理等相關(guān)專(zhuān)業(yè)，1 年級到 3 年級（當時(shí)采用英國的三年制）都有。前面幾屆不太好招人，大部分內地學(xué)生要申請去美國讀研，認為花太多時(shí)間在這類(lèi)課程上會(huì )影響成績(jì)，降低美國名校錄取的機會(huì )。第屆和第二屆的隊長(cháng)是汪滔和馬墨，兩位從內地來(lái)科大且喜歡動(dòng)手的同學(xué)。為了取得好成績(jì)，快速迭代是關(guān)鍵。汪滔和馬墨家住深圳，利用這個(gè)便利，他們去華強北買(mǎi)電子零部件，深圳工廠(chǎng)做 PCB 和機加工。通過(guò)這門(mén)課程，他們不但學(xué)會(huì )了系統設計、制作與調試，還學(xué)會(huì )了項目管理、團隊合作等技能。Robocon 的學(xué)生先后創(chuàng )辦了大疆、云洲、逸動(dòng)等多家科技公司。一個(gè)有趣的現象就是這門(mén)課的學(xué)生會(huì )主動(dòng)的花很多時(shí)間在課程上，最后一個(gè)月，學(xué)生會(huì )沒(méi)日沒(méi)夜的撲在實(shí)驗室調試機器。 2013 年，科大本科由三年改成四年。借此機會(huì )，我們系成立了一個(gè)委員會(huì )來(lái)規劃和設計新的課程體系。在全面調研了 CMU， Stanford 和 MIT 等高校有益實(shí)踐的基礎上，我們重新設計了 ECE 的課程體系。通過(guò)提煉和簡(jiǎn)化 Robocon 這門(mén)課的內容，我們?yōu)榇髮W(xué)年級學(xué)生開(kāi)設了門(mén)以實(shí)驗為主的導論課， Elec 1100 Introduction to Electro-Robot Design. 每個(gè)項目組（通常 2 個(gè)人）利用分離元器件搭建電源系統、電機驅動(dòng)系統、光電傳感器和控制系統等系列機器人模塊，最后把這些模塊集成起來(lái)，做成一個(gè)機器人小車(chē)并完成尋跡比賽。這個(gè)過(guò)程中，老師給學(xué)生講授所需的電路、模擬電路、數字電路、電機、邏輯電路、反饋控制等基礎理論知識、學(xué)生立馬把這些知識應用到項目中去。動(dòng)手實(shí)踐、理論學(xué)習、項目討論和高競爭性的比賽極大的調動(dòng)了學(xué)生學(xué)習的積極性。重要的是學(xué)生能深刻體會(huì )和牢牢掌握所學(xué)知識。而不像以前被動(dòng)學(xué)習、沒(méi)多久就把所學(xué)知識還給了老師。這門(mén)課經(jīng)過(guò)多位老師多年的迭代，已經(jīng)成為科大的品牌課程。每年有大約 400 多學(xué)生上這門(mén)課。 圖 8 展示了 ECE 新的 4 年課程體系。課程結構則如圖 9 所示，總學(xué)分 117 分，課程數目不少于 31 門(mén)，其中數理基礎課程占比 20%，項目課程 12%（不包括專(zhuān)業(yè)課程的實(shí)驗部分）。
圖8 港科大ECE系新的4年課程體系
圖9 港科大ECE系新的4年課程結構 以上是目前些世界知名大學(xué)在工程教育領(lǐng)域所做的些改革探索工作，他們的共同點(diǎn)是均瞄準市場(chǎng)和產(chǎn)業(yè)的實(shí)際需求來(lái)進(jìn)行人才培養，同時(shí)縮減精化課程體系，開(kāi)設多學(xué)科交叉融合的特色課程，校企聯(lián)合，注重創(chuàng )新實(shí)踐能力的培養等，這些寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗為工程領(lǐng)域的教育改革提供了非常有價(jià)值的參考。 四、新工科教育實(shí)踐：定位、措施與評估 A. 定位與人才標準 新工科教育既要服務(wù)現有產(chǎn)業(yè)，更要面向未來(lái)產(chǎn)業(yè)。新工科畢業(yè)生既要成為推動(dòng)現有產(chǎn)業(yè)轉型升級的重要力量更要成為催生新興產(chǎn)業(yè)的主力軍，因此準確預判現有產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向和未來(lái)產(chǎn)業(yè)的落地點(diǎn)對新工科建設至關(guān)重要。