虎嗅注：本文作者是喷鼻香港科技大学电子与打算机工程学系教授、大疆创新科技有限公司董事长、松山湖机器人家当基地创始人兼董事长李泽湘教授。
对付很多人来说，其更为有名的是他是大疆创始人汪滔的老师。
今年7月2日，师徒二人一起荣获了2019IEEE机器人与自动化大奖（IEEE Robotics and Automation Award）。

但本文的核心是，李泽湘教授针对我国在创新创业人才培养和科技转化机制等方面的不敷，通过深入剖析工程教诲的几次主要改革的履历及当前新工科教诲改革的多少著名案例，总结提出了新工科教诲实践的定位、方法与评估标准，并结合粤港机器人学院的详细实践，提出了一套新工科教诲背景下机器人学院创新创业人才培养体系的具有主要参考代价的初步培植方案。

全文共1.7万字，险些可以当作一个学术论文来研读了，由李泽湘教授授权虎嗅独家首发。
以下是全文。

一、新工科教诲与创新体系培植

改革开放四十年、中国经济与社会发生了翻天覆地的变革。
国家 GDP 从 1978 年的 3000 亿公民币、人均 60 美元增加到 2017 年的 82 万亿公民币、人均 8650 美元。
从 2010 年起，中国已超越美国成为天下第大制造大国，2017 年中国制造业占 GDP 比例达到 30%（美国 15%，英国 5%）。
中国生产了天下 75% 的智好手机，80% 的电脑，30% 的汽车，50%的钢铁和 40%的船舶产品。
中国的高铁和高速公路运营哩数以及电力、能源等根本举动步伐培植规模也傲视环球、枝独秀。
中国用 40 年的韶光走完了西方国家几百年的工业发展进程[1]。

图1 中国经济过去40年景长轨迹及紧张产品占比

中国经济的巨大造诣归功于中心政府在不同阶段所制订并推动履行的一系列精确的经济政策、各级地方政府根据各自特点不遗余力的发展地方经济尤其是州里经济的主要举措、中国充足和连续不断的廉价劳动力、地皮和其它生产资源，以及中国企业家尤其是州里和民营企业家的勤奋及对新技能和当代企业管理技能的快速学习能力等成分。

随着二战后电子和信息技能的迅猛发展，以及美、日、德、亚洲四小龙和其它西方发达国家家当转型升级的需求，玩具、家电、打算机、汽车和移动通讯等劳动密集型制造家当被陆续转移到中国。
中国也捉住这历史机遇，经由近四十年努力，在独资和合伙模式之外，迅速布局和崛起了大批民营、国营和稠浊制模式企业。
这些企业的创办者大都具有在外资/合伙企业事情的经历并熟习生产或产品研发过程，或代理过外资产品并熟习市场和产品渠道。
通过不断摸索和快速试错的学习方法，他们逐步在市场竞争中站立起来，个中相称部分也取得了不错的规模效应。
随着需求的不断扩大和产品制造工艺的不断演化，些本土的零部件和装备公司也迅速发展起来，局部或部分替代入口，提升了中国制造业的竞争力。

这段期间中国企业和家当的创新从根本上讲还是跟随型和模拟学习型的。
大都从低端或中低真个产品替代起步，以价格、规模和本地化做事为核心竞争力。
随着技能差距的不断缩小，中西方家当格局的不断被改变(很多改变又是西方国家不愿意看到的)，西方国家对我们技能封锁越来越明显，些国外科技公司也通过把制造业转移到本钱更低的东南亚国家去来达到割断中国技能源泉箭双雕的目的。

跟随模拟式的创新能否让我们家当打破末了公里，同时又能守住已有阵地？更为主要的是它能否让我们取得系列的技能打破从而使我们的企业进入一个又一个新的产品和家当领域？

美国硅谷过去 60 年的家当发展为我们供应了很好的借鉴履历。
一个包括大学（Stanford，Berkeley，San Jose State 等），风投成本和创业文化的不断完善和迭代进步的创新生态体系使得硅谷能捉住新的技能打破，盘踞一个又一个家当制高点（从电子仪器到芯片、打算机、互联网、移动互联网、生物科技等等）。
硅谷的大学尤其是 Stanford 和 Berkeley 与时俱进，为硅谷的科创家当源源不断地供应核心技能、工程师和创业者。
由这两所大学师生创办的科技公司有如群星闪烁，在世界科技家当史上留下段段佳话。

Stanford 大学师生创办的著名公司有 HP， SUN、Cisco、Yahoo、Google 等两万五千多家，而 Berkeley 毕业生险些主导了环球所有著名的半导体公司，包括 Intel、Cadence、Qualcomm、Synposis、Marvell、台积电、中芯国际等。

而以七所大学为核心的以色列科技创新体系在自然资源匮乏，短缺本土市场且四面受敌的情形下创造了一个又一个奇迹。
以色列拥有美国本土之外纳斯达克最大的上市群体，超过欧盟总和。
包括 Intel 和 Google 在内的天下科技巨子纷纭把最主要的研发中央设立在以色列，其根本的考虑因此色列大学精良的大学毕业生和工程师资源。

比较美国硅谷和以色列这些有名的科技创新体系，我们的短板表示在创新人才培养和科技转化机制等方面。
最近几年，在国家大众创新、万众创业的政策推动下，创业的条件如孵化平台、风投成本等有了很大的进步，从社会和企业走出的所谓“草根派”创业群体无论是规模还是质量都有极大提升。
但是，在家当进入深水区或无人区的本日，我们更急迫的须要以技能尤其是原创技能为主的“学院派”创业者。
除了早期的北大王选和科大讯飞等少数案例，“学院派”创业在中国险些消声灭迹，远滞后于“草根派”创业。
这根本的缘故原由便是“钱学森之问”[2]提到的创新人才培养问题。

