新工科背景下智能制造新型人才培養模式探索與思考

李晶 楊立娟 郭艷婕

[摘 要] 加快發展智能制造是培育我國經濟增長新動能的必由之路。培養適應先進制造業發展需求的智能制造專業人才，對于支撐我國邁向制造強國具有重要意義。文章分析了智能制造人才培養與人才需求之間的矛盾與問題，闡述了智能制造新型人才在知識、能力、素養等方面應具有學科交叉復合融通的知識體系，實踐創新能力及工程社會意識等制造業智能轉型的人才新需求，并對高校培養智能制造人才亟待解決的關鍵問題進行了探討。

[關鍵詞] 智能制造;人才培養;課程體系

新一代信息技術、人工智能與先進制造業的深度融合，正在引發深遠的變革。2015年“中國制造2025”出臺，第一次從國家戰略層面對智能制造的發展提出了目標內涵。智能制造的“十三五”發展規劃及《智能制造發展規劃（2016—2020年）》等綱領性文件，統籌部署了國內智能制造發展、全面推進制造業智能轉型的戰略格局。加快發展智能制造，是培育我國經濟增長新動能的必由之路[1]。智能制造技術是在現代傳感技術、網絡技術、自動化技術、擬人化智能技術等先進技術的基礎上，通過智能化的感知、人機交互、決策和執行技術，實現設計過程、制造過程和制造裝備智能化，是信息技術和智能技術與裝備制造過程技術的深度融合與集成[2，3]。面對新形勢新要求，智能化生產線、智能工廠的應用、系統集成、維護技能人才等需求尤為突出[4-6]，我國高校迫切需要瞄準產業需求、強化問題意識、深化教學改革，探索新工科背景下多學科交叉融合的智能制造人才培養模式。

一、智能制造人才培養矛盾與問題

根據工信部2017年《智能制造人才計劃課題研究報告》分析，諸如系統集成、工業軟件、物聯網及務聯網、信息安全等方面的人才培養嚴重不足。新經濟的發展對工程教育提出新挑戰和新要求，為主動布局未來戰略必爭領域人才培養，2017年，教育部正式提出“新工科”計劃，并形成“復旦共識”“天大行動”“北京指南”等綱領文件[7-9]，引導各地各高校開展“新工科”建設的多元探索。2018年，教育部首批四所高校率先開設“智能制造工程”新工科專業，2019年新增備案智能制造工程專業的高校達到了80所[ 10 ]。高等院校需要因地制宜，重新審視傳統工程學科的邊界，加快建設發展新工科，從而形成滿足智能制造發展趨勢的人才支撐體系。

從我國智能制造長遠發展看，重點人才培養仍然欠缺。信息技術與制造技術融合的復合型教育模式未能及時構建起來是高等教育的智能制造人才培養面臨的主要問題之一，傳統的工業制造業需要的是具有簡單基礎知識和實際制造技術的工程師，智能制造則需要具備數字化知識、信息化技術并能將之運用于傳統制造領域的復合型人才。尤其是高等教育要將信息化教育與先進制造業領域應用需求的專業教育融合，探索復合型人才、創新型人才培養的新路徑。原因之二是，現有的大學教育與企業需求、行業需求之間存在明顯的脫節現象，大學發展追求綜合化、大而全的模式一度盛行，培養方案、課程體系、實習實訓等與企業的實際應用差距較大，課程更新慢、針對性差、實踐能力弱，致使畢業生在就業初期需要重新花費很大的精力和時間再學習、再實踐，企業也要進行員工培訓，造成資源浪費、時間浪費、精力浪費。

面對社會經濟發展對智能制造創新型人才的新需求，各高校開展了智能制造新工科專業建設的多元探索。同濟大學立足對德合作的深厚基礎，建立了中德工程學院，著力培養智能制造所需的專業型、跨學科、系統級人才。天津大學在智能制造工程培養方案中，詳細規劃了智能設計、智能制造技術、智能制造系統的核心課程模塊，加強了基礎知識、專業知識、交叉知識、綜合知識的系統建構。上海電機學院創造性地提出“主體協同、過程融通、動態調控”的高素質智能制造新工科人才培養新模式，開展以校為主、政府搭臺、企業融入三位一體協同育人模式的全新實踐探索[ 11 ]。國內這些高校在智能制造創新型人才培養方面的探索與實踐，為其他高校人才培養起到示范和借鑒作用。