2017 年中國 GDP 大約是 12 萬(wàn)億美元（美國 18.8 萬(wàn)億美元），中國制造業(yè)增加值占 GDP 比例大約是 30%。如果中國經(jīng)濟發(fā)展能保持對美國四個(gè)百分點(diǎn)的優(yōu)勢，平均每年 6.5%左右， 十年后將迎來(lái)歷史的重要轉折點(diǎn)，中國將趕上美國成為世界第大經(jīng)濟體。如果作為實(shí)體經(jīng)濟主體的制造業(yè)能保持健康發(fā)展，十年后其占 GDP 比例還能有 25%。制造業(yè)增加值將達 6 萬(wàn)億美元（超過(guò)現有 GDP的大半）。我們看到無(wú)論是美國、中國還是其他主要經(jīng)濟體其市值最大的十大公司在過(guò)去二十年甚至十年都發(fā)生了巨大的變化。傳統的資源型、壟斷型巨頭不斷被不起眼的新興科技公司所取代。很多 10 年前甚至 5 年前沒(méi)見(jiàn)過(guò)的產(chǎn)品，比如無(wú)人機、新能源車(chē)、水域機器人、家庭機器人等正快速成為我們的生活必需品。如果要簡(jiǎn)單概括未來(lái)產(chǎn)業(yè)新形態(tài)，那就是智能時(shí)代新經(jīng)濟。從制造業(yè)角度看，這包括智能芯片與傳感器、智能裝備與智能制造、大數據與人工智能、生命科學(xué)以及這些技術(shù)在各領(lǐng)域的應用和融合所產(chǎn)生的新經(jīng)濟（見(jiàn)圖 10）。
圖 10 智能時(shí)代的新經(jīng)濟領(lǐng)域 新工科教育就是要培養推動(dòng)和引領(lǐng)新經(jīng)濟發(fā)展的領(lǐng)袖，包括新興科技公司的創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)者和推動(dòng)傳統產(chǎn)業(yè)轉型升級的領(lǐng)導者。一個(gè)創(chuàng )業(yè)者（無(wú)論是科技公司創(chuàng )業(yè)者還是公司內部創(chuàng )業(yè)者，比如新產(chǎn)品、新部門(mén)的領(lǐng)導者）應該具備什么樣的能力與素質(zhì)才能完成其使命？新工科教育又是如何給學(xué)生賦以這樣的能力？ 高通公司的主席 Paul Jacobs 博士曾有段很難忘的經(jīng)歷。早期，該公司憑其在移動(dòng)通信領(lǐng)域的專(zhuān)利壟斷和眾多的客戶(hù)如 Nokia 和 Ericsson 等公司的專(zhuān)利費，躺在床上也能數錢(qián)。突然，冒出家原來(lái)與移動(dòng)通信毫不相關(guān)的公司--喬布斯的蘋(píng)果把高通的客戶(hù)打得一塌糊涂。Jacobs 博士在美國知名的加州大學(xué)伯克利分校讀完本科、研究生和博士。蘋(píng)果事件后，Jacobs 博士深刻反省了大學(xué)教育，認為在“全球化的創(chuàng )新經(jīng)濟時(shí)代、以前那種只滿(mǎn)足于教給學(xué)生單科知識的模式已經(jīng)不行了。學(xué)生需要學(xué)會(huì )如何在跨學(xué)科團隊工作、如何快速迭代從設計到制造的全過(guò)程、如何融合藝術(shù)與工程、如何理解全球市場(chǎng)不同的需求”。為改變伯克利分校的本科教育，他于 2015 年捐贈設立了 Jacobs 設計創(chuàng )新學(xué)院。該學(xué)院充分利用企業(yè)和伯克利豐富的學(xué)科資源，為學(xué)生開(kāi)設了系列提升學(xué)生動(dòng)手能力和系統設計能力的課程。學(xué)生的創(chuàng )業(yè)氛圍也取得了空前的改善和提升。
圖11 Jacobs設計創(chuàng )新學(xué)院 美國家研究機構 CB insights 利用大數據研究了百多家公司后列出了創(chuàng )業(yè)失敗的主要因素。居第位的是產(chǎn)品不是市場(chǎng)要的(42%)，也即我們說(shuō)的偽需求；其次是資源耗盡了(29%)， 第三是沒(méi)有一個(gè)好的團隊(23%)：第四是遇上了更強大的競爭對手(19%)；第五是價(jià)格和成本因素(16%)，也即我們所說(shuō)的性?xún)r(jià)比。這些導致失敗的因素教科書(shū)里也能找到，關(guān)鍵是如何才能最大可能的減少失敗的因素、提升成功的因素。