以數(shù)字化加工云平臺為載體的機制專業(yè)人才培養(yǎng)模式改革與實踐

段向敏 楊明金 游思凱 李守太

（西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院 重慶 400715）

0 引言

當(dāng)前，國際競爭日趨激烈，而我國制造業(yè)發(fā)展也面臨著資源環(huán)境約束不斷強化、人口紅利逐漸消失等多重不利因素的影響[1]。人才是第一資源的重要性更加凸顯，制造業(yè)對高素質(zhì)人才的培養(yǎng)和發(fā)展提出了更高的要求。從全世界整體來看，國民生產(chǎn)總值的三分之一、工業(yè)生產(chǎn)總值的80%是制造業(yè)創(chuàng)造的，工業(yè)就業(yè)人數(shù)中90%屬于制造業(yè)，整個社會就業(yè)的50%、工業(yè)稅收的80%由制造業(yè)提供。在2020年后，由于我國產(chǎn)業(yè)鏈完整，且情況控制得當(dāng)，我國經(jīng)濟率先復(fù)蘇，這也得益于我國豐富的產(chǎn)業(yè)人才。

（1）新工科教育等對技術(shù)人才的要求。為了順應(yīng)時代發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變革以及提升我國產(chǎn)業(yè)競爭力，國家先后出臺了許多重大改革措施和提出了重點項目，如“新工科”建設(shè)、“智能制造”、《中國制造2025》等。大力促進“新工科”教育是為了培養(yǎng)高質(zhì)量的科創(chuàng)人才，因為科技創(chuàng)新和人才是第一生產(chǎn)力[2]。培養(yǎng)科創(chuàng)人才涉及四個基本環(huán)節(jié)，首先要學(xué)會系統(tǒng)思維，用系統(tǒng)思維去解決復(fù)雜問題；其次是要掌握產(chǎn)品從概念到量產(chǎn)的整套科創(chuàng)流程；再次是要有產(chǎn)品更新及淘汰思維或方法，持續(xù)建立產(chǎn)品優(yōu)勢；最后也是最重要的，要有創(chuàng)新基本素質(zhì)，能夠打破常規(guī)，懂得變通。

“智能制造”是一個不斷演化的系統(tǒng)工程，是先進制造技術(shù)與信息技術(shù)的有機結(jié)合。“智能制造”貫穿于產(chǎn)品的整個周期及各個環(huán)節(jié)，它將相應(yīng)系統(tǒng)進行優(yōu)化集成，從而實現(xiàn)制造的智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，不斷提升產(chǎn)品競爭力，推動制造業(yè)創(chuàng)新、綠色、協(xié)調(diào)、開放、共享發(fā)展。智能制造的基本范式是數(shù)字化制造，數(shù)字化制造離不開數(shù)字化云平臺，更離不開高水平的產(chǎn)業(yè)人才。

《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(lǐng)，確定了“1+X”規(guī)劃體系：“1”是指《中國制造2025》，“X”是指11個配套文件。11個配套文件包括智能制造工程實施指南（五大工程之一）和制造業(yè)人才發(fā)展規(guī)劃指南（四大發(fā)展規(guī)劃之一），確定了包括高檔激光加工設(shè)備在內(nèi)的十大重點領(lǐng)域[3]。

（2）制造業(yè)對技術(shù)人才的要求。制造業(yè)是國之根本，是經(jīng)濟基石，國家要發(fā)展壯大離不開興盛的制造業(yè)，而興盛的制造業(yè)離不開源源不斷的科創(chuàng)人才[4]。教育部與其它三部門共同印發(fā)了《制造業(yè)人才發(fā)展規(guī)劃指南》（以下簡稱《指南》），其明確指出科創(chuàng)人才是實現(xiàn)制造強國的關(guān)鍵所在，《指南》指出制造業(yè)人才培養(yǎng)還存在較多突出問題。比如：高校對人才的培養(yǎng)與企業(yè)實際需求脫節(jié)，工程實踐能力不足，生產(chǎn)與教育融合不夠，學(xué)校相關(guān)教學(xué)設(shè)備更新及建設(shè)滯后等問題。《指南》同時也部署了諸多重點人才工程計劃以促進產(chǎn)教融合，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。例如：加強一線教師自身實踐能力的培養(yǎng)，優(yōu)化工程實踐基地的建設(shè)，打好提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的基礎(chǔ)；在高校中建設(shè)一批產(chǎn)學(xué)研合作示范項目，讓學(xué)生參與進來，真正做到產(chǎn)、學(xué)、研合作，提升學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力。

