新工科背景下面向智能制造的工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)探究

王宏立,梁春英,韓 霞,張吉軍,戶春影

(黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 工程學(xué)院,黑龍江 大慶 163319)

0 引言

制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主體,是立國(guó)之本、興國(guó)之器、強(qiáng)國(guó)之基[1]。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),歐美國(guó)家為了搶占制造業(yè)制高點(diǎn),紛紛制定了以智能制造技術(shù)為重要方向的制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略。2012年美國(guó)推出了“先進(jìn)制造伙伴計(jì)劃”,2013年德國(guó)頒布了“工業(yè)4.0”計(jì)劃,同年法國(guó)頒布了“新工業(yè)法國(guó)”戰(zhàn)略,日本出臺(tái)了“再興戰(zhàn)略”等[2]。我國(guó)為了加快制造強(qiáng)國(guó)建設(shè),2015年正式發(fā)布了“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略計(jì)劃,其指導(dǎo)思想中強(qiáng)調(diào)以推進(jìn)智能制造為主攻方向,完善多層次多類型人才培養(yǎng)體系,實(shí)現(xiàn)制造業(yè)由大變強(qiáng)的歷史跨越[3]。

基于國(guó)家制造業(yè)強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略,為滿足智能制造人才需求,2017年以來(lái),教育部先后下發(fā)了《關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》《關(guān)于加快建設(shè)發(fā)展新工科實(shí)施卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃2.0的意見》等多個(gè)文件,推動(dòng)新工科建設(shè)[4]。新工科要求發(fā)展工程教育新理念、人才培養(yǎng)新模式,助力教育強(qiáng)國(guó)[5]。基于以上背景,高校工科專業(yè)也必須對(duì)現(xiàn)有人才培養(yǎng)模式進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí),加快培養(yǎng)適合于智能制造的工程創(chuàng)新人才。

1 智能制造人才培養(yǎng)面臨的問(wèn)題

1.1 知識(shí)領(lǐng)域過(guò)于單一

智能制造所需掌握的機(jī)械化、自動(dòng)化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等相關(guān)知識(shí),涉及機(jī)械工程、控制科學(xué)與工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等多學(xué)科領(lǐng)域,而現(xiàn)有的工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)領(lǐng)域過(guò)于單一,要么是單一機(jī)械領(lǐng)域,要么是單一電氣領(lǐng)域,缺少跨界、跨學(xué)科、創(chuàng)新性的知識(shí)能力培養(yǎng),專業(yè)課程設(shè)置與智能制造行業(yè)所需適配不夠緊密,造成學(xué)生在企業(yè)工作適應(yīng)性差,上手能力弱,常常感到無(wú)所適從。

1.2 校企合作培養(yǎng)深度不夠

長(zhǎng)期以來(lái),高校各專業(yè)為彌補(bǔ)校內(nèi)實(shí)踐教學(xué)條件、場(chǎng)地、設(shè)備不足等問(wèn)題,一直強(qiáng)調(diào)校企合作,但往往合作方式流于表面,一般僅限于專業(yè)學(xué)生到企業(yè)認(rèn)識(shí)參觀實(shí)習(xí),或聘請(qǐng)企業(yè)工程師到校講課,信息交互時(shí)間短,學(xué)生不能真正了解行業(yè)所需,不能真正參與到企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐,對(duì)于智能制造所涉及的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化技術(shù)等現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)理解甚少,難以實(shí)現(xiàn)校企真正深入融合。

1.3 工程創(chuàng)新欠缺實(shí)踐

“雙創(chuàng)”背景下,各高校普遍設(shè)立了大學(xué)生創(chuàng)新活動(dòng)中心、創(chuàng)客空間、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室等創(chuàng)新基地,組建了創(chuàng)新社團(tuán),但學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)往往沒有真正落到實(shí)處,思維創(chuàng)新能力、動(dòng)手實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)不足,如學(xué)生參加的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目、各類創(chuàng)新競(jìng)賽項(xiàng)目,內(nèi)容往往都是指導(dǎo)教師完成過(guò)的科研項(xiàng)目,學(xué)生照本宣科,思維受限于教師的思維。另外,一些實(shí)物、模型的制造加工,常常由實(shí)習(xí)工廠師傅完成,普通的智能制造加工設(shè)備操作方法學(xué)生沒有機(jī)會(huì)親自動(dòng)手實(shí)踐,創(chuàng)新實(shí)踐能力沒有得到真正提高。

