新工科背景下智能制造新型人才培養(yǎng)模式探索與思考

李晶 楊立娟 郭艷婕

[摘 要] 加快發(fā)展智能制造是培育我國經(jīng)濟增長新動能的必由之路。培養(yǎng)適應(yīng)先進制造業(yè)發(fā)展需求的智能制造專業(yè)人才，對于支撐我國邁向制造強國具有重要意義。文章分析了智能制造人才培養(yǎng)與人才需求之間的矛盾與問題，闡述了智能制造新型人才在知識、能力、素養(yǎng)等方面應(yīng)具有學(xué)科交叉復(fù)合融通的知識體系，實踐創(chuàng)新能力及工程社會意識等制造業(yè)智能轉(zhuǎn)型的人才新需求，并對高校培養(yǎng)智能制造人才亟待解決的關(guān)鍵問題進行了探討。

[關(guān)鍵詞] 智能制造;人才培養(yǎng);課程體系

新一代信息技術(shù)、人工智能與先進制造業(yè)的深度融合，正在引發(fā)深遠的變革。2015年“中國制造2025”出臺，第一次從國家戰(zhàn)略層面對智能制造的發(fā)展提出了目標內(nèi)涵。智能制造的“十三五”發(fā)展規(guī)劃及《智能制造發(fā)展規(guī)劃（2016—2020年）》等綱領(lǐng)性文件，統(tǒng)籌部署了國內(nèi)智能制造發(fā)展、全面推進制造業(yè)智能轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略格局。加快發(fā)展智能制造，是培育我國經(jīng)濟增長新動能的必由之路[1]。智能制造技術(shù)是在現(xiàn)代傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動化技術(shù)、擬人化智能技術(shù)等先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過智能化的感知、人機交互、決策和執(zhí)行技術(shù)，實現(xiàn)設(shè)計過程、制造過程和制造裝備智能化，是信息技術(shù)和智能技術(shù)與裝備制造過程技術(shù)的深度融合與集成[2，3]。面對新形勢新要求，智能化生產(chǎn)線、智能工廠的應(yīng)用、系統(tǒng)集成、維護技能人才等需求尤為突出[4-6]，我國高校迫切需要瞄準產(chǎn)業(yè)需求、強化問題意識、深化教學(xué)改革，探索新工科背景下多學(xué)科交叉融合的智能制造人才培養(yǎng)模式。

一、智能制造人才培養(yǎng)矛盾與問題

根據(jù)工信部2017年《智能制造人才計劃課題研究報告》分析，諸如系統(tǒng)集成、工業(yè)軟件、物聯(lián)網(wǎng)及務(wù)聯(lián)網(wǎng)、信息安全等方面的人才培養(yǎng)嚴重不足。新經(jīng)濟的發(fā)展對工程教育提出新挑戰(zhàn)和新要求，為主動布局未來戰(zhàn)略必爭領(lǐng)域人才培養(yǎng)，2017年，教育部正式提出“新工科”計劃，并形成“復(fù)旦共識”“天大行動”“北京指南”等綱領(lǐng)文件[7-9]，引導(dǎo)各地各高校開展“新工科”建設(shè)的多元探索。2018年，教育部首批四所高校率先開設(shè)“智能制造工程”新工科專業(yè)，2019年新增備案智能制造工程專業(yè)的高校達到了80所[ 10 ]。高等院校需要因地制宜，重新審視傳統(tǒng)工程學(xué)科的邊界，加快建設(shè)發(fā)展新工科，從而形成滿足智能制造發(fā)展趨勢的人才支撐體系。

從我國智能制造長遠發(fā)展看，重點人才培養(yǎng)仍然欠缺。信息技術(shù)與制造技術(shù)融合的復(fù)合型教育模式未能及時構(gòu)建起來是高等教育的智能制造人才培養(yǎng)面臨的主要問題之一，傳統(tǒng)的工業(yè)制造業(yè)需要的是具有簡單基礎(chǔ)知識和實際制造技術(shù)的工程師，智能制造則需要具備數(shù)字化知識、信息化技術(shù)并能將之運用于傳統(tǒng)制造領(lǐng)域的復(fù)合型人才。尤其是高等教育要將信息化教育與先進制造業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用需求的專業(yè)教育融合，探索復(fù)合型人才、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的新路徑。原因之二是，現(xiàn)有的大學(xué)教育與企業(yè)需求、行業(yè)需求之間存在明顯的脫節(jié)現(xiàn)象，大學(xué)發(fā)展追求綜合化、大而全的模式一度盛行，培養(yǎng)方案、課程體系、實習(xí)實訓(xùn)等與企業(yè)的實際應(yīng)用差距較大，課程更新慢、針對性差、實踐能力弱，致使畢業(yè)生在就業(yè)初期需要重新花費很大的精力和時間再學(xué)習(xí)、再實踐，企業(yè)也要進行員工培訓(xùn)，造成資源浪費、時間浪費、精力浪費。

