地方院校多學科交叉融合的智能制造人才培養(yǎng)模式探索

倪笑宇 高曉剛 薄佩玉 王新明 李超逸

[摘 要]文章針對多學科交叉融合背景下智能制造人才培養(yǎng)與需求的特點，提出了地方院校多學科交叉融合的智能制造工程人才的培養(yǎng)路徑。從培養(yǎng)模式的研究策略、關鍵問題、特色創(chuàng)新等方面入手進行探討，總結了此路徑下的研究成果，對培養(yǎng)具有學科綜合運用能力的復合型人才具有理論參考價值和實踐指導作用。

[關鍵詞]多學科交叉融合;智能制造;人才培養(yǎng);新工科

[中圖分類號]G642 [文獻標識碼]A [文章編號]1008-7656（2021）05-0056-04

引言

高校新工科建設，需要學科之間的交叉融合與協(xié)同創(chuàng)新。學科之間的交叉融合是指通過不同學科的有效組合，構建新型的學科體系，是培養(yǎng)具有多學科知識理論背景、綜合素質高、適應能力強的應用創(chuàng)新型人才的關鍵。

對于多學科交叉融合的人才培養(yǎng)，近年來國內外進行了相關研究與嘗試。20世紀末，美國各大高校提出了大工程觀教育理念;麻省理工學院建立了60多個跨學科研究中心和實驗室;哈佛大學設立了合作基金，用于跨學科的發(fā)展。北京大學等國內一流高校分別成立了“前沿交叉學科研究院”“交叉學科學部”“交叉學科理論研究中心”等，實現(xiàn)了國內高校對“多學科交叉融合”方式的探索[1，2]。

以上經(jīng)驗從形式和內容上進行了探索，但對于地方院校多學科交叉融合的智能制造工程人才培養(yǎng)路徑的研究不多，文章就此展開探索。

一、現(xiàn)實意義

制造業(yè)是國民經(jīng)濟的主體，隨著新一代信息技術和制造業(yè)的深度融合，智能制造開啟了第四次工業(yè)革命，將成為國家未來經(jīng)濟發(fā)展的基石。因此，培養(yǎng)復合型智能制造工程人才對社會發(fā)展具有重要意義。

智能制造工程具有綜合性、交叉融合性等特點，涉及學科范圍廣泛，與“新工科”建設要求高度契合。目前，本科階段工程教育學科之間壁壘較多，工程人才學科領域單一的知識體系，難以適應新經(jīng)濟、新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，多學科交叉融合對于人才培養(yǎng)尤為重要，多學科交叉融合的教育形式已成為全球高等教育發(fā)展的趨勢，將進一步提高工程教育質量[3，4]。

探索多學科交叉融合的智能制造人才培養(yǎng)模式，可以造就一大批多樣化、創(chuàng)新型卓越工程科技人才。第一，可以培養(yǎng)制造類學生綜合設計思維、工程思維，提升跨學科交叉融合能力、協(xié)同創(chuàng)新能力、溝通協(xié)商能力和工程領導力;第二，可以有效加強不同學科教師的信息交互、資源共享和技術融合，提高教師的學科交叉融合技能和知識體系素養(yǎng);第三，優(yōu)化高?？蒲腥藛T組成格局，全面提升不同學科的創(chuàng)新能力，為高校綜合發(fā)展提供理論基礎與技術支持[5，6，7]。

二、研究策略

隨著“中國制造2025”的實施，智能制造已經(jīng)成為我國未來工業(yè)發(fā)展的重要方向。為此，國家需要智能制造相關方面的技術人才。

智能制造工程涉及機械、電子、信息、計算機等多個學科與技術領域，是工業(yè)發(fā)展與學科融合的必然產(chǎn)物，學科綜合性強，專業(yè)覆蓋面廣，是多學科交叉融合的典型代表。新工科時代，地方院校作為培養(yǎng)復合型人才的主陣地，需要適應國家產(chǎn)業(yè)變革和新工科建設發(fā)展，培養(yǎng)多學科交叉融合的智能制造人才[8，9]。

本文采用以下策略探索多學科交叉融合的智能制造人才培養(yǎng)模式。

（一）分析智能制造工程專業(yè)群的現(xiàn)狀與特點，總結人才培養(yǎng)過程中出現(xiàn)的主要問題，探討多學科交叉融合培養(yǎng)人才的必要性。

（二）在新工科建設與工程教育認證的大背景下，以多學科交叉融合為核心，以培養(yǎng)學生工程綜合能力為主線，優(yōu)化現(xiàn)有課程，建設智能制造類課程體系，構建“通識教育+專業(yè)教育+交叉融合實踐”的多位一體人才培養(yǎng)模式。

