“中國制造 2025”背景下，高校“智造材料”創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系的建立

郭永春 梁艷峰 楊忠 高培虎

摘? 要：國際對智能制造技術日益重視，然而高校傳統(tǒng)材料專業(yè)在支撐智能制造相關領域技術人才培養(yǎng)方面凸顯薄弱。文章結(jié)合西安工業(yè)大學“金屬材料工程”國家級特色專業(yè)改造升級實踐，論述了“中國制造 2025”背景下材料學科與機械學科交叉融合的必要性，提出了金屬材料工程與智能制造的跨界融合契入點，建立了包含理念探索-人才培養(yǎng)模式-保障措施的“智造材料”創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系。

關鍵詞：材料學科;金屬材料工程;智能制造;創(chuàng)新人才

中圖分類號：C961? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）11-0060-04

Abstract： Facing the international attention to intelligent manufacturing technology， the traditional specialty of materials in colleges and universities is difficult to support the training needs of technical talents in the related fields of intelligent manufacturing. The necessity of crossing integration of materials discipline and mechanical discipline was discussed combining with the specialty upgrading practice of "metallic materials engineering" in Xi'an University of Technology（National characteristic specialty）. The entry point of crossing integration of metal material engineering and intelligent manufacturing was proposed. The innovative talent training system of "intelligent manufacturing materials" including concept exploration， talent training mode and safeguard measures was established.

Keywords： materials discipline; metal material engineering; intelligent manufacturing; innovative talents

一、概述

2013年，德國提出了“工業(yè)4.0”的高科技戰(zhàn)略計劃， 拉開了國際領域以智能制造為主導的第四次工業(yè)革命的序幕[1]。面對德國“工業(yè)4.0”，中國于2015年5月8日提出了《中國制造 2025》，是我國實施制造強國戰(zhàn)略第一個十年的行動綱領。《中國制造 2025》中指出，當前我國建設制造強國任務艱巨而緊迫，應以加快新一代信息技術與制造業(yè)深度融合為主線，以推進智能制造為主攻方向，滿足經(jīng)濟社會發(fā)展和國防建設對重大技術裝備的需求為目標，強化工業(yè)基礎能力，提高綜合集成水平，完善多層次多類型人才培養(yǎng)體系。

高等教育的基本載體是專業(yè)。以《中國制造 2025》為指導思想的專業(yè)改革應根據(jù)我國制造業(yè)形勢的變化和社會對高等專業(yè)技術人才的需求，及時調(diào)整專業(yè)方向，更新教學內(nèi)容，才能精準服務于國家建設，才能與行業(yè)、企業(yè)持續(xù)聯(lián)動，才能提高人才供給與勞動力市場需求、專業(yè)鏈與產(chǎn)業(yè)鏈、教學鏈與生產(chǎn)鏈的契合。智能制造是“中國制造 2025”的主攻方向，是我國從制造大國轉(zhuǎn)向制造強國的根本路徑。而材料是保障制造產(chǎn)品質(zhì)量的基本條件，更是中國發(fā)展智能制造的重要基石。據(jù)工信部調(diào)查，中國智能制造關鍵新材料中32%國內(nèi)完全空白，52%嚴重依賴進口[2]。智能制造產(chǎn)業(yè)中材料發(fā)展滯

后，已成為中國制造業(yè)邁向中高端的硬約束。因此，瞄準智能制造的高校材料專業(yè)改造升級對于精準把握全球新材料與智能制造產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展趨勢、對接國家戰(zhàn)略需求具有重要意義[3-4]。

2017年2月，教育部高等教育司《關于開展新工科研究與實踐的通知》中提出新工科建設要圍繞工程教育改革的“新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量、新體系”五個方面展開;教育部相關文件以及“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”共同為新工科建設的工程教育改革和創(chuàng)新指明了方向。因此，傳統(tǒng)工科專業(yè)在新形勢下，也迫切需要轉(zhuǎn)型升級，從而滿足其對人才支撐的需求[5-7]。

金屬材料工程專業(yè)是傳統(tǒng)材料類專業(yè)的典型代表，全國88所院校開設這一專業(yè)。中國科教評價網(wǎng)“2020-2021年中國大學本科教育專業(yè)排名”顯示，包括西安工業(yè)大學在內(nèi)的九所院校獲得五星評價。本文結(jié)合西安工業(yè)大學“金屬材料工程”國家級特色專業(yè)改造升級實踐，論述“智造材料”創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系的建立。

