面向新工科人才培養的智能制造工程專業實踐教學體系建設與研究

周 斌 盧 紅 鄭銀環 楊志杰 黎章杰

（武漢理工大學機電工程學院，湖北 武漢430070）

1 智能制造人才需求與專業建設

隨著物聯網、大數據、云計算、人工智能、機器人、虛擬/增強現實、深度學習等技術的快速發展，對傳統制造業的演化與變革產生了深遠影響[1-3]。《中國制造2025》明確提出“以加快新一代信息技術與制造業融合為主線，以推動智能制造為主攻方向，實現制造業由大到強的歷史性跨越”。

智能制造是工業化與信息化深度融合的產物，在新經濟、新業態、新技術、新模式的驅動下，制造行業面臨著新的機遇和挑戰，也對工程技術人才提出了全新要求[4]。為更好地適應新產業變革和人才需求變化，2018年，武漢理工大學獲批全國第二批“智能制造工程”專業，也是湖北首個開設該專業的高校。2019年開始招生，規模為每屆2個自然班，共70人。該專業定位為：面向國家重大戰略需求和制造業的轉型升級，探索信息化與先進制造業領域的專業教育相融合，構建人才培養新路徑，加快培養與產業發展相匹配的實踐能力強、創新意識強、具備國際競爭力的高素質復合型智能制造人才。

2 智能制造人才培養與實踐教學

隨著信息化和智能化與制造業的滲透融合不斷加速，傳統制造業面臨轉型升級關鍵時期[5]，對智能制造專業化人才的需求持續增加。由于智能制造人才培養的復雜性、融合性及多樣性，高校在智能制造人才培養方面面臨更高的挑戰。

當前國家大力推進新工科建設，新工科建設是面向工程教育的深度改革，而工程教育的一個本質特征就是實踐[6]。智能制造工程新工科專業融合了“機器人”“大數據”“人工智能”和“互聯網+”等要素，具有多學科交叉復合、與工程實際聯系緊密等特征。因此，實踐教學是支撐智能制造人才培養的重要環節，直接決定培養目標的有效達成。

智能制造實踐教學體系是實踐教學過程中知識結構、教學模式與方法、課程及內容、教學資源平臺、教學評價與保障機制等要素構成的有機整體，是培養學生掌握科學方法、培養工程實踐能力和創新意識、解決復雜工程問題的重要載體。現有的實踐教學體系普遍存在學科交叉不足、師資隊伍單一，學生深度參與不夠，創新創業教育融入不足，各方資源融合共享不夠，難以對智能制造工程新工科專業建設和人才培養形成有力支撐。

3 構建高水平智能制造實踐教學體系

3.1 明確思路

武漢理工大學智能制造工程專業人才培養目標為：培養學生掌握智能制造領域的基礎理論與專業知識，具有良好的國際視野和創新思維，能夠綜合應用多學科知識從事智能制造領域科學研究、設計開發和應用管理等方面的工作，能夠在所從事的領域成長為骨干成員或領軍人才。

為適應經濟社會發展、充分認識制造行業對智能制造人才的需求，基于OBE（Outcome Based Education，成果導向教育）理念，構建“以學生為中心，以需求為導向”的交叉融合、分層遞進、協同共享的新型智能制造工程專業實踐教學體系，以有效支撐培養目標的達成，提升人才培養質量，適應行業對智能制造人才需求。智能制造工程實踐教學體系構成如圖1所示。

圖1 智能制造工程實踐教學體系構成圖

3.2 完善實踐教學體系

3.2.1 師資隊伍是核心

智能制造涉及學科領域寬廣，面向的制造行業類型多樣，單一化的師資難以承載人才培養的內在要求[7]。針對性地打造多元化、雙師雙能型的校內外聯合師資隊伍，形成不同特色的教師團隊。校內師資是由具有交叉學科背景、工程經驗及國際化背景的教師組成，以智能制造工程系教師為主體，并通過動態彈性機制，聯合跨系部、跨學院的交叉學科專任教師協同參與。校外師資來源于智能制造龍頭行業企業，具有“多元化、行業化、工程化”的背景和特點，以熟悉國家行業產業發展政策、深度把握制造業發展趨勢、洞悉智能制造人才核心需求、熟悉工程教育培養規律的各類高級管理、技術和工程人員組成。

一方面，通過校內校外師資隊伍之間雙向交流，優勢互補，教學相長，運用先進的實踐教學方法，推動高質量的實踐教學活動實施。另一方面，校內校外師資隊伍之間通過“共商共建、分工合作”模式，開展實踐教學活動的設計與規劃、實踐資源的優化與配置、實踐成效的評價與持續改進等開展研究，動態、持續性地完善實踐教學體系，如圖2所示。

