來源：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、松山湖機器人產(chǎn)業(yè)基地創(chuàng)始人兼董事長李澤湘教授。對于很多人來說，其更為知名的是他是大疆創(chuàng)始人汪滔的導(dǎo)師。今年7月2日，師徒二人一起榮獲了2019IEEE機器人與自動化大獎（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(yǎng)和科技轉(zhuǎn)化機制等方面的不足，通過深入分析工程教育的幾次重要改革的經(jīng)驗及當(dāng)前新工科教育改革的若干著名案例，總結(jié)提出了新工科教育實踐的定位、措施與評估標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合粵港機器人學(xué)院的具體實踐，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(yǎng)體系的具有重要參考價值的初步建設(shè)方案。 全文共1.7萬字，幾乎可以當(dāng)作一個學(xué)術(shù)論文來研讀了，由李澤湘教授授權(quán)虎嗅獨家首發(fā)，原標(biāo)題為《粵港機器人學(xué)院——新工科教育創(chuàng)新人才培養(yǎng)探索》。以下是全文。 一、新工科教育與創(chuàng)新體系建設(shè) 改革開放四十年、中國經(jīng)濟(jì)與社會發(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(dá)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，50%的鋼鐵和 40%的船舶產(chǎn)品。中國的高鐵和高速公路運營哩數(shù)以及電力、能源等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模也傲視全球、枝獨秀。中國用 40 年的時間走完了西方國家?guī)装倌甑墓I(yè)發(fā)展歷程[1]。
圖1 中國經(jīng)濟(jì)過去40年發(fā)展軌跡及主要產(chǎn)品占比 中國經(jīng)濟(jì)的巨大成就歸功于中央政府在不同階段所制定并推動實施的一系列正確的經(jīng)濟(jì)政策、各級地方政府根據(jù)各自特點不遺余力的發(fā)展地方經(jīng)濟(jì)尤其是鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)的重要舉措、中國充足和連續(xù)不斷的廉價勞動力、土地和其它生產(chǎn)資源，以及中國企業(yè)家尤其是鄉(xiāng)鎮(zhèn)和民營企業(yè)家的勤奮及對新技術(shù)和現(xiàn)代企業(yè)管理技能的快速學(xué)習(xí)能力等因素。 隨著二戰(zhàn)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(dá)國家產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的需求，玩具、家電、計算機、汽車和移動通訊等勞動密集型制造產(chǎn)業(yè)被陸續(xù)轉(zhuǎn)移到中國。中國也抓住這歷史機遇，經(jīng)過近四十年努力，在獨資和合資模式之外，迅速布局和崛起了大批民營、國營和混合制模式企業(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)過程，或代理過外資產(chǎn)品并熟悉市場和產(chǎn)品渠道。通過不斷摸索和快速試錯的學(xué)習(xí)方法，他們逐步在市場競爭中站立起來，其中相當(dāng)部分也取得了不錯的規(guī)模效應(yīng)。隨著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，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(xí)型的。大都從低端或中低端的產(chǎn)品替代起步，以價格、規(guī)模和本地化服務(wù)為核心競爭力。隨著技術(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)封鎖越來越明顯，些國外科技公司也通過把制造業(yè)轉(zhuǎn)移到成本更低的東南亞國家去來達(dá)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，同時又能守住已有陣地？更為重要的是它能否讓我們?nèi)〉孟盗械募夹g(shù)突破從而使我們的企業(yè)進(jìn)入一個又一個新的產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域？ 美國硅谷過去 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)一個又一個產(chǎn)業(yè)制高點（從電子儀器到芯片、計算機、互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(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。 Stanford 大學(xué)師生創(chuàng)辦的著名公司有 HP， SUN、Cisco、Yahoo、Google 等兩萬五千多家，而 Berkeley 畢業(yè)生幾乎主導(dǎo)了全球所有著名的半導(dǎo)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，缺少本土市場且四面受敵的情況下創(chuàng)造了一個又一個奇跡。以色列擁有美國本土之外納斯達(dá)克最大的上市群體，超過歐盟總和。包括 Intel 和 Google 在內(nèi)的世界科技巨頭紛紛把最重要的研發(fā)中心設(shè)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(xiàn)在創(chuàng)新人才培養(yǎng)和科技轉(zhuǎn)化機制等方面。最近幾年，在國家大眾創(chuàng)新、萬眾創(chuàng)業(yè)的政策推動下，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，從社會和企業(yè)走出的所謂“草根派”創(chuàng)業(yè)群體無論是規(guī)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(qū)或無人區(qū)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(shù)案例，“學(xué)院派”創(chuàng)業(yè)在中國幾乎消聲滅跡，遠(yuǎn)滯后于“草根派”創(chuàng)業(yè)。這根本的原因就是“錢學(xué)森之問”[2]提到的創(chuàng)新人才培養(yǎng)問題。 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)不只是工程教育改革的關(guān)鍵也是創(chuàng)新機制建設(shè)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(yǎng)到創(chuàng)業(yè)孵化平臺建設(shè)再到新經(jīng)濟(jì)培育這么一個相輔相成的全生態(tài)系統(tǒng)。 