智能制造背景下應用型本科機械類專業人才培養

[摘要]制造業是國民經濟的基礎，制造業由傳統制造向智能制造發展對高等教育提出了新的要求。文章首先介紹了智能制造的發展對應用型機械類專業人才的挑戰，然后分析了面對智能制造應用型本科機械類專業人才培養現狀，最后闡述了智能制造背景下應用型本科機械類專業人才培養模式改革：圍繞智能制造對應用型人才能力的需求，優化專業人才培養方案；多渠道協同，破解師資與實踐基地瓶頸；改革教學方法，提升教育教學質量；以比賽競賽、考證考級為抓手，強化學生實踐能力。

[關鍵詞]智能制造 應用型本科 機械類專業 人才培養

[作者簡介]吳國興（1964- ），男，上海人，上海師范大學天華學院副校長，教授，碩士；范君艷（1973- ），女，山西壽陽人，上海師范大學天華學院，講師，碩士；樊江玲（1978- ），女，廣西柳州人，上海師范大學天華學院，副教授，博士。（上海 201815）

[課題項目]本文系2016上海市民辦高校重大內涵建設項目“基于智能制造的應用型機械類專業人才培養探索與實踐”的研究成果之一。（項目編號：2016-SHNGE-05NH）

[中圖分類號]G712 [文獻標識碼]A [文章編號]1004-3985（2017）16-0089-04

對于智能制造的定義，各國有不同的表述，但其內涵和核心理念大致相同。在2015年工業和信息化部公布的“2015智能制造試點示范專項行動”中，將智能制造定義為：基于新一代信息技術，貫穿設計、生產、管理與服務等制造活動各個環節，具有信息深度自感知、智慧優化自決策、精準控制自執行等功能的先進制造過程、系統和模式的總稱。智能制造具有以智能工廠為載體，以關鍵制造環節智能化為核心，以端到端數據流為基礎，以網絡互聯為支撐等特征，可有效滿足產品的動態需求、縮短產品研制周期、降低運營成本、提高生產效率、提升產品質量。

智能制造是一種集自動化、智能化和信息化于一體的制造模式，是信息技術特別是互聯網技術和制造業的深度融合、創新集成，是“中國制造2025”的核心。

制造業是國民經濟的基礎，制造業由傳統制造向智能制造發展對高等教育提出了新的要求。機械類專業是我國高校設置最多的專業之一。面對“中國制造2025”，為培養適合智能制造的應用型人才，支撐產業的轉型發展，應用型高校機械類專業必須對原有人才培養模式進行調整與優化。

一、智能制造的發展對應用型機械類專業人才的挑戰

隨著智能制造關鍵技術的不斷應用、傳統制造向智能制造的不斷推進，對從事制造業的應用型機械類專業人才提出了新的挑戰。

1.對工業軟件應用能力的挑戰。智能制造要求在產品全生命周期的每個階段實現高度的數字化、智能化和網絡化，以實現產品數字化設計、智能裝備的互聯與數據的互通、人機的交互以及實時的判斷與決策。工業軟件的大量應用是智能制造的核心與基礎，這些軟件主要有計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）、計算機輔助工藝（CAPP）、企業資源管理（ERP）、制造執行系統（MES）、產品全生命周期管理（PLM）等。機械類專業的學生除了會應用一般的設計與仿真軟件外，還需要掌握智能工廠制造運行管理等信息化軟件。

2.對智能制造關鍵技術應用能力的挑戰。除工業軟件外，工業電子技術、工業制造技術和新一代信息技術都是構建智能工廠、實現智能制造的基礎。應用型機械類專業人才在掌握專業知識與技能的同時，還必須掌握智能制造關鍵技術，以適應未來智能制造崗位的需求。

工業電子技術集成了傳感、計算和通信三大技術，解決了智能制造中的感知、大腦和神經系統，為智能工廠構建一個智能化、網絡化的信息物理融合系統（CPS）。工業電子技術具體包括射頻識別技術（RFID）、定時定位技術、現代傳感技術、現場可編程門陣列技術（FPGA）和廣泛應用的嵌入式技術等。