创新创业人才培养不但是工程教诲改革的关键也是创新机制培植的核心，新工科教诲的终极目的便是要打造从创新创业人才培养到创业孵化平台培植再到新经济造就这么一个相辅相成的全生态系统。

二、工程教诲的几次主要改革

众所周知，学科培植是高档教诲的项主要的计策任务，也是高校培植的核心内容。
高校设置一个学科须要考虑三个核心问题：

1）学科定位：学科培养的毕业生在之后的 40 年如何去影响和改变社会？

2）学生该当具备什么样的本色和能力才能去实现学科定位？

3）若何培植一个（课内和课外）科学的培养体系使得学生能具备期待的本色和能力？用什么样的反馈信息或核心指标去评估、持续改进和优化学科培植？

很显然，这是一个大滞后的多变量系统，要得到系统的最优解须要战胜巨大的寻衅。
同时，学科培植过程中还不得不考虑学生的现状以及学生背后的家庭和社会情形、政府对学科的期待和政策支持、办学主体对学科的期望和相应资源、学校所处的家当环境以及认知科学的进步等等，这些都构成办学的边界条件。

为厘清新工科培植的边界条件，让我们首先回顾下工程教诲的几次主要改革。

1. 工业革命时期的工程教诲

虽然第次和第二次工业革命在第次天下大战前（1915 年）已经完成，这个阶段的些主要工程发明仍紧张依赖少数有丰富履历的发明家在作坊或工厂通过大量的试错和实验取得的，著名的案例为爱迪生于 1878 年经由无数次考试测验（百分之九十九的勤奋加百分之的灵感）后发明了可实用的电灯，此外还有达芬奇、瓦特、福特、特斯拉、贝尔等。

工业革命时期大学里的工科教诲紧张以培养机器操作工为主。
比如 1902 年从物理系分出来的 MIT 电机系直到 1930 年依然如此，西点军校也紧张以培养武器（另类机器）操作工为主。

图2 爱迪生发明实验室及西点军校早期武器操作手培养

2. 科学时期的工程教诲

MIT 的物理学家 K. Compton 教授于 1930 年担当 MIT 校长。
在他的推动下，物理学和科学领域的研究文化被推广到 MIT 的工科院系。
1932 年，MIT 著名的电机工程师、企业家和科技领导者 Vanevar Bush 教授担当 MIT 工学院院长和副校长。
在与 MIT 数学系著名教授、掌握论发明者 N. Wiener 互助研制仿照打算机的过程中，他认识到科学演习对工程学生的主要性。

他认为，“工程研究不能超出支撑它的数学根本范畴”（Engineering canproceed no faster than mathematical analysis on which it is based）。
在他的呼吁下，罗斯福总统于 1940 年景立了美国国防科技研究委员会（NDRC）并任命 Bush 为首任主任。
NDRC的紧张职责是折衷民间科技力量为即将到来的战役做武器技能研究，其著名项目包括曼哈顿原子弹工程和在 MIT 设立的雷达研究实验室 （MIT Radiation Lab）等。
这些研究项目的特点是利用科学事理来研制之前没有的新技能和新产品（进入了无人区，以往的履历没有太大的借鉴浸染）。
在这个过程中，项目的组织者，包括 Bush 和他的几个著名弟子，如伺服技能发明者 H. Hazen 教授及信息论创始人 C. Shannon 和被誉为“硅谷之父”的 Stanford 工学院院长 Terman 等都发展为在工程领域非常有建树的科学家。

图 3 MIT 工程教诲 的 Karl Compton (校长 1930-1948)和 V . Bush 教授

Bush 的另一位弟子、数控机床的发明者，MIT 伺服机构实验室(Servomechanism Lab, AILab 和 Lincon Lab 前身)的创始人 G. Brown 教授把稳到哈佛大学物理和数学毕业的学生远比 MIT 工科毕业的学生突出。
虽然哈佛学生没有工程演习，开始时动手能力差些，但经由一段韶光的事情后迅速发展起来，利用他们踏实的理论根本脱颖而出。
1950 年，由 G.Brown 教授主导的一个工程教诲改革委员会经由大量的调研后给学校提出了一个被后来称为 Brown Report 的报告。
报告认为之前的培养机器操作工的工程教诲模式虽然在动手能力培养方面有其可取之处，但不能培养真正的科技创新工程师。
该报告对未来的工程教诲改革提出了两点主要的建议：

1. 科学主导工程(Science dominates engineering. The modern engineers should beeducated as a scientist)，强调传授教化中数学和科学的地位

2. 实验与教室传授教化紧密结合(Laboratory instruction will coordinate closely withclassroom instruction as an integral part of the subject)

图 4 G. Brown 教授

与此同时，美国工程教诲助进学会 (SPEE， Society For Promotion of EngineeringEducation) 也揭橥了份报告，强调人文和社会科学 (Humanity and Social Sciences, HSS)在工程教诲中的主要性。
1952 年 G. Brown 担当 MIT 电机系系主任， 1959 年担当工学院院长。
在他的推动下，新的工科课程体系在 MIT 电机系、工学院以及美国其他主流大学逐步施展开来。

