地方應用型高校智能制造專業(yè)人才培養(yǎng)研究

呂宵宵 孫 進 張志萍

1.揚州大學廣陵學院 江蘇揚州 225009;2.揚州大學機械工程學院 江蘇揚州 225009

隨著科學技術的不斷發(fā)展,人工智能技術不斷完備,各種智能化應用將廣泛出現(xiàn)在日常社會生產與活動中。為搶占未來競爭制高點,主動把握新一輪工業(yè)與技術革命的發(fā)展機遇,儲備該行業(yè)的人才資源,各國把人才作為實施制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的重要支撐,加大人力資本投資,改革創(chuàng)新教育與培訓體系[1]。美國機械工程師協(xié)會調研未來20年內機械工程師最需要的知識和技能:交流、基礎工程理論、無損檢測技術、能源、納米科技、計算機輔助設計、有限元分析、計算流體力學、三維建模軟件、運動分析與仿真、計算機編程與應用、工程計算軟件、數據分析、經濟與商業(yè)、生產質量管理規(guī)范、項目管理、六西格瑪、生命周期分析、ISO認證、工程代號與標準、核設施的質量保證要求及虛擬現(xiàn)實[2]。德國聯(lián)邦教育與研究部提出持續(xù)職業(yè)發(fā)展,注重教育與工業(yè)的同步銜接[6]。英國計劃在短時間內成立先進制造、數字化、創(chuàng)意產業(yè)等多個專業(yè)領域的國家學院,制定與各種類型企業(yè)的對接機制,加強相關行業(yè)的人才培養(yǎng)[3]。

在《中國制造2025》規(guī)劃中,強調要推動新一代信息技術與制造技術融合發(fā)展,把智能制造作為兩化深度融合的主攻方向[4]。新工科教育是一場人才供給側改革,是高等工科教育改革創(chuàng)新對產業(yè)發(fā)展新要求的響應,是全方位的人才培養(yǎng)模式改革?；谛鹿た平ㄔO的推進,國內高校初步進行了以信息化與工業(yè)化深度融合為主線、產業(yè)結構調整升級為導向、智能制造為落腳點的專業(yè)人才培養(yǎng)模式的探索和課程體系的重構。天津大學以“未來智能機器與系統(tǒng)”平臺為支撐,基于專業(yè)群設置專業(yè)課程體系模塊組,突出“通”與“融”和“6新”[5]。哈爾濱工業(yè)大學根據企業(yè)反饋和用戶需求,重構課程體系,形成了以高端智能裝備為對象,以“設計—制造—測控—管理”為主線的機械類系列課程群[6]。華東理工大學機械工程專業(yè)通過與愛爾蘭院校課程體系的對比,剔除了綜合教育課程,增強了控制與自動化、熱流學應用、生產與過程管理、質量與項目等管理(工程代號與標準)、先進工程材料(生物、納米材料、聚合物等)、先進制造技術(3D打印)、工業(yè)網絡技術、有限元分析與應用、智能傳感、項目報告與交流等多學科方面的知識和技能[7]。

一、智造業(yè)轉型背景下人才需求變化

(1)制造業(yè)轉型與區(qū)域產業(yè)結構調整升級需要智能制造專業(yè)的人才支撐。目前,制造業(yè)人才培養(yǎng)與企業(yè)實際需求脫節(jié),產教融合不夠深入、工程教育實踐環(huán)節(jié)薄弱,學校和培訓機構基礎能力建設滯后。國務院提出深化產教融合,構建教育和產業(yè)統(tǒng)籌融合、良性互動的發(fā)展格局,建立完善需求導向的人才培養(yǎng)模式[8]。

(2)人才需求從“制造型”向“智造型”轉變?！爸窃煨汀比瞬懦搅藗鹘y(tǒng)的科學家、工程師、高級技師的邊界與內涵,是適應智能制造需求的新型人才,是適應信息技術與制造技術深度融合的交叉復合型人才,對其知識、素質、能力的培養(yǎng),不同于傳統(tǒng)制造人才的模式。

