智能制造背景下專業類實驗室建設與人才培養

王海濤, 梅雪松, 許睦旬, 徐學武

(1.陜西省智能機器人重點實驗室，西安 710049；2.西安交通大學 機械工程學院，西安 710049；3.西安交通大學 城市學院，西安 710018)

0 引 言

智能制造作為新型的生產方式，融合了新一代信息通信技術與先進制造技術，貫穿于設計、生產、管理、服務等制造活動的各個環節[1-3]。為深化落實“中國制造2025”戰略，推進制造產業轉型升級，加速實現智能制造，近年來國家加大了對智能制造項目的扶持力度，工業和信息化部在2015～2018年累計公示了“智能制造試點示范項目”4批次306個，在2016～2018年立項培育“智能制造綜合標準化與新模式應用項目”3批次509個。項目涵蓋了眾多制造業領域，不但包括化工、鋼鐵、有色、汽車、機床等傳統制造業產業，還涉及節能環保、新一代信息、生物、新能源、新能源汽車、高端裝備制造和新材料等戰略新興產業。智能制造裝備和先進工藝通過在典型行業中的不斷探索，逐步形成了一些可復制推廣的新模式，然而現行高等教育培養的人才卻難以滿足我國制造業智能化進程的需求，高層次工程科技人才的缺乏嚴重制約了我國智能制造產業的發展[4]。如何培養智能制造領域的工程科技人才，已經成為我國工科院校當前的重要任務和使命擔當。現結合機械工程學院專業類實驗室的建設實踐，探索一種“能力優先、多元支撐、項目驅動、產業協同”的人才培養新模式，促進了產教融合與校企合作，提高了學生實踐能力和創新意識，為專業類實驗室人才培養模式創新提供了有益的借鑒和啟示。

1 當前存在的問題

(1) 人才培養模式單一。系統性、適應性、靈活性較差，面向工程實際的設計與實踐環節嚴重缺失，工程人才培養脫離產業發展的實際需求。當前國內大部分高校專業課程體系的設置與建設嚴重落后于產業需求，未能跟上科技進步和產業發展的變化趨勢做出適時調整，高等教育人才培養體系主要側重于理論傳授與學術前沿探索，致力于培養各類學術型人才，工程教育長期以來處于弱化狀態，應用型人才教育未得到應有的重視，專才教育存在一定程度的缺失[5]，導致我國的工程科技人才培養存在設計訓練缺乏、實踐環節薄弱、課程綜合性實用性不足、單一化和趨同化現象嚴重等問題[6]。同時，由于國家和行業主管部門、企業對工程教育管理的責權利不明確、扶持政策和激勵措施落實不到位，我國工科高校與工業企業、科研院所之間缺乏緊密聯系和有效協作，工程教育的層次規格、人才類型、培養結構與產業發展的實際需求嚴重脫節，有些企業甚至不愿提供實習和見習場所，這樣既不利于工程人才培養質量的持續提升，也不利于產業的健康快速發展[7]。根據世界經濟論壇最新發布的《2017—2018全球競爭力報告》，盡管我國市場規模(第1位)、宏觀經濟環境(第17位)等一級指標具有較好的競爭優勢，但是與人才培養密切相關的高等教育和培訓(第47位)、技術成熟度(第73位)、創新(第28位)等一級指標排名相對靠后，與西方發達國家相比仍存在較大差距[8]。在人才培養的過程中，不僅需要教育行政部門指導和支持高校積極開展工程教育的改革和實踐，而且需要國家產業主管部門、產業組織、企業、科研院所等相關單位做好協調工作。

(2) 師資隊伍結構不合理，“非工化”現象普遍存在。目前我國工科高校教師隊伍中嚴重缺乏既具有較高的學術理論水平又具有豐富的實踐經驗和工程背景“雙師”型教師，絕大多數工科教師是從校門到校門，雖然具有較強的專業理論水平和科研能力，但是缺少工程歷練和產業經驗，缺乏現代化工業企業所需的工程設計、組織管理和生產技術等方面的知識儲備[9]。另外，目前高校教師績效評價、職稱晉升、科技成果獎勵等，多以學術頭銜、人才職稱為目標，以縱向科研項目和文章數量為標準，高校的這種“非工化”“唯學術論”導向背離了工科發展的初衷，導致越來越多的教師遠離工程和產業實踐，去追求理論研究[10]。

(3) 實驗室建設規劃定位不準。資源配置針對性差、效率低，未能充分發揮其在創新型工程科技人才培養中的作用。在管理體制上，不少高校按實驗室類型將不同類型的實驗室劃歸不同職能部門管轄，缺乏一個強有力的機構來統籌規劃實驗室建設和調配實驗室資源，導致優質的實驗室資源不能有效匯聚。在建制模式上，以教學為主的實驗室多數是按課程設置建立單科專業實驗室，專業面過窄，功能單一，既不利于進行跨學科、跨專業實驗，也不利于交叉學科的“協同創新”；以科研為主的實驗室多數是由若干個科研課題組分割資源而形成“單打獨斗”式實驗團隊，與國家重大戰略需求和未來產業發展所需構建的跨學科的大團隊、大平臺相去甚遠[11]。

2 專業實驗室建設規劃與人才培養模式融合

智能制造專業人才多元要素培養體系是指以能力培養、實踐創新、產業需求為目標，以培養學生的綜合能力為核心，依托多元支撐平臺，通過項目驅動、產業協同等方式開展實踐探索。該培養體系圍繞人才培養過程中的目標設定、實踐平臺建設、實踐環節改革、校企協同育人等多個環節進行具體的改革與實踐，充分發揮專業類實驗室的作用，提升專業類實驗室建設與人才培養的契合度，提高人才培養質量。其總體框架如圖1所示。