二、智能制造工程專業人才新需求

新工業革命推動勞動力與就業需求結構產生重大變化，與傳統制造相比，智能制造對人才在知識、能力、素質等方面均提出了新的要求，尤其需要具有跨界知識結構、綜合素養的創新型工程技術人才，以及能夠開展創新轉化等創業實踐活動的領軍人才。這是在信息物理系統（CPS）下的電子與信息、人工智能方面的知識與技術和傳統制造知識與技術的融合、提升，是對工業制造新發展趨勢的積極適應。

（一）具有學科交叉復合融通的知識體系

智能制造作為一個系統工程，強調數字化設計與制造、智能裝備、智能機器人、物聯網（工業以太網）、人工智能、大數據、云計算等關鍵技術的集成，涉及機械工程、控制科學與工程、計算機科學等多個學科。智能制造人才培養要打破傳統的以單一、單純工科專業教育模式為主，在相關課程的培養目標、課程體系設置等方面，以社會需求為中心，突出學生主體地位，將通信、傳感、控制等基礎知識與制造技術進行融合，實施本、碩、博縱向貫通、構建多元化、交叉式、復合型人才培養的知識結構體系。

（二）具有工程實踐能力和創新能力

智能制造專業人才要能夠融合應用新一代信息通信技術與先進制造技術于研究、開發、設計、生產、管控、運維等智能制造環節，具備跨學科、系統性的綜合專業能力以及較強學習能力的杰出領軍人物、卓越工程師、高素質高技能的勞動者。大規模的智能工廠、生產線、工業機器人、高檔數控機床等一大批高端設備的使用，使智能制造工程師崗位職責變得更加寬廣，不僅只是操作設備，還要懂得維護維修設備、工藝設計、研發等工作。同時，還要擅長使用各類工業化、信息化軟件來分析處理各類復雜數據。因此需要智能制造人才具有較強的工程實踐和解決復雜工程問題的能力。高檔數控機床作為國家戰略級高端裝備以及智能制造工程五類關鍵技術裝備與十大重點集成應用領域之一[ 12 ]，解決高端裝備中關鍵技術問題，更需要有較高專業素質的領軍人才進行技術創新與突破。

（三）具有工程社會意識

資源利用效率偏低，既是中國制造業現在的問題，同時又是面向未來的問題，綠色發展方針是實現制造業可持續發展的必由之路[ 13，14 ]。智能制造工程師應當能夠理解和評價針對復雜工程問題的工程實踐對環境、社會可持續發展的影響，具有工程倫理意識、強烈的社會責任感和人文社會科學素養。對于智能生產線、智能工廠的設計與建設過程中，要踐行綠色設計理念，采用新材料、新結構、新工藝強化節能環保。利用虛擬仿真技術在設備、系統建設前進行充分的優化設計。

三、智能制造創新型人才培養關鍵問題

（一）確定智能制造專業人才培養目標

對智能制造這樣的新專業，人才培養目標要有新認識。智能制造人才培養目標，要面向“中國制造2025”的國家重大需求，面向未來科技、產業和社會發展，培養具有國際競爭力的科技領軍潛質人才和具有跨界整合能力的工程技術人才。智能制造專業的畢業生既要掌握智能制造工程領域的基礎理論、專業知識及多元知識，同時要熟悉智能制造工程領域的前沿技術，能夠解決復雜的工程問題。

（二）構建融會貫通的智能制造課程群，優化課程體系

圍繞智能制造人才培養目標，構建智能制造課程體系，把握本、碩、博縱向貫通、多學科橫向交叉的知識體系。目前，國內已有部分高校新設了智能制造本科專業，但對于多數高校，尤其是研究性大學，已具有較成熟的機械、電子工程專業，通過對既有專業升級改造，同樣可以培養智能制造專業人才，這也符合“新工科”建設精神。智能制造對學科融合提出了更高的要求，深入研究信息技術與機械工程專業相融合，突破機械類、電子類學科界限，將原機械工程專業各課程進行刪減，同時補充工業網絡控制、自動化系統集成技術，凸顯智能化與網絡化。根據學校優勢和專業特色，構建培養學生不同能力的智能制造專業模塊課程群，所有能力模塊課程群都以支撐專業人才培養目標的達成為目的，將培養目標逐步落實到不同課程和教學環節中。