面對社會經(jīng)濟發(fā)展對智能制造創(chuàng)新型人才的新需求，各高校開展了智能制造新工科專業(yè)建設(shè)的多元探索。同濟大學(xué)立足對德合作的深厚基礎(chǔ)，建立了中德工程學(xué)院，著力培養(yǎng)智能制造所需的專業(yè)型、跨學(xué)科、系統(tǒng)級人才。天津大學(xué)在智能制造工程培養(yǎng)方案中，詳細規(guī)劃了智能設(shè)計、智能制造技術(shù)、智能制造系統(tǒng)的核心課程模塊，加強了基礎(chǔ)知識、專業(yè)知識、交叉知識、綜合知識的系統(tǒng)建構(gòu)。上海電機學(xué)院創(chuàng)造性地提出“主體協(xié)同、過程融通、動態(tài)調(diào)控”的高素質(zhì)智能制造新工科人才培養(yǎng)新模式，開展以校為主、政府搭臺、企業(yè)融入三位一體協(xié)同育人模式的全新實踐探索[ 11 ]。國內(nèi)這些高校在智能制造創(chuàng)新型人才培養(yǎng)方面的探索與實踐，為其他高校人才培養(yǎng)起到示范和借鑒作用。

二、智能制造工程專業(yè)人才新需求

新工業(yè)革命推動勞動力與就業(yè)需求結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重大變化，與傳統(tǒng)制造相比，智能制造對人才在知識、能力、素質(zhì)等方面均提出了新的要求，尤其需要具有跨界知識結(jié)構(gòu)、綜合素養(yǎng)的創(chuàng)新型工程技術(shù)人才，以及能夠開展創(chuàng)新轉(zhuǎn)化等創(chuàng)業(yè)實踐活動的領(lǐng)軍人才。這是在信息物理系統(tǒng)（CPS）下的電子與信息、人工智能方面的知識與技術(shù)和傳統(tǒng)制造知識與技術(shù)的融合、提升，是對工業(yè)制造新發(fā)展趨勢的積極適應(yīng)。

（一）具有學(xué)科交叉復(fù)合融通的知識體系

智能制造作為一個系統(tǒng)工程，強調(diào)數(shù)字化設(shè)計與制造、智能裝備、智能機器人、物聯(lián)網(wǎng)（工業(yè)以太網(wǎng)）、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等關(guān)鍵技術(shù)的集成，涉及機械工程、控制科學(xué)與工程、計算機科學(xué)等多個學(xué)科。智能制造人才培養(yǎng)要打破傳統(tǒng)的以單一、單純工科專業(yè)教育模式為主，在相關(guān)課程的培養(yǎng)目標、課程體系設(shè)置等方面，以社會需求為中心，突出學(xué)生主體地位，將通信、傳感、控制等基礎(chǔ)知識與制造技術(shù)進行融合，實施本、碩、博縱向貫通、構(gòu)建多元化、交叉式、復(fù)合型人才培養(yǎng)的知識結(jié)構(gòu)體系。

（二）具有工程實踐能力和創(chuàng)新能力

智能制造專業(yè)人才要能夠融合應(yīng)用新一代信息通信技術(shù)與先進制造技術(shù)于研究、開發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)、管控、運維等智能制造環(huán)節(jié)，具備跨學(xué)科、系統(tǒng)性的綜合專業(yè)能力以及較強學(xué)習(xí)能力的杰出領(lǐng)軍人物、卓越工程師、高素質(zhì)高技能的勞動者。大規(guī)模的智能工廠、生產(chǎn)線、工業(yè)機器人、高檔數(shù)控機床等一大批高端設(shè)備的使用，使智能制造工程師崗位職責(zé)變得更加寬廣，不僅只是操作設(shè)備，還要懂得維護維修設(shè)備、工藝設(shè)計、研發(fā)等工作。同時，還要擅長使用各類工業(yè)化、信息化軟件來分析處理各類復(fù)雜數(shù)據(jù)。因此需要智能制造人才具有較強的工程實踐和解決復(fù)雜工程問題的能力。高檔數(shù)控機床作為國家戰(zhàn)略級高端裝備以及智能制造工程五類關(guān)鍵技術(shù)裝備與十大重點集成應(yīng)用領(lǐng)域之一[ 12 ]，解決高端裝備中關(guān)鍵技術(shù)問題，更需要有較高專業(yè)素質(zhì)的領(lǐng)軍人才進行技術(shù)創(chuàng)新與突破。