2 智能制造人才培養(yǎng)路徑

2.1 構(gòu)建智能制造的人才培養(yǎng)課程體系

智能制造人才涉及到多個(gè)行業(yè),不僅有產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造、生產(chǎn)管理行業(yè),還涉及物流運(yùn)輸、銷售服務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)等。面向智能制造培養(yǎng)的人才要求其具有較好的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力,因此對(duì)于高校各相關(guān)專業(yè)人才培養(yǎng),應(yīng)考慮重構(gòu)培養(yǎng)方案及課程體系,與智能制造國(guó)家發(fā)展大方向及時(shí)代所需相吻合。

調(diào)研東北地區(qū),特別是黑龍江墾區(qū)農(nóng)機(jī)制造企業(yè)對(duì)智能制造人才的需求,重新梳理各學(xué)科課程的內(nèi)在聯(lián)系,打破學(xué)科壁壘,統(tǒng)籌分析知識(shí)支撐與工程能力遞進(jìn)關(guān)系,創(chuàng)新新興課程。以制造為主體,以人工智能、控制系統(tǒng)為支撐,構(gòu)建“學(xué)科基礎(chǔ)課程+核心課程+智能化模塊課程”的課程體系。不同專業(yè)如機(jī)械制造及其自動(dòng)化、交通工程、材料科學(xué)與工程、農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化等專業(yè)均可用此課程體系模式。根據(jù)工程認(rèn)證理念,各專業(yè)分析確定好本專業(yè)畢業(yè)生的能力要求,制定相應(yīng)的培養(yǎng)目標(biāo),確定相應(yīng)的目標(biāo)達(dá)成課程。學(xué)科基礎(chǔ)和核心課程變化較小,容易設(shè)置,重點(diǎn)是各專業(yè)根據(jù)自己的專業(yè)特點(diǎn)和畢業(yè)需求設(shè)置智能化模塊課程。如農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化專業(yè)可設(shè)置智能農(nóng)機(jī)裝備、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、農(nóng)機(jī)智能檢測(cè)技術(shù)等模塊課程,材料科學(xué)與工程專業(yè)可設(shè)置智能材料學(xué)、材料智能成型、智能焊接技術(shù)等模塊課程。

2.2 強(qiáng)化校企合作深度及廣度

2.2.1 共建智能制造創(chuàng)新實(shí)踐基地

實(shí)踐是工程的本質(zhì),實(shí)踐是創(chuàng)新的基礎(chǔ)[6],對(duì)于創(chuàng)新人才的培養(yǎng)更離不開實(shí)踐。因此實(shí)踐基地、創(chuàng)新中心的建設(shè)尤其重要。對(duì)于地方農(nóng)業(yè)院校,實(shí)踐教學(xué)的投入是有限的,為滿足教學(xué)需要,加強(qiáng)產(chǎn)教融合,與相關(guān)企業(yè)共建智能制造創(chuàng)新實(shí)踐基地非常必要。學(xué)校對(duì)于實(shí)踐基地的建設(shè),采取“立足校內(nèi)、拓寬校外”的指導(dǎo)方針,可有效緩解建設(shè)經(jīng)費(fèi)緊缺的問(wèn)題。

