基于智能制造的材料成型及控制工程優化研究

郜一帆

（西北工業大學，西安710072）

0 引言

在“中國制造2025”戰略背景下，智能制造技術飛速發展，對該領域人才提出更高要求。材料成型與控制工程專業作為智能制造學科的關鍵內容，受到社會各界的高度重視。但是，該專業的建設現狀不夠樂觀，在建設目標、人才培養、教學體系與科研人才等方面存在不足，需要通過教育改革完善教學課程體系，滿足高端人才的培養需求。

1 材料成型與控制工程專業建設現狀

該門課程主要包括壓力加工、焊接、模具設計與鑄造等內容，在教材編制方面也以上述內容為中心。但受到歷史因素影響，教材編制問題逐漸暴露出來。在上世紀80 年代，國內許多院校的熱加工專業開始朝著材料類專業發展，金屬材料學科被納入材料學科中，而鑄造、煅燒、焊接專業則被歸入機械學科。因學科建設發生改變，在教材編制中的內容交叉、重復、滯后等問題普遍存在，對專業建設產生較大阻礙作用，具體如下：

1.1 改革目標不明確

因我國該專業起步較晚，相關理論研究不夠充足，在此基礎上開展的改革工作目標不夠明確、方向不夠清晰，常常是一邊研究一邊試點，在不斷探索中積累經驗。各大院校教改立項中，課題組主要由不同學科學者構成，不但缺乏相關學科的研究者，甚至連理論工作者也很少參與。在缺乏理論指導的背景下，該專業改革較為盲目，成果也無法達到預期目標。在理論層面上看，教材建設較為混亂，一些劣質教材在市場上魚目混珠，部分教師為了評職稱，隨意拼湊復制教材，學術委員會也沒有成立專門的考核組進行核對。從整體來看，該專業建設未能形成統一價值觀，教材選擇與編制不夠合理，改革成效難以預料。

1.2 人才培養偏離目標

在現代化建設之下，原本單一技術人才逐漸無法滿足社會新需求，要求人才具備綜合能力，能夠適應不同產業部門、生產力水平。在冶金、機械、電器等支柱產業中，已經從原本只需要焊接、鍛壓、鑄造的單一人才轉變為具備自控能力、掌握成型工藝的綜合人才。在該專業建設中，要求人才與現代工業發展需求相符合，以汽車制造、模具制造、電器制造行業為導向，培養更多從事成型設備、自動控制的綜合人才，此類人才的知識結構更合理、接觸領域更寬，且具備較強的綜合素質與適應能力。但是，根據當前大部分專業培養方案來看，無論是科研院校還是普通高校，均將培養目標設定為“高級技工人才”，該項目標難以滿足市場新需求，也阻礙了院校特色發揮。因不同院校該專業的形成基礎有所區別，在人才培養規格要求上參差不齊，部分院校仍然沿用傳統模式，只做簡單的改動，缺乏對專業內涵與發展前瞻性的把控，因此雖然表面繁榮，但內在空虛，人才培養與市場相脫節[1]。

1.3 教學體系不完善

與其他專業相比，該專業起步較晚，在教學體系方面仍有許多不完善之處，具體如下：一是實踐教學蘊含在理論教學之中，尤其是課程實驗具有操作性、驗證性特點，單一的理論教學無法鍛煉學生創新與實踐能力；二是實踐型教師短缺，且理論素養較低；三是實踐課與理論課兩張皮，理論教師不負責實踐活動開展；四是校外實習基地短缺，學生參與校外實訓常常走馬觀花，流于形式，缺乏實效性；校內實訓內容單一，無法滿足學生專業知識學習需求，導致其理實學習均難以達到理想成效。

1.4 科研人才缺失

該專業建設與改革離不開人才支持，但是當前該專業的科研人才存在較大缺口，師資隊伍整體素質不高，尤其是實踐型教師更是少之又少，直接影響實踐類課程的開展。在教師隊伍中，老齡化趨勢顯著，青年教師與骨干教師數量較少，“雙師型”教師培育力度不足。該專業改革要求教師掌握較強的計算機操作能力、自動控制能力等等，年老教師的學習能力降低，甚至存在排斥心理，影響教師隊伍整體信息素養提升，相關專業專家與學者引入不足，這些都導致該專業建設面臨較大阻礙[2]。

2 材料成型與控制工程改革優化措施

在高校轉型與專業改革背景下，要求教師明確改革目標與思路，對專業人才培養模式進行創新，積極更新和完善理實課程體系，并重視科研團隊建設。在新一輪的培養方案制定中，將智能制造、增材制造等課程引入其中，通過分方向課程體系，全方位的拉近學生與企業間的距離，使學生的實踐能力與職業競爭力得到全面提升，同時也促進該專業的創新發展。