表 1 以电机系为例展示了科学主导工程教诲改革后新的课程体系。
先从数学/物理/化学课程开始，再到专业根本课程和专业课程（部分专业根本或专业课程会配有相应的实验环节以加深学生对理论的理解）。
末了年有门毕业设计课程（英文叫 CapstoneProject ）让学生把之前所有学到的知识整合起来。
人文与社会科学课程不少于 8 门。
这个课程体系的最大寻衅是学生要有耐心按班就序的学好学完前面的科学、专业根本和专业课程知识，末了通过毕业设计来实现集大成的功能。
就好比学少林武功，一步步把挑水、劈柴、站桩等基本功练好，末了才能学武功招式。
毅力之外，学生还需具备对这个课程体系的信心。
当然，这对付从沙场回来的二战老兵或者经历过文革后的大学生们这都不成问题。
这套踏实的课程体系为当时的美国企业和大学培养了批批精良的工程师和研究职员，同时支撑了美国工程教诲和美国科技家当 50-90 年代的高速持续发展（IBM，Bell Lab, Silicon Valley, Boston 128 等），在此根本上，Berkeley 微电子 program 的建立，更催生了美国芯片家当 50 年的长盛不衰。

表1 电机工程专业在科学主导工程教诲改革后通用的四年课程体系框架图

3. 信息时期的工程教诲

随着 80 年代芯片、打算机和互联网家当的迅速崛起，人类进入信息时期。
依据摩尔定律规律，信息时期新的知识和技能不断呈现和快速发展，与之相应的工科教诲也受到不少冲击。
新的课程和新的知识点被不断引入到已经很丰满的课程体系中去。
光打算机措辞就有汇编、Fortran、C++、JAVA、Python 等须要考虑。
打补似，要修的课程越来越多。
老师和家长也相信，学生要不学好节制日月牙异的知识，将面临很大的就业风险。

从 1995 年到 2000 年， CMU 电机系对过去毕业的学生进行了次全面系统的跟踪调查。
他们的研究结果让人大吃惊。
“课程上的越多的同学往后取得的造诣越小”。
他们还创造，现在的学生已经不像二战后的学生样，能按部就班的步步走完备过程。
如果看不到运用前景，学生不会有耐心去深入学习这门课程。
如果数理根本不踏实，往后学习新知识将面临巨大的困难与寻衅。
技能的快速发展，使得很多教室知识没几年就过期了，工科教诲陷入一个疲于奔命的怪圈。

正因如此， CMU 推动了第三次工程教诲改革：首先，把课程数目从 40 门减到 32 门（每学期均匀四门， MIT 乃至容许学生 30 门课程毕业）。
其次，在大学年级（乃至第一学期）引进了门项目课程，通过动手实践，辅以少量的理论传授教化，让学生对后面的课程内容有一个感性、直接的理解，引发他们对数理课程和专业根本的学习兴趣。

4. 智能时期的工程教诲

近年来，新轮科技变革和家当创新进入拐点期，机器人和人工智能技能浪潮风起云涌、席卷环球，人类发展已经进入智能时期，美国、欧盟、英国、日本、俄罗斯等纷纭制订人工智能国家发展操持，我国也先后出台《中国制造2025》《“互联网+”人工智能三年行动履行方案》和《新代人工智能发展方案》，加速发展机器人和人工智能、抢占国际家当的制高点，已成为天下各国的共识与行动。

随着机器人和人工智能开始重构人类的生产生活、学习和思维的办法，智能教诲与人才造就已然成为新时期课题，它给人类带来的影响，或许会远远超过过去几十年打算机和互联网对天下的改变[3]。
智能科学与技能，不但是工科门下新的级学科,而且会向工科的所有学科和专业渗透，渗透大概不是震天动地，而是润物无声，这种无声的优柔同样可成为催生和推动“新工科”培植的核心驱动力。

智能时期高档教诲的代价进步提高，新工科培植应与智能级学科的设置相呼应，新工科应有新的专业，智能科学与技能的核心课程应成为理工科为主体的本科生通识教诲课程，这解释，目前，新工科教诲改革已势在必行。

三、新工科教诲改革的重点案例先容

1）MIT Media Lab

上世纪九十年代为应对互联网技能的快速发展、MIT 建筑学院设立了一个以研究生教诲为主的交叉学科（他们称作为反学科，anti-disciplinary）实验室。
其目的是用设计思维去创造和定义问题，然后通过领悟艺术、科学与工程去找到办理问题的新方法[4]。
学生来自理、工、艺术和文科等多种背景。
有共同兴趣的学生组成项目组，环绕某个问题开展跨学科研究，以研制出款能演示的原型机为终极目的。
Media Lab 的企业互助伙伴不止为实验室供应项目用度，也卖力把实验室技能家当化。
实验室的口号是 Design Demo。

图5 两组MediaLab的学生项目

2011 年，MIT Media Lab 迎来了它第二任主任 Joi Ito. 日裔，两次大学都未能毕业，却成为天下著名的 Media Lab 实验室主任，这在学界引起了不小的震撼。
但 Ito 对教诲的不雅观点通过几次 TED 演讲迅速被社会所理解和认同。
2014 年， Ito 访问了被誉为天下制造之都的深圳，参不雅观了富士康和大疆创新等公司，回去后即把 MIT Media Lab 的口号从 Design Demo (Demo or Die) 改成了 Design Deploy (Deploy or Die)。
他认为，Media Lab 在过去 30 年虽然取得了不少原创性的研究成果，但透过第三方（企业）去将其家当化的效果并不佳。
好比自己生的小孩要让别人抱养样。
互联网、硬件、3D 打印等技能的快速进步使得家当化的难度和本钱都大大降落。
学生完备有可能通过创业自己去将自己的技能家当化。