工業制造技術是實現制造業快速、高效、高質量生產的關鍵，是“中國制造2025”近幾年攻克的重點。工業制造技術包括眾多的先進制造技術，如高端數控加工技術、機器人技術和3D打印技術等。

新一代信息技術主要解決制造過程中離散式分布的智能裝備間的數據傳輸、挖掘、存儲和安全等功能，是智能制造的基礎與支撐。新一代信息技術具體包括下一代通信技術、物聯網、高性能終端和大數據、云計算、云存儲等。

3.對人才角色轉換的挑戰。智能制造改變了制造業的生產方式、人機關系和商業模式，進而改變了人在產品全生命周期中各環節的角色。人機交互以及智能裝備間的對話將會越來越普遍，人在智能制造中的角色將由服務者、操作者變成規劃者、協調者、評估者和決策者，這對人才的職業能力和職業素質提出了更高的要求。

二、面對智能制造應用型本科機械類專業人才培養現狀

德國政府于2013年4月發表“工業4.0”戰略。2014年12月“中國制造2025”概念首次提出，2015年5月《中國制造2025》正式發布。2015年5月13日，在中國工程院、工信部和中科院主辦的“2015智能制造國際會議”上，工信部部長苗圩強調，要將智能制造作為“中國制造2025”主攻方向。智能制造概念的提出及推進時至今日已近四年，然而應用型高校機械類專業在人才培養方面不容樂觀。

1.各校有危機意識，但推進力度參差不齊。面對智能制造的到來、國家的大力推進，各校有危機意識、改革愿望，但推進力度參差不齊。首先，各校普遍認為智能制造還遠未普及。我國制造業大多處于工業2.0水平，部分達到工業3.0水平，因此，我國制造業既要普及工業2.0、補齊工業3.0，又要推行工業4.0，任重而道遠。前幾年還在提先進制造，現在快速轉入智能制造，教師的教育觀念一時還難以轉變。其次，為對接智能制造，必須調整人才培養方案，進行一系列的配套改革與建設，任務艱巨不言而喻。同時，在控制總學分的情況下，必須調整原有課程，這勢必影響教師的切身利益。因此，對智能制造背景下機械類專業人才培養改革形成了“領導急、教師不急，少數人急、大部分人不急”的怪象。

2.師資、基地的不足制約人才培養改革。智能制造涉及的技術面廣，這對高校機械類專業師資與實踐基地提出了新的要求。課題組成員于2016年走訪了江浙滬近30所高校，發現面對智能制造，普遍存在師資力量貧乏和實踐基地缺失的現象，制約了教育教學改革。

智能制造涉及機械、電子、信息、系統管理和人工智能等前沿知識與技術，學科跨度大，而我國高校工科各專業普遍分設于二級學院，雖然建立了學科大平臺，但教學單位的割裂造成技術與師資的割裂，不利于復合型智能制造人才的培養。

3.培養方案有調整，但崗位需求不明確。師資、基地的短板，以及對智能制造核心要素理解的片面，導致高校機械類專業在培養方案的調整上不知道“改”什么、“革”什么、“增”什么。雖然開設了針對智能制造的若干專業方向，在專業選修課上增加了若干智能制造的相關課程，但目標崗位能力需求不明確，沒有充分對接區域經濟發展和產業轉型升級需求，存在“掛羊頭賣狗肉”的現象。

