面向“工業(yè)4.0”的智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)創(chuàng)新課程體系構(gòu)建

周國(guó)順　圖雅　張陽(yáng)

摘要：針對(duì)智能制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，社會(huì)對(duì)高素質(zhì)智能技術(shù)人才知識(shí)一能力一素質(zhì)結(jié)構(gòu)的要求以及當(dāng)前國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)面向“工業(yè)4.0”人才的實(shí)際要求，提出面向“工業(yè)4.0”的專業(yè)定位與培養(yǎng)目標(biāo)，制定智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)理論與實(shí)踐一體化的創(chuàng)新課程體系。

關(guān)鍵詞：工業(yè)4.0；智能科學(xué)與技術(shù)；創(chuàng)新課程體系；中國(guó)制造2025

0引言

智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)是教育部根據(jù)“面向國(guó)家戰(zhàn)略需求、面向世界科技前沿”的方針，為適應(yīng)國(guó)家科學(xué)與技術(shù)發(fā)展的需要而設(shè)立的，專業(yè)代碼080907T。智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)屬于一個(gè)交叉學(xué)科，涵蓋了電子信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)硬件和軟件、人工智能、自動(dòng)控制等多項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，如何交叉學(xué)科，立足于工業(yè)智能化的發(fā)展方向和《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》的要求，適應(yīng)國(guó)家對(duì)高質(zhì)量的智能技術(shù)人才的社會(huì)需求，研究與實(shí)踐體現(xiàn)行業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步和社會(huì)建設(shè)需求的智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)課程體系具有重大意義。

1創(chuàng)新課程體系的意義

德國(guó)率先提出的“工業(yè)4.0”概念其實(shí)就是將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)等相結(jié)合，形成虛擬與現(xiàn)實(shí)相融合的智能制造系統(tǒng)。人們可以在世界任何地方采用電腦或任何移動(dòng)終端，在互聯(lián)網(wǎng)上選擇標(biāo)準(zhǔn)的或定制的貨品訂單，系統(tǒng)會(huì)采用人工智能、大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)在全球范圍整合資源、信息、物品和人，以高質(zhì)量、低成本、高效率生產(chǎn)制造出產(chǎn)品，快速交付給客戶。

在制造領(lǐng)域，這種技術(shù)的漸進(jìn)性進(jìn)步可以被描述為工業(yè)化的第4階段，即“工業(yè)4.0”，如圖1所示。其中，第①階段以1784年的英國(guó)蒸汽機(jī)為代表；第②階段以1870年的電動(dòng)機(jī)械發(fā)明與應(yīng)用為代表；第③階段以使用電子與IT技術(shù)的自動(dòng)化時(shí)代為代表；第④階段就是我們正在經(jīng)歷的智能制造時(shí)代。當(dāng)前，中國(guó)工業(yè)機(jī)器人銷量連續(xù)兩年行業(yè)增速在50%以上，行業(yè)進(jìn)入成長(zhǎng)期。另外，中國(guó)工業(yè)機(jī)器人使用密度遠(yuǎn)低于主要發(fā)達(dá)國(guó)家，具有廣闊的市場(chǎng)空間。智能裝備的大發(fā)展對(duì)相關(guān)專業(yè)人才的需求呈爆發(fā)趨勢(shì)，智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)生今后的一個(gè)重要就業(yè)方向?qū)⑹欠?wù)于產(chǎn)業(yè)界的機(jī)器人領(lǐng)域。

我們國(guó)家正在大力提倡的“中國(guó)制造2025”與德國(guó)提出的“工業(yè)4.0”有著異曲同工之妙，盡管兩國(guó)的工業(yè)、社會(huì)發(fā)展階段存在差異，但在智能制造領(lǐng)域、互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)展水平基本同步。通過(guò)國(guó)家層面大力推廣發(fā)展智能制造技術(shù)，以及在大學(xué)智能制造相關(guān)專業(yè)的課程改革，為我國(guó)的智能制造技術(shù)趕上甚至超過(guò)發(fā)達(dá)國(guó)家創(chuàng)造了千載難逢的機(jī)遇。

2智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)創(chuàng)新課程體系目標(biāo)