(3)在2019年的世界經濟論壇研究報告中表述了2015—2020年對智能制造專業(yè)人才應具備的9大核心能力,基于智能制造的技術特點2020年根據其重要程度又有了進一步劃分。通過下表可以看出解決復雜問題的能力占比最多,高達36%,這也表明當今制造業(yè)的整個生態(tài)需要有不同類型的人才與之匹配,同時對具備數字化技能的復合型人才提出更高要求。

2020年制造業(yè)工作核心能力模型表[9]

二、智造專業(yè)人才培養(yǎng)現(xiàn)狀

由于新一代信息技術的不斷突破,人工智能技術在日常生產領域的深度融合,目前的制造業(yè)正處于飛速變革之中,其生產模式的集成化、生產技術智能化、智能制造系統(tǒng)化,都在為進一步智慧化做鋪墊,而國內普通高等院校的人才培養(yǎng),呈現(xiàn)出專業(yè)與就業(yè)匹配度不斷下降的特點。

(一)人才培養(yǎng)模式處于初步探索階段

一直以來,高等院校對人才的培養(yǎng)專注在高級的專業(yè)性人才上,這在工業(yè)發(fā)展初期來看是必要的,但是在當前產業(yè)轉型升級,人工智能深度融合的時代,對單一的專業(yè)性人才的需求不斷變小。基于目前的課程體系,高校要實現(xiàn)培養(yǎng)目標中具有解決復雜工程問題能力的人才是具有極大挑戰(zhàn)的。到目前為止,普通本科院校開設這一專業(yè)的學生還沒畢業(yè),其人才培養(yǎng)方案是否符合行業(yè)發(fā)展,人才培養(yǎng)質量是否得到行業(yè)認可,對學生知識、素質、能力的培養(yǎng)與真正實際的行業(yè)發(fā)展需求有多少差距,具體表現(xiàn)在哪方面等問題還沒有能很好地去進行認證,然而行業(yè)發(fā)展已經出現(xiàn)和四年前很不一樣的變化。因此,如何做好高校人才培養(yǎng)與行業(yè)發(fā)展需求的緊密結合,不同的高校都在探索新的路徑。

(二)專業(yè)壁壘難打破

對于本就是針對新產業(yè)而設計的學科,是否一定要遵從學科的專業(yè)體系劃分,如何改變現(xiàn)有的學科體系限制也是目前很多高校在探索的部分。就大部分高校公布的人才培養(yǎng)方案分析可見,對于智能制造專業(yè)而言,其課程體系就是在機械大專業(yè)的課程基礎上添加了計算機、電子信息類專業(yè)的一部分技能型比較強的課程。簡單的課程疊加只是加重了學習任務和教師授課任務,并不能提高學生解決復雜工程問題的能力,實現(xiàn)開設智能制造這類專業(yè)的主要訴求。

從教師角度來看,目前高校中的每一位教師從進校就被歸屬到某個專業(yè)某個學科。當一個大學教師被這樣過分“專業(yè)化”后,學校的跨學科水平、教師的跨學科水平一定是低的,也無法保證通識教育的高水平開展,更遑論培養(yǎng)出來的人才具有跨學科的知識結構。

(三)課程內容滯后

通過調研部分普通高校的智造專業(yè)課程設置發(fā)現(xiàn),部分課程內容沒有根據行業(yè)發(fā)展情況進行迭代,有些專業(yè)課程則是對智能制造專業(yè)的針對性不強。生產實習作為智造專業(yè)系統(tǒng)性的現(xiàn)場實習環(huán)節(jié),對同學們認識智能制造系統(tǒng),人工智能與產業(yè)生產深度融合具有極大的具象化意義,但是目前學生能去進行實習的企業(yè)非常有限。行業(yè)發(fā)展的先進科技成果,已深度使用的人工智能技術、學科前沿的理論創(chuàng)新都沒有被廣泛地普及到本專業(yè)的學習實踐當中。這與智能制造專業(yè)人才能力與素養(yǎng)的培養(yǎng)是不相匹配的。

(四)學生個性化培養(yǎng)的挑戰(zhàn)

