0.3 新工科背景下的机器人学科

在新技术变革的进程中，作为核心环节的机器人应用迅速普及，产能快速扩张，国产品牌机器人进入规模应用，研发工程师需求量激增。机器人技术是涉及机械、计算机、电子、自动控制等学科的综合技术，并在应用和发展过程中不断与其他学科交叉融合，因此急需高校培养机器人专业人才来满足当前需求。而随着机器人应用的广泛普及，机器人知识的普及教育也成为重要课题。

为适应新一轮技术变革和国家制造业发展战略，高等教育也适时地提出了“新工科”概念，尤其强调新工程业态下工科人才培养模式的探索。作为智能制造的关键环节和典型的边缘交叉学科，机器人技术是新工科背景下大力推动和发展的学科专业之一。一方面机器人工程专业从机械、电子和自动化等专业独立出来，另一方面机器人技术与其他学科正进行更深入的交叉和融合。因此，高校机器人教育也需要近机类的专业培养和跨学科的通识培养并重。

0.3.1 新工科理念

为迎接新一轮技术变革，以新技术、新业态、新产业、新模式为特点的新经济蓬勃发展。工程教育与产业发展联系紧密、互相支撑，新产业的发展需要工程教育提供人才支撑。基于CPS的智能制造正在引领制造方式变革，产业的转型升级与新产业形态的产生，产业发展模式的改变，对人才的知识结构提出了新的挑战[27]。为适应新形势需求，2017年通过“复旦共识”和“天大行动”正式提出了新工科概念，探索适应新技术变革的工程人才培养新模式。

新工科在秉承服务国家战略、对接产业行业、引领未来发展和以学生为中心等理念的基础上，拓展出新型学科专业、新生学科专业和新兴学科专业，突出专业的引领性、交融性、创新性、跨界性和发展性[28]。新型学科专业指为了适应人工智能、大数据、云计算、物联网等新技术对传统工程学科专业的影响，将传统学科专业转型、改造和升级而形成的新型学科专业；其核心就是工科专业的信息化、数字化和智能化。在国家推进两化融合的进程中，所有工科专业都躲避不开“转型”而成为“新”专业。新兴学科专业指全新出现、前所未有的新学科专业，主要指从应用理科孕育、延伸和拓展出来的面向未来新技术和新产业发展的学科专业。

新生学科专业指为满足产业当前和未来发展对人才的需求，不同工程学科交叉复合或由工程学科与其他学科交叉融合而产生的新的学科专业。机器人工程专业就是机械工程、电气工程、计算机工程、网络技术、传感器技术等多学科交叉复合的新生专业；拓展至其应用，机器人则更与生物技术、地质工程、医疗工程、农业工程等各领域融合发展，是典型的跨领域、跨学科、跨专业的交叉边缘学科。

0.3.2 机器人学科发展

从学科的演进史来看，呈现出“分化–综合”的态势。17、18世纪科学学会的成立标志着知识划分史上的突破，物理、化学、生物等从自然哲学中分离出来成为独立学科，社会科学从道德哲学中独立[29]。学科划分在保证知识系统性的同时却割裂了科学的完整性。面对经济、社会发展问题的日益复杂化，单一学科知识日趋无力，跨学科研究已在美国研究型大学中普遍开展[30]。

机器人是典型的交叉学科，是二战以后伴随计算机技术、信息技术和控制理论等学科发展而诞生的，并且与机械工程深入交叉。从1954年德沃尔（George Devol）制造第一台工业机器人开始，机器人技术经过70余年发展，已经成为机械工程、控制理论、材料工程、计算机工程和仿生学等众多学科相互交融的复合学科。单以工业机器人为例，其所涉及的知识体系包括微积分、矩阵分析、力/运动学、光学、电学、机械原理、控制原理、电子电路、信号与系统、动力学、传感器、通信原理、图像处理等数学、物理、机械工程、电气工程等多个学科的基础知识。

而机器人正在从工业应用型向服务型转变。在这个转变过程中，机器人应用领域被极大拓展，同时也与人工智能、大数据、生物工程、材料工程、医疗工程、农业工程、食品工程，甚至是管理科学进行着深度的交叉融合。机器人学科充分体现出“新工科”理念下的新工程业态，并逐步像计算机一样成为人类工作、生活中必不可少的工具。

回归到本书的目标，就是以机器人教育为载体，回顾机器人历史和发展历程，把握机器人技术的进步，畅想机器人的未来发展趋势。在此基础上，充分展现机器人在各领域、各学科以及各产业的延伸和拓展，推动多领域、多学科的专业人才之间的技术共享和交流，有效激发他们的创新思维和协作能力，建立起现代高等教育的“大工程”观。同时，面向大众普及机器人技术及其应用的知识，营造机器人文化氛围，为迎接机器人普及时代的到来做好准备。