智能制造工程專業(yè)“六協(xié)同”教學(xué)模式研究與實踐

趙 琳，劉高鵬

(桂林理工大學(xué)南寧分校，廣西南寧，530001)

智能制造時代，制造業(yè)將實現(xiàn)制造工藝的仿真化、制造過程的數(shù)字化、狀態(tài)信息的實時化，企業(yè)對傳統(tǒng)的“熟練工種”需求越來越少，而從事產(chǎn)品設(shè)計、工藝優(yōu)化、生產(chǎn)管理等工作，擁有分析問題、解決問題及創(chuàng)新能力的 “能動工種”需求將越來越多。[1]這種轉(zhuǎn)變勢必會對應(yīng)用型本科課程的教學(xué)模式提出新的要求。為此，各高校圍繞知識、能力、素質(zhì)和發(fā)展的目標要求進行了人才培養(yǎng)方案及教學(xué)大綱的改革，這些體系的改革強調(diào)整體性、動態(tài)性、層次性及關(guān)聯(lián)性，使人才培養(yǎng)與畢業(yè)目標有機結(jié)合，并取得了較多的成果和經(jīng)驗。但是，這些體系改革的關(guān)聯(lián)性大多只考慮課程知識點對畢業(yè)要求的支撐效果，忽略了課程之間的其他關(guān)聯(lián)。因此，課程理念要從局部設(shè)計轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計，課程目標要從內(nèi)容學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)向策略學(xué)習(xí)，課程結(jié)構(gòu)要從科學(xué)邏輯轉(zhuǎn)向行動邏輯，課程內(nèi)容要從面向?qū)ο筠D(zhuǎn)向面向過程，課程實施要從教師講授轉(zhuǎn)向?qū)W生行動，課程評價要從結(jié)果評價轉(zhuǎn)向行動過程評價。[2]這就要求高校重新對課程和實踐進行關(guān)聯(lián)，分析二者在生產(chǎn)過程中的動態(tài)邏輯關(guān)系，對課程進行分類重組，以項目式的多種協(xié)同教學(xué)模式培養(yǎng)智能制造所需的高素質(zhì)復(fù)合型人才。

一、智能制造工程專業(yè)教學(xué)現(xiàn)狀

智能制造工程專業(yè)集成了產(chǎn)品設(shè)計與制造、工業(yè)機器人、智能裝備、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、維修管理等關(guān)鍵技術(shù)，融合了機械工程、控制工程、計算機科學(xué)和管理科學(xué)等多個領(lǐng)域的最新發(fā)展技術(shù)，并非幾門課程的簡單疊加就能實現(xiàn)。[3]目前，智能制造工程專業(yè)的教學(xué)模式還存在以下四個問題。

第一，沒有對專業(yè)課程進行分類及模塊化管理，同一模塊課程之間的實踐項目缺乏有效關(guān)聯(lián)，沒有實現(xiàn)任務(wù)的銜接，難以讓學(xué)生優(yōu)化、整合、綜合運用所學(xué)知識。

第二，在教學(xué)過程中常以知識點之間的靜態(tài)關(guān)系構(gòu)成內(nèi)容的邏輯網(wǎng)絡(luò)，但企業(yè)需要能解決現(xiàn)實生產(chǎn)中具體問題的人才，這就需要按照生產(chǎn)過程的動態(tài)邏輯順序建立知識點之間的關(guān)系。這一矛盾導(dǎo)致知識與技能難以形成強關(guān)聯(lián)，教學(xué)內(nèi)容與實際崗位需求脫節(jié)。

第三，創(chuàng)新能力較難融入課程內(nèi)容及教學(xué)活動，學(xué)生創(chuàng)新能力的提升難以量化，對創(chuàng)新能力的考核難以實現(xiàn)。

第四，教師缺乏全局觀念，無法讓學(xué)生在項目中感受智能制造系統(tǒng)的整體觀念，不利于學(xué)生工程綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。

二、“六協(xié)同”教學(xué)模式研究內(nèi)容

根據(jù)智能制造崗位的特點，即每個崗位所對應(yīng)的能力都不是單一的，是跨越了不同領(lǐng)域的復(fù)合工作技術(shù)能力，高校智能制造工程專業(yè)需要突破針對單一職業(yè)能力的課程教學(xué)模式進行課程協(xié)同教學(xué)，融合多學(xué)科知識，以培養(yǎng)具備多種職業(yè)能力、創(chuàng)新意識和工程素養(yǎng)的智能制造復(fù)合型人才。因此，桂林理工大學(xué)南寧分校(以下簡稱我校)智能制造工程專業(yè)采用了圖1所示的“六協(xié)同”教學(xué)模式。

