地方院校多學(xué)科交叉融合的智能制造人才培養(yǎng)模式探索

倪笑宇 高曉剛 薄佩玉 王新明 李超逸

[摘 要]文章針對(duì)多學(xué)科交叉融合背景下智能制造人才培養(yǎng)與需求的特點(diǎn)，提出了地方院校多學(xué)科交叉融合的智能制造工程人才的培養(yǎng)路徑。從培養(yǎng)模式的研究策略、關(guān)鍵問題、特色創(chuàng)新等方面入手進(jìn)行探討，總結(jié)了此路徑下的研究成果，對(duì)培養(yǎng)具有學(xué)科綜合運(yùn)用能力的復(fù)合型人才具有理論參考價(jià)值和實(shí)踐指導(dǎo)作用。

[關(guān)鍵詞]多學(xué)科交叉融合;智能制造;人才培養(yǎng);新工科

[中圖分類號(hào)]G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1008-7656（2021）05-0056-04

引言

高校新工科建設(shè)，需要學(xué)科之間的交叉融合與協(xié)同創(chuàng)新。學(xué)科之間的交叉融合是指通過不同學(xué)科的有效組合，構(gòu)建新型的學(xué)科體系，是培養(yǎng)具有多學(xué)科知識(shí)理論背景、綜合素質(zhì)高、適應(yīng)能力強(qiáng)的應(yīng)用創(chuàng)新型人才的關(guān)鍵。

對(duì)于多學(xué)科交叉融合的人才培養(yǎng)，近年來國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了相關(guān)研究與嘗試。20世紀(jì)末，美國(guó)各大高校提出了大工程觀教育理念;麻省理工學(xué)院建立了60多個(gè)跨學(xué)科研究中心和實(shí)驗(yàn)室;哈佛大學(xué)設(shè)立了合作基金，用于跨學(xué)科的發(fā)展。北京大學(xué)等國(guó)內(nèi)一流高校分別成立了“前沿交叉學(xué)科研究院”“交叉學(xué)科學(xué)部”“交叉學(xué)科理論研究中心”等，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)高校對(duì)“多學(xué)科交叉融合”方式的探索[1，2]。

以上經(jīng)驗(yàn)從形式和內(nèi)容上進(jìn)行了探索，但對(duì)于地方院校多學(xué)科交叉融合的智能制造工程人才培養(yǎng)路徑的研究不多，文章就此展開探索。

一、現(xiàn)實(shí)意義

制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主體，隨著新一代信息技術(shù)和制造業(yè)的深度融合，智能制造開啟了第四次工業(yè)革命，將成為國(guó)家未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基石。因此，培養(yǎng)復(fù)合型智能制造工程人才對(duì)社會(huì)發(fā)展具有重要意義。

智能制造工程具有綜合性、交叉融合性等特點(diǎn)，涉及學(xué)科范圍廣泛，與“新工科”建設(shè)要求高度契合。目前，本科階段工程教育學(xué)科之間壁壘較多，工程人才學(xué)科領(lǐng)域單一的知識(shí)體系，難以適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)、新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，多學(xué)科交叉融合對(duì)于人才培養(yǎng)尤為重要，多學(xué)科交叉融合的教育形式已成為全球高等教育發(fā)展的趨勢(shì)，將進(jìn)一步提高工程教育質(zhì)量[3，4]。

探索多學(xué)科交叉融合的智能制造人才培養(yǎng)模式，可以造就一大批多樣化、創(chuàng)新型卓越工程科技人才。第一，可以培養(yǎng)制造類學(xué)生綜合設(shè)計(jì)思維、工程思維，提升跨學(xué)科交叉融合能力、協(xié)同創(chuàng)新能力、溝通協(xié)商能力和工程領(lǐng)導(dǎo)力;第二，可以有效加強(qiáng)不同學(xué)科教師的信息交互、資源共享和技術(shù)融合，提高教師的學(xué)科交叉融合技能和知識(shí)體系素養(yǎng);第三，優(yōu)化高校科研人員組成格局，全面提升不同學(xué)科的創(chuàng)新能力，為高校綜合發(fā)展提供理論基礎(chǔ)與技術(shù)支持[5，6，7]。

二、研究策略

隨著“中國(guó)制造2025”的實(shí)施，智能制造已經(jīng)成為我國(guó)未來工業(yè)發(fā)展的重要方向。為此，國(guó)家需要智能制造相關(guān)方面的技術(shù)人才。