（三）探索基于多學科交叉融合的新型教學方法及培養(yǎng)路徑，構建智能制造工程學科群。

（四）建設基于多學科交叉融合研究平臺，搭建產(chǎn)學研培養(yǎng)實訓平臺，加強學科交叉與融合下的專業(yè)實踐，充分發(fā)揮教師科研項目與學生綜合性社團的輔助作用，進行多學科交叉融合人才培養(yǎng)的實踐教育。

（五）以智能制造相關專業(yè)為例，建立人才培養(yǎng)效果評價制度，進行培養(yǎng)效果的對比。加強對培養(yǎng)成果的收集、總結和反饋，不斷迭代新思路和新方法，構成培養(yǎng)路徑閉環(huán)控制，保證人才培養(yǎng)質量。

三、關鍵問題

在探索過程中，筆者以河北建筑工程學院相關工科專業(yè)為例，嘗試解決以下關鍵問題。

（一）優(yōu)化現(xiàn)有課程體系，構建多學科交叉融合的智能制造課程體系

以立德樹人為引領，以“交叉與融合”為主要途徑，優(yōu)化課程體系，采用模塊化進行設置，注重課程之間知識的銜接，增加跨學科種類的選修課，提高選修課的廣泛性，增加學生選擇的自由度，如增加信息類選修課、制造類選修課、人工智能類選修課等。推進智能制造課程群建設，強化多種優(yōu)勢專業(yè)課程間的橫向交叉和融合，在新興、交叉學科方面培育出新的專業(yè)課程，如計算機視覺、機器深度學習、數(shù)字孿生等。前兩年以基礎課程和本專業(yè)課程為主，夯實工科專業(yè)基礎，后兩年以專業(yè)核心課和多學科交叉專業(yè)選修課為主，提升專業(yè)的相融相通性。在大四階段，學校相關專業(yè)開設了如機電一體化、機器人工程、數(shù)控技術、先進制造技術、人工智能基礎等課程。

（二）優(yōu)化專業(yè)特色，搭建“智能制造工程學科群”，凸顯多學科交叉融合

改造升級傳統(tǒng)工科專業(yè)，以機械制造工程為出發(fā)點，積極尋找各專業(yè)的“智能化”方向共同點，以工程化為紐帶，逐步實現(xiàn)多學科交叉融合，挖掘工程案例，解決復雜工程性問題，驅動多學科共同發(fā)展。河北建筑工程學院機械設計制造及其自動化、信息與計算科學、電氣工程及其自動化、計算機科學與技術四個專業(yè)是省級一流本科專業(yè)建設點，利用他們各自的專業(yè)優(yōu)勢與特色，搭建智能制造工程學科群，促進學科交叉融合，培養(yǎng)智能制造人才，同時實現(xiàn)從學科導向轉向產(chǎn)業(yè)需求導向、從專業(yè)分割轉向跨界交叉融合，如以機械工程、電氣工程、計算機工程中的交叉工程為案例;以航天航空制造、超級工程、流水線工廠為案例，培養(yǎng)智能制造人才。

（三）構建多學科交叉融合的實訓平臺，加強學科交叉與融合下的專業(yè)實踐

構建“虛擬仿真+實驗平臺+工程平臺”的多學科交叉融合工程化平臺，將課堂知識成果有效轉化，如搭建“智能制造虛擬仿真平臺+工業(yè)4.0桌面級自動化生產(chǎn)線+領克張家口汽車工廠”工程化教學平臺;組建多學科交叉創(chuàng)新研究團隊，如機械學院的機電裝備創(chuàng)新設計與智能運維技術創(chuàng)新研究團隊;鼓勵交叉學科科研課題的研究，產(chǎn)學研相結合發(fā)展交叉學科，例如設立領克汽車張家口工廠教學科研實踐基地、沃爾沃張家口發(fā)動機制造有限公司教學科研實踐基地等;利用開放實驗室項目增加學生參與科研項目研究的機會，如機電一體化實驗室、機器人實驗室等;依托學科交叉融合創(chuàng)新團隊教師科研項目，加強畢業(yè)設計選題的實用性，提高畢業(yè)設計的學科交叉性，可以讓不同專業(yè)的優(yōu)秀本科生進入教師科研項目團隊，分工協(xié)作完成綜合性項目;畢業(yè)設計采用綜合性交叉題目，加大學科之間的交融，采用校內導師和企業(yè)導師雙導師制度，拓寬知識面，提升實踐性。