（三）具有工程社會意識

資源利用效率偏低，既是中國制造業(yè)現(xiàn)在的問題，同時又是面向未來的問題，綠色發(fā)展方針是實現(xiàn)制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路[ 13，14 ]。智能制造工程師應(yīng)當(dāng)能夠理解和評價針對復(fù)雜工程問題的工程實踐對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響，具有工程倫理意識、強烈的社會責(zé)任感和人文社會科學(xué)素養(yǎng)。對于智能生產(chǎn)線、智能工廠的設(shè)計與建設(shè)過程中，要踐行綠色設(shè)計理念，采用新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝強化節(jié)能環(huán)保。利用虛擬仿真技術(shù)在設(shè)備、系統(tǒng)建設(shè)前進行充分的優(yōu)化設(shè)計。

三、智能制造創(chuàng)新型人才培養(yǎng)關(guān)鍵問題

（一）確定智能制造專業(yè)人才培養(yǎng)目標

對智能制造這樣的新專業(yè)，人才培養(yǎng)目標要有新認識。智能制造人才培養(yǎng)目標，要面向“中國制造2025”的國家重大需求，面向未來科技、產(chǎn)業(yè)和社會發(fā)展，培養(yǎng)具有國際競爭力的科技領(lǐng)軍潛質(zhì)人才和具有跨界整合能力的工程技術(shù)人才。智能制造專業(yè)的畢業(yè)生既要掌握智能制造工程領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識及多元知識，同時要熟悉智能制造工程領(lǐng)域的前沿技術(shù)，能夠解決復(fù)雜的工程問題。

（二）構(gòu)建融會貫通的智能制造課程群，優(yōu)化課程體系

圍繞智能制造人才培養(yǎng)目標，構(gòu)建智能制造課程體系，把握本、碩、博縱向貫通、多學(xué)科橫向交叉的知識體系。目前，國內(nèi)已有部分高校新設(shè)了智能制造本科專業(yè)，但對于多數(shù)高校，尤其是研究性大學(xué)，已具有較成熟的機械、電子工程專業(yè)，通過對既有專業(yè)升級改造，同樣可以培養(yǎng)智能制造專業(yè)人才，這也符合“新工科”建設(shè)精神。智能制造對學(xué)科融合提出了更高的要求，深入研究信息技術(shù)與機械工程專業(yè)相融合，突破機械類、電子類學(xué)科界限，將原機械工程專業(yè)各課程進行刪減，同時補充工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制、自動化系統(tǒng)集成技術(shù)，凸顯智能化與網(wǎng)絡(luò)化。根據(jù)學(xué)校優(yōu)勢和專業(yè)特色，構(gòu)建培養(yǎng)學(xué)生不同能力的智能制造專業(yè)模塊課程群，所有能力模塊課程群都以支撐專業(yè)人才培養(yǎng)目標的達成為目的，將培養(yǎng)目標逐步落實到不同課程和教學(xué)環(huán)節(jié)中。

（三）推進教學(xué)模式、教學(xué)方法創(chuàng)新

深化教育教學(xué)與信息技術(shù)深度融合，促進優(yōu)質(zhì)教育資源應(yīng)用與共享。運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)開展虛擬仿真教學(xué)。虛擬仿真教學(xué)利用虛擬仿真技術(shù)，構(gòu)建虛幻的條件與場景、逼真的操作對象、靈活多樣的互動環(huán)節(jié)及學(xué)習(xí)內(nèi)容[ 15 ]，有效拓展實驗教學(xué)內(nèi)容的廣度和深度、延伸實驗教學(xué)的時間和空間、提升實驗教學(xué)的質(zhì)量和水平。運用多媒體、互聯(lián)網(wǎng)、人機交互等技術(shù)，開展翻轉(zhuǎn)課堂、慕課、混合式教學(xué)，引進優(yōu)質(zhì)資源，實現(xiàn)協(xié)同教學(xué)。這些優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源以在線形式靈活配置，真正實現(xiàn)學(xué)生個人志趣和社會需求相結(jié)合的差異化和個性化教學(xué)。