書(shū)店里充斥了各種成功企業(yè)和成功人物的傳記和報道，似乎把這些書(shū)讀熟了也就找到了成功之路�，F實(shí)世界是殘酷的，行業(yè)、公司、團隊和時(shí)間地點(diǎn)的不樣也就意味著(zhù)每個(gè)公司的成功之路是完全不樣的。世界上沒(méi)有“成功學(xué)”這門(mén)課。硅谷著(zhù)名的創(chuàng )業(yè)家和作者 Eric Ries 寫(xiě)了本很有參考價(jià)值的書(shū)，叫 The Lean Startup （精益創(chuàng )業(yè)），其思路與豐田公司的精益制造 (Lean Production)有相似之處，即以最低的成本最快的速度完成從創(chuàng )意，到樣機再到市場(chǎng)的多次迭代�？萍紕�(chuàng )業(yè)尤其是硬科技創(chuàng )業(yè)沒(méi)有什么捷徑，必需經(jīng)歷從創(chuàng )意到樣機再到市場(chǎng)的多次迭代，而每次迭代又包含多個(gè)階段性的樣機試制。一個(gè)成功的科技產(chǎn)品必須經(jīng)過(guò)千錘百煉才能殺出來(lái)。
圖12 創(chuàng )業(yè)失敗的主要因素總結及TheLeanStartup的創(chuàng )業(yè)成功原則
圖13 成功的產(chǎn)品的迭代過(guò)程 在信息技術(shù)高度發(fā)達的今天，一個(gè)科技創(chuàng )業(yè)公司成功的關(guān)鍵就在于迭代的速度與成本控制（Jacobs 博士的觀(guān)察）。如何產(chǎn)生好的創(chuàng )意？如何研制出代又代的樣機？如何從市場(chǎng)的反饋去提取下步努力的信息？什么樣的人才標準和相應的人才培養方案、包括課程體系，能夠讓學(xué)生成為優(yōu)秀的科技創(chuàng )業(yè)者(entrepreneurs and intrepreneurs)？ 美國工科認證委員會(huì ) (ABET 2000) 對工科學(xué)生應該具備的能力有個(gè)非常系統和科學(xué)的陳述，一共 11 條（簡(jiǎn)稱(chēng)“人才標準 A-K”），可概括為如圖所示的三大部分：分析能力 (Analytic Skill)、動(dòng)手能力(Hands-on Skill )和生活能力(Life Skill)，具體如圖 14 所示。
圖 14 ABET 2000 工程領(lǐng)域的完整人才標準 很多知名學(xué)科（系）的人才培養標準，雖然表達形式略有不同、但其本質(zhì)與以上幾條相差無(wú)幾。分析能力的第條強調的是把數理和工程理論知識應用到實(shí)際問(wèn)題中去，而不是上了多少門(mén)課或者考試成績(jì)如何。我們常把那些能上課能考試的學(xué)生稱(chēng)為“學(xué)霸”而膜拜，這就不定合適了。 動(dòng)手能力的第層次是基本功。每個(gè)工科學(xué)生都應該具備。達到第二層次才能成為合格的工程師。如果能夠達到第三層次，即通過(guò)觀(guān)察市場(chǎng)需求去尋找痛點(diǎn)問(wèn)題，并能找到解決該問(wèn)題的工程方法，也就具備了科技創(chuàng )業(yè)者最重要的能力了。工程問(wèn)題往往都不是單打獨斗能解決的，它需要團隊合作。而有效的溝通和表達自己想法的能力對于打造一個(gè)優(yōu)秀的創(chuàng )業(yè)團隊也就變得至關(guān)重要。在技術(shù)快速發(fā)展的今天，課堂上學(xué)的很多東西很快就過(guò)時(shí)了。而創(chuàng )業(yè)過(guò)程中又會(huì )碰到很多之前沒(méi)見(jiàn)過(guò)的新東西。學(xué)會(huì )如何學(xué)習、終身學(xué)習，始終保持好奇心才是最根本的。 B. 新工科教育實(shí)踐：粵港機器人學(xué)院 確立新工科教育的定位與目標后，人才培養方案可根據學(xué)校、學(xué)生和周邊環(huán)境的特點(diǎn)來(lái)合理設計。以下我們將重點(diǎn)介紹松山湖機器人產(chǎn)業(yè)基地與廣東工業(yè)大學(xué)合作創(chuàng )辦的粵港機器人學(xué)院案例。該項目合作方還包括香港科技大學(xué)機器人研究所和東莞理工學(xué)院。 創(chuàng )辦于 2015 年的松山湖機器人產(chǎn)業(yè)基地是一個(gè)以機器人和智能硬件為主的新型孵化基地。