二、工程教育的幾次重要改革 眾所周知，學(xué)科建設(shè)是高等教育的項重要的戰(zhàn)略任務(wù)，也是高校建設(shè)的核心內(nèi)容。高校設(shè)置一個學(xué)科需要考慮三個核心問題： 1）學(xué)科定位：學(xué)科培養(yǎng)的畢業(yè)生在之后的 40 年如何去影響和改變社會？ 2）學(xué)生應(yīng)該具備什么樣的素質(zhì)和能力才能去實現(xiàn)學(xué)科定位？ 3）怎樣建設(shè)一個（課內(nèi)和課外）科學(xué)的培養(yǎng)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(biāo)去評估、持續(xù)改進(jìn)和優(yōu)化學(xué)科建設(shè)？ 很顯然，這是一個大滯后的多變量系統(tǒng)，要獲得系統(tǒng)的最優(yōu)解需要克服巨大的挑戰(zhàn)。同時，學(xué)科建設(shè)過程中還不得不考慮學(xué)生的現(xiàn)狀以及學(xué)生背后的家庭和社會情況、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(yīng)資源、學(xué)校所處的產(chǎn)業(yè)環(huán)境以及認(rèn)知科學(xué)的進(jìn)步等等，這些都構(gòu)成辦學(xué)的邊界條件。 為厘清新工科建設(shè)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(zhàn)前（1915 年）已經(jīng)完成，這個階段的些重要工程發(fā)明仍主要依靠少數(shù)有豐富經(jīng)驗的發(fā)明家在作坊或工廠通過大量的試錯和實驗取得的，著名的案例為愛迪生于 1878 年經(jīng)過無數(shù)次嘗試（百分之九十九的勤奮加百分之的靈感）后發(fā)明了可實用的電燈，此外還有達(dá)芬奇、瓦特、福特、特斯拉、貝爾等。 工業(yè)革命時代大學(xué)里的工科教育主要以培養(yǎng)機器操作工為主。比如 1902 年從物理系分出來的 MIT 電機系直到 1930 年依然如此，西點軍校也主要以培養(yǎng)武器（另類機器）操作工為主。
圖2 愛迪生發(fā)明實驗室及西點軍校早期武器操作手培養(yǎng) 2. 科學(xué)時代的工程教育 MIT 的物理學(xué)家 K. Compton 教授于 1930 年擔(dān)任 MIT 校長。在他的推動下，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 著名的電機工程師、企業(yè)家和科技領(lǐng)導(dǎo)者 Vanevar Bush 教授擔(dān)任 MIT 工學(xué)院院長和副校長。在與 MIT 數(shù)學(xué)系著名教授、控制論發(fā)明者 N. Wiener 合作研制模擬計算機的過程中，他認(rèn)識到科學(xué)訓(xùn)練對工程學(xué)生的重要性。 他認(rèn)為，“工程研究不能超出支撐它的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)范疇”（Engineering can proceed no faster than mathematical analysis on which it is based）。在他的呼吁下，羅斯福總統(tǒng)于 1940 年成立了美國國防科技研究委員會（NDRC）并任命 Bush 為首任主任。 NDRC的主要職責(zé)是協(xié)調(diào)民間科技力量為即將到來的戰(zhàn)爭做武器技術(shù)研究，其著名項目包括曼哈頓原子彈工程和在 MIT 設(shè)立的雷達(dá)研究實驗室 （MIT Radiation Lab）等。這些研究項目的特點是利用科學(xué)原理來研制之前沒有的新技術(shù)和新產(chǎn)品（進(jìn)入了無人區(qū)，以往的經(jīng)驗沒有太大的借鑒作用）。在這個過程中，項目的組織者，包括 Bush 和他的幾個著名弟子，如伺服技術(shù)發(fā)明者 H. Hazen 教授及信息論創(chuàng)始人 C. Shannon 和被譽為“硅谷之父”的 Stanford 工學(xué)院院長 Terman 等都成長為在工程領(lǐng)域非常有建樹的科學(xué)家。
圖 3 MIT 工程教育 的 Karl Compton (校長 1930-1948)和 V . Bush 教授 Bush 的另一位弟子、數(shù)控機床的發(fā)明者，MIT 伺服機構(gòu)實驗室(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(shù)學(xué)畢業(yè)的學(xué)生遠(yuǎn)比 MIT 工科畢業(yè)的學(xué)生突出。雖然哈佛學(xué)生沒有工程訓(xùn)練，開始時動手能力差些，但經(jīng)過一段時間的工作后迅速成長起來，利用他們扎實的理論基礎(chǔ)脫穎而出。1950 年，由 G. Brown 教授主導(dǎo)的一個工程教育改革委員會經(jīng)過大量的調(diào)研后給學(xué)校提出了一個被后來稱為 Brown Report 的報告。報告認(rèn)為之前的培養(yǎng)機器操作工的工程教育模式雖然在動手能力培養(yǎng)方面有其可取之處，但不能培養(yǎng)真正的科技創(chuàng)新工程師。該報告對未來的工程教育改革提出了兩點重要的建議： 1. 科學(xué)主導(dǎo)工程(Science dominates engineering. The modern engineers should be educated as a scientist)，強調(diào)教學(xué)中數(shù)學(xué)和科學(xué)的地位 2. 實驗與課堂教學(xué)緊密結(jié)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，美國工程教育助進(jìn)學(xué)會 (SPEE， Society For Promotion of Engineering Education) 也發(fā)表了份報告，強調(diào)人文和社會科學(xué) (Humanity and Social Sciences, HSS)在工程教育中的重要性。1952 年 G. Brown 擔(dān)任 MIT 電機系系主任， 1959 年擔(dān)任工學(xué)院院長。在他的推動下，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)逐步施展開來。 表 1 以電機系為例展示了科學(xué)主導(dǎo)工程教育改革后新的課程體系。先從數(shù)學(xué)/物理/化學(xué)課程開始，再到專業(yè)基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程（部分專業(yè)基礎(chǔ)或?qū)I(yè)課程會配有相應(yīng)的實驗環(huán)節(jié)以加深學(xué)生對理論的理解）。最后年有門畢業(yè)設(shè)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。人文與社會科學(xué)課程不少于 8 門。這個課程體系的最大挑戰(zhàn)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)、專業(yè)基礎(chǔ)和專業(yè)課程知識，最后通過畢業(yè)設(shè)計來實現(xiàn)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)生還需具備對這個課程體系的信心。當(dāng)然，這對于從戰(zhàn)場回來的二戰(zhàn)老兵或者經(jīng)歷過文革后的大學(xué)生們這都不成問題。這套扎實的課程體系為當(dāng)時的美國企業(yè)和大學(xué)培養(yǎng)了批批優(yōu)秀的工程師和研究人員，同時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(xù)發(fā)展（IBM，Bell Lab, Silicon Valley, Boston 128 等），在此基礎(chǔ)上，Berkeley 微電子 program 的建立，更催生了美國芯片產(chǎn)業(yè) 50 年的長盛不衰。
