“新工科”背景下的智能制造人才培養(yǎng)模式探討

馮鑫 黃美娜 胡開(kāi)群 陳希瑞

摘?要：針對(duì)目前機(jī)械專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)所面臨的問(wèn)題，從人才培養(yǎng)理念入手，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)機(jī)械行業(yè)人才培養(yǎng)模型。從人才培養(yǎng)舉措切入，腳踏實(shí)地對(duì)智能制造新型人才培養(yǎng)實(shí)際操作進(jìn)行分析和探討，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心的智能制造實(shí)踐與創(chuàng)新教育模式。夯實(shí)智能制造創(chuàng)新人才培養(yǎng)基礎(chǔ)，構(gòu)建出符合現(xiàn)代化生產(chǎn)的智能制造人才培養(yǎng)新模式。

關(guān)鍵詞：新工科；智能制造；人才培養(yǎng)；新模式

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract：Because of the problems faced by the current personnel training of mechanical specialty，the traditional personnel training model of the mechanical industry should be changed from the concept of personnel training.Starting from the talent training measures，this paper analyzes and discusses the practical operation of training new talents in intelligent manufacturing in a down-to-earth manner to realize the student-centered intelligent manufacturing practice and innovative education mode.We will consolidate the foundation for the cultivation of innovative talents in intelligent manufacturing and build a new model for the cultivation of talents in intelligent manufacturing that conforms to modern production.

Keywords：New engineering；Intelligent Manufacturing；Talent Cultivation；New Mode

一、機(jī)械專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)面臨新型挑戰(zhàn)

兩院院士大會(huì)上強(qiáng)調(diào)，以智能制造為主攻方向推動(dòng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)變革和優(yōu)化升級(jí)，推動(dòng)智能制造業(yè)產(chǎn)業(yè)模式和企業(yè)形態(tài)根本性轉(zhuǎn)變，以“鼎新”帶動(dòng)“革故”，以增量帶動(dòng)存量，促進(jìn)我國(guó)產(chǎn)業(yè)邁向全球價(jià)值鏈中高端。2021年3月在《十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》中提出，深入實(shí)施智能制造和綠色制造工程，發(fā)展服務(wù)型制造新模式，推動(dòng)制造業(yè)智能化、綠色化，培養(yǎng)先進(jìn)制造業(yè)集群，推動(dòng)集成電路、航空航天、船舶與海洋工程裝備、機(jī)器人和高端數(shù)控機(jī)床等產(chǎn)業(yè)發(fā)展［1，5］。李培根院士于2021年也提出，智能制造可以最新定義——智能制造就是把機(jī)器智能融合于制造的各種活動(dòng)中，以滿(mǎn)足企業(yè)的相應(yīng)需求［2］。由上可以看出，智能制造是我國(guó)的立國(guó)之本、強(qiáng)國(guó)之基。而目前智能制造面臨新一輪的革命，傳統(tǒng)的制造業(yè)技術(shù)需要與新興信息技術(shù)融合，形成新的產(chǎn)業(yè)革命，促進(jìn)第四次工業(yè)革命的發(fā)展［3］。在這樣的背景下，如何培養(yǎng)能夠適應(yīng)新型產(chǎn)業(yè)發(fā)展的智能制造人才，以及面向“新工科”的智能制造教育如何發(fā)展，是我們目前需要解決的主要問(wèn)題。該方面的待解決問(wèn)題主要有以下方面［4］：

（1）目前機(jī)械工程學(xué)科比較封閉，難以培養(yǎng)具有復(fù)合型的智能制造人才，學(xué)生不具有系統(tǒng)觀(guān)和宏觀(guān)思維。機(jī)械工程學(xué)科具有專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，很難與其他學(xué)科形成有效的交叉融合，但是目前的智能制造體系確實(shí)要求機(jī)械學(xué)科與其他學(xué)科交融解決某些具體工業(yè)問(wèn)題。