目前在孵的團隊和企業(yè)有近三十多家。創(chuàng )業(yè)者以年輕的大學(xué)生或研究生為主。業(yè)務(wù)范圍從核心部件到機器人再到系統集成。設計、芯片、機器人、機電體化、智能制造、物聯(lián)網(wǎng)、大數據和人工智能等技術(shù)滲透到各團隊和公司的產(chǎn)品與運營(yíng)中。 廣東工業(yè)大學(xué)是所以工為主、工理經(jīng)管文法藝結合的、多科性協(xié)調發(fā)展的省屬重點(diǎn)大學(xué)，是廣東省高水平大學(xué)重點(diǎn)建設高校，學(xué)校共設有 19 個(gè)學(xué)院、4 個(gè)省攀峰重點(diǎn)學(xué)科級學(xué)科、31 個(gè)二級學(xué)科博士學(xué)位授權點(diǎn)，現有在校學(xué)生 45000 人。 2014 年，有感于東莞產(chǎn)業(yè)轉型升級的需求，我向松山湖和東莞市政府提出了建立松山湖機器人產(chǎn)業(yè)基地的設想。利用東莞被譽(yù)為“世界工廠(chǎng)”的產(chǎn)業(yè)鏈資源和我在過(guò)去十多年深圳東莞創(chuàng )業(yè)孵化的經(jīng)驗，把香港、內地和國外有志于機器人領(lǐng)域創(chuàng )業(yè)的年輕人吸引到松山湖，幫助他們實(shí)現他們的創(chuàng )業(yè)夢(mèng)想，也為松山湖和東莞培育批新型科技公司。機器人基地的建設需要大量的有創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)能力的工程師。而這恰是東莞的短板。經(jīng)過(guò)與廣東工業(yè)大學(xué)陳新校長(cháng)的深入溝通，我們決定聯(lián)手建立所新型的人才培養機構--粵港機器人學(xué)院。為松山湖機器人產(chǎn)業(yè)基地提供有雙創(chuàng )能力的工程師的同時(shí)，也為廣工的工科教育改革提供有益的經(jīng)驗。 改革前狀況：以機電工程學(xué)院為例，之前學(xué)生先報考該學(xué)院的某個(gè)二級學(xué)科專(zhuān)業(yè)，如機械設計與自動(dòng)化（該院共 5 個(gè)二級學(xué)科），再按照該專(zhuān)業(yè)的培養方案完成四年的大學(xué)課程學(xué)習。學(xué)生通常要完成至少 184 學(xué)分（大約 74 門(mén)課程）。因考研或者找工作等原因很多學(xué)生會(huì )選擇用前面三年時(shí)間修完所有的課程（之前清華自控學(xué)生三年 73 門(mén)課，中科大自控 63 門(mén)課）。每學(xué)期至少 9 門(mén)課程意味著(zhù)學(xué)生從早到晚都處于一個(gè)填鴨式的學(xué)習狀態(tài)中。深度的研究后更發(fā)現學(xué)生無(wú)論是上數理課還是實(shí)驗課基本都在走形式。 四句話(huà)形象的概括現有培養方式：專(zhuān)業(yè)細分化、基礎形式化、實(shí)踐虛擬化、知識碎片化。如此培養的學(xué)生是難以擔當大任的。 機器人學(xué)院的改革從以下幾個(gè)維度切入： 1）跨學(xué)科培養：學(xué)生來(lái)自設計、機械、自動(dòng)化、信息工程、計算機和數學(xué)六個(gè)學(xué)院的相關(guān)專(zhuān)業(yè)。因廣工校園緊鄰黃埔軍校舊址，我們把第期 80 多位同學(xué)簡(jiǎn)稱(chēng)為黃埔期學(xué)員。圖 15 為廣東工業(yè)大學(xué)粵港機器人學(xué)院組織架構和學(xué)緣結構示意圖。學(xué)生從某專(zhuān)業(yè)進(jìn)來(lái)，畢業(yè)時(shí)還拿該專(zhuān)業(yè)學(xué)位。學(xué)生除了本專(zhuān)業(yè)的課程外，還參與系列跨專(zhuān)業(yè)項目課程學(xué)習。這些課程以問(wèn)題為導向。在老師的協(xié)助下，跨專(zhuān)業(yè)的項目組要完成系統的設計、分析、制造與調試。通過(guò)項目討論與評估，學(xué)生不止學(xué)會(huì )理論與實(shí)際的結合以及工程工具的靈活應用，還掌握了項目管理、溝通和團隊合作等技能。最重要的是也參與和了解機械同學(xué)的機械設計與制造、電機同學(xué)的電路設計與制造、軟件同學(xué)的軟件設計等等。通過(guò)比賽和項目評估與展示，學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習，把(同行與競賽)壓力轉化為學(xué)習動(dòng)力、激發(fā)了學(xué)習熱情并提升了自學(xué)能力。
