產學研合作教育模式下機械專業“互聯網+”技術培養的探究

靳繼勇 崔陸軍 鄧大立 李雪麗

中原工學院機電學院 河南鄭州 450007

1 概述

在以互聯網技術為核心的信息產業浪潮下,我國制造業也在由大轉強的發展進程中提出了“中國制造2025”,以加快新一代信息技術和制造業深度融合為主要路徑,以推動智能制造為突破口,以提升產業的核心競爭力為目標,完善多層次、多類型人才培養體系,推動產業轉型升級[1]。

隨著信息化建設和技術的進步,機械工程的發展正以智能化生產、云計算、人工智能、機器人等前沿技術作為主要研究對象[2]。地方政府相關文件對企業構建以云平臺為核心的智能制造和工業互聯網生態圈、引導企業將基礎設施、業務系統、設備產品向云端遷移都做出了明確的工作指示要求[3]。以新技術、新業態、新模式、新產業為代表的新經濟蓬勃發展,如何培養出創新創業能力和跨界整合能力的科技人才,是加快推進新工科建設背景下的高等教育改革和發展成為當下工程學教育發展重要內容[4]。

2 機械專業產學研合作教育模式現狀

產學研合作教育模式是根據學校與企業、學校與社會之間存在著“產教結合”這一關系而提出的一個全新教育機制,該人才培養模式可以有效地促進高校人才培養質量和水平提升,同時也能夠進一步促進校企之間合作以及相關產業發展。

2017年在以教育部“復旦共識”“天大行動”“北京指南”為綱領,各個高校從各個方面開展了具有自己特色的新工科建設。清華大學展開了貫穿大學四年的貫通式項目制研究型綜合實踐教學,強調“知識傳授、能力培養、價值塑造”三位一體的培養理念;華南理工大學提出“新工科建設F計劃”,構建深度融合的課程體系,加強對學生的多維度培養。復旦大學增設課程核心為“本研貫通+產學研融合”的新工科試[2];哈爾濱工業大學制訂“新工科‘Π型’方案”;電子科技大學和東北大學以就業為導向探索“互聯網+”復合型精英人才培養。在這些頭部高校通過自身的較為完善社會資源優勢,創建了機械專業的校企合作協同的標桿[5-7]。

杭州電子科技大學機械工程學院制定服務于地方經濟的“創業適合型”培養模式[8];桂林電子科技大學機電工程學院的彈性實踐教學體系實施模式[9],為我校的機械專業推進籌建河南電子科技大學規劃起到了指導作用。近幾年來,省內高校中河南科技大學機電工程學院形成了“厚基礎、寬口徑、重實踐、求創新”的人才培養理念的課程體系,并與固高科技(深圳)有限公司等開展產教融合和校企合作[10-11];河南理工大學堅持“重基礎、重能力、重實踐、高素質”的教學理念,構建基于“協同育人”模式的雙導師隊伍[12];鄭州輕工業大學機電工程學院人才培養過程重構了適應輕工行業轉型發展的人才“學習產出”框架和培養體系,創新產學研三維工程實踐教學模式[13]。在新工科建設的開始過程中,我校機械專業和其他很多地方高校一樣面臨很多問題,課程還是以傳統的以機械為主、以電為輔的教學方法。以目前現有的師資、實驗設備、課程體系都無法全面滿足“互聯網+”專業知識的教學和人才培養的問題,為盡快實現將智能制造以及“互聯網+”相關知識體系建設,我校采用高校與社會企事業單位建立產學研合作教育模式,主動開展智能制造和“互聯網+”技術的發展、研究、推廣與人才培養探究。

3 產學研合作教育模式下機械專業“互聯網+”技術培養探究

3.1 細化相關內容,形成技術路線

依據目前的常用“互聯網+”技術和學校機械專業現狀,如下圖所示,創建了以機械行業“互聯網+”技術產業鏈為技術研究模型,本模型就是全生命周期設計、制造、服務一體化融入機械行業中,將機電設備數據與公司的ERP系統數據相互連接,打造制造企業智能化的生產過程執行管理系統(MES)。模型基本涵蓋了機械專業的“互聯網+”常用技術,分成管理系統、計算機、通信、控制系統、機電系統四大部分,每個部分都有自身的具體技術。

機械行業“互聯網+”技術產業鏈模型圖

結合“互聯網+”技術對自身優勢科研技術(精密制造)進行產業升級,推動精密機械加工在管理、研發、生產、質檢、服務各個環節的智能化,降低相關成本投入,并提高效率和效益。

3.2 優化培養計劃

根據新工科建設為背景、專業工程認證為要求,學院開始優化修訂機械大類專業的人才培養計劃,更加注重學生實踐能力、創新能力的培養,針對大型規模企業特定的人才需求,人才培養計劃可在保持“學科必修課”與“專業必修課”不變的前提下,與企業共同靈活設置“專業選修課”,形成特定行業企業進行人才培養的模式。例如機械類專業可編程序控制器應用、單片機應用、嵌入式設計、虛擬儀器、傳感器技術、機電傳動控制、機電一體化設計等控制方向專業課程融入新工科建設為背景的智能制造技術,并作為課程思政元素;機械類專業增設了新工科建設為背景的“互聯網+”技術課程,例如機電系統智能控制技術、計算機網絡技術、機器人技術及應用、機器視覺技術及應用、汽車車載網絡技術等課程;鼓勵機械專業學生選擇工業物聯網、人工智能、大數據等交叉培養課程,豐富學生的“互聯網+”知識。

