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。
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)。
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
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。
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。
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。
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。
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。
“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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。