高校發(fā)展都有自己的定位,不同院校的差異化發(fā)展為社會培養(yǎng)了不同的人才。對于學生也一樣,每位學生的個體差異本來就存在,充分激發(fā)學生的自主學習能力,發(fā)揮學生內在的創(chuàng)造力,通過興趣的培養(yǎng),增強學生獨立思考、遷移探索知識的能力。想要達成這一目標,需要對人才培養(yǎng)、課程體系做更有效的改變。

三、智能制造人才培養(yǎng)建設具體措施

通過調查,已開設智能制造專業(yè)高等院校的課程設置體系,立足本院實際情況,探索了以提高實踐能力。面向一線實際生產需求的任務式、項目化培養(yǎng)模式,突出課程群的模塊化及交叉學科課程設置,將對學生工程實踐能力的培養(yǎng)以項目化的形式貫穿在整個培養(yǎng)過程中。

(一)基于先能力后知識,構建項目式人才培養(yǎng)模式

所謂的項目式人才培養(yǎng),更注重的是學生通過項目來認識學科,發(fā)現(xiàn)自己能力的不足,提高自己對專業(yè)的興趣,從而激發(fā)學生強烈的學習欲望。每個年級的課程在設定學科基礎類課程的基礎上,設置一些靈活替換類的相關項目型課程。例如,大一結合制圖比賽做設計類項目訓練,從而替換制圖軟件類課程學習的學分。大二、大三年級通過中級項目的訓練,引導學生尋找自己感興趣的專業(yè)方向。大四的課程分模塊,例如分頂崗實訓、新能源課程模塊、虛擬制造模塊、AI機器視覺模塊等,由學生在大三下學期自主選擇。

課程調整結構模型圖

(二)緊密對接產業(yè)鏈,構建聯(lián)合培養(yǎng)模式

通過調查和與相關企業(yè)的對接,對于本科生而言,目前本地發(fā)展產業(yè)鏈與創(chuàng)新鏈中的關鍵技術與核心需求,主要集中在先進設備的調試與維護、kukaABB等機器人的運維、新能源工藝的研發(fā)、產線升級等方面,部分企業(yè)用人需求較大但沒有足夠的人力資源。針對這一現(xiàn)象,我們和部分企業(yè)探索了協(xié)同育人的發(fā)展模式。(1)將企業(yè)的一些日常項目與項目式課程結合,提前給學生訓練不同企業(yè)的生產項目,讓學生在學習的同時了解不同企業(yè)的生產內容。(2)在構造模塊化課程群時,將相關實習基地的企業(yè)資源納入其中,聯(lián)同企業(yè)開發(fā)相關課程,比如在新能源課程模塊中納入某光伏企業(yè)的相關生產與工藝發(fā)展情況,某新能源車企目前的技術發(fā)展情況。(3)設置交叉課程,將工業(yè)化與信息化的深度融合在課程體系調整中進行優(yōu)化,在統(tǒng)一大類核心課程的基礎上,縮短方向類課程與技術更新之間的差距。

(三)打破專業(yè)限制,建立多學科交叉的教師培養(yǎng)平臺

圍繞智能制造這一專業(yè),聯(lián)通機械、通信電信、微電子、計科軟件的教師共同進行智能互聯(lián)的培訓,綜合類項目課程由不同專業(yè)的教師共同協(xié)作進行搭建。這就需要先提高教師前沿技術領域的專業(yè)技術水平和實際技能應用水平。近年來我院通過理論課程和實踐課程兩部分來進行教師培訓,理論課程由前沿技術培訓和專業(yè)交叉的知識結構互補性學習兩部分,實踐課程由小組課程設計和企業(yè)項目參與兩部分組成,不斷提高教師學科交叉的水平。

結語

智能制造專業(yè)的發(fā)展對我國制造業(yè)的轉型升級具有重要的影響,該專業(yè)的人才培養(yǎng)、課程結構、實踐體系都需不斷進行調整與修改,從而適應行業(yè)的發(fā)展。目前各地方高校都在整合資源,創(chuàng)新機制,探索更好的教育途徑和能力培養(yǎng)模式,但還有很多的問題和不足,如何進一步優(yōu)化頂層設計,加強學科交叉建設,突出專業(yè)優(yōu)勢、跟上行業(yè)發(fā)展等。