高職院校智能制造實(shí)訓(xùn)教學(xué)探索

吳智博

摘 要：本文重點(diǎn)對新時代背景下高等職業(yè)教育智能制造類專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)進(jìn)行探討，針對實(shí)訓(xùn)素材單一、操作風(fēng)險高、過程評價難、原理認(rèn)知難等問題，引入“半物理仿真”概念，提出“黨建引領(lǐng)、思政鑄魂，興趣驅(qū)動、數(shù)字賦能，團(tuán)隊指導(dǎo)、優(yōu)勢互補(bǔ)，革新技術(shù)、強(qiáng)化培訓(xùn)”等優(yōu)化舉措，為高職院校智能制造實(shí)訓(xùn)教學(xué)的開展提供新思路。

關(guān)鍵詞：智能制造? ? 虛擬仿真? ? 實(shí)訓(xùn)教學(xué)

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的到來，大量制造業(yè)企業(yè)加速推進(jìn)數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型，急需大量智能制造、自動化生產(chǎn)領(lǐng)域的高端人才。

2022年8月，教育部發(fā)布的《中國職業(yè)教育發(fā)展白皮書》提出，中國職業(yè)教育要實(shí)現(xiàn)由參照普通教育辦學(xué)向相對獨(dú)立的教育類型轉(zhuǎn)變，進(jìn)入提質(zhì)培優(yōu)、增值賦能新階段。高職院校作為人才供給側(cè)需進(jìn)一步與人才需求側(cè)溝通聯(lián)動，與智能制造企業(yè)深入合作、深度融合，對校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地賦予產(chǎn)業(yè)化的特質(zhì)，引入“半物理仿真”概念，創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)教學(xué)方法，培養(yǎng)順應(yīng)時代發(fā)展的高素質(zhì)技術(shù)技能型人才。

一、智能制造類實(shí)訓(xùn)教學(xué)面臨的困難與挑戰(zhàn)

（一）實(shí)訓(xùn)素材涉獵窄

在“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下，學(xué)科與學(xué)科之間的界限已經(jīng)被打破，多學(xué)科交叉融合共同組成一條智能制造生產(chǎn)線，因此，傳統(tǒng)單一實(shí)訓(xùn)項目的弊端逐漸顯現(xiàn)。

（二）實(shí)訓(xùn)操作風(fēng)險高

智能制造實(shí)訓(xùn)場地面積大、設(shè)備專業(yè)性強(qiáng)、操作復(fù)雜、注意事項多、危險程度高，并且設(shè)備之間必須留有足夠的安全余量。學(xué)生在實(shí)訓(xùn)操作時常常分散于車間各處，而實(shí)訓(xùn)教師往往只有一位，無法對學(xué)生的動態(tài)實(shí)時掌握，存在很大的安全隱患。

（三）實(shí)訓(xùn)過程評價難

按章運(yùn)行、規(guī)范操作是制造行業(yè)生產(chǎn)的基本要求，既可提高生產(chǎn)效率，又能有效避免事故。在教學(xué)過程中，實(shí)訓(xùn)教師應(yīng)仔細(xì)記錄每一名學(xué)生的每一個操作環(huán)節(jié)，及時針對問題進(jìn)行講解指導(dǎo)，并基于工作過程對學(xué)生進(jìn)行綜合評價。但智能制造實(shí)訓(xùn)車間面積很大，設(shè)備體積龐大，并且每個班級只有一位實(shí)訓(xùn)教師，導(dǎo)致很難對實(shí)訓(xùn)過程進(jìn)行全面評價。

（四）實(shí)物原理認(rèn)知難

智能制造類專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)需要學(xué)生對設(shè)備原理、結(jié)構(gòu)認(rèn)知、加工工藝等有充分的理解，而在傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)中，除了學(xué)生不能輕易進(jìn)行多角度觀看外，教師也只能對機(jī)械部件外表進(jìn)行講解，對內(nèi)部結(jié)構(gòu)無法充分講解，學(xué)生無法了解機(jī)器的運(yùn)作原理及內(nèi)部運(yùn)作情況，導(dǎo)致實(shí)訓(xùn)效果大打折扣。

二、智能制造類實(shí)訓(xùn)教學(xué)優(yōu)化舉措

智能制造類專業(yè)涵蓋智能光電制造技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、機(jī)械制造技術(shù)等，隨著現(xiàn)代“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)與智能制造的充分融合，職業(yè)資格證書考試內(nèi)容包含立體倉庫單元、數(shù)控車床加工中心單元、視覺檢測單元、AGV小車搬運(yùn)單元等多個模塊，學(xué)校教師和企業(yè)專家組成團(tuán)隊以五軸數(shù)控機(jī)床、地軌機(jī)器人、數(shù)控折彎機(jī)、激光切割機(jī)等多種復(fù)雜精密設(shè)備的智能制造生產(chǎn)線為載體，以實(shí)地操作與虛擬仿真相結(jié)合的“半物理仿真”方式，共同完成一門“大實(shí)訓(xùn)課”教學(xué)，這也將是智能制造類專業(yè)實(shí)訓(xùn)的一種新思路、新嘗試。