智能制造工程涉及機(jī)械、電子、信息、計(jì)算機(jī)等多個(gè)學(xué)科與技術(shù)領(lǐng)域，是工業(yè)發(fā)展與學(xué)科融合的必然產(chǎn)物，學(xué)科綜合性強(qiáng)，專業(yè)覆蓋面廣，是多學(xué)科交叉融合的典型代表。新工科時(shí)代，地方院校作為培養(yǎng)復(fù)合型人才的主陣地，需要適應(yīng)國(guó)家產(chǎn)業(yè)變革和新工科建設(shè)發(fā)展，培養(yǎng)多學(xué)科交叉融合的智能制造人才[8，9]。

本文采用以下策略探索多學(xué)科交叉融合的智能制造人才培養(yǎng)模式。

（一）分析智能制造工程專業(yè)群的現(xiàn)狀與特點(diǎn)，總結(jié)人才培養(yǎng)過程中出現(xiàn)的主要問題，探討多學(xué)科交叉融合培養(yǎng)人才的必要性。

（二）在新工科建設(shè)與工程教育認(rèn)證的大背景下，以多學(xué)科交叉融合為核心，以培養(yǎng)學(xué)生工程綜合能力為主線，優(yōu)化現(xiàn)有課程，建設(shè)智能制造類課程體系，構(gòu)建“通識(shí)教育+專業(yè)教育+交叉融合實(shí)踐”的多位一體人才培養(yǎng)模式。

（三）探索基于多學(xué)科交叉融合的新型教學(xué)方法及培養(yǎng)路徑，構(gòu)建智能制造工程學(xué)科群。

（四）建設(shè)基于多學(xué)科交叉融合研究平臺(tái)，搭建產(chǎn)學(xué)研培養(yǎng)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，加強(qiáng)學(xué)科交叉與融合下的專業(yè)實(shí)踐，充分發(fā)揮教師科研項(xiàng)目與學(xué)生綜合性社團(tuán)的輔助作用，進(jìn)行多學(xué)科交叉融合人才培養(yǎng)的實(shí)踐教育。

（五）以智能制造相關(guān)專業(yè)為例，建立人才培養(yǎng)效果評(píng)價(jià)制度，進(jìn)行培養(yǎng)效果的對(duì)比。加強(qiáng)對(duì)培養(yǎng)成果的收集、總結(jié)和反饋，不斷迭代新思路和新方法，構(gòu)成培養(yǎng)路徑閉環(huán)控制，保證人才培養(yǎng)質(zhì)量。

三、關(guān)鍵問題

在探索過程中，筆者以河北建筑工程學(xué)院相關(guān)工科專業(yè)為例，嘗試解決以下關(guān)鍵問題。

（一）優(yōu)化現(xiàn)有課程體系，構(gòu)建多學(xué)科交叉融合的智能制造課程體系

以立德樹人為引領(lǐng)，以“交叉與融合”為主要途徑，優(yōu)化課程體系，采用模塊化進(jìn)行設(shè)置，注重課程之間知識(shí)的銜接，增加跨學(xué)科種類的選修課，提高選修課的廣泛性，增加學(xué)生選擇的自由度，如增加信息類選修課、制造類選修課、人工智能類選修課等。推進(jìn)智能制造課程群建設(shè)，強(qiáng)化多種優(yōu)勢(shì)專業(yè)課程間的橫向交叉和融合，在新興、交叉學(xué)科方面培育出新的專業(yè)課程，如計(jì)算機(jī)視覺、機(jī)器深度學(xué)習(xí)、數(shù)字孿生等。前兩年以基礎(chǔ)課程和本專業(yè)課程為主，夯實(shí)工科專業(yè)基礎(chǔ)，后兩年以專業(yè)核心課和多學(xué)科交叉專業(yè)選修課為主，提升專業(yè)的相融相通性。在大四階段，學(xué)校相關(guān)專業(yè)開設(shè)了如機(jī)電一體化、機(jī)器人工程、數(shù)控技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)、人工智能基礎(chǔ)等課程。