二、金屬材料工程專業(yè)的改革基礎

（一）西安工業(yè)大學金屬材料工程專業(yè)簡介

西安工業(yè)大學創(chuàng)建于1955年，是國家“一五”計劃156個重點建設項目的軍工配套項目，具有鮮明的軍工特色，是兵器行業(yè)部署在西北地區(qū)唯一的本科院校。西安工業(yè)大學金屬材料工程專業(yè)源于1955年建立的機械工程專業(yè)材料成型方向，1979年設立金屬材料及熱處理專業(yè)，1983年設立鑄造專業(yè)，1998年國家專業(yè)調(diào)整后，金屬材料及熱處理專業(yè)和鑄造專業(yè)合并為金屬材料工程專業(yè);該專業(yè)于2008年入選國家級特色專業(yè)建設項目。

以《中國制造 2025》為指導思想，重新審視該專業(yè)本科人才培養(yǎng)現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)，在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革中，特別是智能制造已成為世界各國搶占發(fā)展機遇的制高點和主攻方向的形勢下，金屬材料工程專業(yè)作為曾經(jīng)的優(yōu)勢特色專業(yè)，專業(yè)內(nèi)涵老舊對學生吸引力弱的共性問題日益突出。傳統(tǒng)熱加工行業(yè)污染重，環(huán)境差。隨著材料成型技術領域智能制造的興起，新型的熱加工企業(yè)智能化程度越來越高。因此金屬材料工程專業(yè)在“智能制造”新形勢下難以支撐服務智能制造相關領域技術人才的培養(yǎng)需求，亟待改革[8-10]。

（二）金屬材料工程與智能制造跨界融合的契入點

傳統(tǒng)的金屬材料工程專業(yè)依據(jù)工種差別分為鑄造、焊接、熱處理及表面處理三個方向。這些方向均可以采用計算機應用技術、人工智能技術、大數(shù)據(jù)計算等智能制造新工具來升級改造，賦予傳統(tǒng)優(yōu)勢特色專業(yè)新內(nèi)涵，突出計算技術與傳統(tǒng)專業(yè)方向的結(jié)合，打造新工科特色鮮明的金屬材料工程專業(yè)內(nèi)涵。原來的鑄造、焊接方向合并為“智能熱加工”方向，可以突出自動化制造條件下的工藝設計和結(jié)果分析;原來熱處理及表面處理方向改造為“金屬功能材料”方向，可以突出新型智能制造相關功能材料制備工藝;增設“新材料設計與制備”新工科方向，可以突出基于材料基因組工程的材料研發(fā)。對傳統(tǒng)專業(yè)的人才培養(yǎng)定位進行再設計，可以實現(xiàn)材料學科與機械制造學科、智能學科的交叉與融合，從而培養(yǎng)以解決智能制造材料領域復雜工程問題能力見長的復合型和創(chuàng)新型人才;同時可以結(jié)合學科原有的軍民融合國防特色，就能更好服務區(qū)域經(jīng)濟和國防工業(yè)的人才培養(yǎng)需求。

（三）已有的實踐基礎

在教育部“卓越工程師培養(yǎng)”計劃的支持下，自2010年8月起，以金屬材料專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)為目標，本專業(yè)已探索將“材料計算技術”引入到金屬材料熱加工工藝中，開始金屬材料專業(yè)人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新嘗試。這一專業(yè)改革實踐為金屬材料工程與智能制造的跨界融合提供了先期實踐經(jīng)驗。

2013年，西安工業(yè)大學金屬材料專業(yè)獲批教育部“卓越工程師培養(yǎng)計劃”試點專業(yè)。在實驗班運行探索中，逐漸凝練出了“以材料計算技術為專業(yè)特長，以材料加工工程設計創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標，建立‘材料科學基礎引領，材料計算模塊化設計，逐層遞進，理論與實踐相結(jié)合的課程體系：建立突出工藝設計與仿真的實踐課程體系，建立長時間深入技術核心層面的企業(yè)實踐體系”的高度符合卓越計劃要求，特色鮮明的金屬材料人才培養(yǎng)新模式，并將該模式在金屬材料工程普通本科班推廣。2018年，教育部工程教育認證專家入校對金屬材料進行現(xiàn)場考察，專家高度肯定了專業(yè)改革成果，2019年金屬材料專業(yè)獲批通過工程教育認證，同年獲批國家級一流本科建設專業(yè)。