圖2 校內外師資構建圖

3.2.2 平臺建設是關鍵

實踐教學平臺是智能制造實踐教學活動開展的基礎[8，9]，遵循“依托優勢、共建共享”的思路，打造基于學科優勢與行業優勢互補、校內與校外資源共建共享、交叉融通的智能制造實踐教學平臺，其構成如圖3所示。校內子平臺主要依托機電工程國家級、省級實驗教學示范中心、機電學院大學生創新實踐基地，聯合計算機、信息、自動化等學院的國家級、省級實驗教學示范中心和專業實驗室，以滿足實踐能力培養中“交叉融合共性化”的需求為導向，通過資源優化配置與協同共享，有效支撐學生校內的實踐教學活動。校外子平臺是由行業特色的國家級工程實踐教育中心及若干企業實踐教育基地組成。針對不同行業對智能制造人才需求的差異性，以滿足實踐能力培養中協同創新個性化的需求為導向，依托行業的資源特色和優勢，打造一批面向行業的高質量校外實踐教學基地，開展特色鮮明的校外個性化實踐教學活動，實現人才培養與行業需求的“無縫對接”。

圖3 實踐教學平臺示意圖

3.2.3 模式優化是重點

圍繞智能制造專業人才培養目標，以核心能力培養為主線，構建了“平臺＋層級＋模塊”的實踐課程體系。在校內校外共建共享的實踐平臺基礎上，打造分層遞進的“基礎實踐—專業實踐—綜合實踐—創新實踐”訓練活動。每個層級的實訓聚焦階段性能力培養目標，優化實踐課程模塊群，突出課程模塊及課程內容之間的關聯與協調。通過教師科研項目、業界先進研究成果和工程實例引入，豐富課程模塊內容，突出學科交叉融合，拓展認知的廣度和深度，實現對學生由點到面、由基礎到專業、由綜合到創新的立體化全方位培養。其課程體系與教學模式如圖4所示。

圖4 課程體系與教學模式

教學活動的組織中，以課程目標達成為中心，以課程模塊為載體，充分發揮教師和學生“雙主體”的作用，以“問題引導、任務驅動、項目研究”為主線，運用啟發式、探究式、研討式等多種教學方法相融合，有效推進實踐教學的實施。同時，深度結合信息化、網絡化技術的廣泛應用，打破時間與空間的約束，通過校內外師資協同，集成校內校外共享資源，推動線上線下、遠程本地、課內課外實踐教學活動實施的新格局，全面提升實踐教學效果，真正激發學生參與實踐活動的主動性和積極性，培養工程意識和創新精神[10]。

3.3 健全機制

多層次、交叉融合的智能制造實踐教學體系是一個復雜的系統，為確保系統平穩有效地運轉，提升系統實踐育人的質量成效，需要建立實踐教學各環節的管理制度，形成健全的評價機制和協同保障機制[11，12]。

（1）實踐教學評價機制。以實踐環節或課程模塊目標與畢業要求的對應關系作為依據，強化過程評價考核，評估目標的達成。建立多元化的評價主體，包括學生、校內教師與管理人員、行業企業代表，實施開放性評價。通過評價結果針對性地查漏補缺，加強動態調整和持續改進，完善實踐教學體系的結構及運行機制，提升實踐育人成效。

（2）實踐教學協同保障機制。實踐教學活動的有序開展，離不開多方主體的共同參與，離不開政策法規、教學資源和人才師資的共同支持。通過構建“多方協同、共建共享”的協同保障機制，可以最大限度地集中校內外各方優勢，進一步促進培養目標協同、教師隊伍協同、資源共享協同和管理機制協同，共建跨領域高水平育人團隊，提升實踐教學平臺利用率和教學效果，共享實踐育人平臺創新成果，進一步提升實踐教學體系的運作效率與管理水平，最終實現學生、高校、企業共同受益。

4 結語

當前，智能制造仍處在不斷的發展演變中，行業企業的需求也是動態變化的。武漢理工大學智能制造工程專業是一個年輕的新專業，人才培養是一個長期的探索過程。本文在行業企業智能制造人才需求分析基礎上，結合培養目標達成，提出智能制造實踐教學體系的構建思路，對體系中的組成要素及運行機制進行研究。今后在實施過程中，通過不斷地實踐—總結—持續改進—再實踐，推進體系的平穩運轉和優化，為提升具有該校特色的智能制造高端復合型人才培養質量，滿足國家、行業企業對智能制造人才的需求，提高高校服務社會的水平形成支撐與保障。