（二）優(yōu)化專業(yè)特色，搭建“智能制造工程學(xué)科群”，凸顯多學(xué)科交叉融合

改造升級(jí)傳統(tǒng)工科專業(yè)，以機(jī)械制造工程為出發(fā)點(diǎn)，積極尋找各專業(yè)的“智能化”方向共同點(diǎn)，以工程化為紐帶，逐步實(shí)現(xiàn)多學(xué)科交叉融合，挖掘工程案例，解決復(fù)雜工程性問題，驅(qū)動(dòng)多學(xué)科共同發(fā)展。河北建筑工程學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化、信息與計(jì)算科學(xué)、電氣工程及其自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)四個(gè)專業(yè)是省級(jí)一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)，利用他們各自的專業(yè)優(yōu)勢(shì)與特色，搭建智能制造工程學(xué)科群，促進(jìn)學(xué)科交叉融合，培養(yǎng)智能制造人才，同時(shí)實(shí)現(xiàn)從學(xué)科導(dǎo)向轉(zhuǎn)向產(chǎn)業(yè)需求導(dǎo)向、從專業(yè)分割轉(zhuǎn)向跨界交叉融合，如以機(jī)械工程、電氣工程、計(jì)算機(jī)工程中的交叉工程為案例;以航天航空制造、超級(jí)工程、流水線工廠為案例，培養(yǎng)智能制造人才。

（三）構(gòu)建多學(xué)科交叉融合的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，加強(qiáng)學(xué)科交叉與融合下的專業(yè)實(shí)踐

構(gòu)建“虛擬仿真+實(shí)驗(yàn)平臺(tái)+工程平臺(tái)”的多學(xué)科交叉融合工程化平臺(tái)，將課堂知識(shí)成果有效轉(zhuǎn)化，如搭建“智能制造虛擬仿真平臺(tái)+工業(yè)4.0桌面級(jí)自動(dòng)化生產(chǎn)線+領(lǐng)克張家口汽車工廠”工程化教學(xué)平臺(tái);組建多學(xué)科交叉創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)，如機(jī)械學(xué)院的機(jī)電裝備創(chuàng)新設(shè)計(jì)與智能運(yùn)維技術(shù)創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì);鼓勵(lì)交叉學(xué)科科研課題的研究，產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合發(fā)展交叉學(xué)科，例如設(shè)立領(lǐng)克汽車張家口工廠教學(xué)科研實(shí)踐基地、沃爾沃張家口發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限公司教學(xué)科研實(shí)踐基地等;利用開放實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目增加學(xué)生參與科研項(xiàng)目研究的機(jī)會(huì)，如機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)室、機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室等;依托學(xué)科交叉融合創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)教師科研項(xiàng)目，加強(qiáng)畢業(yè)設(shè)計(jì)選題的實(shí)用性，提高畢業(yè)設(shè)計(jì)的學(xué)科交叉性，可以讓不同專業(yè)的優(yōu)秀本科生進(jìn)入教師科研項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，分工協(xié)作完成綜合性項(xiàng)目;畢業(yè)設(shè)計(jì)采用綜合性交叉題目，加大學(xué)科之間的交融，采用校內(nèi)導(dǎo)師和企業(yè)導(dǎo)師雙導(dǎo)師制度，拓寬知識(shí)面，提升實(shí)踐性。

四、特色創(chuàng)新

在培養(yǎng)過程中，突出具備新工科建設(shè)與工程教育認(rèn)證雙背景下的工程應(yīng)用特色和跨學(xué)科融合培養(yǎng)人才的模式特色。

在培養(yǎng)理念上緊跟時(shí)代與教育發(fā)展步伐，凝練學(xué)科方向，更新教育教學(xué)理念。

在培養(yǎng)方法上采用“交叉融合式”的教學(xué)設(shè)計(jì)與方法，將“產(chǎn)學(xué)研”“做中學(xué)”“綜合體”融入教學(xué)過程。優(yōu)化課程組織模式，將不同學(xué)科知識(shí)進(jìn)行整合，建立跨學(xué)科交融的智能制造人才培養(yǎng)新型組織體系。

在培養(yǎng)平臺(tái)上依托教師實(shí)際科研項(xiàng)目與學(xué)科競(jìng)賽，加強(qiáng)學(xué)科之間的交流、交叉融合，打破學(xué)科壁壘，突破學(xué)科定勢(shì)，構(gòu)建智能制造工程多學(xué)科交叉融合跨界體系與交流平臺(tái)。

在培養(yǎng)評(píng)價(jià)上建立多學(xué)科交叉融合人才培養(yǎng)評(píng)價(jià)機(jī)制，對(duì)人才培養(yǎng)效果及時(shí)跟蹤反饋，構(gòu)成人才培養(yǎng)模式閉環(huán)控制。