目前西安工業(yè)大學金屬材料工程專業(yè)已具備穩(wěn)定的產(chǎn)學研實習基地，代表性實習基地有北方通用動力有限責任公司、曲阜金皇活塞股份有限公司和陜西柴油機重工有限公司。在深厚的“產(chǎn)學研”校企合作基礎上，形成了“學習提高+創(chuàng)新實踐”遞進式企業(yè)學習新模式，探索實踐材料學科與管理學、計算機以及機械學科的相互融合，形成了“學習提高+創(chuàng)新實踐”遞進式企業(yè)學習新模式。

三、“智造材料”創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系的建立

圖1是“智造材料”創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系的框架圖。首先進行“智造材料”理念探索。在研究智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展對材料需求的基礎上，厘清金屬材料專業(yè)發(fā)展存在的問題，將智能制造與傳統(tǒng)熱加工專業(yè)相結(jié)合，找到契合點;通過企業(yè)問卷調(diào)查、畢業(yè)生調(diào)研、行業(yè)專家研討等多種方式，確立以需求為導向的培養(yǎng)目標，要求畢業(yè)學生具有解決智能制造材料領域復雜問題的能力，據(jù)此提出對課程體系、教學資源改革和建設的新途徑;然后對“智造材料”人才培養(yǎng)模式再設計，提出材料學科、機械學科和計算機學科的跨學科交叉融合的人才培養(yǎng)模式，以適應人才培養(yǎng)新目標要求;最后從資源保障角度，引入跨學科師資力量，豐富壯大師資隊伍，并開展課程教材建設和實踐教學基地建設，全方位確保理念探索的落地和新型人才培養(yǎng)模式的實踐實施。

（一）從傳統(tǒng)“金屬材料”向“智造材料”過渡的理念探索

智能制造領域需要既懂材料又懂智能制造的新型復合型人才，需要從人才培養(yǎng)源頭上將材料專業(yè)與智能制造融合起來，探索培養(yǎng)“智造材料”復合型人才之路。因此專業(yè)改革的思路為：以傳統(tǒng)金屬材料專業(yè)為基礎，引入智能制造、新材料設計等新工科專業(yè)方向;突出計算技術與傳統(tǒng)專業(yè)方向的結(jié)合，建立材料與智能制造交叉融合的跨學科材料類工程人才培養(yǎng)新模式;注重創(chuàng)新能力培養(yǎng)的資源保障新途徑，解決服務智能制造相關領域技術人才的培養(yǎng)需求，從而形成“智造材料”創(chuàng)新人才的培養(yǎng)體系。

（二）交叉融合的跨學科“智造材料”人才培養(yǎng)模式

交叉融合的跨學科“智造材料”人才培養(yǎng)首先要解決專業(yè)設置問題，可通過學部制改革，建立大學部，突破材料學科和機械學科的壁壘，促進兩學科在智能制造領域的交叉。具體實施中，可實行學分制和高年級專業(yè)方向分流制，學生在分流前通過大量通識課程和廣泛選修課程以開闊知識視野，發(fā)現(xiàn)自己的興趣與潛能所在，從而更理性地選擇專業(yè)方向。

其次建立傳統(tǒng)材料與智能制造交叉的課程體系。在課程結(jié)構(gòu)上注重學科交叉，構(gòu)建傳統(tǒng)材料與智能制造、大數(shù)據(jù)計算等多學科交叉的材料專業(yè)課程平臺，構(gòu)建嵌入交叉學科課程模塊，允許跨學科選修等方式來促進學科交叉。在課程內(nèi)容上強調(diào)多元綜合，成型類課程中納入智能制造內(nèi)容，在材料類課程中納入計算材料內(nèi)容。

交叉融合的跨學科“智造材料”人才培養(yǎng)過程中，還要同時實現(xiàn)全面多元的教學評價方式。通過多渠道的評價主體、多方面的評價內(nèi)容與多種評價方式，建立科學的評價指標體系，發(fā)揮評價的導向、激勵、調(diào)控與改進功能。具體實施中，可將過程性評價和終結(jié)性評價相結(jié)合，推行課程責任教授制，評教分離，多元化考核。創(chuàng)新成果和實踐活動評價均可作為過程性評價的一部分。推動創(chuàng)新研究和科技競賽全學生覆蓋，將科研論文和創(chuàng)新作品、競賽作品的外部評價引入學生的能力評價體系，突出互聯(lián)網(wǎng)+創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等國家級競賽成績。