表1 電機工程專業(yè)在科學(xué)主導(dǎo)工程教育改革后通用的四年課程體系框架圖 3. 信息時代的工程教育 隨著 80 年代芯片、計算機和互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的迅速崛起，人類進(jìn)入信息時代。依據(jù)摩爾定律規(guī)律，信息時代新的知識和技術(shù)不斷涌現(xiàn)和快速發(fā)展，與之相應(yīng)的工科教育也受到不少沖擊。新的課程和新的知識點被不斷引入到已經(jīng)很豐滿的課程體系中去。光計算機語言就有匯編、Fortran、C++、JAVA、Python 等需要考慮。打補似，要修的課程越來越多。老師和家長也相信，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 電機系對過去畢業(yè)的學(xué)生進(jìn)行了次全面系統(tǒng)的跟蹤調(diào)查。他們的研究結(jié)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(xiàn)，現(xiàn)在的學(xué)生已經(jīng)不像二戰(zhàn)后的學(xué)生樣，能按部就班的步步走完全過程。如果看不到應(yīng)用前景，學(xué)生不會有耐心去深入學(xué)習(xí)這門課程。如果數(shù)理基礎(chǔ)不扎實，以后學(xué)習(xí)新知識將面臨巨大的困難與挑戰(zhàn)。技術(shù)的快速發(fā)展，使得很多課堂知識沒幾年就過時了，工科教育陷入一個疲于奔命的怪圈。 正因如此， CMU 推動了第三次工程教育改革：首先，把課程數(shù)目從 40 門減到 32 門（每學(xué)期平均四門， MIT 甚至容許學(xué)生 30 門課程畢業(yè)）。其次，在大學(xué)年級（甚至第一學(xué)期）引進(jìn)了門項目課程，通過動手實踐，輔以少量的理論教學(xué)，讓學(xué)生對后面的課程內(nèi)容有一個感性、直接的了解，激發(fā)他們對數(shù)理課程和專業(yè)基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)興趣。 4. 智能時代的工程教育 近年來，新輪科技變革和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新進(jìn)入拐點期，機器人和人工智能技術(shù)浪潮風(fēng)起云涌、席卷全球，人類發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入智能時代，美國、歐盟、英國、日本、俄羅斯等紛紛制定人工智能國家發(fā)展計劃，我國也先后出臺《中國制造2025》《“互聯(lián)網(wǎng)+”人工智能三年行動實施方案》和《新代人工智能發(fā)展規(guī)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，已成為世界各國的共識與行動。 隨著機器人和人工智能開始重構(gòu)人類的生產(chǎn)生活、學(xué)習(xí)和思維的方式，智能教育與人才培育已然成為新時代課題，它給人類帶來的影響，或許會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過過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)，不但是工科門下新的級學(xué)科,而且會向工科的所有學(xué)科和專業(yè)滲透，滲透也許不是驚天動地，而是潤物無聲，這種無聲的柔軟同樣可成為催生和推動“新工科”建設(shè)的核心驅(qū)動力。 智能時代高等教育的價值進(jìn)步提高，新工科建設(shè)應(yīng)與智能級學(xué)科的設(shè)置相呼應(yīng)，新工科應(yīng)有新的專業(yè)，智能科學(xué)與技術(shù)的核心課程應(yīng)成為理工科為主體的本科生通識教育課程，這說明，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案例介紹 1）MIT Media Lab 上世紀(jì)九十年代為應(yīng)對互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展、MIT 建筑學(xué)院設(shè)立了一個以研究生教育為主的交叉學(xué)科（他們稱作為反學(xué)科，anti-disciplinary）實驗室。其目的是用設(shè)計思維去發(fā)現(xiàn)和定義問題，然后通過融合藝術(shù)、科學(xué)與工程去找到解決問題的新方法[4]。學(xué)生來自理、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，圍繞某個問題開展跨學(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)合作伙伴不止為實驗室提供項目費用，也負(fù)責(zé)把實驗室技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。實驗室的口號是 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)，卻成為世界著名的 Media Lab 實驗室主任，這在學(xué)界引起了不小的震動。但 Ito 對教育的觀點通過幾次 TED 演講迅速被社會所理解和認(rèn)同。2014 年， Ito 訪問了被譽為世界制造之都的深圳，參觀了富士康和大疆創(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(rèn)為，Media Lab 在過去 30 年雖然取得了不少原創(chuàng)性的研究成果，但透過第三方（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(yǎng)樣。互聯(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(shè)計科技大學(xué)（SUTD） SUTD 是 2012 年由新加坡政府設(shè)立的所集設(shè)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 T. Magnanti 擔(dān)任第任校長，設(shè)有工藝與可持續(xù)設(shè)計、工程產(chǎn)品開發(fā)、工程系統(tǒng)與設(shè)計以及信息系統(tǒng)技術(shù)與設(shè)計四個系。