五、研究成果

以河北建筑工程學(xué)院智能制造相關(guān)專業(yè)為示范目標(biāo)，在本校相關(guān)專業(yè)逐步探索研究，形成相對(duì)成熟的培養(yǎng)路徑后，由點(diǎn)及面，將培養(yǎng)多學(xué)科交叉融合的工程人才路徑方法推廣到全校其他工科類專業(yè)，順應(yīng)國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略與工程教育的發(fā)展趨勢(shì)，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量，滿足社會(huì)的發(fā)展需求[10]。

在機(jī)械電子工程、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化、車輛工程、電氣工程及其自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)與儀器、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等智能制造相關(guān)工科專業(yè)及學(xué)科群，學(xué)校在3年時(shí)間里共培養(yǎng)智能制造工程人才近300人、優(yōu)秀工科青年教師15人，多次獲得智能制造類、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類學(xué)科競(jìng)賽獎(jiǎng)，如在2019年“全國(guó)三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽”中獲得省賽特等獎(jiǎng)，在2020年“中國(guó)智能制造挑戰(zhàn)賽”中獲得自由探索賽項(xiàng)省賽一等獎(jiǎng)，在2020年“全國(guó)三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽”中獲得省賽一等獎(jiǎng)，在2020年河北省大學(xué)生“調(diào)研河北”社會(huì)調(diào)查中獲得省賽一等獎(jiǎng)，獲得2020年全國(guó)應(yīng)用型人才綜合技能大賽國(guó)賽三等獎(jiǎng)，在2021年“河北省大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力大賽”中獲得省賽一等獎(jiǎng)，在2021年“中國(guó)智能制造挑戰(zhàn)賽”中獲得協(xié)作機(jī)器人賽項(xiàng)省賽二等獎(jiǎng)，榮獲第六屆河北省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)年會(huì)創(chuàng)新學(xué)術(shù)作品省賽特等獎(jiǎng)。

組建學(xué)生綜合類社團(tuán)或創(chuàng)新小組“第二課堂”2個(gè)，如汽車愛好者協(xié)會(huì)、無人機(jī)興趣小組等;入住學(xué)生大創(chuàng)園項(xiàng)目3個(gè)，如微信公眾平臺(tái)的搭建與運(yùn)營(yíng)、5G+智慧互聯(lián)3D打印、健心平臺(tái)等。

獲批省部級(jí)、市廳級(jí)教學(xué)研究項(xiàng)目3項(xiàng)。獲批各級(jí)別大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目近20個(gè)，如共協(xié)式超聲波消毒定位機(jī)器人、面向冬奧會(huì)等大型賽事活動(dòng)安保的智能折疊護(hù)盾設(shè)計(jì)研究、智能搬運(yùn)機(jī)器人、果蔬分揀機(jī)器人、側(cè)式電動(dòng)扳手等。

聯(lián)合企業(yè)申報(bào)教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目2個(gè)，如與北京博創(chuàng)智聯(lián)科技有限公司聯(lián)合申請(qǐng)的新工科機(jī)械類教師專業(yè)化發(fā)展機(jī)制研究、與北京昊科世紀(jì)信息技術(shù)有限公司聯(lián)合申請(qǐng)的新工科機(jī)械類教師發(fā)展機(jī)制研究等。指導(dǎo)本科生多學(xué)科交叉融合畢業(yè)設(shè)計(jì)40～50個(gè)，如新能源智能防疫多功能小車、智能小型除雪機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。

六、結(jié)語(yǔ)

文章探討了多學(xué)科交叉融合智能制造人才的培養(yǎng)模式與路徑，制定了研究策略，嘗試解決培養(yǎng)過程中的關(guān)鍵問題，取得了初步的研究成果，對(duì)地方院校培養(yǎng)具有學(xué)科綜合運(yùn)用能力的復(fù)合型人才具有理論參考價(jià)值和實(shí)踐指導(dǎo)作用，為推動(dòng)我國(guó)工程類專業(yè)新工科人才培養(yǎng)作出積極探索。

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[作者簡(jiǎn)介]倪笑宇，河北建筑工程學(xué)院副教授，碩士，研究方向：工科高等教育教學(xué);李超逸，河北建筑工程學(xué)院講師，碩士，研究方向：大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育;高曉剛，河北建筑工程學(xué)院講師，博士，研究方向：焊接科學(xué)與技術(shù);薄佩玉，河北建筑工程學(xué)院講師，碩士，研究方向：大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育;王新明，河北建筑工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)師，碩士，研究方向：機(jī)械制造加工實(shí)踐教學(xué)。

[責(zé)任編輯 肖志明]