智能制造背景下開放教育機電一體化專業實踐教學改革研究*

張 娟

（廣州開放大學，廣東 廣州 510000）

機電一體化專業是制造業數字化轉型、智能制造業發展的基礎，為了更好地助力產業升級和高質量發展，改變智能制造業應用型人才不足的現狀，國家開放大學（簡稱國開） 啟動了“新型產業工人培養和發展助力計劃”（簡稱“助力計劃”），這對機電一體化專業的實踐教學改革提出了新的要求。目前，部分學校機電一體化專業的實踐教學體系、教學內容、師資和基地建設需要進一步完善。因此，本研究以智能制造發展需求為契機，以就業技能為導向，以提高學生對智能制造的認識與應用能力為目標，以“雙證書、高素養”的高質量技能型人才培養模式為基準，從實踐教學體系構建、教學內容改革、教學方法創新、師資和實踐基地建設等方面進行了研究與實踐。

一、構建雙融合的機電一體化專業實踐教學體系

（一） 開放教育實踐教學的特點及現狀分析

開放教育是在學習型社會發展的背景下，為了順應人們終身教育和高等教育大眾化的迫切需求，在計算機信息技術支持的基礎上產生的育人方式。開放教育提倡“教學廣惠，有教無類”，這不僅意味著對學習者的開放，更重要的是教育理念、教學資源和教學過程的開放。它是以學生自主學習為重點，采用線上線下相結合的教學方式，突破時間和空間的限制，在教學上實現了信息化、智能化、數字化。開放教育的主要目的就是快、準、好地培養社會發展所需要的應用型人才。然而，開放教育在實踐教學方面存在不足：生源的復雜多樣性使得學生的基礎和實踐經驗參差不齊；在職學習的學生存在工學矛盾；實訓場地、設備和師資存在不足[1]。實訓基地與場所的建設需要大量的資金，為順應制造業的高質量發展，工程教育上的投入需要增加。因此，機電一體化專業實踐教學的改革與創新應該從以上問題出發，結合制造業的智能化發展，綜合考慮開放教育的規律與特點，建立相應的機電一體化專業實踐教學體系。

（二） 構建雙融合實踐教學體系

1. 完善職業教育和繼續教育融合機制，共享實訓資源

落實機電一體化專業實踐教學工作，職業教育與繼續教育相融合的機制需要完善，共享實訓教學資源，這樣才能使開放教育實踐環節正常開展。機電一體化專業的生源部分來自中職技工學校，這類學生主要是想通過開放教育提升學歷和知識水平。中職技工學校擁有相應的實訓場地、實訓設備和實訓師資，這可以彌補部分開放大學實訓力量的不足。擁有一套完善的職繼融合機制，充分利用中職技工學校的實訓條件和場地，可以幫助金工實習與課程實訓等環節的開展。

2.完善產教融合機制，加強校企合作

完善產教融合機制，加強校企合作，在校企合作的基礎上，強化校外實訓基地的建設。以校企合作共建為工作重點，實現基地的整合與完善。校外實習基地是進行專業綜合實訓和崗位實踐教學的基本條件，學生在實訓基地能夠進行電氣維修、生產機械設備操作以及生產過程管理等項目的訓練。對此，開放大學應重視校外實踐基地的建設，積極聯系優質企業。學校為企業提供應用型人才，企業又為學校提供相應的實訓崗位，使實踐教學的質量得到提升。其次，學校還可以聘請一些掌握前沿技術的工程技術人員，不定期為學校的專職或兼職教師進行培訓或開展專業講座，并作為產教融合的橋梁和溝通紐帶，提高校企合作的深度與質量[2]。

3.完善實踐教學質量評價標準

科學合理、全面詳細的實踐教學評價體系是提高實踐教學質量的重要保障，是影響實踐教學質量的重要環節。質量評價指標體系要涉及實踐教學過程中的各環節并對其進行系統性的監控與評估。對此，開放大學要注重實踐教學評價標準的制定，這一標準需要同當前社會企業實際工作標準相對照、相適應，要在廣泛社會調研和集思廣益的基礎上，融入職業標準，由專業工作人員和指導教師協同制定并請相關專家審定通過[3]。從而提高實踐教學的指導性，更好地突出實踐教學的價值和意義，促進實踐教學質量持續提高。