图6 MediaLab第二任主任JoiIto（伊藤穰一）

2）新加坡设计科技大学（SUTD）

SUTD 是 2012 年由新加坡政府设立的所集设计与创新于研究和工程中的公立大学。
MIT 前工学院院长 T. Magnanti 担当第任校长，设有工艺与可持续设计、工程产品开拓、工程系统与设计以及信息系统技能与设计四个系。
以社会对产品、过程、系统和做事的需求为出发点，领悟技能与设计去培养能知足社会需求的家当领导为其定位。

四年的大学课程分为 1~2 年级和 3~4 年级两部分：1~2 年级部分学生在数理人文课程之外，分成项目组参与设计和动手课程演习。
3~4 年级部分，学生开始所选领域课程学习。
末了在 4 年级完成一个跨领域的毕业设计课程。

3）Olin College

Olin College是1997年景立于美国Boston地区的四年制私立学院。
其课程体系以动手学习项目和设计项目课程为主（24 门理工科课程有 21 门是项目课程）[ 5]。
Olin 的创始人始终认为精良工程师就像外科年夜夫样必须接管大量的实战演习。
学校开设了很多极有创意的课程让学生去深入社会、理解需求。
再通过动手实践，设计、制作、调试和迭代优化可能的设计方案。
学生的毕业设计般由企业出题并供应项目经费（或学生通过市场调研自选）。
企业高管和工程师全程参与学生项目评估(Project Review)。
通过系列项目课程演习，学生能真正节制精良产品工程师的技能。
虽然办学韶光不长，Olin 的毕业生受到企业的热捧，均匀薪酬赶过 MIT 毕业生很多。
2013 年，Olin 学院因其在创新人才培养的大胆举措和卓越造诣荣获美国工程院颁发的 Bernard Gordon 教诲奖。

图 7 Olin 学院

4）Stanford D.School

这是一个为该校师生做事、演习学生设计思维，团队互助、办理真实需求问题的创新课程体系。
学生来自不同专业背景，通过深度拜访硅谷的科技公司理解家当需求和家当资源，并在此根本上，通过系列的项目课程，找到办理问题的创新方法。

利用硅谷丰富的企业资源， D.School 的很多课程由具有丰富实践履历的企业（比如苹果、谷歌等）工程师开设。
学生也能打仗线的家当知识。
英国帝国理工的 Dyson Schoolof Design Engineering 与 D.School 很相像，充分利用 Dyson 公司的企业资源来培养学生。

5）喷鼻香港科技大学电子与打算机工程系 (ECE)

喷鼻香港科技大学创办于 1991 年。
其宗旨是为喷鼻香港打造所全新的研究型大学（之前喷鼻香港的大学都是传授教化型的）[6]。
电子与打算机工程系(ECE)创办之初， ECE 的课程体系基本上是照搬美国主流大学（紧张参考 Berkeley 和 UIUC）的传统模式，经典课程包括旗子暗记与系统 (Signals and Systems)、反馈掌握(Feedback Control)、机器人学(Robotics)等，这些课程须要学生具备很好的数学根本。
课程以教室传授教化为主，配以习题谈论和部分实验。

多年下来，我们创造一个共同征象：除了极少数学生外，大部分学生的数学根本都不足，也短缺兴趣与耐心去补齐之前的不敷，开学时来上课百人，期中阶段就剩下半不到，而到了期末阶段也就四分之了。

2003年，喷鼻香港电视台为组织亚太机器人大赛(Robocon)来学校招募学生团队。
借此机会，我给学校写了份报告，希望专门开设门课程，让学生动手设计、制作和调试多台机器人。
学生来自电子、机器、打算机和物理等干系专业，1 年级到 3 年级（当时采取英国的三年制）都有。
前面几届不太好招人，大部分内地学生要申请去美国读研，认为花太多韶光在这类课程上会影响成绩，降落美国名校录取的机会。
第届和第二届的队长是汪滔和马墨，两位从内地来科大且喜好动手的同学。
为了取得好成绩，快速迭代是关键。
汪滔和马墨家住深圳，利用这个便利，他们去华强北买电子零部件，深圳工厂做 PCB 和机加工。
通过这门课程，他们不但学会了系统设计、制作与调试，还学会了项目管理、团队互助等技能。
Robocon 的学生先后创办了大疆、云洲、逸动等多家科技公司。
一个有趣的征象便是这门课的学生会主动的花很多韶光在课程上，末了一个月，学生会没日没夜的扑在实验室调试机器。

2013 年，科大本科由三年改成四年。
借此机会，我们系成立了一个委员会来方案和设计新的课程体系。
在全面调研了 CMU， Stanford 和 MIT 等高校有益实践的根本上，我们重新设计了 ECE 的课程体系。
通过提炼和简化 Robocon 这门课的内容，我们为大学年级学生开设了门以实验为主的导论课， Elec 1100 Introduction to Electro-Robot Design.

每个项目组（常日 2 个人）利用分离元器件搭建电源系统、电机驱动系统、光电传感器和掌握系统等系列机器人模块，末了把这些模块集成起来，做成一个机器人小车并完成寻迹比赛。
这个过程中，老师给学生讲授所需的电路、仿照电路、数字电路、电机、逻辑电路、反馈掌握等根本理论知识、学生立马把这些知识运用到项目中去。
动手实践、理论学习、项目谈论和高竞争性的比赛极大的调动了学生学习的积极性。
主要的是学生能深刻体会和牢牢节制所学知识。
而不像以前被动学习、没多久就把所学知识还给了老师。
这门课经由多位老师多年的迭代，已经成为科大的品牌课程。
每年有大约 400 多学生上这门课。

图 8 展示了 ECE 新的 4 年课程体系。
课程构造则如图 9 所示，总学分 117 分，课程数目不少于 31 门，个中数理根本课程占比 20%，项目课程 12%（不包括专业课程的实验部分）。