圖 15 廣東工業(yè)大學(xué)粵港機器人學(xué)院組織架構和學(xué)緣結構示意圖 2）專(zhuān)業(yè)課程改革：在增加項目課程和數理基礎課程的同時(shí)，總學(xué)時(shí)和總課程數大幅度的減少。是裁剪些沒(méi)必要的課程，二是整合些相關(guān)的專(zhuān)業(yè)課程。通過(guò)引入實(shí)驗環(huán)節來(lái)協(xié)助學(xué)生理解和融會(huì )貫通相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識。比如，機電專(zhuān)業(yè)的電路與模擬電子技術(shù)兩門(mén)課被整合成電子與電路學(xué)門(mén)課（4 學(xué)分），理論力學(xué)、材料力學(xué)、熱力學(xué)與流體力學(xué)四門(mén)課被整合成工程力學(xué)（4 學(xué)分）門(mén)課，控制工程、機電傳動(dòng)與控制和工程測試技術(shù)三門(mén)課被整合成傳動(dòng)與控制（4 學(xué)分）門(mén)課。最后，機電專(zhuān)業(yè)的總學(xué)分為 156.5 學(xué)分（減少 15%），課程數目在 35 門(mén)課左右（減少 50%）。 3）綜合性項目課程：從大學(xué)第學(xué)年到第二學(xué)年（廣工校園階段），學(xué)生每個(gè)學(xué)期都有門(mén)機器人項目課程 (I~ IV)， 共 13 學(xué)分。機器人項目課程 I （5 學(xué)分）從港科大Elec 1100: Introduction to Electro-Robot Design 演變而來(lái)。通過(guò)本課程學(xué)習，學(xué)生能掌握電氣工程（包括電路、模擬電子技術(shù)及數字電子技術(shù)、電機控制）的基本知識和基本原理、同時(shí)具備用分離元器件設計機器人及其部件的能力。課程結束時(shí)，學(xué)生需要完成一個(gè)具備特定要求功能的尋跡機器人小車(chē)。機器人項目課程 II 以再現上年的 Robocon（或者Robomaster）比賽為課題，而機器人項目課程 III 和 IV 以參加當年的 Robocon（或者Robomaster）比賽為主題。第三、四年學(xué)生到松山湖機器人產(chǎn)業(yè)基地學(xué)習。第三年要完成產(chǎn)品設計項目課程 I 和 II（共 21 學(xué)分）。 在這之前，學(xué)生通過(guò)寒暑假會(huì )有系列的企業(yè)和展會(huì )參觀(guān)。尤其是與基地創(chuàng )業(yè)公司的互動(dòng)，他們對產(chǎn)品的定義和研發(fā)過(guò)程已有定了解。產(chǎn)品設計項目課程前，學(xué)生會(huì )接受產(chǎn)品定位與設計培訓。同時(shí)還要掌握些基本的設計工具的使用。之后，學(xué)生要開(kāi)展深度的市場(chǎng)和客戶(hù)調研，并提出份詳細的項目計劃書(shū)�；貢�(huì )組織基地工程師對團隊的方案進(jìn)行評估并提供反饋意見(jiàn)。論證成功后、項目組利用基地設施和周邊的供應鏈制作樣機，驗證設計方案的可行性。很多情況下，學(xué)生要經(jīng)歷幾次樣機的迭代。 第四年是學(xué)生的畢業(yè)設計（12 學(xué)分）。一個(gè)好的畢業(yè)設計將是學(xué)生跨入創(chuàng )業(yè)征程的第個(gè)臺階。首先，課題的選擇由課題組在充分論證的基礎上產(chǎn)生。有的甚至在前年的項目設計課程中已經(jīng)迭代多次和升級；其次，課題組已經(jīng)磨合過(guò)、知根知底。再者，課題組對產(chǎn)品設計、制造和測試已具備相當的經(jīng)驗、潛在用戶(hù)能夠理解樣機的功能和定位。 機器人學(xué)院總學(xué)分 156.5，總課程數 35 門(mén)左右。其中 7 門(mén)綜合性項目課程學(xué)分累加為 46 分，占總學(xué)分 30%。具體課程結構與學(xué)分分布如圖 16 所示。