4.加強師資隊伍建設

教師是教學工作的關鍵，無論是理論教學還是實踐教學，教師都具有重要的指導作用。因此，在落實專業實踐教學工作時，應該明確目標，積極完善師資隊伍建設。首先，人才引進方面，在繼續教育培養的基礎上，引進師資時還要注重第一專業及教育背景、注重現場實操能力考核；其次，注重整個實踐教學教師團隊的年齡、學歷和職稱結構合理化，目的是打造高質量、高水平的“雙師型”師資隊伍。

開放教育機電一體化專業的實踐教學體系是一個多層次、多目標、多元化的體系。該體系是在職業活動的基礎上，以繼續教育的形式，進行職業能力和職業素養的培養；該體系將職業教育與開放教育相融通，產業需求和人才培養相融合，校內課程實訓和校外崗位實習相輔相成，知識、技術和技能培養相互交叉，通過完善師資隊伍和質量評價標準，從而構建一個科學、有效的開放教育實踐教學體系。

二、基于智能制造的實踐教學內容創新

目前，開放大學機電一體化專業實踐教學改革的關鍵是教學內容的改革，這主要是由學生的特點決定。開放教育的學生包含有繼續教育需求的在職人員、中職技工學校畢業生、普通高中畢業生等。按國開的“助力計劃”要求，其人才培養目標定位是培養生產一線需要的、具有創新能力和良好專業素養的新型產業工人。這一培養目標決定了智能制造時代的機電一體化專業實踐教學內容改革要適應生產企業智能化發展的需要，以培養智能設備應用能力和數字化改造為主線，設計教學內容和學生應知應會的知識，能力和素養；按照基礎知識、一般能力與專業技能相結合的職業教育要求，在奠定實踐教學環節基礎的同時，突出專業核心能力的培養，重點培養學生的電工電子技術、單片機技術、液壓與氣動技術等與工業機器人密切相關的應用技術，以及電氣設備的故障診斷與維修能力[4]。

（一） 構建智能制造教學平臺

智能制造教學平臺在充分利用大數據和云計算技術的基礎上，根據機械制造、機電一體化、電子與通信工程、自動化系統工程、人工智能等領域常用的工程設備來規劃設計而成。它采用模塊化結構，包括AGV 移動機器人單元、工業網絡單元、運行控制單元、立體倉庫單元和總控操作顯示單元。該平臺除了應用于智能制造的綜合實訓，還可應用于多門課程的課程實訓，例如可編程控制器應用、傳感器檢測與測量、液壓與氣動、計算機控制、軟件工程、控制工程及數控加工等智能制造課程群。平臺的模塊組成和功能特點包括兩個方面。

1.模塊組成

智能制造教學平臺主要由監控與調度、物流立體倉庫、自動生產線、產品加工與制作（包括鐳雕，包裝貼標等）、機器人裝配（如關節軸裝配）、機器人搬運、機器人2D 和3D 視覺應用（包括視覺檢測）、AGV 導航群（移動機器人應用） 等模塊組成[5]。

2.功能特點

（1） 數字化與智能化

基于數字化立體倉庫，能夠實現對加工物料出庫、生產線運輸、數控加工、機器人搬運、產品裝配、產品視覺檢測和AVG 運載協同合作運行等智能化處理功能。

（2） 實訓教學個性化

平臺的各個組成單元獨立運行，可以根據課程內容需要單獨進行實訓教學，也可以根據專業領域需要分層次分模塊進行教學，比如產品加工與制作單元可作為數控加工專業學生單獨實訓教學，體現了實訓平臺靈活、實用、可共享及節能環保等特點。

（3） 總控監管可視化

對全過程數據信息進行可視化管理，比如物流管理信息、網絡下單信息、電子看板監視功能等，支持客戶網絡下單，定制個性化產品，實時跟單，以智能的方式滿足客戶的需求。

（4） 全自動柔性制造功能

平臺整合數控機床、立體倉庫、裝配機器人、AGV、機器人視覺質量檢測、自動生產線等功能單元，使仿真工廠能夠根據訂單迅速轉換加工程序及物料配送，實現產品加工的自適應和全自動，體現智能制造的柔性和智慧性。