图8 港科大ECE系新的4年课程体系

图9 港科大ECE系新的4年课程构造

以上是目前些天下有名大学在工程教诲领域所做的些改革探索事情，他们的共同点是均瞄准市场和家当的实际需求来进行人才培养，同时缩减精化课程体系，开设多学科交叉领悟的特色课程，校企联合，看重创新实践能力的培养等，这些宝贵的实践履历为工程领域的教诲改革供应了非常有代价的参考。

四、新工科教诲实践：定位、方法与评估

A. 定位与人才标准

新工科教诲既要做事现有家当，更要面向未来家当。
新工科毕业生既要成为推动现有家当转型升级的主要力量更要成为催生新兴家当的主力军，因此准确预判现有家当的发展方向和未来家当的落地点对新工科培植至关主要。
2017 年中国 GDP 大约是 12 万亿美元（美国 18.8 万亿美元），中国制造业增加值占 GDP 比例大约是 30%。
如果中国经济发展能保持对美国四个百分点的上风，均匀每年 6.5%旁边， 十年后将迎来历史的主要迁移转变点，中国将遇上美国成为天下第大经济体。
如果作为实体经济主体的制造业能保持康健发展，十年后其占 GDP 比例还能有 25%。
制造业增加值将达 6 万亿美元（超过现有 GDP的大半）。
我们看到无论是美国、中国还是其他紧张经济体其市值最大的十大公司在过去二十年乃至十年都发生了巨大的变革。
传统的资源型、垄断型巨子不断被不起眼的新兴科技公司所取代。
很多 10 年前乃至 5 年前没见过的产品，比如无人机、新能源车、水域机器人、家庭机器人等正快速成为我们的生活必需品。
如果要大略概括未来家当新形态，那便是智能时期新经济。
从制造业角度看，这包括智能芯片与传感器、智能装备与智能制造、大数据与人工智能、生命科学以及这些技能在各领域的运用和领悟所产生的新经济（见图 10）。

图 10 智能时期的新经济领域

新工科教诲便是要培养推动和引领新经济发展的领袖，包括新兴科技公司的创新创业者和推动传统家当转型升级的领导者。
一个创业者（无论是科技公司创业者还是公司内部创业者，比如新产品、新部门的领导者）该当具备什么样的能力与本色才能完成其义务？新工科教诲又是如何给学生赋以这样的能力？

高通公司的主席 Paul Jacobs 博士曾有段很难忘的经历。
早期，该公司凭其在移动通信领域的专利垄断和浩瀚的客户如 Nokia 和 Ericsson 等公司的专利费，躺在床上也能数钱。
溘然，冒出家原来与移动通信绝不干系的公司--乔布斯的苹果把高通的客户打得一塌糊涂。
Jacobs 博士在美国有名的加州大学伯克利分校读完本科、研究生和博士。
苹果事宜后，Jacobs 博士深刻反省了大学教诲，认为在“环球化的创新经济时期、以前那种只知足于教给学生单科知识的模式已经弗成了。
学生须要学会如何在跨学科团队事情、如何快速迭代从设计到制造的全过程、如何领悟艺术与工程、如何理解环球市场不同的需求”。
为改变伯克利分校的本科教诲，他于 2015 年捐赠设立了 Jacobs 设计创新学院。
该学院充分利用企业和伯克利丰富的学科资源，为学生开设了系列提升学生动手能力和系统设计能力的课程。
学生的创业氛围也取得了空前的改进和提升。

图11 Jacobs设计创新学院

美国家研究机构 CB insights 利用大数据研究了百多家公司后列出了创业失落败的紧张成分。
居第位的是产品不是市场要的(42%)，也即我们说的伪需求；其次是资源耗尽了(29%)， 第三是没有一个好的团队(23%)：第四是遇上了更强大的竞争对手(19%)；第五是价格和本钱成分(16%)，也即我们所说的性价比。
这些导致失落败的成分教科书里也能找到，关键是如何才能最大可能的减少失落败的成分、提升成功的成分。
书店里充斥了各种成功企业和成功人物的传记和宣布，彷佛把这些书读熟了也就找到了成功之路。
现实天下是残酷的，行业、公司、团队和韶光地点的不样也就意味着每个公司的成功之路是完备不样的。
天下上没有“成功学”这门课。
硅谷著名的创业家和作者 EricRies 写了本很有参考代价的书，叫 The Lean Startup （精益创业），其思路与丰田公司的精益制造 (Lean Production)有相似之处，即以最低的本钱最快的速率完成从创意，到样机再到市场的多次迭代。
科技创业尤其是硬科技创业没有什么捷径，必需经历从创意到样机再到市场的多次迭代，而每次迭代又包含多个阶段性的样机试制。
一个成功的科技产品必须经由精益求精才能杀出来。

图12 创业失落败的紧张成分总结及TheLeanStartup的创业成功原则

图13 成功的产品的迭代过程

在信息技能高度发达的本日，一个科技创业公司成功的关键就在于迭代的速率与本钱掌握（Jacobs 博士的不雅观察）。
如何产生好的创意？如何研制出代又代的样机？如何从市场的反馈去提取下步努力的信息？什么样的人才标准和相应的人才培养方案、包括课程体系，能够让学天生为精良的科技创业者(entrepreneurs and intrepreneurs)？

美国工科认证委员会 (ABET 2000) 对工科学生该当具备的能力有个非常系统和科学的陈述，一共 11 条（简称“人才标准 A-K”），可概括为如图所示的三大部分：剖析能力(Analytic Skill)、动手能力(Hands-on Skill )和生活能力(Life Skill)，详细如图 14 所示。