圖16 機器人學(xué)院課程結構與學(xué)分分布 4）寒暑假項目課程：寒暑假項目課程由系列短課程組成（不計學(xué)分）。主要偏重于核心工業(yè)技術(shù)和前沿研究技術(shù)的學(xué)習與應用。授課老師來(lái)自于領(lǐng)軍企業(yè)的工程師和國際知名學(xué)者，是基礎課程和綜合性項目課程重要的補充。例： ◆ 機器人項目課程 I+ 在機器人項目課程 I 的基礎上，TI 的工程師在寒假用兩個(gè)星期時(shí)間完成這門(mén)課程的單片機升級版。綜合運用之前所學(xué)習的各個(gè)模塊，用 MSP 430 單片機讀入紅外傳感器數據、控制電機和完成循跡控制。之前的單片機課程要化整整一個(gè)學(xué)期的時(shí)間。因為沒(méi)有合適場(chǎng)景和實(shí)驗平臺，學(xué)生對單片機的理解也非常粗淺。
圖 17 機器人項目課程 I+ ◆ Model-based Design Workshop（基于模型的設計課程）： 由美國 Mathwork 工程師給學(xué)生介紹基于模型的設計理論，并且用移動(dòng)小車(chē)跟蹤網(wǎng)球為對象，學(xué)習如何用 Mathwork 軟件來(lái)設計和調試小車(chē)的控制算法。課程時(shí)間三天。全班 60 個(gè)學(xué)生，每個(gè)組 4 人。最后都能完成實(shí)驗。掌握了機電控制領(lǐng)域最重要的工具的使用。 ◆ Design Definition Tools & Constructing Design Solutions Workshop： 課程由香港理工大學(xué)設計學(xué)院教授開(kāi)設，為期兩周。通過(guò)與基地創(chuàng )業(yè)公司和團隊的合作，也積累了很多機器人設計案例（包括常犯錯誤）。通過(guò)這些案例，學(xué)生了解了產(chǎn)品創(chuàng )意，設計、制造到使用的全過(guò)程。從不同的角度去理解產(chǎn)品定義（功能）與使用、適用以及客戶(hù)滿(mǎn)意度的關(guān)系。工程師跳出工程師思維至關(guān)重要。
圖18 產(chǎn)品定義與設計課程 此外，一年級寒假，學(xué)生會(huì )利用基地的木工坊制作自己喜歡的東西，比如復原達芬奇的設計。 同時(shí)，各年級學(xué)生還積極參加機器人領(lǐng)域國際知名學(xué)術(shù)會(huì )議（見(jiàn)表 2），增長(cháng)見(jiàn)識，了解前沿基礎研究。
表2 各年級學(xué)生參加機器人領(lǐng)域國際知名學(xué)術(shù)會(huì )議統計列表 5）數理基礎課程：扎實(shí)的數理基礎是一個(gè)優(yōu)秀的機器人工程師所必備條件。機器人三大核心技術(shù)：感知(Sensing)，認知 (Perception) 和控制 (Action)離不開(kāi)數理基礎的支撐。通過(guò)數學(xué)和物理等科學(xué)知識的學(xué)習，學(xué)生能掌握和應用數理方法去建立機器人和相關(guān)系統的數學(xué)模型，并能夠分析和驗證這些模型的特證、設計出合理的機器人規劃和控制策略。即使在數據科學(xué)和機器學(xué)習技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，扎實(shí)的數理基礎更能讓我們深刻理解機器人的規律。工科領(lǐng)域數理基礎訓練最扎實(shí)的首推美國加州理工。從課時(shí)角度達到三年數學(xué)、兩年物理、年化學(xué)/生物的基本原則（六門(mén)數學(xué)課、四門(mén)物理課、兩門(mén)化學(xué)/生物，數理基礎課程占比 35%以上）。從學(xué)習深度物理教材用的是 Richard Feyman的 Lecture Notes on Physics（很多學(xué)校是研究生教材），強調物理知識與實(shí)際問(wèn)題的結合。 加州大學(xué)伯克利分校電機系有一個(gè)不成文的規矩：碩士生的數學(xué)水平必須達到數學(xué)專(zhuān)業(yè)本科的水平，博士生的數學(xué)水平必須達到數學(xué)專(zhuān)業(yè)碩士的水平。而伯克利的數學(xué)是世界首屈一指的。 機器人學(xué)院的數理課程改革還有很長(cháng)路要走。