（三）“智造材料”人才培養(yǎng)保障措施

為確保交叉融合的跨學科“智造材料”人才培養(yǎng)體系在實踐中落地，就必須進行資源建設，從師資隊伍、課程教材、硬件設備三方面做好保障措施。

目前師資隊伍資源缺乏問題最為突出，歸因于高校引進人才制度傾向于科研業(yè)績，忽略了跨專業(yè)跨領域人才的引進。許多高校實行“非升即走”人才引進機制，考核政策以考察論文成果等科研業(yè)績?yōu)橹鳎瑢鐚I(yè)學習經(jīng)歷關注較少，甚至排斥本碩博在不同專業(yè)領域就讀的人才。沒有堅強的跨領域教師隊伍，很難制定出高質(zhì)量的跨專業(yè)人才培養(yǎng)方案，建立不起強支撐的多領域課程體系，直接制約著新型復合型人才的培養(yǎng)。

師資隊伍建設： 建立適應跨學科特色的人才引進方案，有計劃有目標地重點引進在跨專業(yè)學習的材料人才，適當引進熟悉智能制造的其他專業(yè)人才;建立材料、機械、智能制造等多學科的教師協(xié)作平臺，邀請其他學科教師任教本專業(yè)的相關課程;建立校企合作的寬領域教師隊伍，聘請智能制造企業(yè)專家到校講座、任教。

課程教材資源建設：逐步改造現(xiàn)有的工藝類課程和設計類實踐環(huán)節(jié)，加入智能制造內(nèi)容與環(huán)節(jié)。特別是課程設計環(huán)節(jié)加入計算機輔助設計、金屬3D打印、計算機輔助分析等內(nèi)容。逐步優(yōu)化課程體系，開設更多先進制造類課程和實踐環(huán)節(jié)。如先進材料制造技術、增材制造技術、金屬3D打印技術、砂型3D打印技術、蠟模3D打印技術等，培養(yǎng)學生從事跨學科工作的能力。

硬件設備建設：注重材料領域創(chuàng)新能力的智能制造教學基地建設，利用學科建設經(jīng)費，打造金屬材料3D打印制造中心，建設智能制造材料實驗教學基地，增加增材制造高端科研教學設備，增加樹脂砂3D打印，光敏樹脂3D打印設備，塑料3D打印的臺套數(shù)以滿足教學需求。

“‘新工科建設復旦共識”中注重高校類型以及定位的多元化，針對地方高校，強調(diào)其對區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展與產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的支撐作用，要求主動對接地方經(jīng)濟社會發(fā)展需要和企業(yè)技術創(chuàng)新要求，把握行業(yè)人才需求方向，充分利用地方資源。因此在資源建設方面，除師資隊伍、課程教材、硬件設備，還應充分考慮陜西雄厚的裝備制造業(yè)基礎，有眾多加工制造類企業(yè)，材料類專業(yè)涵蓋幾乎所有加工制造類企業(yè)。系統(tǒng)梳理陜西制造類企業(yè)材料技術短板，更要充分利用地方資源，尋找企業(yè)對人才的需求點，實現(xiàn)“優(yōu)勢互補、互惠共贏”，將陜西高校的材料類人才優(yōu)勢與陜西企業(yè)的制造優(yōu)勢統(tǒng)一于傳統(tǒng)材料學科的改造升級中。

四、結(jié)束語

在新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革的背景下，智能制造成為中國制造業(yè)發(fā)展的主攻方向。關鍵新材料發(fā)展滯后，成為中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的硬約束。我國本科高等教育急需培養(yǎng)出大批同時具有“智能制造”和“材料”相關知識技能且具有國際視野的復合型人才，以應對未來科技的發(fā)展。因此將計算機應用技術、人工智能技術、大數(shù)據(jù)計算等新工具引入傳統(tǒng)材料專業(yè)的升級改造中，可賦予傳統(tǒng)優(yōu)勢特色專業(yè)新內(nèi)涵，并拓展老工科專業(yè)育人新體系。這將有力提升中國智能制造關鍵新材料自主創(chuàng)新能力，有助于推進中國智能制造實現(xiàn)從跟跑向并跑、領跑的跨越。

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