（2）傳統(tǒng)的機(jī)械學(xué)科工程實(shí)踐教育與實(shí)際工業(yè)發(fā)展需求之間存在差距，學(xué)校培養(yǎng)的學(xué)生很難立即適應(yīng)智能制造以及智能化和現(xiàn)代服務(wù)所需。目前的機(jī)械學(xué)科實(shí)踐教育很難與實(shí)際企業(yè)的需求銜接，高校的實(shí)踐課程相對(duì)社會(huì)需求來(lái)說(shuō)嚴(yán)重滯后，而學(xué)生也缺乏解決實(shí)際工程設(shè)計(jì)問(wèn)題的能力，學(xué)生的創(chuàng)新性由于實(shí)際條件的限制很難發(fā)揮。

（3）傳統(tǒng)機(jī)械行業(yè)由于長(zhǎng)期較獨(dú)立的教學(xué)方式而難以適應(yīng)與多個(gè)學(xué)科的交叉和協(xié)同教育。機(jī)械專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)深入而扎實(shí)，但是實(shí)際的所需人才需要跨行業(yè)和專(zhuān)業(yè)發(fā)展，現(xiàn)有的師資和設(shè)備等不足以滿(mǎn)足多種專(zhuān)業(yè)和知識(shí)體系的協(xié)同培養(yǎng)。

所以，綜上所述，目前普通高校機(jī)械專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)理念需要轉(zhuǎn)變，從而塑造新的多學(xué)科交融的復(fù)合型的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式與體系。強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐的緊密結(jié)合，以社會(huì)發(fā)展的未來(lái)方向?yàn)榻嵌龋訌?qiáng)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力與實(shí)踐能力，使得他們能夠成為第四次工業(yè)革命所需的新型人才［6］。

二、以實(shí)踐為驅(qū)動(dòng)的新型人才培養(yǎng)理念

（一）以工程實(shí)踐為途徑培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)的科技人才

“新工科”的本質(zhì)是培養(yǎng)具有實(shí)踐能力的創(chuàng)新性人才。知識(shí)的內(nèi)涵研究分為顯性和隱性，而隱性知識(shí)是難以用文字的形式表達(dá)出來(lái)，其通常以經(jīng)驗(yàn)的形式存在而不包含在任何的科學(xué)體系里，這就凸顯了實(shí)踐環(huán)節(jié)在人才培育上的重要性，必須將工程實(shí)踐引入并貫穿整個(gè)本科教育的始終，引導(dǎo)學(xué)生理論與實(shí)際結(jié)合，實(shí)踐印證理論，理論服務(wù)于實(shí)踐。因此，培養(yǎng)能夠滿(mǎn)足產(chǎn)業(yè)需求的具有創(chuàng)新意識(shí)的優(yōu)秀工程師人才勢(shì)在必行。

（二）解決復(fù)雜工程問(wèn)題的主要思路是集成實(shí)踐與創(chuàng)新

高校機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)發(fā)展之路是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，由機(jī)械化到自動(dòng)化再到數(shù)字化，而目前正在向智能化邁進(jìn)?，F(xiàn)代科學(xué)問(wèn)題已經(jīng)不僅僅是專(zhuān)業(yè)問(wèn)題，而變成了工程、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境等學(xué)科緊密聯(lián)系融合的綜合性問(wèn)題，需要多學(xué)科融合并實(shí)踐，具有非常鮮明的工程實(shí)踐特色［7］。實(shí)踐是促進(jìn)創(chuàng)新的動(dòng)力，現(xiàn)代社會(huì)和現(xiàn)代化制造業(yè)需要的是具有良好實(shí)踐能力以及創(chuàng)新思維能力的優(yōu)秀人才。在新形勢(shì)的挑戰(zhàn)之下，推進(jìn)高水平的實(shí)踐教學(xué)改革是目前普通高等大學(xué)趨勢(shì)，而目前大多數(shù)高校還處于重理論輕實(shí)踐的意識(shí)形態(tài)之下，不具有以解決實(shí)際復(fù)雜工程問(wèn)題的集成創(chuàng)新與實(shí)踐思路。所以需要以實(shí)踐作為“新工科”的發(fā)展指導(dǎo)思想，鍛煉學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的創(chuàng)新思維能力，為國(guó)家和社會(huì)發(fā)展提供源源不斷的高水平和綜合性高素質(zhì)人才資源。