以社會對產(chǎn)品、過程、系統(tǒng)和服務(wù)的需求為出發(fā)點，融合技術(shù)與設(shè)計去培養(yǎng)能滿足社會需求的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)導(dǎo)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(shù)理人文課程之外，分成項目組參與設(shè)計和動手課程訓(xùn)練。3~4 年級部分，學(xué)生開始所選領(lǐng)域課程學(xué)習(xí)。最后在 4 年級完成一個跨領(lǐng)域的畢業(yè)設(shè)計課程。 3）Olin College Olin College是1997年成立于美國Boston地區(qū)的四年制私立學(xué)院。其課程體系以動手學(xué)習(xí)項目和設(shè)計項目課程為主（24 門理工科課程有 21 門是項目課程）[ 5]。 Olin 的創(chuàng)始人始終認(rèn)為優(yōu)秀工程師就像外科醫(yī)生樣必須接受大量的實戰(zhàn)訓(xùn)練。學(xué)校開設(shè)了很多極有創(chuàng)意的課程讓學(xué)生去深入社會、了解需求。再通過動手實踐，設(shè)計、制作、調(diào)試和迭代優(yōu)化可能的設(shè)計方案。學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計般由企業(yè)出題并提供項目經(jīng)費（或?qū)W生通過市場調(diào)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)。通過系列項目課程訓(xùn)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)時間不長，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(yǎng)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 這是一個為該校師生服務(wù)、訓(xùn)練學(xué)生設(shè)計思維，團(tuán)隊合作、解決真實需求問題的創(chuàng)新 課程體系。學(xué)生來自不同專業(yè)背景，通過深度走訪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(chǔ)上，通過系列的項目課程，找到解決問題的創(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踐經(jīng)驗的企業(yè)（比如蘋果、谷歌等）工程師開設(shè)。學(xué)生也能接觸線的產(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)資源來培養(yǎng)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(tǒng)模式，經(jīng)典課程包括信號與系統(tǒng) (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(shù)學(xué)基礎(chǔ)。課程以課堂教學(xué)為主，配以習(xí)題討論和部分實驗。 多年下來，我們發(fā)現(xiàn)一個共同現(xiàn)象：除了極少數(shù)學(xué)生外，大部分學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)都不夠，也缺少興趣與耐心去補齊之前的不足，開學(xué)時來上課百人，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)來學(xué)校招募學(xué)生團(tuán)隊。借此機會，我給學(xué)校寫了份報告，希望專門開設(shè)門課程，讓學(xué)生動手設(shè)計、制作和調(diào)試多臺機器人。學(xué)生來自電子、機械、計算機和物理等相關(guān)專業(yè)，1 年級到 3 年級（當(dāng)時采用英國的三年制）都有。前面幾屆不太好招人，大部分內(nèi)地學(xué)生要申請去美國讀研，認(rèn)為花太多時間在這類課程上會影響成績，降低美國名校錄取的機會。第屆和第二屆的隊長是汪滔和馬墨，兩位從內(nèi)地來科大且喜歡動手的同學(xué)。為了取得好成績，快速迭代是關(guān)鍵。汪滔和馬墨家住深圳，利用這個便利，他們?nèi)トA強北買電子零部件，深圳工廠做 PCB 和機加工。通過這門課程，他們不但學(xué)會了系統(tǒng)設(shè)計、制作與調(diào)試，還學(xué)會了項目管理、團(tuán)隊合作等技能。Robocon 的學(xué)生先后創(chuàng)辦了大疆、云洲、逸動等多家科技公司。一個有趣的現(xiàn)象就是這門課的學(xué)生會主動的花很多時間在課程上，最后一個月，學(xué)生會沒日沒夜的撲在實驗室調(diào)試機器。 2013 年，科大本科由三年改成四年。借此機會，我們系成立了一個委員會來規(guī)劃和設(shè)計新的課程體系。在全面調(diào)研了 CMU， Stanford 和 MIT 等高校有益實踐的基礎(chǔ)上，我們重新設(shè)計了 ECE 的課程體系。通過提煉和簡化 Robocon 這門課的內(nèi)容，我們?yōu)榇髮W(xué)年級學(xué)生開設(shè)了門以實驗為主的導(dǎo)論課， Elec 1100 Introduction to Electro-Robot Design. 每個項目組（通常 2 個人）利用分離元器件搭建電源系統(tǒng)、電機驅(qū)動系統(tǒng)、光電傳感器和控制系統(tǒng)等系列機器人模塊，最后把這些模塊集成起來，做成一個機器人小車并完成尋跡比賽。這個過程中，老師給學(xué)生講授所需的電路、模擬電路、數(shù)字電路、電機、邏輯電路、反饋控制等基礎(chǔ)理論知識、學(xué)生立馬把這些知識應(yīng)用到項目中去。動手實踐、理論學(xué)習(xí)、項目討論和高競爭性的比賽極大的調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。重要的是學(xué)生能深刻體會和牢牢掌握所學(xué)知識。而不像以前被動學(xué)習(xí)、沒多久就把所學(xué)知識還給了老師。這門課經(jīng)過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)生上這門課。 圖 8 展示了 ECE 新的 4 年課程體系。課程結(jié)構(gòu)則如圖 9 所示，總學(xué)分 117 分，課程數(shù)目不少于 31 門，其中數(shù)理基礎(chǔ)課程占比 20%，項目課程 12%（不包括專業(yè)課程的實驗部分）。