圖1 “六協(xié)同”教學(xué)模式

(一)挖掘課程的關(guān)聯(lián)規(guī)則——模塊協(xié)同

鑒于原教學(xué)模式與實踐和社會需求脫節(jié)，我校智能制造工程專業(yè)對智能制造課程體系進行了整合、優(yōu)化、重組，找出了課程間的關(guān)聯(lián)規(guī)則，進行了課程間的模塊協(xié)同處理：首先，按生產(chǎn)過程的動態(tài)邏輯順序重設(shè)課程的章節(jié)次序，明確課程間的關(guān)聯(lián)度，進行課程資源的整合及優(yōu)化；其次，為強化學(xué)生的大工程思想，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)，重新設(shè)計課程實踐項目；最后，根據(jù)知識的認知規(guī)律調(diào)整課程，實現(xiàn)單一能力到復(fù)合能力的螺旋式上升。

(二)生產(chǎn)性課程模塊關(guān)聯(lián)——平臺協(xié)同、校企協(xié)同

我校智能制造工程專業(yè)通過校企合作，采用企業(yè)的真實案例進行項目式教學(xué)，讓學(xué)生切實體會生產(chǎn)流程，掌握不同崗位的知識、技能，培養(yǎng)崗位間的協(xié)同能力，進而提升復(fù)合能力。為此，我校智能制造工程專業(yè)通過呈現(xiàn)真實的智能化生產(chǎn)模式情境，即模擬從訂單到成品的全過程，包括管理模塊(ERP)、設(shè)計模塊(CAD)、工藝模塊(CAPP)、制造模塊(CAM)等，按照生產(chǎn)過程的動態(tài)邏輯順序建立模塊之間的行動邏輯關(guān)系，為學(xué)生模擬真實的生產(chǎn)過程。其中，管理模塊的生產(chǎn)性課程包括生產(chǎn)管理、倉儲管理及智能工廠等，設(shè)計模塊生產(chǎn)性課程包括產(chǎn)品設(shè)計、模擬分析、工藝設(shè)計及數(shù)控編程等，工藝模塊生產(chǎn)性課程包括生產(chǎn)線仿真、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、工業(yè)機器人、PLC編程等，制造模塊生產(chǎn)性課程包括數(shù)控加工、制造裝備、零件檢測及識別技術(shù)等。

通過項目實踐，學(xué)生從一名旁觀者轉(zhuǎn)化成參與者，實際感受產(chǎn)品從研發(fā)到運行的生命周期(構(gòu)思—設(shè)計—實現(xiàn)—運行)。依托我校虛擬仿真實驗教學(xué)中心和工業(yè)級智能制造工廠一虛一實兩大教學(xué)平臺，實現(xiàn)了虛實結(jié)合、理實一體，學(xué)生能夠更安全、低成本、高效地進行學(xué)習(xí)，進而建立起從整體到局部的直觀感性認識，切實體會企業(yè)生產(chǎn)過程，培養(yǎng)與其他崗位的協(xié)同能力，實現(xiàn)多種能力的復(fù)合提升。

(三)多學(xué)科工程項目融合——創(chuàng)新協(xié)同

傳統(tǒng)單一學(xué)科內(nèi)容的實踐項目破壞了生產(chǎn)過程的完整性與連續(xù)性，使知識目標、課程目標、培養(yǎng)目標碎片化，制約了學(xué)生的綜合分析能力和創(chuàng)新能力的發(fā)展。

以多學(xué)科項目融合為行動導(dǎo)向進行課程協(xié)同模式改革，可將多學(xué)科知識通過工程項目進行任務(wù)分級、銜接，使不同學(xué)科內(nèi)容與生產(chǎn)動態(tài)邏輯形成對應(yīng)關(guān)系，促使學(xué)習(xí)與生活、生產(chǎn)之間形成強關(guān)聯(lián)，既能提高記憶的效率，又能提高典型工作過程的遷移度，實現(xiàn)相關(guān)課程之間的知識連貫整合，進一步提升學(xué)生的分析和探索能力，提高學(xué)生的創(chuàng)意水平和創(chuàng)新能力。