（四）以參加競賽為契機，提升學(xué)生綜合能力

以賽促學(xué)、以賽促教。競賽是鍛煉人智力的、超出課程范圍的一種特殊的考試，可以使學(xué)生獲得更多的知識，提前接觸該學(xué)科的相關(guān)知識。近年來，關(guān)于智能制造類的比賽如雨后春筍般興起，學(xué)生參與比賽的熱情空前高漲。這些比賽有“西門子杯”中國智能制造大賽，中國大學(xué)生機械工程創(chuàng)新創(chuàng)意大賽—智能制造大賽，中國技能大賽—智能制造應(yīng)用技術(shù)技能大賽等。這些大賽依托企業(yè)真實的工程項目和科研項目，操作真實的工業(yè)設(shè)備，以工業(yè)的工程標準作為考核評分指標，充分考查了學(xué)生對智能制造專業(yè)知識靈活運用的能力，鍛煉學(xué)生工程設(shè)計、工程操作、工程創(chuàng)新和解決復(fù)雜工程問題的綜合能力和系統(tǒng)思維。在比賽中潛移默化的提高學(xué)生的團隊協(xié)作能力、獨立思考和創(chuàng)新思維能力。同時，要注重將競賽引入本科生智能制造實驗教學(xué)體系，樹立將競賽驅(qū)動人才培養(yǎng)理念，以競賽形式將專業(yè)課程的課內(nèi)和課外教學(xué)有機結(jié)合，把競賽作為一個重要的實驗教學(xué)方法、手段在學(xué)生中廣泛地組織開展。

（五）建設(shè)實訓(xùn)平臺和基地，強化實踐教學(xué)

“新工科建設(shè)指南”明確提出，新工科建設(shè)需要加快探索建設(shè)一批集教育、培訓(xùn)、研究于一體的實踐平臺。軟硬件條件的改善是實踐教學(xué)的基礎(chǔ)，高校要加大智能制造實踐平臺建設(shè)投入，以一流的實驗平臺和基地建設(shè)推動實驗教學(xué)內(nèi)容和課程改革同步升級。智能制造人才培養(yǎng)需要緊密的校企合作，要以產(chǎn)業(yè)發(fā)展為牽引，開展產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人模式，以產(chǎn)業(yè)和技術(shù)發(fā)展的最新需求推動智能制造新工科專業(yè)建設(shè)。建立校外實踐基地，把企業(yè)單位作為培養(yǎng)學(xué)生實踐能力的重要教學(xué)場所，作為學(xué)校教育的有力補充。

（六）建立多元、科學(xué)的考核評價方式

教學(xué)考核作為教學(xué)過程中的一個重要組成部分，是用來考核學(xué)生學(xué)習(xí)情況、檢驗教學(xué)效果、實現(xiàn)教學(xué)目的主要手段，也是衡量人才培養(yǎng)質(zhì)量的主要環(huán)節(jié)[ 16 ]?？己嗽u價體系應(yīng)以評價課程教學(xué)目標、學(xué)生能力培養(yǎng)目標的達成為主要目的。在智能制造人才培養(yǎng)教學(xué)環(huán)節(jié)，應(yīng)建立了多元化考核方式，注重對教學(xué)過程的管理與考核。在考查學(xué)生工程技能的同時，高度重視對學(xué)生工程意識、企業(yè)精神、工程作風(fēng)等工程素養(yǎng)的考查。

根據(jù)教學(xué)目標，由不同主體從不同方面展開多元化評價，如小組間評價、教師評價、專家評價等。同時，也要注重學(xué)生對實驗項目的評價，如學(xué)生對實驗項目環(huán)節(jié)評價、對實驗教師的評價、學(xué)生自我評價等。將信息技術(shù)引入教學(xué)考核，實現(xiàn)線上線下相結(jié)合的實驗教學(xué)考核方式。比如，利用互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)學(xué)生線上課前預(yù)習(xí)，相關(guān)知識點網(wǎng)上測試;利用虛擬仿真技術(shù)開展虛擬仿真實驗教學(xué)，盡量做到規(guī)范完成實驗后，自動得出實驗分數(shù)[ 17 ]。實驗成果在線提交、展示、教師在線批閱。充分利用大數(shù)據(jù)分析手段，通過對學(xué)生實驗過程中步驟的規(guī)范性、結(jié)果的有效性以及對學(xué)習(xí)達成度等方面進行數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)對學(xué)生學(xué)習(xí)與實驗基本情況的辨識，基于大數(shù)據(jù)的量化評價能夠減少單一教師評價的主觀性偏差，為學(xué)生提供更多元化、更全面的評價。同時，對儀器設(shè)備、線上資源利用、學(xué)生的登錄次數(shù)與在線時長、實驗的參與率、每次實驗的用時率等大數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，能為實驗教學(xué)評價與改進提供科學(xué)依據(jù)。