（一）黨建引領(lǐng)，思政鑄魂

高職院校智能制造類專業(yè)課程開設(shè)在大一、大二學(xué)年。此階段學(xué)生正處于人生觀、價值觀養(yǎng)成的關(guān)鍵時期，也是職業(yè)道德、職業(yè)意識、職業(yè)能力形成的黃金時期。因此，將思想價值引領(lǐng)貫穿于主要教學(xué)環(huán)節(jié)，在傳授知識和培養(yǎng)能力的同時引入黨史教育、工匠精神培育等內(nèi)容，踐行社會主義核心價值觀、傳播正能量是開展實(shí)訓(xùn)教學(xué)的重點(diǎn)。

在實(shí)施過程中，將課程思政元素融入智能制造實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，要準(zhǔn)確樹立教學(xué)與思政雙目標(biāo)，深入挖掘課內(nèi)外蘊(yùn)含的思政教育資源，豐富課程思政的教學(xué)內(nèi)容。要吸收借鑒相關(guān)課程組、省內(nèi)外院校的有益經(jīng)驗(yàn)，合理利用“混合式”教學(xué)模式，設(shè)計思政教育的教學(xué)環(huán)節(jié)，針對高等職業(yè)教育智能制造類專業(yè)實(shí)訓(xùn)課程制定一套科學(xué)合理、切實(shí)可行的教學(xué)方案，通過超星學(xué)習(xí)通、雨課堂、釘釘?shù)刃路绞剑皶r向?qū)W生傳遞課程教學(xué)內(nèi)容與思政價值觀。配套開發(fā)出能夠融入思政元素的體系化課程教學(xué)日歷，并及時更新，設(shè)計出行之有效、動態(tài)調(diào)整的實(shí)施質(zhì)量評價方法。

（二）興趣驅(qū)動，數(shù)字賦能

高職院校學(xué)生具有興趣濃厚、好奇心強(qiáng)、動手愿望強(qiáng)烈等特點(diǎn)。智能制造生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)精密、操作復(fù)雜，并且有一定的危險性。為較好地處理動手實(shí)操與安全生產(chǎn)的關(guān)系，要進(jìn)一步深化校企合作，將VR/AR、數(shù)字孿生等虛擬教學(xué)資源引入實(shí)訓(xùn)課堂，將具有危險性、操作復(fù)雜程度高的部分以數(shù)字方式呈現(xiàn)，打破時間與空間的限制，延展教學(xué)范圍，實(shí)現(xiàn)虛中有實(shí)、實(shí)中有虛的“半物理仿真”教學(xué)。

其中，虛擬仿真依據(jù)實(shí)物系統(tǒng)1∶1模型制作，具有與現(xiàn)實(shí)硬件載體完全相同的特征。虛擬仿真系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，學(xué)生可以充分發(fā)揮創(chuàng)新思維，改造和優(yōu)化已有生產(chǎn)流程。虛實(shí)一體化系統(tǒng)運(yùn)用云計算、大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生等“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，對學(xué)生全數(shù)據(jù)開展采集與畫像，并結(jié)合教育學(xué)原理，形成初始狀態(tài)的數(shù)字孿生體。隨著實(shí)訓(xùn)課程的推進(jìn)，學(xué)生不斷與數(shù)字孿生體溝通聯(lián)系，使數(shù)字孿生體持續(xù)學(xué)習(xí)、動態(tài)更新，科學(xué)化地開展學(xué)生自評、生生互評、教師總評，以取得理想的學(xué)習(xí)效果。

（三）團(tuán)隊指導(dǎo)，優(yōu)勢互補(bǔ)

智能制造類專業(yè)應(yīng)用范圍廣、專業(yè)門類多，但在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中又具有統(tǒng)一性。每個專業(yè)分屬智能制造生產(chǎn)線不同環(huán)節(jié)，由專業(yè)教師與企業(yè)專家組成團(tuán)隊，形成優(yōu)勢互補(bǔ)，共同完成一門“大實(shí)訓(xùn)課”的教學(xué)。