通過(guò)多年積累沉淀,開拓與企業(yè)合作的深度和廣度,共建校內(nèi)智能制造創(chuàng)新基地。黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)工程學(xué)院通過(guò)產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目、中西部高校建設(shè)項(xiàng)目、重點(diǎn)領(lǐng)域校企合作項(xiàng)目等建設(shè)了校內(nèi)智能制造實(shí)訓(xùn)中心、農(nóng)機(jī)綜合培訓(xùn)基地。智能制造實(shí)訓(xùn)中心包括與嘉興鷹華智能科技有限公司合作建立的激光加工實(shí)驗(yàn)室、與沈陽(yáng)機(jī)床股份有限公司合作建立的智能制造實(shí)驗(yàn)室、與哈工海渡工業(yè)機(jī)器人有限公司合作建立的機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室、與大慶多維時(shí)空科技有限公司建立的增材創(chuàng)新制造實(shí)驗(yàn)室等。農(nóng)機(jī)綜合培訓(xùn)基地包括與愛科(中國(guó))投資有限公司聯(lián)合創(chuàng)建的農(nóng)機(jī)智能裝備實(shí)驗(yàn)室,與北大荒農(nóng)墾集團(tuán)尖山農(nóng)場(chǎng)、濃江農(nóng)場(chǎng)等有限公司創(chuàng)建的協(xié)同創(chuàng)新聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室。校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地的建設(shè)由學(xué)校規(guī)劃場(chǎng)地,合作企業(yè)進(jìn)行設(shè)備建設(shè)及技術(shù)培訓(xùn),實(shí)現(xiàn)產(chǎn)教融合、多學(xué)科能力培養(yǎng)。以學(xué)校為主體的實(shí)訓(xùn)基地建設(shè),充分發(fā)揮了高校強(qiáng)大的科研實(shí)力和師資隊(duì)伍優(yōu)勢(shì),辦學(xué)硬件條件實(shí)現(xiàn)提升。

為最大程度與真實(shí)生產(chǎn)場(chǎng)景吻合,認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、專業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)選擇在生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行,為此建立了眾多校外實(shí)踐教學(xué)基地。如與北大荒集團(tuán)建三江、紅興隆、寶泉嶺等6個(gè)分公司開展墾校合作,建立了寒地水稻產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院、產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展創(chuàng)新研究院及大學(xué)生實(shí)習(xí)實(shí)踐基地,在農(nóng)機(jī)作業(yè)自動(dòng)導(dǎo)航、農(nóng)機(jī)作業(yè)全程智能化、無(wú)人農(nóng)場(chǎng)等方面為學(xué)生提供全方位智慧綠色農(nóng)業(yè)體驗(yàn)。

2.2.2 共建“3+1”校企合作育人模式

智能制造相關(guān)技術(shù)作為新興技術(shù),發(fā)展更新較快。學(xué)校的實(shí)踐教學(xué)環(huán)境很難與企業(yè)真實(shí)的生產(chǎn)環(huán)境完全契合,學(xué)生缺少企業(yè)真實(shí)項(xiàng)目實(shí)操機(jī)會(huì)。這會(huì)導(dǎo)致人才知識(shí)能力的培養(yǎng)與企業(yè)真實(shí)需求存在差距,就業(yè)優(yōu)勢(shì)不明顯。針對(duì)學(xué)校人才培養(yǎng)重理論教學(xué)輕實(shí)踐操作、重學(xué)校學(xué)習(xí)輕社會(huì)企業(yè)教育的現(xiàn)象,與企業(yè)探討合作育人新模式。黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)工程學(xué)院在與佳木斯電機(jī)股份有限公司、上海埃維汽車技術(shù)股份有限公司、北京尚觀科技有限公司、甲骨文(哈爾濱)實(shí)訓(xùn)基地等企業(yè)在多年合作的基礎(chǔ)上,探索求新,形成“3+1”校企合作開放辦學(xué)培養(yǎng)模式,企業(yè)由單純的用人單位晉升為聯(lián)合培養(yǎng)單位?！?+1”聯(lián)合培養(yǎng)模式,就是企業(yè)提出知識(shí)所需,學(xué)校和企業(yè)共同制定培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)方案,協(xié)商課程設(shè)置,共同實(shí)施培養(yǎng)過(guò)程。學(xué)生在學(xué)校完成前3個(gè)學(xué)年的理論課程學(xué)習(xí),大四學(xué)年在企業(yè)內(nèi)進(jìn)行課程學(xué)習(xí)及實(shí)踐。企業(yè)內(nèi)所學(xué)相關(guān)課程可與校內(nèi)設(shè)置課程進(jìn)行學(xué)分置換,畢業(yè)設(shè)計(jì)等任務(wù)可在企業(yè)第二導(dǎo)師的指導(dǎo)下,完成與企業(yè)生產(chǎn)相關(guān)聯(lián)的課題,學(xué)生畢業(yè)后可直接進(jìn)入企業(yè)工作。該培養(yǎng)方式,學(xué)生在學(xué)習(xí)期間就有了工作意向,企業(yè)節(jié)省了新員工崗位培訓(xùn)的時(shí)間和資金,學(xué)校省去了實(shí)踐教學(xué)資源的投入,就業(yè)率也得到提高,實(shí)現(xiàn)了辦學(xué)質(zhì)量、就業(yè)率雙提升,達(dá)到了校、企、生三方共贏。