（三）智能制造的創(chuàng)新人才培養(yǎng)關(guān)鍵問(wèn)題在于多學(xué)科的交叉與融合

智能制造源于人工智能研究。一般認(rèn)為智能是知識(shí)和智力的總和，前者是智能的基礎(chǔ)，后者是指獲取和運(yùn)用知識(shí)求解的能力。智能制造應(yīng)當(dāng)包含智能制造技術(shù)和智能制造系統(tǒng)，智能制造系統(tǒng)不僅能夠在實(shí)踐中不斷地充實(shí)知識(shí)庫(kù)，具有自身學(xué)習(xí)功能力，還有收集與理解環(huán)境信息和自身的信息，并進(jìn)行分析判斷和規(guī)劃自身行為的能力［8］。中國(guó)制造2025提出：加快機(jī)械、航空、船舶、汽車(chē)、輕工、紡織、食品、電子等行業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的智能化改造，提高精準(zhǔn)制造、敏捷制造能力；統(tǒng)籌布局和推動(dòng)智能交通工具、智能工程機(jī)械、服務(wù)機(jī)器人、智能家電、智能照明電器、可穿戴設(shè)備等產(chǎn)品研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化；發(fā)展基于互聯(lián)網(wǎng)的個(gè)性化定制、眾包設(shè)計(jì)、云制造等新型制造模式，推動(dòng)形成基于消費(fèi)需求動(dòng)態(tài)感知的研發(fā)、制造和產(chǎn)業(yè)組織方式等［9］。智能制造屬于多學(xué)科綜合范疇，涉及眾多的專(zhuān)業(yè)，如機(jī)械、計(jì)算機(jī)、工業(yè)工程、自動(dòng)化和儀器儀表甚至管理。面向“新工科”的智能制造方面人才培養(yǎng)，需要學(xué)生具有多學(xué)科交叉知識(shí)與實(shí)踐，具備匹配智能發(fā)展的能力，與人工智能未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)相適應(yīng)的相關(guān)知識(shí)、素養(yǎng)與能力，成為掌握新一代信息技術(shù)以及高端裝備制造技術(shù)的復(fù)合型創(chuàng)新人才。

（四）自主學(xué)習(xí)主動(dòng)實(shí)踐意識(shí)不夠強(qiáng)

智能制造需要?jiǎng)?chuàng)新人才具有自主學(xué)習(xí)的能力，目前大多數(shù)學(xué)生不具有自主學(xué)習(xí)能力，需要導(dǎo)師進(jìn)行積極引導(dǎo)。而教師在實(shí)踐教學(xué)上對(duì)知識(shí)的更新也比較慢，很多難以適應(yīng)高速發(fā)展的企業(yè)需求。如何改變高校教師和學(xué)生的學(xué)習(xí)觀(guān)念，從而開(kāi)展以教師為中心學(xué)習(xí)向以學(xué)生為中心學(xué)習(xí)進(jìn)行轉(zhuǎn)變，讓學(xué)生真正在學(xué)習(xí)上當(dāng)家做主，提升他們的主動(dòng)實(shí)踐意識(shí)，為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供更加個(gè)性化的學(xué)習(xí)和發(fā)展空間。

三、“新工科”背景下智能制造人才培養(yǎng)措施

（一）“以實(shí)踐為主導(dǎo)”的工程實(shí)踐引領(lǐng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的指導(dǎo)思想

智能制造高端人才培養(yǎng)是“制造強(qiáng)國(guó)”提升國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的迫切需要，需要建立智能制造創(chuàng)新人才培養(yǎng)的中國(guó)化方案，并以方案為基礎(chǔ)培養(yǎng)一大批高端智能制造創(chuàng)新人才。在實(shí)踐教學(xué)上，重點(diǎn)高校需要建成工程實(shí)踐教育示范標(biāo)桿，積極編寫(xiě)系列原創(chuàng)教材，在國(guó)際智能制造領(lǐng)域凸顯中華大品牌效應(yīng)。

（二）以實(shí)踐為主導(dǎo)，開(kāi)放協(xié)同的智能制造創(chuàng)新人才培養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)