四、結(jié)語

智能制造是信息技術(shù)與先進制造融合的創(chuàng)新結(jié)果，其人才培養(yǎng)也應(yīng)當(dāng)采取創(chuàng)新的模式和方法。面向制造業(yè)未來發(fā)展需求，智能制造專業(yè)教學(xué)應(yīng)確立清晰、準確的人才培養(yǎng)目標，建立起科學(xué)、合理的人才培養(yǎng)規(guī)劃。整合各類軟硬件條件，優(yōu)化課程體系，注重專業(yè)知識融會貫通，強化綜合實踐訓(xùn)練。使智能制造創(chuàng)新人才在知識、能力、素養(yǎng)方面協(xié)同發(fā)展，成為符合先進制造業(yè)需求的具有較強工程實踐能力的工程技術(shù)人才，具有創(chuàng)新能力和專業(yè)素養(yǎng)的領(lǐng)軍人才。

參考文獻

[1]周濟.智能制造——“中國制造2025”的主攻方向[J].企業(yè)觀察家，2019（11）：54-55.

[2]盧秉恒，林忠欽，張俊，等.智能制造裝備產(chǎn)業(yè)培育與發(fā)展研究報告[M].北京：科學(xué)出版社，2015：36-38.

[3]國科發(fā)計〔2012〕196號.智能制造科技發(fā)展“十二五”專項規(guī)劃[R].北京：科技部，2012-03-27.

[4]陳國金，姜周曙，蘇少輝，等.智能制造技術(shù)人才培養(yǎng)的實驗教學(xué)體系研究[J].實驗室研究與探索，2016，35（11）：189-195.

[5]陳冰，李時春.面向智能制造的機械工程專業(yè)人才培養(yǎng)探究[J].機械職業(yè)教育，2018（1）：24-25.

[6]王芳，趙中寧，張良智，等.智能制造背景下技術(shù)技能人才需求變化的調(diào)研與分析[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2017（11）：18-27.

[7]學(xué)術(shù)動態(tài).“新工科”建設(shè)復(fù)旦共識[J].高等工程教育研究，2017（1）：10-11.

[8]學(xué)術(shù)動態(tài).“新工科”建設(shè)行動路線（“天大行動”）[J].高等工程教育研究，2017（2）：24-25.

[9]學(xué)術(shù)動態(tài).新工科建設(shè)指南（“北京指南”）[J].高等工程教育研究，2017（4）：20-21.

[10]教育部關(guān)于公布2019年度普通高等學(xué)校本科專業(yè)備案和審批結(jié)果的通知[EB/OL].2020-02-25，http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/202003/t20200303_426853.html.

[11]楊若凡，劉軍，李曉軍.多方協(xié)同開展智能制造新工科人才培養(yǎng)的思考與實踐[J].高等工程教育研究，2018（5）：30-34.

[12]中華人民共和國工業(yè)和信息化部.智能制造發(fā)展規(guī)劃（2016—2020年）[R].北京：2016.

[13]王婷，廖斌，楊承誠.大數(shù)據(jù)驅(qū)動的綠色智能制造模式及實現(xiàn)技術(shù)[J].重慶大學(xué)學(xué)報，2020，43（1）：64-73.

[14]中華人民共和國工業(yè)和信息化部.工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃（2016—2020年）[R].北京：2016.

[15]劉亞豐，余龍江，盧群偉.教育信息化背景下虛擬仿真教學(xué)資源建設(shè)[J].實驗室科學(xué)與技術(shù)，2018，16（2）：195-198.

[16]唐朝暉，劉木根.多維度綜合開放實驗教學(xué)考核體系[J].實驗技術(shù)與管理，2020，37（3）：171-174.

[17]李晶，楊立娟，陳雪峰，等.虛實結(jié)合的智能制造實踐教學(xué)模式構(gòu)建研究[J].高等工程教育研究，2020（6）：86-92.