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(jié)構(gòu) 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，他們的共同點是均瞄準(zhǔn)市場和產(chǎn)業(yè)的實際需求來進(jìn)行人才培養(yǎng)，同時縮減精化課程體系，開設(shè)多學(xué)科交叉融合的特色課程，校企聯(lián)合，注重創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)等，這些寶貴的實踐經(jīng)驗為工程領(lǐng)域的教育改革提供了非常有價值的參考。 四、新工科教育實踐：定位、措施與評估 A. 定位與人才標(biāo)準(zhǔn) 新工科教育既要服務(wù)現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)，更要面向未來產(chǎn)業(yè)。新工科畢業(yè)生既要成為推動現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)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(zhǔn)確預(yù)判現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向和未來產(chǎn)業(yè)的落地點對新工科建設(shè)至關(guān)重要。2017 年中國 GDP 大約是 12 萬億美元（美國 18.8 萬億美元），中國制造業(yè)增加值占 GDP 比例大約是 30%。如果中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展能保持對美國四個百分點的優(yōu)勢，平均每年 6.5%左右， 十年后將迎來歷史的重要轉(zhuǎn)折點，中國將趕上美國成為世界第大經(jīng)濟(jì)體。如果作為實體經(jīng)濟(jì)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(dá) 6 萬億美元（超過現(xiàn)有 GDP的大半）。我們看到無論是美國、中國還是其他主要經(jīng)濟(jì)體其市值最大的十大公司在過去二十年甚至十年都發(fā)生了巨大的變化。傳統(tǒng)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 年前沒見過的產(chǎn)品，比如無人機、新能源車、水域機器人、家庭機器人等正快速成為我們的生活必需品。如果要簡單概括未來產(chǎn)業(yè)新形態(tài)，那就是智能時代新經(jīng)濟(jì)。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(shù)據(jù)與人工智能、生命科學(xué)以及這些技術(shù)在各領(lǐng)域的應(yīng)用和融合所產(chǎn)生的新經(jīng)濟(jì)（見圖 10）。
圖 10 智能時代的新經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域 新工科教育就是要培養(yǎng)推動和引領(lǐng)新經(jīng)濟(jì)發(fā)展的領(lǐng)袖，包括新興科技公司的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)者和推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的領(lǐng)導(dǎo)者。一個創(chuàng)業(yè)者（無論是科技公司創(chuàng)業(yè)者還是公司內(nèi)部創(chuàng)業(yè)者，比如新產(chǎn)品、新部門的領(lǐng)導(dǎo)者）應(yīng)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，該公司憑其在移動通信領(lǐng)域的專利壟斷和眾多的客戶如 Nokia 和 Ericsson 等公司的專利費，躺在床上也能數(shù)錢。突然，冒出家原來與移動通信毫不相關(guān)的公司--喬布斯的蘋果把高通的客戶打得一塌糊涂。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。蘋果事件后，Jacobs 博士深刻反省了大學(xué)教育，認(rèn)為在“全球化的創(chuàng)新經(jīng)濟(jì)時代、以前那種只滿足于教給學(xué)生單科知識的模式已經(jīng)不行了。學(xué)生需要學(xué)會如何在跨學(xué)科團(tuán)隊工作、如何快速迭代從設(shè)計到制造的全過程、如何融合藝術(shù)與工程、如何理解全球市場不同的需求”。為改變伯克利分校的本科教育，他于 2015 年捐贈設(shè)立了 Jacobs 設(shè)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)生開設(shè)了系列提升學(xué)生動手能力和系統(tǒng)設(shè)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(shè)計創(chuàng)新學(xué)院 美國家研究機構(gòu) CB insights 利用大數(shù)據(jù)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)品不是市場要的(42%)，也即我們說的偽需求；其次是資源耗盡了(29%)， 第三是沒有一個好的團(tuán)隊(23%)：第四是遇上了更強大的競爭對手(19%)；第五是價格和成本因素(16%)，也即我們所說的性價比。這些導(dǎo)致失敗的因素教科書里也能找到，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，似乎把這些書讀熟了也就找到了成功之路。現(xiàn)實世界是殘酷的，行業(yè)、公司、團(tuán)隊和時間地點的不樣也就意味著每個公司的成功之路是完全不樣的。世界上沒有“成功學(xué)”這門課。硅谷著名的創(chuàng)業(yè)家和作者 Eric Ries 寫了本很有參考價值的書，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，到樣機再到市場的多次迭代。科技創(chuàng)業(yè)尤其是硬科技創(chuàng)業(yè)沒有什么捷徑，必需經(jīng)歷從創(chuàng)意到樣機再到市場的多次迭代，而每次迭代又包含多個階段性的樣機試制。一個成功的科技產(chǎn)品必須經(jīng)過千錘百煉才能殺出來。
圖12 創(chuàng)業(yè)失敗的主要因素總結(jié)及TheLeanStartup的創(chuàng)業(yè)成功原則
圖13 成功的產(chǎn)品的迭代過程 在信息技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，一個科技創(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？如何從市場的反饋去提取下步努力的信息？什么樣的人才標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的人才培養(yǎng)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(rèn)證委員會 (ABET 2000) 對工科學(xué)生應(yīng)該具備的能力有個非常系統(tǒng)和科學(xué)的陳述，一共 11 條（簡稱“人才標(biāo)準(zhǔn) A-K”），可概括為如圖所示的三大部分：分析能力 (Analytic Skill)、動手能力(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(biāo)準(zhǔn) 很多知名學(xué)科（系）的人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，雖然表達(dá)形式略有不同、但其本質(zhì)與以上幾條相差無幾。分析能力的第條強調(diào)的是把數(shù)理和工程理論知識應(yīng)用到實際問題中去，而不是上了多少門課或者考試成績?nèi)绾巍Ｎ覀兂０涯切┠苌险n能考試的學(xué)生稱為“學(xué)霸”而膜拜，這就不定合適了。 