(四)多維度教學(xué)評價——評價協(xié)同

針對制造業(yè)由傳統(tǒng)向現(xiàn)代轉(zhuǎn)變，能力需求由單一向復(fù)合演變，對學(xué)生的考核也應(yīng)由簡單的生成性評價向多維度過程性評價轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)僅靠結(jié)果的單一評價失之偏頗，而多維度評價體系是對學(xué)生學(xué)習(xí)目標、學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)結(jié)果的評價，將復(fù)合能力、創(chuàng)新思想、素質(zhì)要求融入過程評價，建立過程評價與相應(yīng)能力的關(guān)聯(lián)關(guān)系，綜合考查學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)新意識和綜合素養(yǎng)，最后形成綜合能力評價體系。多維度評價體系有助于我校智能制造工程專業(yè)了解學(xué)生的能力結(jié)構(gòu)、個人優(yōu)勢及發(fā)展方向，從而結(jié)合企業(yè)崗位需要對后續(xù)的教學(xué)進行調(diào)整優(yōu)化。

(五)課程理念轉(zhuǎn)變——師資協(xié)同

我校智能制造工程專業(yè)以企業(yè)工程實例為教學(xué)項目資源，融合多學(xué)科知識，使課程模塊從產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、制造程序到生產(chǎn)線布置進行動態(tài)銜接，培養(yǎng)學(xué)生的復(fù)合能力和職業(yè)素養(yǎng)，實現(xiàn)理實一體。項目的完成需要教師團隊教學(xué)能力突出，職責(zé)分工明確，梯隊搭建合理，具備專業(yè)素養(yǎng)、全局觀念和團隊合作意識。

三、“六協(xié)同”教學(xué)模式的開發(fā)

“六協(xié)同”教學(xué)模式開發(fā)需從企業(yè)崗位能力需求的關(guān)聯(lián)性出發(fā)，結(jié)合企業(yè)工程實例，模擬企業(yè)智能化生產(chǎn)模式，通過協(xié)同的教學(xué)模塊培養(yǎng)復(fù)合型人才。

(一)模塊協(xié)同實施

我校智能制造工程專業(yè)課程體系依據(jù)企業(yè)真實生產(chǎn)過程，從訂單、產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)、過程策劃、生產(chǎn)服務(wù)到成品包裝的動態(tài)生產(chǎn)全過程，將專業(yè)課程劃分為管理模塊、設(shè)計模塊、工藝模塊和制造模塊，然后根據(jù)各專業(yè)課程的特點歸入相應(yīng)的模塊，具體如圖2所示。

圖2 課程體系整合與模塊協(xié)同

在同一模塊中，課程之間的靜態(tài)關(guān)聯(lián)性較強，知識點之間的聯(lián)系更緊密。例如，管理模塊中的生產(chǎn)管理系統(tǒng)、智能工廠系統(tǒng)和倉儲管理系統(tǒng)均為企業(yè)部門的管理方法，設(shè)計模塊中的產(chǎn)品設(shè)計、模擬分析、工藝設(shè)計和數(shù)控編程均為計算機的數(shù)字輔助模擬過程，工藝模塊中的生產(chǎn)線設(shè)計仿真、PLC編程、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和工業(yè)機器人均為對生產(chǎn)資源進行的優(yōu)化集成，制造模塊中的數(shù)控加工、制造裝備、零件檢測和識別技術(shù)均為實際加工過程。

不同模塊課程的聯(lián)系則以生產(chǎn)過程的動態(tài)邏輯順序為主，例如：管理模塊與設(shè)計模塊之間，可通過實際管理系統(tǒng)與計算機的數(shù)字模擬的復(fù)合，縮短產(chǎn)品設(shè)計周期、降低研發(fā)及生產(chǎn)費用；設(shè)計模塊與工藝模塊之間，可通過設(shè)計制造與數(shù)字模擬分析的復(fù)合，更優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗地制造機器；工藝模塊與制造模塊之間，可通過制造技術(shù)與機器人控制的復(fù)合，提高生產(chǎn)效率。