四、特色創(chuàng)新

在培養(yǎng)過程中，突出具備新工科建設與工程教育認證雙背景下的工程應用特色和跨學科融合培養(yǎng)人才的模式特色。

在培養(yǎng)理念上緊跟時代與教育發(fā)展步伐，凝練學科方向，更新教育教學理念。

在培養(yǎng)方法上采用“交叉融合式”的教學設計與方法，將“產(chǎn)學研”“做中學”“綜合體”融入教學過程。優(yōu)化課程組織模式，將不同學科知識進行整合，建立跨學科交融的智能制造人才培養(yǎng)新型組織體系。

在培養(yǎng)平臺上依托教師實際科研項目與學科競賽，加強學科之間的交流、交叉融合，打破學科壁壘，突破學科定勢，構建智能制造工程多學科交叉融合跨界體系與交流平臺。

在培養(yǎng)評價上建立多學科交叉融合人才培養(yǎng)評價機制，對人才培養(yǎng)效果及時跟蹤反饋，構成人才培養(yǎng)模式閉環(huán)控制。

五、研究成果

以河北建筑工程學院智能制造相關專業(yè)為示范目標，在本校相關專業(yè)逐步探索研究，形成相對成熟的培養(yǎng)路徑后，由點及面，將培養(yǎng)多學科交叉融合的工程人才路徑方法推廣到全校其他工科類專業(yè)，順應國家發(fā)展戰(zhàn)略與工程教育的發(fā)展趨勢，提升人才培養(yǎng)質量，滿足社會的發(fā)展需求[10]。

在機械電子工程、機械設計制造及其自動化、車輛工程、電氣工程及其自動化、測控技術與儀器、計算機科學與技術等智能制造相關工科專業(yè)及學科群，學校在3年時間里共培養(yǎng)智能制造工程人才近300人、優(yōu)秀工科青年教師15人，多次獲得智能制造類、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類學科競賽獎，如在2019年“全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設計大賽”中獲得省賽特等獎，在2020年“中國智能制造挑戰(zhàn)賽”中獲得自由探索賽項省賽一等獎，在2020年“全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設計大賽”中獲得省賽一等獎，在2020年河北省大學生“調研河北”社會調查中獲得省賽一等獎，獲得2020年全國應用型人才綜合技能大賽國賽三等獎，在2021年“河北省大學生工程訓練綜合能力大賽”中獲得省賽一等獎，在2021年“中國智能制造挑戰(zhàn)賽”中獲得協(xié)作機器人賽項省賽二等獎，榮獲第六屆河北省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)年會創(chuàng)新學術作品省賽特等獎。

組建學生綜合類社團或創(chuàng)新小組“第二課堂”2個，如汽車愛好者協(xié)會、無人機興趣小組等;入住學生大創(chuàng)園項目3個，如微信公眾平臺的搭建與運營、5G+智慧互聯(lián)3D打印、健心平臺等。

獲批省部級、市廳級教學研究項目3項。獲批各級別大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目近20個，如共協(xié)式超聲波消毒定位機器人、面向冬奧會等大型賽事活動安保的智能折疊護盾設計研究、智能搬運機器人、果蔬分揀機器人、側式電動扳手等。

聯(lián)合企業(yè)申報教育部產(chǎn)學合作協(xié)同育人項目2個，如與北京博創(chuàng)智聯(lián)科技有限公司聯(lián)合申請的新工科機械類教師專業(yè)化發(fā)展機制研究、與北京昊科世紀信息技術有限公司聯(lián)合申請的新工科機械類教師發(fā)展機制研究等。指導本科生多學科交叉融合畢業(yè)設計40～50個，如新能源智能防疫多功能小車、智能小型除雪機系統(tǒng)設計等。

六、結語

文章探討了多學科交叉融合智能制造人才的培養(yǎng)模式與路徑，制定了研究策略，嘗試解決培養(yǎng)過程中的關鍵問題，取得了初步的研究成果，對地方院校培養(yǎng)具有學科綜合運用能力的復合型人才具有理論參考價值和實踐指導作用，為推動我國工程類專業(yè)新工科人才培養(yǎng)作出積極探索。

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[作者簡介]倪笑宇，河北建筑工程學院副教授，碩士，研究方向：工科高等教育教學;李超逸，河北建筑工程學院講師，碩士，研究方向：大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育;高曉剛，河北建筑工程學院講師，博士，研究方向：焊接科學與技術;薄佩玉，河北建筑工程學院講師，碩士，研究方向：大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育;王新明，河北建筑工程學院實驗師，碩士，研究方向：機械制造加工實踐教學。

[責任編輯 肖志明]