“3+1” 協(xié)調(diào)育人模式,使學(xué)生能夠在第一時(shí)間觸摸到企業(yè)的發(fā)展脈搏,通過(guò)在企業(yè)實(shí)踐學(xué)習(xí)鍛煉,將企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)與學(xué)校課堂理論教學(xué)知識(shí)更好地結(jié)合,為以后就業(yè)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)從2016年開始實(shí)施“3+1”培養(yǎng)模式,經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐,現(xiàn)已在農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)電氣化等6個(gè)專業(yè)形成了成熟的培養(yǎng)方案,培養(yǎng)受益學(xué)生達(dá)到400余人。

2.2.3 強(qiáng)化雙師型師資隊(duì)伍建設(shè)

新形勢(shì)下,高校教師的能力、素質(zhì)跟不上智能制造技術(shù)人才培養(yǎng)的需求,成為制約人才培養(yǎng)發(fā)展的瓶頸。為提高教師隊(duì)伍的綜合業(yè)務(wù)素質(zhì),特別是提高青年骨干教師的實(shí)踐能力,學(xué)校根據(jù)各學(xué)科、專業(yè)建設(shè)的定位需求,制定了教師隊(duì)伍整體發(fā)展規(guī)劃,采取外引內(nèi)培方式,加強(qiáng)雙師型教師隊(duì)伍建設(shè)。

外引方面,通過(guò)柔性方式引進(jìn)企業(yè)有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的工程師或高級(jí)技師為專業(yè)兼職教師,其明確行業(yè)所需,可將行業(yè)發(fā)展?fàn)顟B(tài)、前沿科技動(dòng)態(tài)引入教學(xué)過(guò)程,學(xué)生深刻領(lǐng)會(huì)企業(yè)是如何生產(chǎn),企業(yè)需求什么,自身哪些方面知識(shí)需加深、加強(qiáng),從而激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力;對(duì)于內(nèi)培方面,教師智能制造方面的理論已經(jīng)比較夯實(shí),但書本知識(shí)和現(xiàn)實(shí)環(huán)境有一定的差距,缺少企業(yè)實(shí)踐,不能做到活學(xué)活用,學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題不一定能得到解決。學(xué)校與機(jī)械制造企業(yè)、科研院所、北大荒集團(tuán)所屬農(nóng)場(chǎng)協(xié)調(diào)合作,建立師資培養(yǎng)基地,開設(shè)骨干教師培訓(xùn)班,參加社會(huì)實(shí)踐鍛煉。以青年教師為培訓(xùn)重點(diǎn),每年開設(shè)培訓(xùn)班2期,培訓(xùn)時(shí)間3個(gè)月。企業(yè)為培訓(xùn)學(xué)員制定訓(xùn)期實(shí)踐計(jì)劃和方案,通過(guò)學(xué)習(xí)實(shí)踐,使青年教師熟悉行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r,提升教師隊(duì)伍自身素質(zhì)和實(shí)踐能力。