以教學(xué)體系為創(chuàng)新對(duì)象，在開(kāi)放式的教育生態(tài)條件下，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)與工程素養(yǎng)，養(yǎng)成批判性的思維能力。培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)研究能力、發(fā)明創(chuàng)新能力、組織協(xié)調(diào)能力和自主學(xué)習(xí)能力。爭(zhēng)取校企聯(lián)動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)企業(yè)解決相關(guān)的實(shí)際工程應(yīng)用問(wèn)題。以實(shí)踐為主導(dǎo)，開(kāi)放協(xié)同的智能制造創(chuàng)新人才培養(yǎng)生態(tài)體系。積極引進(jìn)國(guó)際合作交流，讓學(xué)生有到國(guó)外學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，學(xué)習(xí)到國(guó)外的智能制造相關(guān)措施與知識(shí)，促進(jìn)聯(lián)動(dòng)發(fā)展。

（三）以系統(tǒng)觀(guān)、工程觀(guān)和質(zhì)量觀(guān)為核心的人才培養(yǎng)模式

實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新、因材施教，培養(yǎng)適應(yīng)和引領(lǐng)科技革命以及產(chǎn)業(yè)革命的智能制造有工程思維的拔尖創(chuàng)新人才和有科學(xué)思維的卓越工程師人才。以學(xué)生為中心，針對(duì)工程全球化、工程復(fù)雜化的挑戰(zhàn)，建成具有大系統(tǒng)、大集成、大工程和大質(zhì)量一體的一流教學(xué)體系，引導(dǎo)學(xué)生國(guó)際視野、自主學(xué)習(xí)、主動(dòng)實(shí)踐和追求創(chuàng)新，在人才培養(yǎng)模式上形成系統(tǒng)觀(guān)、工程觀(guān)和質(zhì)量觀(guān)的核心思想。

（四）多學(xué)科交叉融合、遵循工程邏輯的智能制造核心課程新結(jié)構(gòu)

智能制造需要培養(yǎng)具有機(jī)械、自動(dòng)化、信息化以及儀器儀表等專(zhuān)業(yè)和方向的綜合性人才，所以在核心課程結(jié)構(gòu)上需要進(jìn)行調(diào)整與改變。按照多學(xué)科、分層次、量宏觀(guān)、綜合化以及模塊化原則，通過(guò)對(duì)課程體系的重構(gòu)，讓學(xué)生可以根據(jù)自己的特長(zhǎng)進(jìn)行發(fā)展規(guī)劃，在學(xué)業(yè)導(dǎo)師的指導(dǎo)下自行確定培養(yǎng)方案，可以進(jìn)行跨學(xué)院和跨學(xué)科選課，推行一生一方案、一生一課表和一生一檔案，因材施教，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展，最終形成多學(xué)科交叉融合、遵循工程邏輯的智能制造核心課程新結(jié)構(gòu)體系。

（五）深度科研育人的智能制造工程實(shí)踐新途徑

科技是社會(huì)發(fā)展的生產(chǎn)力，而高?？蒲幸彩谴龠M(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)發(fā)展和創(chuàng)新的動(dòng)力。目前大多數(shù)高校都具有數(shù)量眾多擁有博士學(xué)位的高水平教師，也擁有各級(jí)各類(lèi)省市級(jí)科研平臺(tái)，以及一系列學(xué)科相關(guān)的優(yōu)秀校辦企業(yè)。所以，構(gòu)建校內(nèi)校外協(xié)同、課內(nèi)課外協(xié)同的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育體系也勢(shì)在必行。完善科教結(jié)合、產(chǎn)學(xué)融合、校企合作的協(xié)同育人模式，將學(xué)院層面的實(shí)驗(yàn)、學(xué)校層面的實(shí)訓(xùn)以及企業(yè)層面的綜合實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，實(shí)施智能制造工程實(shí)踐教育。