如何充分利用民辦學(xué)校的企業(yè)資源優(yōu)勢(shì)，辦好智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)是本專業(yè)面臨的重要挑戰(zhàn)之一。本著教育先行、為產(chǎn)業(yè)服務(wù)的辦學(xué)宗旨，根據(jù)行業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展的需求，在保證專業(yè)知識(shí)體系完整性的前提下，結(jié)合“工業(yè)4.0”對(duì)專業(yè)人才知識(shí)、能力的需求，我們將專業(yè)定位側(cè)重于智能傳感與檢測(cè)技術(shù)，智能機(jī)器人傳動(dòng)、驅(qū)動(dòng)技術(shù)，智能機(jī)器人系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)等。4年來(lái)的辦學(xué)實(shí)踐證明，我們的專業(yè)定位符合地區(qū)與行業(yè)發(fā)展需求，并具有一定的前瞻性。

基于以上專業(yè)定位，對(duì)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)課程體系進(jìn)行深入的探索與實(shí)踐，涉及專業(yè)一體化的理論與實(shí)踐課程體系規(guī)劃，機(jī)器人實(shí)踐平臺(tái)升級(jí)，專業(yè)課程的教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)方法、考核方式改革，教學(xué)資源、師資隊(duì)伍、評(píng)估反饋機(jī)制建設(shè)等。通過(guò)有針對(duì)性地研究我們?cè)趯I(yè)教學(xué)中存在的問題，尋找解決問題的有效途徑，探索出符合現(xiàn)代高等教育發(fā)展規(guī)律、適應(yīng)“工業(yè)4.0”及“中國(guó)制造2025”對(duì)專業(yè)人才知識(shí)及能力要求的創(chuàng)新課程體系，為國(guó)家、社會(huì)輸送高素質(zhì)的應(yīng)用型工程技術(shù)人才。

通過(guò)對(duì)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的面向“工業(yè)4.0”的創(chuàng)新課程體系的研究，在已運(yùn)行4年的本專業(yè)課程體系的基礎(chǔ)上建立完善的智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)創(chuàng)新課程體系；完成課程體系面向“工業(yè)4.0”的課程群知識(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、理論與實(shí)踐一體化設(shè)計(jì)；總結(jié)課程教學(xué)手段和方法；完成高質(zhì)量的教學(xué)資源建設(shè)；建立高水平的師資隊(duì)伍。

3創(chuàng)新課程體系構(gòu)建方案

專業(yè)人才培養(yǎng)遵循工程教育思想，以項(xiàng)目為導(dǎo)向設(shè)計(jì)專業(yè)課程培養(yǎng)體系，將項(xiàng)目設(shè)計(jì)和實(shí)施貫穿于大學(xué)4年的教學(xué)過(guò)程之中，讓學(xué)生在校期間就有機(jī)會(huì)參與真實(shí)項(xiàng)目的開發(fā)與運(yùn)作，獲得實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際操作能力，實(shí)現(xiàn)企業(yè)真實(shí)項(xiàng)目實(shí)踐與學(xué)校理論教學(xué)的無(wú)縫對(duì)接。設(shè)置面向“工業(yè)4.0”的創(chuàng)新課程群及項(xiàng)目群，對(duì)學(xué)生的知識(shí)、能力、素質(zhì)進(jìn)行全面培養(yǎng)，使學(xué)生得到全方位的鍛煉。

3.1支撐培養(yǎng)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的一體化課程體系

專業(yè)課程體系的構(gòu)建思路以行業(yè)與社會(huì)需求為根本。在此基礎(chǔ)上確定智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)。以TOPCARES-CDIO教育理念為指導(dǎo)，定制科學(xué)先進(jìn)的人才培養(yǎng)模式和過(guò)程，最終建立面向“工業(yè)4.0”的智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)創(chuàng)新課程體系。

引進(jìn)與國(guó)際接軌的課程體系，制定全新的適應(yīng)我國(guó)國(guó)情的教學(xué)計(jì)劃，采用先進(jìn)的教學(xué)理念與培養(yǎng)模式，初步構(gòu)建以設(shè)計(jì)為中心，理論與實(shí)踐高度融合的應(yīng)用型本科課程體系。

理論課程體系方面具體表現(xiàn)在適當(dāng)降低理論知識(shí)的難度，著重培養(yǎng)學(xué)生理論結(jié)合實(shí)際的能力。理論課程的整合要突出理論教學(xué)的應(yīng)用性，構(gòu)建基礎(chǔ)理論平臺(tái)課程群與專業(yè)模塊化課程群相結(jié)合的理論教學(xué)體系，保證人才的基本規(guī)格和多樣化、個(gè)性化發(fā)展，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)社會(huì)的適應(yīng)性。