內容、教材、學(xué)習方式、Matlab等工具的使用、與機器人結合的課程案例等都需要深度的探索。為此，港科大數學(xué)系胡繼善教授牽頭組織了一個(gè)數理課程改革小組、我們期望能有更多的經(jīng)驗可以在以后分享。 6）《機器人學(xué)》課程改革案例介紹：這門(mén)課程起源于 20 多年前我在加州大學(xué)伯克利分校讀博時(shí)的段經(jīng)歷。那時(shí)的機器人教科書(shū)主以 Richard Paul 和 John Craig 的兩本教材為主，對串聯(lián)結構為主的工業(yè)機器人的運動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和控制有比較清晰的數學(xué)描述。但從上世紀 90 年代起，機器人研究進(jìn)入快車(chē)道，很多新的問(wèn)題進(jìn)入機器人研究者的視野，比如靈巧機器手、并聯(lián)機器人、移動(dòng)機器人（大狗、自動(dòng)駕駛、空間機器人）等。各種不同的數學(xué)工具被引入到機器人領(lǐng)域去解釋新現象和新對象（有如當今的機器學(xué)習）。這給要進(jìn)入機器人領(lǐng)域的研究生帶來(lái)極大的困惑。他們必須掌握多種不同的數學(xué)方法（很多非常不嚴謹）才能窺機器人全貌。這對大多數學(xué)生來(lái)說(shuō)是幾乎不可能的。我與伯克利的導師 Shankar Sastry 和師弟 Richard Murray 決定寫(xiě)本研究生機器人學(xué)教科書(shū)，利用近代數學(xué)的微分流形理論來(lái)統不同機器人的建模、分析與控制。 經(jīng)過(guò)近步的演化，這門(mén)課也曾在港科大本科生的機器人課程里出現過(guò)（前面幾章）。這門(mén)課最大的挑戰是用高級數學(xué)語(yǔ)言來(lái)描述和分析機器人問(wèn)題，比如剛體運動(dòng)學(xué)、串連（和并聯(lián)）機器人的運動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、軌跡規劃和控制。學(xué)生既要學(xué)習數學(xué)概念（線(xiàn)性代數和數學(xué)分析基礎差的學(xué)生尤感困難），又要與實(shí)際問(wèn)題相結合（很多學(xué)生之前還沒(méi)見(jiàn)識過(guò)工業(yè)機器人）。港科大的幾次嘗試不是特別成功。李群自動(dòng)化是松山湖機器人產(chǎn)業(yè)基地的工業(yè)機器人公司，其工程師王紅在哈工大深圳研究生院讀博時(shí)上過(guò)這門(mén)課，也知道要讓大學(xué)生掌握這些知識的難度。經(jīng)過(guò)討論我們對這門(mén)課進(jìn)行了以下改革： 1. 理論讓路，實(shí)際開(kāi)頭 前面四周，我們?yōu)閷W(xué)生提供了一個(gè)開(kāi)放式的工業(yè)機器人系統。讓學(xué)生通過(guò)操作對機器人系統的各個(gè)組成部分有個(gè)直觀(guān)的了解。隨后，給學(xué)生布置了兩個(gè)任務(wù)：Pick & Place （工件抓放）和機器人與視覺(jué)系統的配合。 學(xué)生在充分理解任務(wù)要求的基礎上，利用各種手段（討論，試錯、網(wǎng)上學(xué)習、請教老師等）去試圖完成這些任務(wù)。學(xué)生經(jīng)歷一個(gè)認知過(guò)程：機器人如何動(dòng)，怎么動(dòng)？機器人與視覺(jué)和傳送帶如何配合？
圖19 《機器人學(xué)》課程課前實(shí)踐 2. 講用并行、重在理解 隨后，老師開(kāi)始講授機器人基礎理論并安排相應的實(shí)驗環(huán)節，把所學(xué)知識立馬應用到前面的問(wèn)題中去。同時(shí)還安排些硬件實(shí)驗，讓學(xué)生設計工業(yè)機器人的些關(guān)鍵模塊如電機控制等。學(xué)生還學(xué)會(huì )如何應用 Matlab, Simulink 和 MBD 等工具，最后取得了很好的教學(xué)效果。