（六）數(shù)字化、信息化和智慧化的智能制造“教與學(xué)”新方式

針對(duì)以上教育教學(xué)新理念，高校應(yīng)該通過(guò)教學(xué)實(shí)踐，形成以智能制造+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)+全開(kāi)放智慧實(shí)驗(yàn)室+基于Project課程加工作坊為支撐，形成共性化基礎(chǔ)和個(gè)性化發(fā)展方向、一生一方案的智能制造創(chuàng)新新型人才培養(yǎng)方式。圍繞智能制造產(chǎn)線(xiàn)的智能制造定制化教學(xué)模式，面向所有專(zhuān)業(yè)展開(kāi)智能制造認(rèn)知實(shí)習(xí)，讓學(xué)生從入學(xué)階段就帶著工程問(wèn)題來(lái)學(xué)習(xí)。圍繞智能制造產(chǎn)線(xiàn)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，進(jìn)行智能制造方向制造系統(tǒng)的場(chǎng)景互動(dòng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作實(shí)踐和自主數(shù)據(jù)分析探索實(shí)踐，將以結(jié)果評(píng)價(jià)為主轉(zhuǎn)變?yōu)檫^(guò)程與結(jié)果評(píng)價(jià)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)考核方式的多元化。以24小時(shí)全天候開(kāi)放智慧實(shí)驗(yàn)室為場(chǎng)地，以開(kāi)放式組合實(shí)驗(yàn)裝置為依托，支持學(xué)生開(kāi)展CPS+X的探索型與研究型實(shí)驗(yàn)。通過(guò)Project實(shí)踐課程、開(kāi)放式工作坊，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，通過(guò)實(shí)踐環(huán)節(jié)在大學(xué)四年里的銜接，實(shí)現(xiàn)PDCA的迭代式發(fā)展。

（七）考核評(píng)價(jià)新方式的改革

建設(shè)服務(wù)學(xué)生主動(dòng)實(shí)踐、高度開(kāi)放、集約共享和預(yù)約使用的實(shí)驗(yàn)室軟件硬件支撐平臺(tái)。不斷加強(qiáng)教學(xué)資源數(shù)字化、儀器設(shè)備物聯(lián)化和使用管理信息化建設(shè)。支持學(xué)生自主學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)、綜合制作和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維和工程化素養(yǎng)。面向信息物理系統(tǒng)、邊緣計(jì)算、工業(yè)大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生以及工業(yè)機(jī)理模型等智能制造技術(shù)支撐實(shí)踐教學(xué)。

（八）基于OBE理念的質(zhì)量保障體系

OBE理念是指基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育理念，要求學(xué)校和教師應(yīng)該先明確學(xué)習(xí)成果，配合多元彈性的個(gè)性化學(xué)習(xí)要求，讓學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)過(guò)程完成自我實(shí)現(xiàn)的挑戰(zhàn)，再將成果反饋來(lái)改進(jìn)原有的課程設(shè)計(jì)與課程教學(xué)。為建設(shè)智能制造復(fù)合型人才培養(yǎng)體系，需要建立完善的教學(xué)過(guò)程監(jiān)控機(jī)制，各主要教學(xué)環(huán)節(jié)要有明確的質(zhì)量要求，通過(guò)教學(xué)環(huán)節(jié)、過(guò)程監(jiān)控和質(zhì)量評(píng)價(jià)促進(jìn)畢業(yè)要求的達(dá)成，定期進(jìn)行課程體系設(shè)置和教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)。

結(jié)語(yǔ)

智能制造面臨新一輪的革命，傳統(tǒng)的制造業(yè)技術(shù)需要與新興信息技術(shù)融合，形成新的產(chǎn)業(yè)革命，促進(jìn)第四次工業(yè)革命的發(fā)展。本文針對(duì)“新工科”大環(huán)境下企業(yè)智能制造新型人才的需求，探討如何與時(shí)俱進(jìn)地培養(yǎng)能夠適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)需要的新型智能制造人才，分析了目前機(jī)械專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)所面臨的問(wèn)題。從人才培養(yǎng)理念入手，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)機(jī)械行業(yè)人才培養(yǎng)模型；從人才培養(yǎng)舉措切入，腳踏實(shí)地對(duì)智能制造新型人才培養(yǎng)實(shí)際操作進(jìn)行分析和探討，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心的智能制造實(shí)踐與創(chuàng)新教育模式，夯實(shí)智能制造創(chuàng)新人才培養(yǎng)基礎(chǔ)，構(gòu)建出符合現(xiàn)代化生產(chǎn)的智能制造人才培養(yǎng)新模式。

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基金項(xiàng)目：重慶工商大學(xué)課程改革建設(shè)項(xiàng)目（機(jī)電傳動(dòng)控制950718120）

*通訊作者：馮鑫（1982—?），男，漢族，重慶人，博士，副教授，研究方向：智能制造。