图 14 ABET 2000 工程领域的完全人才标准

很多有名学科（系）的人才培养标准，虽然表达形式略有不同、但实在质与以上几条相差无几。
剖析能力的第条强调的是把数理和工程理论知识运用到实际问题中去，而不是上了多少门课或者考试成绩如何。
我们常把那些能上课能考试的学生称为“学霸”而膜拜，这就不定得当了。

动手能力的第层次是基本功。
每个工科学生都该当具备。
达到第二层次才能成为合格的工程师。
如果能够达到第三层次，即通过不雅观察市场需求去探求痛点问题，并能找到办理该问题的工程方法，也就具备了科技创业者最主要的能力了。
工程问题每每都不是单打独斗能办理的，它须要团队互助。
而有效的沟通和表达自己想法的能力对付打造一个精良的创业团队也就变得至关主要。
在技能快速发展的本日，教室上学的很多东西很快就过期了。
而创业过程中又会碰到很多之前没见过的新东西。
学会如何学习、终生学习，始终保持好奇心才是最根本的。

B. 新工科教诲实践：粤港机器人学院

确立新工科教诲的定位与目标后，人才培养方案可根据学校、学生和周边环境的特点来合理设计。
以下我们将重点先容松山湖机器人家当基地与广东工业大学互助创办的粤港机器人学院案例。
该项目互助方还包括喷鼻香港科技大学机器人研究所和东莞理工学院。

创办于 2015 年的松山湖机器人家当基地是一个以机器人和智能硬件为主的新型孵化基地。
目前在孵的团队和企业有近三十多家。
创业者以年轻的大学生或研究生为主。
业务范围从核心部件到机器人再到系统集成。
设计、芯片、机器人、机电体化、智能制造、物联网、大数据和人工智能等技能渗透到各团队和公司的产品与运营中。

广东工业大学是以是工为主、工理经管文法艺结合的、多科性折衷发展的省属重点大学，是广东省高水平大学重点培植高校，学校共设有 19 个学院、4 个省攀峰重点学科级学科、31 个二级学科博士学位授权点，现有在校学生 45000 人。

2014 年，有感于东莞家当转型升级的需求，我向松山湖和东莞市政府提出了建立松山湖机器人家当基地的设想。
利用东莞被誉为“天下工厂”的家当链资源和我在过去十多年深圳东莞创业孵化的履历，把喷鼻香港、内地和国外有志于机器人领域创业的年轻人吸引到松山湖，帮助他们实现他们的创业梦想，也为松山湖和东莞造就批新型科技公司。
机器人基地的培植须要大量的有创新创业能力的工程师。
而这正是东莞的短板。
经由与广东工业大学陈新校长的深入沟通，我们决定联手建立所新型的人才培养机构--粤港机器人学院。
为松山湖机器人家当基地供应有双创能力的工程师的同时，也为广工的工科教诲改革供应有益的履历。

改革前状况：以机电工程学院为例，之前学生先报考该学院的某个二级学科专业，如机器设计与自动化（该院共 5 个二级学科），再按照该专业的培养方案完成四年的大学课程学习。
学平生日要完成至少 184 学分（大约 74 门课程）。
因考研或者找事情等缘故原由很多学生会选择用前面三年韶光修完所有的课程（之前清华自控学生三年 73 门课，中科大自控 63 门课）。
每学期至少 9 门课程意味着学生从早到晚都处于一个填鸭式的学习状态中。
深度的研究后更创造学生无论是上数理课还是实验课基本都在走形式。

四句话形象的概括现有培养办法：专业细分解、根本形式化、实践虚拟化、知识碎片化。
如此培养的学生是难以担当大任的。

机器人学院的改革从以下几个维度切入：

1）跨学科培养：学生来自设计、机器、自动化、信息工程、打算机和数学六个学院的干系专业。
因广工校园紧邻黄埔军校旧址，我们把第期 80 多位同学简称为黄埔期学员。
图 15 为广东工业大学粤港机器人学院组织架构和学缘构造示意图。
学生从某专业进来，毕业时还拿该专业学位。
学生除了本专业的课程外，还参与系列跨专业项目课程学习。
这些课程以问题为导向。
在老师的帮忙下，跨专业的项目组要完成系统的设计、剖析、制造与调试。
通过项目谈论与评估，学生不止学会理论与实际的结合以及工程工具的灵巧运用，还节制了项目管理、沟通和团队互助等技能。
最主要的是也参与和理解机器同学的机器设计与制造、电机同学的电路设计与制造、软件同学的软件设计等等。
通过比赛和项目评估与展示，学生从被动学习变为主动学习，把(同行与竞赛)压力转化为学习动力、引发了学习激情亲切并提升了自学能力。

图 15 广东工业大学粤港机器人学院组织架构和学缘构造示意图

2）专业课程改革：在增加项目课程和数理根本课程的同时，总学时和总课程数大幅度的减少。
是裁剪些没必要的课程，二是整合些干系的专业课程。
通过引入实验环节来帮忙学生理解和交融贯通干系专业知识。
比如，机电专业的电路与仿照电子技能两门课被整合成电子与电路学门课（4 学分），理论力学、材料力学、热力学与流体力学四门课被整合成工程力学（4 学分）门课，掌握工程、机电传动与掌握和工程测试技能三门课被整合成传动与掌握（4 学分）门课。
末了，机电专业的总学分为 156.5 学分（减少 15%），课程数目在 35 门课旁边（减少 50%）。