圖1 智能制造人才多元要素培養體系

2.1 能力優先

創新型工程科技人才應該具備多元合理的知識結構、善于解決實際問題的綜合能力以及良好的品格素質，創新型工程科技人才的構成要素如圖2所示[12]。“能力優先”是指以培養學生的自主學習能力、工程實踐能力、創新能力、環境適應能力等為核心目標，堅持以學生為中心、分類培養、因材施教的原則，創新型工程科技人才的培養應當注重知識結構、綜合能力、品格素質全面協調發展，著力促進通識教育和專業教育、理論教學與實踐教學的相互融合，切實推動知識能力與素質培養的有機結合。

圖2 創新型工程科技人才的構成要素

2.2 多元支撐

“多元支撐”是指基于辦學條件、為實現人才培養目標所建立的多元支撐平臺，包括國家級、省部級、地市級等各級重點實驗室，校級、院級師生教學科研平臺，產業技術創新聯盟，校外實踐培訓基地等。

2.3 項目驅動

“項目驅動”是以提高學生的科技創新精神和創業能力為主要目標，建立“以賽促創”“以項目促創”的能力培養機制，引導學生自主走上科技創新之路。面向工程應用和產業需求，以教師科研項目、大學生創新創業項目、學科競賽以及學生自發創意、自主創新、商機發現項目為驅動[13]，構建成果導向的研學體系，加強專業課程與雙創教育的融合，突出學科、專業、產業協同，使學生在實驗探索中增長知識、在競賽中提升能力、在科研中突破創新。

2.4 產業協同

“產業協同”是采用“學生—教師—企業”三方聯動運行模式，將教師作為學生與企業溝通交流的樞紐，打通產學研各方的交流通道，加強信息反饋，盡量保證專業定位和人才培養目標與企業實際需求相適應，著力推動產教深度融合，實現校企優勢互補、互惠共贏。采用圖3所示的“漸進式”實踐培養模式，通過合理設

圖3 “漸進式”實踐培養模式

置驗證性實驗、綜合設計性試驗、開放創新性實驗、CDIO實驗、創新創業實踐、科研項目訓練等實踐環節來培養學生的動手能力、獨立思考和解決問題的能力、團隊協作能力、工程實踐能力、創新能力，進一步提高學生的綜合素質，使其具備終身學習能力和更好的環境適應能力[14]。

3 實踐與成效

該培養體系目前得到應用，并已初見成效：

(1) 學生綜合素質獲得大幅提升，就業質量穩步提升[15]。在該培養體系實施過程中，大量的實踐案例激發了學生的學習興趣，使他們有目的、有意識地去完善知識結構和提高創新能力，各類實踐項目的圓滿完成使學生具備了一定的綜合工程應用素質和能力。近3年來，有11篇畢業設計(論文)獲“西安交通大學本科生優秀畢業設計(論文)”；學生就業率和就業質量穩步提升，學院學生一次性就業率達到98%以上，被中航工業、中航科工、中核工業、中船重工、中車集團等國家大型裝備制造企業錄用的畢業生數量逐年增多，學生畢業后經過2～3年的鍛煉多數已經成長為技術骨干，人才培養質量得到了企業的普遍好評和認可。學生創新思維和創新能力進一步提升，在全國創新創業大賽、學科競賽等賽事中屢創佳績，在2016年第二屆中國“互聯網+”大學生創新創業大賽獲得金獎，在2017年全國虛擬儀器大賽獲得唯一特等獎，在2018年全國大學生機械產品數字化設計大賽獲得特等獎1項、一等獎5項、二等獎6項，在2018年第八屆全國大學生機械創新設計大賽獲得一等獎12項，二等獎2項，其中5項作品推選進入“中國好設計”大賽。

(2) 推動教師積極開展教改新模式探索與實踐。將科研成果融入教學內容，有效提升了教學效果[16]。在教學改革過程中，重視科研對教學的促進作用，把最新的科研成果帶入課堂中，把最新的知識和信息傳遞給學生，提升了教學的深度和廣度，保證了教學質量的不斷提高，取得了較為豐富的教學成果和經驗，并形成了研究報告、教研論文等多種形式的教學成果材料。相關成果在2017年獲得陜西省教學成果特等獎2項，校級教學成果二等獎1項。

(3) 結合產業實際需求，實現校企協調聯動。機械工程學院以國家對工程人才的需求為導向，緊密結合地方產業特點及轉型升級的需求，依托專業類實驗基地和共建平臺，設立了“高端裝備”“智能制造”“大數據”“機器人”“增材制造”等多個不同的專業方向，優化課程和實踐項目設置，設計了面向產業需求的校企合作實踐教學方案。在哈爾濱、十堰、寶雞、西安等地與10多個企業簽訂了校企合作協議，建立了產學研

一體化的實習實訓基地，探索了人才協同培養模式，構建了人才培養生態鏈，最終形成了校企共建雙贏機制(總體架構見圖4)。

圖4 培養目標、專業方向與支撐條件的關系

4 結 語

針對普通高校在創新型工程科技人才培養方面存在諸多問題，分析給出了若干富有建設性的實施措施，立足行業和地方經濟發展需要，圍繞人才培養目標和學科建設要求，以培養學生的自主學習能力、實踐能力、創新能力為核心，依托多元支撐平臺，采用項目驅動、產業協同等方式，充分利用各類資源，開展相關實驗實踐基地的建設，形成了體系化面向創新型工程科技人才培養的實驗室建設新局面，使智能制造專業類實驗室真正成為人才培養、專業建設、科學研究和社會服務的基地，對高校的相關實驗室建設和人才培養具有一定的借鑒意義。