機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)（以下簡稱機制專業(yè)）是“新工科”建設(shè)的主要依托專業(yè)和“智能制造”重要支撐專業(yè)。國家及各省市教育主管部門十分重視機制專業(yè)人才培養(yǎng)布局和人才培養(yǎng)質(zhì)量提高，這是由機制專業(yè)的人才需求決定的。在“新工科”“智能制造”、《中國制造2025》背景下，機制專業(yè)更應(yīng)注重高素質(zhì)復(fù)合型人才培養(yǎng)，縮短企業(yè)培訓(xùn)畢業(yè)生的時間和降低培訓(xùn)成本，讓“中國制造”更有競爭力。

（3）立德樹人和工程教育專業(yè)認證的要求。立德樹人成效是檢驗高校一切工作的根本標(biāo)準和準則，必須將價值塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)三者融為一體，在傳授專業(yè)知識和培養(yǎng)技能的同時，也要注重塑造正確的世界觀、人生觀和價值觀。2018年9月習(xí)近平總書記在全國教育大會上強調(diào)，培養(yǎng)高質(zhì)量的人才，光有文化知識教育是遠遠不夠的，必須要把立德樹人融入教育各環(huán)節(jié)，形成德智體美勞全面培養(yǎng)新體系[5]。為此，學(xué)校的管理體系、學(xué)科體系、課程體系都要圍繞立德樹人來設(shè)計，而老師和學(xué)生都要圍繞立德樹人來講、來學(xué)。

工程教育專業(yè)認證是對工程類專業(yè)教育實施的專業(yè)性認證，認證通過的學(xué)校畢業(yè)證書可以得到《華盛頓協(xié)議》其他成員的認可，工程教育國際互認和工程師資格國際互認使得越來越多的學(xué)校按照認證通用標(biāo)準來傳授知識和技能。認證的核心是要把畢業(yè)出口和培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向，以大家認可的質(zhì)量為標(biāo)準，對專業(yè)的課程體系設(shè)置、辦學(xué)條件配備、師資隊伍建設(shè)、評價體系構(gòu)建等進行綜合評估[6]。認證標(biāo)準提到要以學(xué)生為中心，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、工程實踐能力為目標(biāo)，開展相應(yīng)實訓(xùn)項目，并強調(diào)建立持續(xù)改進機制，以確保培養(yǎng)質(zhì)量和教育活力。

1 機制專業(yè)激光加工實訓(xùn)現(xiàn)狀

西南大學(xué)機制專業(yè)是學(xué)校重點建設(shè)智能制造學(xué)科群重要支撐專業(yè)之一，2020通過工程教育專業(yè)認證。我校工程訓(xùn)練中心開設(shè)《工程訓(xùn)練》《數(shù)控技術(shù)》等課程，其中激光加工實訓(xùn)項目是必做項目。激光加工實訓(xùn)項目使學(xué)生對各種激光加工工藝、激光性能及使用都有一定的了解和認識，提高學(xué)生的綜合知識水平，提升學(xué)生的實踐和動手能力。目前激光加工實訓(xùn)教學(xué)面臨諸多問題，首先是上課學(xué)生多，而激光加工設(shè)備少，導(dǎo)致課程實訓(xùn)時間冗長；其次是激光加工實訓(xùn)項目課程體系不完善，實訓(xùn)項目內(nèi)嵌于《工程訓(xùn)練》課程內(nèi)，沒能單獨開設(shè)激光加工課程；再次是實訓(xùn)項目內(nèi)容過于單一，缺乏對學(xué)生創(chuàng)新思維及工程能力的培養(yǎng)；最后是缺乏信息化平臺的建設(shè)。因此，很有必要對激光加工實訓(xùn)項目進行升級改造，對教學(xué)內(nèi)容和課程體系進行完善和改革，建設(shè)激光加工數(shù)字化加工云平臺，使其不僅服務(wù)于《工程訓(xùn)練》課程體系，還服務(wù)于《數(shù)控技術(shù)》《特種加工》等相關(guān)課程，使全校工科學(xué)生線下線上都能完成相關(guān)學(xué)習(xí)。