（三）推進教學模式、教學方法創新

深化教育教學與信息技術深度融合，促進優質教育資源應用與共享。運用虛擬現實技術開展虛擬仿真教學。虛擬仿真教學利用虛擬仿真技術，構建虛幻的條件與場景、逼真的操作對象、靈活多樣的互動環節及學習內容[ 15 ]，有效拓展實驗教學內容的廣度和深度、延伸實驗教學的時間和空間、提升實驗教學的質量和水平。運用多媒體、互聯網、人機交互等技術，開展翻轉課堂、慕課、混合式教學，引進優質資源，實現協同教學。這些優質教學資源以在線形式靈活配置，真正實現學生個人志趣和社會需求相結合的差異化和個性化教學。

（四）以參加競賽為契機，提升學生綜合能力

以賽促學、以賽促教。競賽是鍛煉人智力的、超出課程范圍的一種特殊的考試，可以使學生獲得更多的知識，提前接觸該學科的相關知識。近年來，關于智能制造類的比賽如雨后春筍般興起，學生參與比賽的熱情空前高漲。這些比賽有“西門子杯”中國智能制造大賽，中國大學生機械工程創新創意大賽—智能制造大賽，中國技能大賽—智能制造應用技術技能大賽等。這些大賽依托企業真實的工程項目和科研項目，操作真實的工業設備，以工業的工程標準作為考核評分指標，充分考查了學生對智能制造專業知識靈活運用的能力，鍛煉學生工程設計、工程操作、工程創新和解決復雜工程問題的綜合能力和系統思維。在比賽中潛移默化的提高學生的團隊協作能力、獨立思考和創新思維能力。同時，要注重將競賽引入本科生智能制造實驗教學體系，樹立將競賽驅動人才培養理念，以競賽形式將專業課程的課內和課外教學有機結合，把競賽作為一個重要的實驗教學方法、手段在學生中廣泛地組織開展。

（五）建設實訓平臺和基地，強化實踐教學

“新工科建設指南”明確提出，新工科建設需要加快探索建設一批集教育、培訓、研究于一體的實踐平臺。軟硬件條件的改善是實踐教學的基礎，高校要加大智能制造實踐平臺建設投入，以一流的實驗平臺和基地建設推動實驗教學內容和課程改革同步升級。智能制造人才培養需要緊密的校企合作，要以產業發展為牽引，開展產學合作協同育人模式，以產業和技術發展的最新需求推動智能制造新工科專業建設。建立校外實踐基地，把企業單位作為培養學生實踐能力的重要教學場所，作為學校教育的有力補充。

（六）建立多元、科學的考核評價方式

教學考核作為教學過程中的一個重要組成部分，是用來考核學生學習情況、檢驗教學效果、實現教學目的主要手段，也是衡量人才培養質量的主要環節[ 16 ]。考核評價體系應以評價課程教學目標、學生能力培養目標的達成為主要目的。在智能制造人才培養教學環節，應建立了多元化考核方式，注重對教學過程的管理與考核。在考查學生工程技能的同時，高度重視對學生工程意識、企業精神、工程作風等工程素養的考查。

根據教學目標，由不同主體從不同方面展開多元化評價，如小組間評價、教師評價、專家評價等。同時，也要注重學生對實驗項目的評價，如學生對實驗項目環節評價、對實驗教師的評價、學生自我評價等。將信息技術引入教學考核，實現線上線下相結合的實驗教學考核方式。比如，利用互聯網，實現學生線上課前預習，相關知識點網上測試;利用虛擬仿真技術開展虛擬仿真實驗教學，盡量做到規范完成實驗后，自動得出實驗分數[ 17 ]。實驗成果在線提交、展示、教師在線批閱。充分利用大數據分析手段，通過對學生實驗過程中步驟的規范性、結果的有效性以及對學習達成度等方面進行數據采集與數據分析，實現對學生學習與實驗基本情況的辨識，基于大數據的量化評價能夠減少單一教師評價的主觀性偏差，為學生提供更多元化、更全面的評價。同時，對儀器設備、線上資源利用、學生的登錄次數與在線時長、實驗的參與率、每次實驗的用時率等大數據的統計分析，能為實驗教學評價與改進提供科學依據。

四、結語

智能制造是信息技術與先進制造融合的創新結果，其人才培養也應當采取創新的模式和方法。面向制造業未來發展需求，智能制造專業教學應確立清晰、準確的人才培養目標，建立起科學、合理的人才培養規劃。整合各類軟硬件條件，優化課程體系，注重專業知識融會貫通，強化綜合實踐訓練。使智能制造創新人才在知識、能力、素養方面協同發展，成為符合先進制造業需求的具有較強工程實踐能力的工程技術人才，具有創新能力和專業素養的領軍人才。

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