3.3 多元化探索產學研合作教育模式下的人才培養

目前地方高校機械專業課程教學知識點較為基礎,師資技術欠缺,不能實現對“互聯網+”技術有興趣的學生進行全產業技術鏈的培養,所以針對專業及技術需要進行以機械專業為基礎、“互聯網+”技術為方向的人才培養,需要高校教師積極主動拓展企業共建實習實訓基地、產學研協同創新實踐基地,開展多元化的產學研合作教育。

首先,依托教育部產學合作協同育人項目,與成熟的計算機企業共建大學生實習實訓基地,每年對機械專業學生提供“互聯網+”需要的Web前端技術、AI人工智能、大數據開發及構架設計、網絡安全等計算軟件技術的初步學習培訓;與物聯網技術公司合作,開展機器人及其視覺技術、工業物聯網、PLC應用技術、嵌入式技術的實習實訓。通過個性化專業化的實訓,讓學生了解并初步掌握“互聯網+”的應用場合、發展方向、智能制造應用等方面技術,為機械專業學生的“互聯網+”技術就業升級打好基礎,共同推進實踐教學改革。

其次,讓機械專業學生與有就業需求的智能制造的企業進行崗前實習,結合機械專業培養計劃制訂適合可行、具有實踐能力、創新意識以及職業素養等方面的實習計劃,在就業過程中提高自己的智能制造知識水平。

“互聯網+”為核心的大學生創新創業競賽和智能制造比賽已經成為機械類專業學生競賽的主旋律。以學校工業園區企業為依托,拓展智能制造相關技術校企資源,建立跨專業的共享校企資源,在實習過程中尋找企業相關技術痛點,拓展創新創業思維,通過與相關校企的展開項目溝通,用實習實訓和協同培養的方式共同完成部分創新創業競賽,建立以賽促學、以賽評學的教學實踐體系,打造多支專業化、梯隊化的競賽團隊,實現機械專業雙創人才的產學研合作教育。

3.4 對接企業建設優質課程,通過項目合作提升教學水平

與企業針對智能制造、“互聯網+”技術相關課程進行探索,打造優質課程。采用產學共建的方式,針對學校機械電子工程專業和機械設計制造及自動化專業,對現有機器人技術及應用、機器視覺技術課程進行改革優化,初步形成符合學院特色的智能制造工業機器人實驗室建設方案,為以后進一步的以智能制造技術和“互聯網+”技術實訓緊密聯系課堂教學內容做好基礎工作。與機電裝備設計制造公司等共同進行機電傳動控制、可編程序控制器應用、單片機應用、機電一體化技術、虛擬儀器、智能控制技術、計算機網絡技術、工業物聯網課程建設,在企業尋找課程資源,積極申報國家級和省級一流本科課程、專創融合特色示范課、課程思政等項目建設。

師資團隊是人才培養的根本保障,一方面學院積極引進智能制造及“互聯網+”高層次技術人才,同時依托教育部產學合作協同育人項目平臺與學校企業共享資源開展師資培訓,在開展實項目學習和研發過程中,將基于“互聯網+”新工科有機融合到傳統教學過程中,提升教師的教學水平,為高校教師教學創新大賽、教學技能競賽提供了教學資源,也為國家級和省級一流專業、優秀基層教學組織、課程思政教學團隊、專業工程認證等建設工作給予有效的支持。

3.5 產學研合作模式下的互聯網+機械科學研究

完整“互聯網+”新工科背景下的機械科研項目,不僅僅是機械、計算機、電信專業交叉學科交融,本身需要機械、自動化、電氣、機械等專業與工業工程、工業設計、管理、計算機等多學科的聯合支持。構建多元化的校企、校研合作聯盟,院內選派適合企業的教師進行專業技術崗位實習,在企業設計、生產、管理和服務等全周期科研工作中,遴選新工科背景的機械學科產教融合項目,與企業共同展開高質量科研工作,建設“互聯網+”技術交叉科學研究團隊,共同促進科技創新和科技成果轉化項目,打造校企、校研等多主體共建的機械專業創新性實踐平臺,提升教師科教融合、產教融合、創新創業等教育教學能力和素養。用制造業全生命周期的融合技術項目對本學院的機械設計制造及自動化、機械電子工程、車輛工程、工業工程、工業設計專業進行優勢技術互補,實現機電系統設計分析、測控技術、制造執行系統、生產過程優化管理、產品外觀開發、互聯網+前端界面、基于云計算的大數據后臺設計、數據安全、外觀UI設計、VR設計等互聯網+智能制造系統技術的全覆蓋。

結語

本文以我校機械大類專業的新工科建設為背景,對專業人才培養、物聯網+課程體系建設、交叉學科師資隊伍建設等方面詳細闡述了產學研合作教育模式下的探究過程。高校機械專業產學模式根據新時代特征繼續深化調整相應教學改革,地方高校可以實地調研并參考頭部高校人才培養過程,根據自身校企資源積極主動探索新工科背景的培養方式,將適合時代和學校專業發展先進的智能制造技術引入高校機械專業中。