因此， 通過項目實現(xiàn)同一模塊及不同模塊的課程有機相連，學(xué)生可以在模塊中、模塊間輪換實踐，鍛煉和提高崗位技能，提高復(fù)合能力。

(二)校企協(xié)同實施

校企協(xié)同是一個逐步演化和遞進的過程。首先，與企業(yè)的需求精準對接是實施校企合作的前提。因此，我校智能制造工程專業(yè)積極開放，敢于突破傳統(tǒng)，改變長期以來封閉辦學(xué)、自我循環(huán)的局面，精準對接相關(guān)行業(yè)的社會需求，融入企業(yè)的生產(chǎn)和研發(fā)環(huán)節(jié)、跟上產(chǎn)業(yè)技術(shù)的進步鏈條，明白行業(yè)的發(fā)展趨勢和未來。其次，我校智能制造工程專業(yè)實現(xiàn)人才培養(yǎng)、科學(xué)研究、社會服務(wù)、文化傳承、國際合作等職能之間的連接和集成，并形成協(xié)同效應(yīng)，在與企業(yè)合作時打通人才培養(yǎng)、行業(yè)應(yīng)用研究、職業(yè)培訓(xùn)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，真正使學(xué)校與行業(yè)、企業(yè)間形成協(xié)同鏈條。最后，校企之間要實現(xiàn)更大、更深的交集，從“你中有我，我中有你”變成“你就是我，我就是你”的合二為一。產(chǎn)教雙方在這一協(xié)同過程中，合作企業(yè)利用學(xué)校資源，結(jié)合自身生產(chǎn)需求，通過任務(wù)設(shè)計實現(xiàn)項目實施與課程的關(guān)聯(lián)，使知識點之間的靜態(tài)關(guān)系轉(zhuǎn)變?yōu)橐劳猩a(chǎn)過程的動態(tài)關(guān)系，形成知識與技能之間的強關(guān)聯(lián)，讓學(xué)生能夠以所學(xué)知識解決實際生產(chǎn)問題，在滿足自身人才需求的同時指導(dǎo)高校進行教學(xué)改革，強化校企聯(lián)系，形成教學(xué)改革新機制。

(三)平臺協(xié)同實施

我校智能制造工程專業(yè)利用校內(nèi)虛擬仿真實驗教學(xué)中心、工業(yè)級智能制造工廠兩大自治區(qū)級教學(xué)平臺模擬企業(yè)真實項目，在線上向?qū)W生發(fā)布任務(wù)，學(xué)生利用課外時間在虛擬仿真實驗教學(xué)中心模擬項目，由指導(dǎo)教師進行點評，最后選擇典型方案在智能制造工廠完成生產(chǎn)，實現(xiàn)線上與線下結(jié)合、虛擬與現(xiàn)實配合、理論與實踐聯(lián)合。通過各模塊在平臺的協(xié)同，實時研究并解決實際問題，學(xué)生成功地從一名旁觀者轉(zhuǎn)化成參與者，讓教學(xué)達到“親臨現(xiàn)場、認識事實、探討規(guī)律、啟發(fā)思路、提高能力、掌握技能”的要求。

(四)創(chuàng)新協(xié)同實施

在課程實踐模塊中，我校智能制造工程專業(yè)增加了創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)，通過基礎(chǔ)訓(xùn)練、綜合訓(xùn)練、創(chuàng)新訓(xùn)練，分層次引導(dǎo)學(xué)生參與實踐，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力，最后實現(xiàn)學(xué)生自主創(chuàng)新實踐能力的螺旋式上升。

具體來說，該環(huán)節(jié)依托模塊協(xié)同(四模塊)，通過課前引導(dǎo)查閱資料、擬訂方案，課中小組討論、合作學(xué)習(xí)，課后完善優(yōu)化、提升能力，實現(xiàn)基礎(chǔ)、綜合、創(chuàng)新的三層次訓(xùn)練，促使學(xué)生實現(xiàn)從基礎(chǔ)理論、工程實例應(yīng)用、設(shè)計思維表達、創(chuàng)新設(shè)計能力到智能制造能力的提升。同時，通過不同能力結(jié)合(五結(jié)合)，即理論與實踐相結(jié)合、虛擬與現(xiàn)實相結(jié)合、應(yīng)用與科研相結(jié)合、項目與工程相結(jié)合、管理與企業(yè)相結(jié)合，將創(chuàng)新能力融入教學(xué)過程的每一個環(huán)節(jié)，提升學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。在此過程中，鼓勵采用頭腦風(fēng)暴式討論，提倡質(zhì)疑批判，營造帶頭創(chuàng)新、允許失敗的氛圍，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新意識，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新的積極性和主動性。實踐能力培養(yǎng)與創(chuàng)新協(xié)同框架如圖3所示。