動手能力的第層次是基本功。每個工科學(xué)生都應(yīng)該具備。達(dá)到第二層次才能成為合格的工程師。如果能夠達(dá)到第三層次，即通過觀察市場需求去尋找痛點問題，并能找到解決該問題的工程方法，也就具備了科技創(chuàng)業(yè)者最重要的能力了。工程問題往往都不是單打獨斗能解決的，它需要團(tuán)隊合作。而有效的溝通和表達(dá)自己想法的能力對于打造一個優(yōu)秀的創(chuàng)業(yè)團(tuán)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時了。而創(chuàng)業(yè)過程中又會碰到很多之前沒見過的新東西。學(xué)會如何學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)，始終保持好奇心才是最根本的。 B. 新工科教育實踐：粵港機器人學(xué)院 確立新工科教育的定位與目標(biāo)后，人才培養(yǎng)方案可根據(jù)學(xué)校、學(xué)生和周邊環(huán)境的特點來合理設(shè)計。以下我們將重點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)基地是一個以機器人和智能硬件為主的新型孵化基地。目前在孵的團(tuán)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(tǒng)集成。設(shè)計、芯片、機器人、機電體化、智能制造、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等技術(shù)滲透到各團(tuán)隊和公司的產(chǎn)品與運營中。 廣東工業(yè)大學(xué)是所以工為主、工理經(jīng)管文法藝結(jié)合的、多科性協(xié)調(diào)發(fā)展的省屬重點大學(xué)，是廣東省高水平大學(xué)重點建設(shè)高校，學(xué)校共設(shè)有 19 個學(xué)院、4 個省攀峰重點學(xué)科級學(xué)科、31 個二級學(xué)科博士學(xué)位授權(quán)點，現(xiàn)有在校學(xué)生 45000 人。 2014 年，有感于東莞產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)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(shè)想。利用東莞被譽為“世界工廠”的產(chǎn)業(yè)鏈資源和我在過去十多年深圳東莞創(chuàng)業(yè)孵化的經(jīng)驗，把香港、內(nèi)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，幫助他們實現(xiàn)他們的創(chuàng)業(yè)夢想，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(shè)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)過與廣東工業(yè)大學(xué)陳新校長的深入溝通，我們決定聯(lián)手建立所新型的人才培養(yǎng)機構(gòu)--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，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)院的某個二級學(xué)科專業(yè)，如機械設(shè)計與自動化（該院共 5 個二級學(xué)科），再按照該專業(yè)的培養(yǎng)方案完成四年的大學(xué)課程學(xué)習(xí)。學(xué)生通常要完成至少 184 學(xué)分（大約 74 門課程）。因考研或者找工作等原因很多學(xué)生會選擇用前面三年時間修完所有的課程（之前清華自控學(xué)生三年 73 門課，中科大自控 63 門課）。每學(xué)期至少 9 門課程意味著學(xué)生從早到晚都處于一個填鴨式的學(xué)習(xí)狀態(tài)中。深度的研究后更發(fā)現(xiàn)學(xué)生無論是上數(shù)理課還是實驗課基本都在走形式。 四句話形象的概括現(xiàn)有培養(yǎng)方式：專業(yè)細(xì)分化、基礎(chǔ)形式化、實踐虛擬化、知識碎片化。如此培養(yǎng)的學(xué)生是難以擔(dān)當(dāng)大任的。 機器人學(xué)院的改革從以下幾個維度切入： 1）跨學(xué)科培養(yǎng)：學(xué)生來自設(shè)計、機械、自動化、信息工程、計算機和數(shù)學(xué)六個學(xué)院的相關(guān)專業(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)簡稱為黃埔期學(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(gòu)和學(xué)緣結(jié)構(gòu)示意圖。學(xué)生從某專業(yè)進(jìn)來，畢業(yè)時還拿該專業(yè)學(xué)位。學(xué)生除了本專業(yè)的課程外，還參與系列跨專業(yè)項目課程學(xué)習(xí)。這些課程以問題為導(dǎo)向。在老師的協(xié)助下，跨專業(yè)的項目組要完成系統(tǒng)的設(shè)計、分析、制造與調(diào)試。通過項目討論與評估，學(xué)生不止學(xué)會理論與實際的結(jié)合以及工程工具的靈活應(yīng)用，還掌握了項目管理、溝通和團(tuán)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(shè)計與制造、電機同學(xué)的電路設(shè)計與制造、軟件同學(xué)的軟件設(shè)計等等。通過比賽和項目評估與展示，學(xué)生從被動學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，把(同行與競賽)壓力轉(zhuǎn)化為學(xué)習(xí)動力、激發(fā)了學(xué)習(xí)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(gòu)和學(xué)緣結(jié)構(gòu)示意圖 2）專業(yè)課程改革：在增加項目課程和數(shù)理基礎(chǔ)課程的同時，總學(xué)時和總課程數(shù)大幅度的減少。是裁剪些沒必要的課程，二是整合些相關(guān)的專業(yè)課程。通過引入實驗環(huán)節(jié)來協(xié)助學(xué)生理解和融會貫通相關(guān)專業(yè)知識。比如，機電專業(yè)的電路與模擬電子技術(shù)兩門課被整合成電子與電路學(xué)門課（4 學(xué)分），理論力學(xué)、材料力學(xué)、熱力學(xué)與流體力學(xué)四門課被整合成工程力學(xué)（4 學(xué)分）門課，控制工程、機電傳動與控制和工程測試技術(shù)三門課被整合成傳動與控制（4 學(xué)分）門課。最后，機電專業(yè)的總學(xué)分為 156.5 學(xué)分（減少 15%），課程數(shù)目在 35 門課左右（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)生每個學(xué)期都有門機器人項目課程 (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。