實(shí)踐課程體系方面，依據(jù)專業(yè)能力培養(yǎng)目標(biāo)，以能力為本位，以項(xiàng)目為載體，以“學(xué)中做”和“做中學(xué)”為方法，統(tǒng)籌安排基礎(chǔ)實(shí)踐、專業(yè)實(shí)踐、創(chuàng)新訓(xùn)練與實(shí)踐、創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練與實(shí)踐、綜合實(shí)訓(xùn)與實(shí)踐、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）與企業(yè)實(shí)習(xí)等各類實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，使實(shí)踐學(xué)期教學(xué)內(nèi)容逐級(jí)遞進(jìn)、逐步深化；將實(shí)踐學(xué)期實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與理論學(xué)期的教學(xué)內(nèi)容緊密銜接。系統(tǒng)化構(gòu)建理論與實(shí)踐相結(jié)合、課內(nèi)與課外相結(jié)合、學(xué)校與企業(yè)相結(jié)合，貫穿于大學(xué)教育全程的一體化實(shí)踐教學(xué)體系。本專業(yè)采用自頂而下的方式設(shè)計(jì)各級(jí)項(xiàng)目。一級(jí)項(xiàng)目（智能機(jī)器人綜合設(shè)計(jì)項(xiàng)目）的設(shè)計(jì)直接針對(duì)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，實(shí)踐學(xué)期的二級(jí)項(xiàng)目和基于專業(yè)課程的三級(jí)項(xiàng)目分別是一級(jí)項(xiàng)目培養(yǎng)能力的分解。

采用基于社會(huì)實(shí)際崗位的逆推法設(shè)計(jì)課程體系，如圖2所示。按照人才職業(yè)需求確定專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，將專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)抽象為若干個(gè)專業(yè)核心應(yīng)用能力，再根據(jù)每個(gè)專業(yè)核心應(yīng)用能力所需的知識(shí)、能力、素質(zhì)結(jié)構(gòu)劃分不同的課程群。

設(shè)置課程群不僅要考慮智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本身課程體系的科學(xué)性與遞進(jìn)關(guān)系，還要充分研究專業(yè)相關(guān)的重點(diǎn)行業(yè)、大型企業(yè)崗位特點(diǎn)，針對(duì)人才市場(chǎng)的人才需求和崗位需求，把行業(yè)、企業(yè)、崗位所需與“工業(yè)4.0”相關(guān)的新知識(shí)、新技術(shù)、新平臺(tái)、新規(guī)范納入課程，實(shí)現(xiàn)專業(yè)課程體系與區(qū)域經(jīng)濟(jì)及行業(yè)、企業(yè)的有效對(duì)接。目前，智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)現(xiàn)行的人才培養(yǎng)課程體系將專業(yè)定位側(cè)重于智能傳感與檢測(cè)技術(shù)、智能機(jī)器人傳動(dòng)與驅(qū)動(dòng)技術(shù)、智能機(jī)器人系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，包括智能系統(tǒng)的軟/硬件設(shè)計(jì)與開發(fā)，以及智能技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用等。雖然該體系與面向“工業(yè)4.0”相關(guān)技術(shù)有一定的匹配度，但還需進(jìn)一步改革，擬融合“通信規(guī)約”“IoT”“工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線”等知識(shí)模塊構(gòu)建“工業(yè)4.0”的CPS虛擬網(wǎng)絡(luò)課程群，融合“工業(yè)機(jī)器人”“智能傳感檢測(cè)”等構(gòu)建“工業(yè)4.0”的CPS實(shí)體物理課程群。實(shí)踐課程體系的改革主要圍繞KUKA工業(yè)機(jī)器人開設(shè)相關(guān)的課程實(shí)驗(yàn)、課程項(xiàng)目、實(shí)踐學(xué)期項(xiàng)目及實(shí)訓(xùn)等。