圖20 《機器人學(xué)》課程理論與實(shí)驗交替進(jìn)行 7）其他工程課程改革：還有幾門(mén)核心課程的改革正在進(jìn)行中，比如反饋控制、傳動(dòng)與運動(dòng)控制、計算機視覺(jué)、無(wú)人機技術(shù)、機器人導航、機器學(xué)習等課程。我們也在充分利用 Mooc 資源和大量的企業(yè)資源為學(xué)生提供系列優(yōu)質(zhì)課程和學(xué)習體驗。 8）學(xué)生選拔：機器人學(xué)院的學(xué)習方式與傳統模式有很大差異。不是每個(gè)學(xué)生都適合。傳統的學(xué)生選拔方式不能選出適合機器人學(xué)院的學(xué)生。有些學(xué)生經(jīng)過(guò)段時(shí)間學(xué)習后也意識到他/她并不適合這種學(xué)習模式。我們采取學(xué)生自愿、雙向選擇的方式。在選人方面還有很多探索的空間。表 3 列出了前面三期學(xué)生的動(dòng)態(tài)變化情況。
表3 前面三屆機器人學(xué)院學(xué)生變化情況 以上是我們目前依托粵港機器人學(xué)院在新工科教育方面所做的些探索和實(shí)踐工作，通過(guò)這些改革措施，我們積累了定的改革經(jīng)驗，同時(shí)也在不斷的糾錯迭代，今后，機器人學(xué)院的新工科教育改革和探索工作會(huì )持續進(jìn)行下去。 五、結論 創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)人才的培養是國家創(chuàng )新機制建設的核心內容。智能時(shí)代的機器人技術(shù)既是先進(jìn)制造業(yè)的關(guān)鍵支撐，也是改善人類(lèi)生活方式的重要切入點(diǎn)，其研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應用是衡量一個(gè)國家科技創(chuàng )新、高端制造發(fā)展水平的重要標志。集數理、設計、機械、電子、計算機和其它學(xué)科于體的機器人技術(shù)是新工科建設最具代表性的前沿交叉學(xué)科，也是新工科建設最重要的突破口，只要通過(guò)科學(xué)的頂層設計，配合深刻的課程改革，再利用創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)實(shí)踐來(lái)持續改進(jìn)和優(yōu)化系統設計，機器人學(xué)院即有望成為高等院校建設新工科，實(shí)現創(chuàng )新人才培養突破的制高點(diǎn)。與此同時(shí)，借助國家“校企聯(lián)合，產(chǎn)學(xué)合作”的助推政策，打造高效的創(chuàng )新人才培養體系和全生態(tài)的創(chuàng )業(yè)孵化平臺，必將為所在地區新經(jīng)濟發(fā)展提供極其重要的助推引擎，從而推動(dòng)機器人產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的迅速發(fā)展。 鳴謝：真誠感謝粵港機器人學(xué)院各參與方對該項目的長(cháng)期投入和支持。廣東工業(yè)大學(xué)陳新校長(cháng)為該項目從頂層設計到最后落地付出了大量心血。章云副校長(cháng)、教務(wù)處何漢武和陳鴻志處長(cháng)、六所參與學(xué)院領(lǐng)導和老師以及常務(wù)副院長(cháng)陳瑋教授等為機器人學(xué)院的課程設計和改革以及學(xué)院管理等作了大量細致的工作。機器人學(xué)院學(xué)生尤其是黃埔 1 期同學(xué)既是改革的參與者也是改革的推動(dòng)者。松山湖機器人基地的同事尤其是研究部的丁老師和董老師以創(chuàng )業(yè)者心態(tài)全面參與了機器人學(xué)院的建設。東莞理工學(xué)院、松山湖管委會(huì )和參與公司固高、大疆、李群、逸動(dòng)等的同事從不同維度為機器人學(xué)院的創(chuàng )辦提供了積極有益的幫助。 參考文獻： [1] 文.偉大的中國工業(yè)革命[M].清華出版社,2017 年 [2] https://baike.sogou.com/v6813346.htm?fromTitle=錢(qián)學(xué)森之問(wèn) [3] 李德毅,馬楠. 智能時(shí)代新工科——人工智能推動(dòng)教育改革的實(shí)踐[J].高等工程教育研究,2017 年 05 期 [4] https://www.media.mit.edu/ [5] http://www.olin.edu/ [6] https://www.seng.ust.hk/web/eng/ |