通過本課程學(xué)習(xí)，學(xué)生能掌握電氣工程（包括電路、模擬電子技術(shù)及數(shù)字電子技術(shù)、電機控制）的基本知識和基本原理、同時具備用分離元器件設(shè)計機器人及其部件的能力。課程結(jié)束時，學(xué)生需要完成一個具備特定要求功能的尋跡機器人小車。機器人項目課程 II 以再現(xiàn)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(dāng)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(xí)。第三年要完成產(chǎn)品設(shè)計項目課程 I 和 II（共 21 學(xué)分）。 在這之前，學(xué)生通過寒暑假會有系列的企業(yè)和展會參觀。尤其是與基地創(chuàng)業(yè)公司的互動，他們對產(chǎn)品的定義和研發(fā)過程已有定了解。產(chǎn)品設(shè)計項目課程前，學(xué)生會接受產(chǎn)品定位與設(shè)計培訓(xùn)。同時還要掌握些基本的設(shè)計工具的使用。之后，學(xué)生要開展深度的市場和客戶調(diào)研，并提出份詳細(xì)的項目計劃書。基地會組織基地工程師對團(tuán)隊的方案進(jìn)行評估并提供反饋意見。論證成功后、項目組利用基地設(shè)施和周邊的供應(yīng)鏈制作樣機，驗證設(shè)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(shè)計（12 學(xué)分）。一個好的畢業(yè)設(shè)計將是學(xué)生跨入創(chuàng)業(yè)征程的第個臺階。首先，課題的選擇由課題組在充分論證的基礎(chǔ)上產(chǎn)生。有的甚至在前年的項目設(shè)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、知根知底。再者，課題組對產(chǎn)品設(shè)計、制造和測試已具備相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗、潛在用戶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(shù) 35 門左右。其中 7 門綜合性項目課程學(xué)分累加為 46 分，占總學(xué)分 30%。具體課程結(jié)構(gòu)與學(xué)分分布如圖 16 所示。
圖16 機器人學(xué)院課程結(jié)構(gòu)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(xí)與應(yīng)用。授課老師來自于領(lǐng)軍企業(yè)的工程師和國際知名學(xué)者，是基礎(chǔ)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(chǔ)上，TI 的工程師在寒假用兩個星期時間完成這門課程的單片機升級版。綜合運用之前所學(xué)習(xí)的各個模塊，用 MSP 430 單片機讀入紅外傳感器數(shù)據(jù)、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學(xué)期的時間。因為沒有合適場景和實驗平臺，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(shè)計課程）： 由美國 Mathwork 工程師給學(xué)生介紹基于模型的設(shè)計理論，并且用移動小車跟蹤網(wǎng)球為對象，學(xué)習(xí)如何用 Mathwork 軟件來設(shè)計和調(diào)試小車的控制算法。課程時間三天。全班 60 個學(xué)生，每個組 4 人。最后都能完成實驗。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(shè)計學(xué)院教授開設(shè)，為期兩周。通過與基地創(chuàng)業(yè)公司和團(tuán)隊的合作，也積累了很多機器人設(shè)計案例（包括常犯錯誤）。通過這些案例，學(xué)生了解了產(chǎn)品創(chuàng)意，設(shè)計、制造到使用的全過程。從不同的角度去理解產(chǎn)品定義（功能）與使用、適用以及客戶滿意度的關(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(shè)計課程 此外，一年級寒假，學(xué)生會利用基地的木工坊制作自己喜歡的東西，比如復(fù)原達(dá)芬奇的設(shè)計。 同時，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)會議（見表 2），增長見識，了解前沿基礎(chǔ)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)會議統(tǒng)計列表 5）數(shù)理基礎(chǔ)課程：扎實的數(shù)理基礎(chǔ)是一個優(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(rèn)知 (Perception) 和控制 (Action)離不開數(shù)理基礎(chǔ)的支撐。通過數(shù)學(xué)和物理等科學(xué)知識的學(xué)習(xí)，學(xué)生能掌握和應(yīng)用數(shù)理方法去建立機器人和相關(guān)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并能夠分析和驗證這些模型的特證、設(shè)計出合理的機器人規(guī)劃和控制策略。即使在數(shù)據(jù)科學(xué)和機器學(xué)習(xí)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，扎實的數(shù)理基礎(chǔ)更能讓我們深刻理解機器人的規(guī)律。工科領(lǐng)域數(shù)理基礎(chǔ)訓(xùn)練最扎實的首推美國加州理工。從課時角度達(dá)到三年數(shù)學(xué)、兩年物理、年化學(xué)/生物的基本原則（六門數(shù)學(xué)課、四門物理課、兩門化學(xué)/生物，數(shù)理基礎(chǔ)課程占比 35%以上）。從學(xué)習(xí)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(diào)物理知識與實際問題的結(jié)合。 加州大學(xué)伯克利分校電機系有一個不成文的規(guī)矩：碩士生的數(shù)學(xué)水平必須達(dá)到數(shù)學(xué)專業(yè)本科的水平，博士生的數(shù)學(xué)水平必須達(dá)到數(shù)學(xué)專業(yè)碩士的水平。而伯克利的數(shù)學(xué)是世界首屈一指的。 機器人學(xué)院的數(shù)理課程改革還有很長路要走。內(nèi)容、教材、學(xué)習(xí)方式、Matlab等工具的使用、與機器人結(jié)合的課程案例等都需要深度的探索。為此，港科大數(shù)學(xué)系胡繼善教授牽頭組織了一個數(shù)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：這門課程起源于 20 多年前我在加州大學(xué)伯克利分校讀博時的段經(jīng)歷。