3）综合性项目课程：从大学第学年到第二学年（广工校园阶段），学生每个学期都有门机器人项目课程 (I~ IV)， 共 13 学分。
机器人项目课程 I （5 学分）从港科大Elec 1100: Introduction to Electro-Robot Design 演化而来。
通过本课程学习，学生能节制电气工程（包括电路、仿照电子技能及数字电子技能、电机掌握）的基本知识和基本事理、同时具备用分离元器件设计机器人及其部件的能力。
课程结束时，学生须要完成一个具备特定哀求功能的寻迹机器人小车。
机器人项目课程 II 以再现上年的 Robocon（或者Robomaster）比赛为课题，而机器人项目课程 III 和 IV 以参加当年的 Robocon（或者Robomaster）比赛为主题。
第三、四年学生到松山湖机器人家当基地学习。
第三年要完成产品设计项目课程 I 和 II（共 21 学分）。

在这之前，学生通过寒暑假会有系列的企业和展会参不雅观。
尤其是与基地创业公司的互动，他们对产品的定义和研发过程已有定理解。
产品设计项目课程前，学生会接管产品定位与设计培训。
同时还要节制些基本的设计工具的利用。
之后，学生要开展深度的市场和客户调研，并提出份详细的项目操持书。
基地会组织基地工程师对团队的方案进行评估并供应反馈见地。
论证成功后、项目组利用基地举动步伐和周边的供应链制作样机，验证设计方案的可行性。
很多情形下，学生要经历几次样机的迭代。

第四年是学生的毕业设计（12 学分）。
一个好的毕业设计将是学生跨入创业征程的第个台阶。
首先，课题的选择由课题组在充分论证的根本上产生。
有的乃至在前年的项目设计课程中已经迭代多次和升级；其次，课题组已经磨合过、知根知底。
再者，课题组对产品设计、制造和测试已具备相称的履历、潜在用户能够理解样机的功能和定位。

机器人学院总学分 156.5，总课程数 35 门旁边。
个中 7 门综合性项目课程学分累加为 46 分，占总学分 30%。
详细课程构造与学疏散布如图 16 所示。

图16 机器人学院课程构造与学疏散布

4）寒暑假项目课程：寒暑假项目课程由系列短课程组成（不计学分）。
紧张侧重于核心工业技能和前沿研究技能的学习与运用。
授课老师来自于领军企业的工程师和国际有名学者，是根本课程和综合性项目课程主要的补充。
例：

◆ 机器人项目课程 I+

在机器人项目课程 I 的根本上，TI 的工程师在寒假用两个星期韶光完成这门课程的单片机升级版。
综合利用之前所学习的各个模块，用 MSP 430 单片机读入红外传感器数据、掌握电机和完成循迹掌握。
之前的单片机课程要化整整一个学期的韶光。
由于没有得当场景和实验平台，学生对单片机的理解也非常粗浅。

图 17 机器人项目课程 I+

◆ Model-based Design Workshop（基于模型的设计课程）：

由美国 Mathwork 工程师给学生先容基于模型的设计理论，并且用移动小车跟踪网球为工具，学习如何用 Mathwork 软件来设计和调试小车的掌握算法。
课程韶光三天。
全班 60 个学生，每个组 4 人。
末了都能完成实验。
节制了机电掌握领域最主要的工具的利用。

◆ Design Definition Tools Constructing Design Solutions Workshop：

课程由喷鼻香港理工大学设计学院教授开设，为期两周。
通过与基地创业公司和团队的互助，也积累了很多机器人设计案例（包括常犯缺点）。
通过这些案例，学生理解了产品创意，设计、制造到利用的全过程。
从不同的角度去理解产品定义（功能）与利用、适用以

及客户满意度的关系。
工程师跳出工程师思维至关主要。

图18 产品定义与设计课程

此外，一年级寒假，学生会利用基地的木工坊制作自己喜好的东西，比如复原达芬奇的设计。

同时，各年级学生还积极参加机器人领域国际有名学术会议（见表 2），增长见识，理解前沿根本研究。

表2 各年级学生参加机器人领域国际有名学术会议统计列表

5）数理根本课程：踏实的数理根本是一个精良的机器人工程师所必备条件。
机器人三大核心技能：感知(Sensing)，认知 (Perception) 和掌握 (Action)离不开数理根本的支撑。
通过数学和物理等科学知识的学习，学生能节制和运用数理方法去建立机器人和干系系统的数学模型，并能够剖析和验证这些模型的特证、设计出合理的机器人方案和掌握策略。
纵然在数据科学和机器学习技能迅猛发展的本日，踏实的数理根本更能让我们深刻理解机器人的规律。
工科领域数理根本演习最踏实的首推美国加州理工。
从课时角度达到三年数学、两年物理、年化学/生物的基本原则（六门数学课、四门物理课、两门化学/生物，数理根本课程占比 35%以上）。
从学习深度物理教材用的是 Richard Feyman的 Lecture Notes on Physics（很多学校是研究生教材），强调物理知识与实际问题的结合。

加州大学伯克利分校电机系有一个不成文的规矩：硕士生的数学水平必须达到数学专业本科的水平，博士生的数学水平必须达到数学专业硕士的水平。
而伯克利的数学是天下压倒一切的。

机器人学院的数理课程改革还有很长路要走。
内容、教材、学习办法、Matlab等工具的利用、与机器人结合的课程案例等都须要深度的探索。
为此，港科大数学系胡继善教授牵头组织了一个数理课程改革小组、我们期望能有更多的履历可以在往后分享。