2.3 構(gòu)建實(shí)踐創(chuàng)新體系

創(chuàng)新是制造業(yè)發(fā)展的靈魂[3],人才培養(yǎng)重點(diǎn)是培養(yǎng)工程創(chuàng)新實(shí)踐能力。以“工程實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)”為主線,從“工程基礎(chǔ)實(shí)踐”“工程專業(yè)實(shí)踐”“綜合創(chuàng)新實(shí)踐”三個(gè)層次,構(gòu)建“基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、智造方向、科技創(chuàng)新、企業(yè)實(shí)訓(xùn)”四個(gè)平臺(tái),形成“三位一體”實(shí)踐創(chuàng)新培養(yǎng)體系,如圖1所示。該體系強(qiáng)調(diào)知識(shí)的連續(xù)性、銜接性和融會(huì)貫通,并深化與企業(yè)協(xié)同,加強(qiáng)情景化學(xué)習(xí),使理論與實(shí)踐最大程度地交叉融合,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力和職業(yè)素養(yǎng)。

工程基礎(chǔ)實(shí)踐層次中,通過(guò)設(shè)置的專業(yè)認(rèn)知訓(xùn)練、工程訓(xùn)練等課程,使學(xué)生了解本專業(yè)涉及的學(xué)科領(lǐng)域,了解生產(chǎn)安全規(guī)范、職業(yè)守則,掌握工程基本操作技能,為后續(xù)層次的創(chuàng)新打下實(shí)操基礎(chǔ)。通過(guò)機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、機(jī)械設(shè)計(jì)等專業(yè)基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)及課程綜合設(shè)計(jì),了解機(jī)械部件的設(shè)計(jì)原理、用途功能、實(shí)現(xiàn)的方法途徑,通過(guò)后期的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工裝配,建立起較完整的產(chǎn)品制造流程,鍛煉學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力,培養(yǎng)學(xué)生基本實(shí)踐能力;工程專業(yè)實(shí)踐層次中,通過(guò)設(shè)置的工業(yè)機(jī)器人、智能制造系統(tǒng)、虛擬仿真等實(shí)訓(xùn)課程,使學(xué)生了解智能制造涉及的基本技術(shù)。通過(guò)創(chuàng)新設(shè)計(jì)與加工綜合實(shí)驗(yàn)課程,學(xué)生在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行二維、三維產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì),采用激光切割、數(shù)控加工、3D打印等方法完成零件加工,然后裝配成產(chǎn)品。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)課,可將機(jī)械制圖、工程材料、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、智能制造與數(shù)控技術(shù)等多門課程知識(shí)有機(jī)結(jié)合,初步培養(yǎng)了學(xué)生的綜合實(shí)踐能力;綜合創(chuàng)新能力實(shí)踐層次中,可以通過(guò)學(xué)科競(jìng)賽、大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目、教師科研項(xiàng)目或企業(yè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目來(lái)培養(yǎng)學(xué)生綜合創(chuàng)新能力。在學(xué)校內(nèi),以科技社團(tuán)為依托,以學(xué)科競(jìng)賽、大創(chuàng)項(xiàng)目為抓手,以評(píng)優(yōu)評(píng)先、學(xué)分置換等政策為激勵(lì),鼓勵(lì)絕大多數(shù)學(xué)生參與其中,培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)精神和創(chuàng)新能力。學(xué)校外,通過(guò)科研反哺教學(xué)手段,鼓勵(lì)學(xué)生積極參加教師科研團(tuán)隊(duì),以科研案例為載體,培養(yǎng)學(xué)生科研意識(shí)、科技水平。通過(guò)校企合作計(jì)劃,使學(xué)生參與到制造企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng),通過(guò)企業(yè)真實(shí)案例,完成產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)產(chǎn)教融合,培養(yǎng)學(xué)生解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力,激發(fā)創(chuàng)業(yè)熱情。

3 結(jié)語(yǔ)

在新工科背景下,工程技術(shù)人才創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是高校專業(yè)升級(jí)改造中重要的目標(biāo)。針對(duì)國(guó)家“智能制造”發(fā)展戰(zhàn)略對(duì)創(chuàng)新人才的需求,分析了智能制造人才培養(yǎng)過(guò)程中存在的問(wèn)題,構(gòu)建了人才培養(yǎng)課程體系、實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系,拓展了校企合作的深度及廣度,打造了校內(nèi)、校外智能制造實(shí)踐基地,實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人,為培養(yǎng)具備專業(yè)理論、實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神、人文素養(yǎng)和家國(guó)情懷的創(chuàng)新型智能制造人才提供有益的參考。