三、智能制造背景下應用型本科機械類專業人才培養模式改革

改革專業人才培養模式是應用型本科機械類專業教育教學改革的當務之急。

1.圍繞智能制造對應用型人才能力的需求，優化專業人才培養方案。面對智能制造的到來，我們應深入思考應用型本科機械類專業人才培養方案改革究竟“改”什么、“革”什么、“增”什么。首先，夯實機械類學科、專業基礎。應用型本科機械類專業要圍繞應用型人才成長必備的學科、專業基礎理論知識，整合教學內容，適度增加計算機和信息技術基礎知識，構建適合智能制造發展方向的機械類專業學科、專業大平臺。其次，以智能制造對應用型人才能力的需求為導向，細分專業方向。智能制造涉及的技術面廣、跨度大，學生要在大學四年中完全學習與掌握是不現實的，也是不可能的。因此，學校應立足區域經濟發展，充分調研智能制造企業對應用型人才能力的需求，抓住核心技術，明確能力培養目標，優化培養方案；處理好“通與專”教學內容，既要保證所有學生對智能制造有一個全面的初步了解，又要細分智能制造領域應用型人才的目標崗位群，針對關鍵技術應用開設不同專業方向。最后，構建以能力培養為主線、四年不斷線的實踐教學體系。應用型人才培養強調“應用性和實踐性”，在構建知識、能力、素質協調發展的理論教學體系的同時，應圍繞智能制造關鍵技術應用和企業對畢業生能力的需求，梳理實踐教學能力培養目標，構建以能力培養為主線、四年不斷線的實踐教學體系。

2.多渠道協同，破解師資與實踐基地瓶頸。要培養智能制造技術人才，師資、基地必須先行。首先，構建大工科平臺。打破工科學科間的界限，有利于綜合師資優勢，打造適合智能制造的教學團隊。其次，內培外聘師資。將有潛力的年輕教師送到其他高校、企業學習急需的知識、技術與技能，使他們回校后能承擔智能制造課程的教學任務；聘請其他高校的優秀教師或企業的技術骨干承擔若干核心課程和技術的教學任務，彌補本校師資的不足，實現每門課程或技術至少有2人以上的教學團隊。再次，校企協同培養智能制造人才。（1）搭建校企合作聯盟。針對不同智能制造企業，選派教師或學生參與企業產品設計、生產、管理和服務等工作，積極推行“工學結合”“現代學徒制”等人才培養模式。（2）校企共建智能制造實踐教學基地。基地可以建在企業，也可以建在校內。最后，外購內改，建設校內實踐基地。各高校現有實習教學設備大多難以滿足智能制造人才培養的需要，可以采取向專業公司購買設備或服務的方式，先解決教學設備“有”的問題，然后組織力量開展對校內離散式實習設備的“智能工廠”改造。

3.改革教學方法，提升教育教學質量。大量知識內容要傳授給學生，需要有效的教學方法。首先，圍繞應用型人才培養特點，積極探索“逐級遞進式項目教學法”。依據教育心理學知識技能遷移的基本原理和學習層次理論，選用CDIO工程訓練模式，圍繞專業核心應用能力的培養，推行“逐級遞進式項目教學法”，對主要專業核心課程設計五個層級的教學項目（如表所示）。通過 “任務引領、項目驅動”，提升學生的學習主動性與積極性。其次，將課堂搬入實訓場所和企業，實現“理實一體、教學合一”。增強課程教學的直觀性，用實物展示或演示代替抽象的書本圖片，實現教學環境與職業環境、教學過程與工作過程的對接，提升專業教學的時效性與實效性。最后，積極探索“現代學徒制”。充分利用所處地域優勢，建立緊密型校企合作企業，通過集中性實踐教學環節、暑期實習和大四畢業實習將學生分散落實在企業。

4.以比賽競賽、考證考級為抓手，強化學生實踐能力。在我國法律法規缺失、大部分企業參與應用技術型人才培養主動意愿不強的情況下，在學生中全面開展考級考證與比賽競賽，不失為加強實踐教學、提高學生實踐能力的有效措施。當前的職業資格考證項目以及技術技能比賽項目都緊跟行業技術技能發展前沿和行業企業人才需求，緊密圍繞運用專業理論知識和技術解決實際應用問題，能有效培養學生的職業能力和創新思維。將考級考證納入教學計劃，與學分掛鉤，必將推動學生對考證考級由被動到主動；鼓勵學生組隊參加校內外的各級各類比賽競賽和考證考級，這樣既能為學校爭取榮譽，也會提高學生學習技術技能的積極性。同時，通過比賽競賽、考證考級可以檢驗實習實訓的教學質量，評估“管、教、學”三方面的成果。

智能制造發展得越快，需要融合的知識就越多，這對于機械類的專業教育是一個難題。面對智能制造的發展，我們必須有強烈的改革意識和時代緊迫感，為“中國制造2025”的實現培養更多卓越的機械類專業人才。

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