2 以云平臺為載體提升人才培養(yǎng)質(zhì)量

2.1 將激光加工納入機制專業(yè)人才培養(yǎng)體系

為構(gòu)建并完善全新人才培養(yǎng)實踐教育體系，學(xué)校工程訓(xùn)練中心與嘉興鷹華智能科技有限公司深度合作，升級打造激光加工實訓(xùn)項目，完善相關(guān)培養(yǎng)方案、課程體系和教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新實踐教學(xué)模式[7]。校企協(xié)作探索建立“激光加工數(shù)字化加工云平臺”，以“多維度育人”為核心，著力培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新意識。探索《激光加工》單獨設(shè)課的可行性，不限于《工程訓(xùn)練》課程體系內(nèi)，讓激光加工項目不僅服務(wù)于《工程訓(xùn)練》課程，還要服務(wù)與其它相關(guān)機制專業(yè)課程，例如，《特種加工》《先進制造技術(shù)》《數(shù)控技術(shù)》等課程。同時完善激光加工課程體系，并結(jié)合機制專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，豐富教學(xué)內(nèi)容。

激光加工不同于傳統(tǒng)的切削加工，其加工過程沒有刀具，是一種無接觸式加工，控制激光焦距和功率就能實現(xiàn)多種加工效果，是一種多功能、高精度、低能耗的加工方式。激光加工在工程訓(xùn)練中心最典型的應(yīng)用是切割，應(yīng)最大限度發(fā)揮激光加工在訓(xùn)練中的價值，將激光加工作為藝術(shù)設(shè)計創(chuàng)作、模型制作、產(chǎn)品造型制作、服裝設(shè)計裁剪等的得力工具。激光加工能夠快速且安全地制造出樣機，學(xué)生的創(chuàng)意設(shè)計，能快速通過激光加工變成實實在在的作品，既開拓了學(xué)生的創(chuàng)作思維，又增強了實踐能力，讓理論與實踐更緊密結(jié)合，全面提升學(xué)生綜合素質(zhì)和能力。

2.2 立德樹人，培養(yǎng)學(xué)生辯證思維能力

根據(jù)“新工科”建設(shè)和工程教育認證通用標(biāo)準，建立激光加工課程思政教學(xué)體系。在明確新時代激光加工課程應(yīng)該“樹什么人”的前提下，將“立什么德”融入實訓(xùn)過程，將激光加工理論教學(xué)體系、實踐教學(xué)體系和思政教學(xué)體系有機融合，在課程體系、課程大綱、授課內(nèi)容和教材選用方面，嚴格“學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進”機制，進一步拓展課程廣度、深度和溫度，既博學(xué)，又專攻，還德高，融知識傳授、能力培養(yǎng)和價值塑造為一體。

深入挖掘思政元素，完善課程思政教學(xué)內(nèi)容。深入挖掘、梳理理論教學(xué)和實踐教學(xué)里面蘊含的思政元素，按照立德樹人的總目標(biāo)，完善課程思政教學(xué)內(nèi)容。將課程思政融入課堂教學(xué)和實踐環(huán)節(jié)，充分利用數(shù)字化云平臺在實踐環(huán)節(jié)中的應(yīng)用，使思政教育不再是純理論的枯燥學(xué)習(xí)，從而提高課程思政潤物無聲的育人效果。