那時的機器人教科書主以 Richard Paul 和 John Craig 的兩本教材為主，對串聯(lián)結(jié)構(gòu)為主的工業(yè)機器人的運動學(xué)、動力學(xué)和控制有比較清晰的數(shù)學(xué)描述。但從上世紀(jì) 90 年代起，機器人研究進(jìn)入快車道，很多新的問題進(jìn)入機器人研究者的視野，比如靈巧機器手、并聯(lián)機器人、移動機器人（大狗、自動駕駛、空間機器人）等。各種不同的數(shù)學(xué)工具被引入到機器人領(lǐng)域去解釋新現(xiàn)象和新對象（有如當(dāng)今的機器學(xué)習(xí)）。這給要進(jìn)入機器人領(lǐng)域的研究生帶來極大的困惑。他們必須掌握多種不同的數(shù)學(xué)方法（很多非常不嚴(yán)謹(jǐn)）才能窺機器人全貌。這對大多數(shù)學(xué)生來說是幾乎不可能的。我與伯克利的導(dǎo)師 Shankar Sastry 和師弟 Richard Murray 決定寫本研究生機器人學(xué)教科書，利用近代數(shù)學(xué)的微分流形理論來統(tǒng)不同機器人的建模、分析與控制。 經(jīng)過近步的演化，這門課也曾在港科大本科生的機器人課程里出現(xiàn)過（前面幾章）。這門課最大的挑戰(zhàn)是用高級數(shù)學(xué)語言來描述和分析機器人問題，比如剛體運動學(xué)、串連（和并聯(lián)）機器人的運動學(xué)、動力學(xué)、軌跡規(guī)劃和控制。學(xué)生既要學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)概念（線性代數(shù)和數(shù)學(xué)分析基礎(chǔ)差的學(xué)生尤感困難），又要與實際問題相結(jié)合（很多學(xué)生之前還沒見識過工業(yè)機器人）。港科大的幾次嘗試不是特別成功。李群自動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上過這門課，也知道要讓大學(xué)生掌握這些知識的難度。經(jīng)過討論我們對這門課進(jìn)行了以下改革： 1. 理論讓路，實際開頭 前面四周，我們?yōu)閷W(xué)生提供了一個開放式的工業(yè)機器人系統(tǒng)。讓學(xué)生通過操作對機器人系統(tǒng)的各個組成部分有個直觀的了解。隨后，給學(xué)生布置了兩個任務(wù)：Pick & Place （工件抓放）和機器人與視覺系統(tǒng)的配合。 學(xué)生在充分理解任務(wù)要求的基礎(chǔ)上，利用各種手段（討論，試錯、網(wǎng)上學(xué)習(xí)、請教老師等）去試圖完成這些任務(wù)。學(xué)生經(jīng)歷一個認(rèn)知過程：機器人如何動，怎么動？機器人與視覺和傳送帶如何配合？
圖19 《機器人學(xué)》課程課前實踐 2. 講用并行、重在理解 隨后，老師開始講授機器人基礎(chǔ)理論并安排相應(yīng)的實驗環(huán)節(jié)，把所學(xué)知識立馬應(yīng)用到前面的問題中去。同時還安排些硬件實驗，讓學(xué)生設(shè)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)會如何應(yīng)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)》課程理論與實驗交替進(jìn)行 7）其他工程課程改革：還有幾門核心課程的改革正在進(jìn)行中，比如反饋控制、傳動與運動控制、計算機視覺、無人機技術(shù)、機器人導(dǎo)航、機器學(xué)習(xí)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(xí)體驗。 8）學(xué)生選拔：機器人學(xué)院的學(xué)習(xí)方式與傳統(tǒng)模式有很大差異。不是每個學(xué)生都適合。傳統(tǒng)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)過段時間學(xué)習(xí)后也意識到他/她并不適合這種學(xué)習(xí)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踐工作，通過這些改革措施，我們積累了定的改革經(jīng)驗，同時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持續(xù)進(jìn)行下去。 五、結(jié)論 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才的培養(yǎng)是國家創(chuàng)新機制建設(shè)的核心內(nèi)容。智能時代的機器人技術(shù)既是先進(jìn)制造業(yè)的關(guān)鍵支撐，也是改善人類生活方式的重要切入點，其研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用是衡量一個國家科技創(chuàng)新、高端制造發(fā)展水平的重要標(biāo)志。集數(shù)理、設(shè)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(shè)最具代表性的前沿交叉學(xué)科，也是新工科建設(shè)最重要的突破口，只要通過科學(xué)的頂層設(shè)計，配合深刻的課程改革，再利用創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐來持續(xù)改進(jìn)和優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計，機器人學(xué)院即有望成為高等院校建設(shè)新工科，實現(xiàn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)突破的制高點。與此同時，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(yǎng)體系和全生態(tài)的創(chuàng)業(yè)孵化平臺，必將為所在地區(qū)新經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供極其重要的助推引擎，從而推動機器人產(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期投入和支持。廣東工業(yè)大學(xué)陳新校長為該項目從頂層設(shè)計到最后落地付出了大量心血。章云副校長、教務(wù)處何漢武和陳鴻志處長、六所參與學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和老師以及常務(wù)副院長陳瑋教授等為機器人學(xué)院的課程設(shè)計和改革以及學(xué)院管理等作了大量細(xì)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(shè)。東莞理工學(xué)院、松山湖管委會和參與公司固高、大疆、李群、逸動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(xiàn)： [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=錢學(xué)森之問 [3] 李德毅,馬楠. 智能時代新工科——人工智能推動教育改革的實踐[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/ |