2.1 明確改革目標與思路

該專業的改革目標為：探究智能增材技術對人才培養的新要求，豐富和完善現有課程體系，優化教學內容；促進傳統材料成型信息化、數字化作業；引入人工智能新技術，明確現有專業改造升級新方向，構建新型課程體系。在改革內容方面，明確該專業人才培養要求；構建專業課程體系，根據現實需求增設新課程模塊與方向方向；編制智能增材課程綱要，合理選擇教材，對教學課件與教案進行編寫。在專業建設方面，應朝著特色化的方向轉變，結合以往辦學經驗，構建帶有獨特性的專業，并貫徹落實到教育目標、課程體系與師資建設等方面，通過開展教學改革提高質量，培養全能型人才。由于該專業具有特殊性，在專業建設時應堅持服務原則，以創建特色專業為目標，為社會培養更多高級人才，取得理想的改革成效。

2.2 創新專業人才培養模式

在改革過程中，該專業逐漸形成特殊培養模式，即“2+1+1”模式。在學生培養的前兩年，將重心放在理論知識與科學人文方面，當學生進入大三后，學校會讓學生自行選擇專業發展方向，再有針對性的開展專業基礎教育，傳授材料加工相關知識。對于大一、大二學生，主要嚴抓基礎知識學習，為后續學習夯實基礎；對于大三學生來說，可根據自選方向進行轉向技能訓練，可選專業有液態成型、模具設計、焊接成型等等。從某種程度來講，此類培養模式的開展可拓展學生知識領域，改變原本培養模式，促進大三、大四學生深入學習和理解該專業知識，教學平臺更加寬闊靈活，可為學生營造更多學習與發展空間。將該模式應用到專業實驗、實訓環節中，以畢業設計為載體，開展課外實踐類課題。對實驗與課程內容進行設計，由此構成理想的培養方案，在實習過程中促進學生實踐能力提升[3]。

2.3 完善教學課程體系

2.3.1 教學課程改革

首先，精簡教學內容與學時，使學生擁有更多時間在實驗室、生產一線動手操作、動腦思考、開拓創新。其次，結合院校與專業特點優化學生知識結構。在課程設置方面，應以智能制造為特色進行人才培養，增設三個專業方向，即先進制造、先進成型與質量控制；增設智能制造課程、增材制造課程、微納制造課程等模塊，促進學生的個性化發展。最后，要做好調研工作，吸取兄弟院校同一專業的精華，聯系實際情況，將自身優勢發揮出來，構建與自身特點相符的人才培養體系。例如，在教學規劃中以注塑模具、沖壓模具與相關課程為主線，在實習中發揮基地優勢，了解典型石油機械設備的成型方式，形成該專業獨有的風格。通過壓縮總體學時、擴大選修類別，歸還學生主體地位，使學生創新意識與能力得到充分發揮。

2.3.2 實驗課程體系改革

該體系構建可將實驗與課程相分離，構建出相對獨立的實驗體系，該體系可分為三種類型：一是專業基礎類，此類實驗是以原本實驗為基礎，例如金相試樣制備、金屬與合金平衡組織等等，將實驗從理論課程中抽離出來，促進學生動手能力提升；二是技能培養類，在原本實驗組合基礎上，不同專業均可設計此類實驗，促進學生專業技能培養；三是綜合類實驗，此類實驗目標在于引導學生自行查閱相關文獻，綜合看待所學知識，并自行設計完成實驗。

2.3.3 實訓基地建設

實踐開展的目標在于鍛煉其動手能力，校外實習以參觀為主，親自動手的機會較少。對此，院校應與校外相關企業建立合作關系，共同建設實習實訓基地，彌補以往參觀學習存在的不足，促進學生實踐技能提升。此外，以原本實驗室為基礎，構建帶有創新特點的實踐基地，引導學生積極參與大規模實踐活動，將實踐與生產活動緊密相聯，實現產學研一體目標。

2.4 加強師資團隊建設

由于特色專業建設帶有一定復雜性，需要在建設中重視師資隊伍培養，鼓勵更多教師主動參與教學改革中，結合當前市場人才需求，及時調整教育理念。從學科建設、專業優化、辦學條件等方面著手，構建強健穩定的師資團隊，提高整體師資素養。為了改善師資老齡化問題，應重視青年優秀教師的培養，通過傳、幫、帶等方式，傳授其教學經驗，還要鼓勵青年教師樹立終身學習意識，不斷提高自身專業素養；院校還可與相關知名企業建立合作關系，拓展“雙師型”教學隊伍。此外，還應不斷提高科研能力，促進科研成果轉化，使其變成教學資源，這也是該專業改革的重點所在。這就要求教師團隊具備較強的科研力量，能夠承接更多科研項目，例如液態形成技術、功能材料性能等等，將科研與教學緊密結合起來，為該專業發展提供強有力的科研助力[4]。

3 結論

綜上所述，在智能制造技術發展下，材料成型與控制工程專業改革成為大勢所趨。各大高校應通過明確改革目標與思路、創新專業人才培養模式、增設智能增材制造類課程、加強師資團隊建設等方式，使改革目標、人才培養、師資力量以及課程體系等方面存在的問題得到有效解決，有效提高學生知識儲備量與應用能力，在就業競爭中更具優勢。