創(chuàng)新課堂教學(xué)模式，提高課程思政內(nèi)涵融入實踐教學(xué)的水平。在潛移默化中實現(xiàn)課程思政教育，需要創(chuàng)新思政教育教學(xué)模式，充分利用主題研討、案例教學(xué)、情景仿真、創(chuàng)意加工等多種教學(xué)方法和手段翻轉(zhuǎn)課堂，提高學(xué)生參與課堂活動的積極性和主動性，實現(xiàn)認知、情感、理性和行為認同。

2.3 以云平臺為載體提升學(xué)習(xí)體驗和學(xué)習(xí)效果

“激光加工數(shù)字化加工云平臺”將激光加工和教學(xué)共享平臺有機地結(jié)合起來。通過深化激光云平臺建設(shè)，根據(jù)不同年級設(shè)立合適的激光加工實踐項目，提升學(xué)生學(xué)習(xí)體驗和學(xué)習(xí)效果。探索高校與企業(yè)合作辦學(xué)途徑，創(chuàng)新與企業(yè)優(yōu)勢結(jié)合的高水平人才培養(yǎng)模式，建設(shè)一套針對本科生完整的激光加工育人體系[8]。

對大一機械專業(yè)學(xué)生開設(shè)激光基礎(chǔ)實踐項目，以“激光是什么”“誰發(fā)明的激光”“激光有什么用”等問題為導(dǎo)向，帶領(lǐng)學(xué)生走進激光加工實訓(xùn)基地，激發(fā)他們的好奇心，讓他們了解激光、了解激光加工；對大二機制學(xué)生在《工程訓(xùn)練》課程中加強激光加工實踐項目權(quán)重，進行激光加工實踐訓(xùn)練，讓他們實際動手操作激光加工設(shè)備，懂得使用激光加工設(shè)備的操作技能和方法；大三機制專業(yè)在《特種加工》《數(shù)控技術(shù)》等課程中增加激光加工理論和方法實踐項目，同時組織學(xué)生參加各類科技競賽，運用激光加工設(shè)備制作樣機，進一步理解激光加工原理及設(shè)備；對大四機制專業(yè)學(xué)生，其畢業(yè)設(shè)計可以選題激光加工裝置設(shè)計，掌握激光加工設(shè)備工作原理并進行創(chuàng)新設(shè)計。

從大一到大四每位學(xué)生的激光加工課程痕跡都可以上傳到我們的激光數(shù)字化云平臺，提升學(xué)生學(xué)習(xí)體驗和學(xué)習(xí)效果。建立一套完整的讓學(xué)生從“了解激光→認識激光加工→掌握激光加工設(shè)備→理解激光加工工作原理→設(shè)計激光加工設(shè)備”育人體系。從大一新生認識激光加工；到大二了解激光加工；到大三使用激光加工；再到大四設(shè)計激光加工設(shè)備。針對機制專業(yè)各年級，設(shè)置符合培養(yǎng)目標(biāo)的激光加工實踐項目，并完善課堂教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)改革方案。

3 總結(jié)與展望

校企合作建立“激光加工數(shù)字化加工云平臺”，擴大平臺的應(yīng)用范圍，并配套改建校內(nèi)實踐環(huán)節(jié)，搭建激光加工實踐條件。升級打造激光加工項目，開發(fā)多項產(chǎn)教融合的激光加工實訓(xùn)項目，新建多種激光設(shè)備的完整教學(xué)內(nèi)容、考核體系、創(chuàng)新實踐教學(xué)模式。建設(shè)并完善了激光加工育人課程體系和激光加工數(shù)字化加工云平臺，提升了學(xué)生綜合工程能力與創(chuàng)新能力。組織學(xué)生參加各類科技競賽，如創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽及全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽等賽事，獲得良好成績。

后續(xù)應(yīng)根據(jù)課程目標(biāo)和立德樹人要求，從專業(yè)、行業(yè)、國家、國際、文化和歷史等角度，增加實訓(xùn)環(huán)節(jié)的知識性、人文性和趣味性，提升實訓(xùn)內(nèi)容的思想性、前沿性與時代性。同時，還要對激光設(shè)備和云平臺進行升級打造，進一步完善人才培養(yǎng)體系。