6）《机器人学》课程改革案例先容：这门课程起源于 20 多年前我在加州大学伯克利分校读博时的段经历。
那时的机器人教科书主以 Richard Paul 和 John Craig 的两本教材为主，对串联结构为主的工业机器人的运动学、动力学和掌握有比较清晰的数学描述。
但从上世纪 90 年代起，机器人研究进入快车道，很多新的问题进入机器人研究者的视野，比如机动机器手、并联机器人、移动机器人（大狗、自动驾驶、空间机器人）等。
各种不同的数学工具被引入到机器人领域去阐明新征象和新工具（有如当今的机器学习）。
这给要进入机器人领域的研究生带来极大的困惑。
他们必须节制多种不同的数学方法（很多非常不严谨）才能窥机器人全貌。
这对大多数学生来说是险些不可能的。
我与伯克利的导师 Shankar Sastry 和师弟 Richard Murray 决定写本研究活气器人学教科书，利用近代数学的微分流形理论来统不同机器人的建模、剖析与掌握。

经由近步的蜕变，这门课也曾在港科大本科生的机器人课程里涌现过（前面几章）。
这门课最大的寻衅是用高等数学措辞来描述和剖析机器人问题，比如刚体运动学、串连（和并联）机器人的运动学、动力学、轨迹方案和掌握。
学生既要学习数学观点（线性代数和数学剖析根本差的学生尤感困难），又要与实际问题相结合（很多学生之前还没见识过工业机器人）。
港科大的几次考试测验不是特殊成功。
李群自动化是松山湖机器人家当基地的工业机器人公司，其工程师王红在哈工大深圳研究生院读博时上过这门课，也知道要让大学生节制这些知识的难度。
经由谈论我们对这门课进行了以下改革：

1. 理论让路，实际开头

前面四周，我们为学生供应了一个开放式的工业机器人系统。
让学生通过操为难刁难机器人系统的各个组成部分有个直不雅观的理解。
随后，给学生支配了两个任务：Pick Place （工件抓放）和机器人与视觉系统的合营。

学生在充分理解任务哀求的根本上，利用各种手段（谈论，试错、网长进修、请教老师等）去试图完成这些任务。
学生经历一个认知过程：机器人如何动，怎么动？机器人与视觉和传送带如何合营？

图19 《机器人学》课程课前实践

2. 讲用并行、重在理解

随后，老师开始讲授机器人根本理论并安排相应的实验环节，把所学知识立马运用到前面的问题中去。
同时还安排些硬件实验，让学生设计工业机器人的些关键模块如电机掌握等。
学生还学会如何运用 Matlab, Simulink 和 MBD 等工具，末了取得了很好的传授教化效果。

图20 《机器人学》课程理论与实验交替进行

7）其他工程课程改革：还有几门核心课程的改革正在进行中，比如反馈掌握、传动与运动掌握、打算机视觉、无人机技能、机器人导航、机器学习等课程。
我们也在充分利用 Mooc 资源和大量的企业资源为学生供应系列优质课程和学习体验。

8）学生选拔：机器人学院的学习办法与传统模式有很大差异。
不是每个学生都适宜。
传统的学生选拔办法不能选出适宜机器人学院的学生。
有些学生经由段韶光学习后也意识到他/她并不适宜这种学习模式。
我们采纳学生志愿、双向选择的办法。
在选人方面还有很多探索的空间。
表 3 列出了前面三期学生的动态变革情形。

表3 前面三届机器人学院学生变革情形

以上是我们目前依托粤港机器人学院在新工科教诲方面所做的些探索和实践事情，通过这些改革方法，我们积累了定的改革履历，同时也在不断的纠错迭代，今后，机器人学院的新工科教诲改革和探索事情会持续进行下去。

五、结论

创新创业人才的培养是国家创新机制培植的核心内容。
智能时期的机器人技能既是前辈制造业的关键支撑，也是改进人类生活办法的主要切入点，其研发及家当化运用是衡量一个国家科技创新、高端制造发展水平的主要标志。
集数理、设计、机器、电子、打算机和其它学科于体的机器人技能是新工科培植最具代表性的前沿交叉学科，也是新工科培植最主要的打破口，只要通过科学的顶层设计，合营深刻的课程改革，再利用创新创业实践来持续改进和优化系统设计，机器人学院即有望成为高档院校培植新工科，实现创新人才培养打破的制高点。
与此同时，借助国家“校企联合，产学互助”的助推政策，打造高效的创新人才培养体系和全生态的创业孵化平台，必将为所在地区新经济发展供应极其主要的助推引擎，从而推动机器人家当化进程的迅速发展。

鸣谢：诚挚感谢粤港机器人学院各参与方对该项目的长期投入和支持。
广东工业大学陈新校长为该项目从顶层设计到末了落地付出了大量心血。
章云副校长、教务处何汉武和陈鸿志处长、六所参与学院领导和老师以及常务副院长陈玮教授等为机器人学院的课程设计和改革以及学院管理等作了大量细致的事情。
机器人学院学生尤其是黄埔 1 期同学既是改革的参与者也是改革的推动者。
松山湖机器人基地的同事尤其是研究部的丁老师和董老师以创业者心态全面参与了机器人学院的培植。
东莞理工学院、松山湖管委会和参与公司固高、大疆、李群、逸动等的同事从不同维度为机器人学院的创办供应了积极有益的帮助。

参考文献：

[1] 文.伟大的中国工业革命[M].清华出版社,2017 年

[2] https://baike.sogou.com/v6813346.htm?fromTitle=钱学森之问

[3] 李德毅,马楠. 智能时期新工科——人工智能推动教诲改革的实践[J].高档工程教诲研究,2017 年 05 期

[4] https://www.media.mit.edu/

[5] http://www.olin.edu/

[6] https://www.seng.ust.hk/web/eng/

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