學(xué)校應(yīng)組織校內(nèi)外多專業(yè)、多學(xué)科力量，組建智能制造類專業(yè)實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)團(tuán)隊，成員包括光電技術(shù)、電氣工程及其自動化、材料科學(xué)與工程、精密儀器、機(jī)械工程等專業(yè)人才，專業(yè)方向全面，專業(yè)知識互融互補(bǔ)。團(tuán)隊中“雙師型”教師占比應(yīng)超過85%，且兼職教師成員均應(yīng)具有多年相關(guān)行業(yè)或企業(yè)工作經(jīng)驗(yàn)。授課時，每單元內(nèi)容由一名教師主講，其余教師共同參與指導(dǎo)。

（四）革新技術(shù)，強(qiáng)化培訓(xùn)

2022年9月，教育部下發(fā)《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)全國職業(yè)院校教師教學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊建設(shè)的通知》指出，要積極將職業(yè)技能等級標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)企業(yè)新技術(shù)、新工藝、新規(guī)范和優(yōu)質(zhì)課程等資源納入專業(yè)課程教學(xué)。

高職院校教育教學(xué)中涉及的各項活動需要在學(xué)校、企業(yè)等多個學(xué)習(xí)地點(diǎn)中完成，而智能制造類專業(yè)設(shè)備具有集成化程度高、涉及專業(yè)廣的特點(diǎn)。因此，有必要進(jìn)一步強(qiáng)化校企合作。如利用寒暑假邀請企業(yè)專家對學(xué)校專職教師開展融合“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的智能制造生產(chǎn)線專題培訓(xùn)。企業(yè)專家除講解設(shè)備的基本操作方法外，也要把VR/AR、數(shù)字孿生、大數(shù)據(jù)與云計算等新技術(shù)、新工藝、新規(guī)范引入學(xué)校，促使教師革新教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生在課堂中學(xué)到最先進(jìn)、最有價值的技術(shù)。

三、實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革預(yù)期成效

智能制造類專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)優(yōu)化改革后，其預(yù)期成效主要體現(xiàn)在教學(xué)與研創(chuàng)兩個方面。

在課堂教學(xué)方面，依托智能制造生產(chǎn)線及相關(guān)資源，逐步構(gòu)建“思政引領(lǐng)+知識技能”的虛擬仿真教學(xué)資源體系，涵蓋機(jī)器人裝調(diào)、數(shù)控加工、模具工廠、激光切割、模具制造等一系列虛擬仿真實(shí)訓(xùn)資源。全面實(shí)施理、虛、實(shí)一體化的新型教學(xué)實(shí)訓(xùn)模式，進(jìn)一步促進(jìn)智能光電制造技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)等智能制造相關(guān)專業(yè)教學(xué)團(tuán)隊建設(shè)，引進(jìn)、培養(yǎng)一批虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用專業(yè)帶頭人和骨干教師，打造一批專業(yè)素質(zhì)過硬、實(shí)踐能力高超的“雙師型”教師，從源頭上提升實(shí)訓(xùn)課堂教學(xué)效率和實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)效果，為國家培養(yǎng)更多高素質(zhì)技術(shù)技能人才。

同時，智能制造生產(chǎn)線及虛擬仿真實(shí)訓(xùn)資源也將向省內(nèi)外高職院校開放，由點(diǎn)及面，拓寬受益學(xué)生范圍，還可供中等職業(yè)教育、職業(yè)本科教育、應(yīng)用型本科教育院校相關(guān)專業(yè)同行參考和借鑒，推動智能制造實(shí)訓(xùn)教學(xué)新理念的踐行，新思想、新范式、新技術(shù)的推廣。

在科研創(chuàng)新方面，依托實(shí)訓(xùn)課程體系和資源，在充分提升學(xué)生技術(shù)技能的同時有效提高學(xué)習(xí)興趣與專業(yè)認(rèn)同，進(jìn)而積極申報學(xué)生科研項目、參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動、考取職級技能等級證書、參加各級各類大賽等，以研促學(xué)、以創(chuàng)促教，培養(yǎng)掌握復(fù)合型技能的時代新人。

四、小結(jié)

職業(yè)教育作為一種“類型”教育，其最主要特色就是直接面向行業(yè)、面向市場，實(shí)訓(xùn)教學(xué)的有效開展是高職院校學(xué)生習(xí)得先進(jìn)技術(shù)技能、獲得用人單位認(rèn)可的關(guān)鍵一步。基于“半物理仿真”概念，將完整的智能制造生產(chǎn)線引入智能制造類專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)，校內(nèi)各專業(yè)任課教師和企業(yè)專家組成教學(xué)團(tuán)隊，以實(shí)地操作與虛擬仿真相結(jié)合的方式共同完成一門“大實(shí)訓(xùn)課”，有效地解決了實(shí)訓(xùn)素材涉獵窄、實(shí)訓(xùn)操作風(fēng)險高、實(shí)訓(xùn)過程評價難、實(shí)物原理認(rèn)知難等現(xiàn)實(shí)問題，為同行提供一條新思路。

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（作者單位：浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院）