智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系的構(gòu)建分為基礎(chǔ)課程、專業(yè)基礎(chǔ)課程、專業(yè)崗位應(yīng)用技能課程、專業(yè)方向和專業(yè)技能拓展課程4個(gè)階段。注重崗位需求對(duì)課程設(shè)置的對(duì)應(yīng)性，前兩個(gè)階段與傳統(tǒng)大學(xué)基本一致，只是深度上淺顯一些，后兩個(gè)階段面向人才市場(chǎng)的崗位需求，著重培養(yǎng)企業(yè)用得上的專業(yè)人才。

3.2科學(xué)的人才培養(yǎng)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系

大連東軟信息學(xué)院智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)按照全面質(zhì)量管理的理念，建立了全員參與、全過(guò)程監(jiān)控、全方位評(píng)價(jià)的教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)機(jī)制。做到了常項(xiàng)評(píng)價(jià)與專項(xiàng)評(píng)價(jià)相結(jié)合，形成性考核評(píng)價(jià)與終結(jié)性考核評(píng)價(jià)相結(jié)合，定性評(píng)價(jià)與定量評(píng)價(jià)相結(jié)合，采取管理學(xué)確認(rèn)有效的5W1H（Why-What-Where-When-Who-How）和PDCA（Plan-Do-Check-Action）方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，可以有效地保證各環(huán)節(jié)教學(xué)質(zhì)量的穩(wěn)步提升與持續(xù)改善。

智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)包括TOPCARES-CDIO系列評(píng)估、教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)以及教學(xué)過(guò)程評(píng)價(jià)3個(gè)部分。TOPCARES-CDIO系列評(píng)估主要評(píng)價(jià)專業(yè)、課程、項(xiàng)目、教材以及素質(zhì)教育等環(huán)節(jié)落實(shí)工程教育理念的效果。教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)主要包括教師教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)，學(xué)生對(duì)課程的滿意度調(diào)查、對(duì)重點(diǎn)課程的評(píng)價(jià)、對(duì)重點(diǎn)教材的評(píng)價(jià)等，由定量評(píng)價(jià)和定性評(píng)價(jià)組成。教學(xué)過(guò)程評(píng)價(jià)，主要從課程考核、實(shí)踐學(xué)期以及畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)展開。

3.3高水平師資隊(duì)伍建設(shè)

專業(yè)自成立以來(lái)就十分關(guān)注師資隊(duì)伍的培養(yǎng)，不斷強(qiáng)化專業(yè)師資隊(duì)伍建設(shè)，持續(xù)關(guān)注專業(yè)帶頭人和骨干教師建設(shè)，加強(qiáng)“雙師型”教師隊(duì)伍的培養(yǎng)力度。通過(guò)開展內(nèi)部培訓(xùn)、教學(xué)研討、企業(yè)實(shí)踐、學(xué)術(shù)研討等全方位的培養(yǎng)措施，努力建設(shè)一支結(jié)構(gòu)合理、素質(zhì)優(yōu)良、教研科研水平高、技術(shù)服務(wù)能力強(qiáng)的教學(xué)團(tuán)隊(duì)。在師資隊(duì)伍建設(shè)過(guò)程中，實(shí)施“引聘訓(xùn)評(píng)”的雙師型師資隊(duì)伍建設(shè)發(fā)展方案。

3.4教學(xué)資源建設(shè)

根據(jù)課程體系改革方案，完善改革課程的教學(xué)大綱，積極開展專業(yè)課程教材、試題庫(kù)、項(xiàng)目庫(kù)、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、教學(xué)案例、課件等教學(xué)資源建設(shè)，升級(jí)機(jī)器人系列實(shí)驗(yàn)室。

4結(jié)語(yǔ)

創(chuàng)新課程體系面向“工業(yè)4.0”，從專業(yè)的角度一體化地設(shè)計(jì)專業(yè)課程體系。通過(guò)體系化的培養(yǎng)，學(xué)生既達(dá)到專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的要求，又符合行業(yè)發(fā)展和社會(huì)建設(shè)的需求。創(chuàng)新課程體系將對(duì)國(guó)內(nèi)高校智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)改革起到積極的帶動(dòng)、促進(jìn)、示范、輻射和推動(dòng)作用，并將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。創(chuàng)新課程在電子信息工程等專業(yè)同時(shí)開設(shè)，將在相關(guān)專業(yè)的教學(xué)過(guò)程中得到具體應(yīng)用和驗(yàn)證，使更多的學(xué)生從中受益。

（編輯：彭遠(yuǎn)紅）