圖3 實踐能力培養(yǎng)與創(chuàng)新協(xié)同

(五)評價協(xié)同實施

針對智能制造時代企業(yè)對高素質(zhì)復(fù)合型人才的需求，我校智能制造工程專業(yè)的評價體系實現(xiàn)了向注重過程、多方參與、可量化考核的協(xié)同評價的轉(zhuǎn)變，具體如圖4所示。

圖4 復(fù)合型人才培養(yǎng)與評價協(xié)同

在以成果為導(dǎo)向的教育思想中，學(xué)生學(xué)習(xí)成果是教學(xué)過程中和教學(xué)完成后表現(xiàn)出的教學(xué)結(jié)果，能夠明晰地展示學(xué)生的學(xué)習(xí)行動。教師需根據(jù)預(yù)期的學(xué)習(xí)成果逆向設(shè)計學(xué)習(xí)內(nèi)容及教學(xué)方案，同時不斷調(diào)整學(xué)習(xí)成果的評價標準，讓學(xué)生明確各階段的學(xué)習(xí)方向，引導(dǎo)學(xué)生研究學(xué)習(xí)內(nèi)容，促進自主學(xué)習(xí)。

協(xié)同評價要體現(xiàn)對綜合能力、創(chuàng)新能力、職業(yè)素養(yǎng)等復(fù)合能力的考核，評價的指標包括理論評價、實踐評價、溝通評價、表達評價、創(chuàng)新評價等，可通過隨堂測試、課前任務(wù)、小組討論、上臺演講、完成設(shè)計、實踐操作等形式量化，最后形成對綜合能力的評價。這樣的評價體系更為全面，更能讓教師判斷學(xué)生學(xué)習(xí)的質(zhì)量和水平，為動態(tài)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容提供依據(jù)，也為企業(yè)選拔人才提供出發(fā)點。

(六)師資協(xié)同實施

智能制造工程專業(yè)涉及自動控制、加工制造、設(shè)計模擬、運行管理、系統(tǒng)集成、診斷維護等多個學(xué)科領(lǐng)域，為開展專業(yè)課程協(xié)同教學(xué)，要求教師掌握全部學(xué)科領(lǐng)域知識是不現(xiàn)實的。因此，只有通過教師團隊建設(shè)，充分發(fā)揮團隊協(xié)作的優(yōu)勢，實現(xiàn)各課程間的聯(lián)系，并提升師資團隊的工程化教學(xué)能力，強化對實踐教學(xué)的指導(dǎo)，才能實現(xiàn)智能制造工程專業(yè)的專業(yè)課程協(xié)同教學(xué)。

為此，我校智能制造工程專業(yè)在教師協(xié)同上進行梯隊建設(shè)，夯實師資團隊基礎(chǔ)，同時提倡多維發(fā)展，培育專業(yè)領(lǐng)軍人物，再通過細分培養(yǎng)項目，實現(xiàn)了高層次、多樣化師資人才儲備。另外，智能制造工程專業(yè)還鼓勵教師“走出去”，深入企業(yè)生產(chǎn)一線了解行業(yè)發(fā)展新態(tài)勢，開發(fā)校企合作項目，在發(fā)揮高校的人才優(yōu)勢實現(xiàn)科技創(chuàng)新的同時，最大限度地發(fā)揮科研對教學(xué)的反哺作用，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

四、結(jié)語

隨著產(chǎn)業(yè)升級，“智能制造”將成為未來制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢，企業(yè)在轉(zhuǎn)型升級過程中存在著人才嚴重匱乏的問題。我校智能制造工程專業(yè)的“六協(xié)同”教學(xué)模式通過分析生產(chǎn)過程的動態(tài)邏輯關(guān)系，對課程進行模塊協(xié)同，依托項目式的校企協(xié)同、平臺協(xié)同模擬企業(yè)的智能化生產(chǎn)流程，在創(chuàng)新協(xié)同引導(dǎo)下，學(xué)生的創(chuàng)意水平得到了提升，創(chuàng)新能力得以增強，實現(xiàn)了多維度的師資協(xié)同、評價協(xié)同，保障教學(xué)目標順利達成。實踐證明，“六協(xié)同”教學(xué)模式契合企業(yè)對高素質(zhì)復(fù)合型人才的需求，有助于學(xué)生綜合能力、創(chuàng)新能力和職業(yè)素養(yǎng)的提升。