（5） VR/AR 仿真感化

VR（Virtual Reality） 虛擬現實功能，將動態畫面和真實體感融合在多維環境中，營造出現實的仿真場景；AR（Augmented Reality） 增強現實功能，實時將視覺設備拍攝的全景圖像及傳感器的位移跟蹤進行數據化圖形化處理，從而實現教學平臺現實場景和虛擬仿真的全景互動。

（6） 教學方式多樣

受資金、場地、人力的投入及學生工學矛盾等因素的影響，平臺可以通過VR、AR、AI（Artificial Intelligence），利用物聯網、大數據、云計算等現代計算機信息技術手段，采用線上遠程仿真學習與線下生產實際相融合的方式來實現，也可以通過增加仿真網絡帶寬，提高實驗室管理智能化水平，開發基于IOS 和安卓系統手機/平板的應用APP，使學生可以隨時隨地進行移動式學習。

（二） 有效開展仿真實訓教學

有團隊針對數字化背景下機電一體化專業的仿真實訓進行了系統研究，例如，蔡曉君等[6]認為，仿真實訓不僅能提高學生的操作技能，使學生能更好地適應企業的工作環境，還能培養學生的創新思維。建構主義學習理論認為，學習是學習者在原有知識的基礎上，在一定的社會環境中，主動對新信息進行加工處理，建構知識的過程，學習者通過與現實環境的互動，創造和建構自己的知識。在仿真實訓的環境中，學生可以直接參與工程問題的解決，從而獲取豐富的實踐經驗，建構并深化自己的知識結構。同時，從認知學習理論角度看，仿真實訓環境提供了大量的、可感知的實物，有利于增加學生的認知積累，激發學生的學習興趣，從而提高學生的學習效果。此外，仿真實訓的環境也能幫助學生從整體上理解和把握工程問題，提升學生的系統思考能力。從教育技術的視角來看，教育數字化和人工智能為仿真實訓提供了技術支撐。數字化技術能夠幫助構建生動、逼真的仿真環境，豐富教學手段，提高教學效果。此外，數字化技術也有助于改善教學評價體系，使之更加客觀和全面，促進學生的全面發展。

因此，有效地開展仿真實訓不僅可以豐富教學手段，提高教學效率，培養學生的團隊精神，還能激發學生的創新思維。特別是在工程教育中，利用數字化技術的仿真實訓可以助學生理解復雜的工程問題，獲取實踐經驗，提升學生的實踐操作能力，同時還能激發學生的學習動力，提高學生的學習興趣。

（三） 加強一般能力與專業技能結合培養

實踐教學環節除了培養學生適應未來職業崗位的專業技能外，還應包括一般能力的培養，比如寫作與表達能力、英語與計算機應用能力、收集和處理現代信息的能力、自學和獲取新知識的能力、分析和解決實際問題的能力、以及團結協作和組織社會活動的能力等。這些能力都與專業技能的提升息息相關，因此，在進行教學內容設計的時候要注重一般能力培養與專業技能訓練相結合。

（四） 以賽促學，以賽促教

參加各種職業技能賽事也是實踐教學環節的一項重要內容。通過參賽，學生不但訓練了專業核心能力，還能培養綜合能力。機電一體化專業的核心能力，主要是CAD/CAM 應用能力，電氣控制系統安裝與調試能力以及PLC 技術應用，其培養主要通過機電一體化系統設計、CAD/CAM 計算機輔助設計和制造、數控加工實操等環節逐步完成。在參賽的過程中，學生要提前進行各種培訓和練習，針對競賽內容和要求進行系統學習，參加命題考試，進行現場演示，進入承辦企業進行實地考核，這一過程能夠使學生全面了解本專業所需的各種核心技能和未來的崗位需求。因此，學生在整個比賽的過程中，既訓練了核心技能也提高了綜合能力。

（五） 將思政元素融入實踐教學

實踐教學的思政教育是培養學生的敬業精神，而制造業崗位敬業精神的核心是“工匠精神”，從其內涵來看，是將“匠人、匠心、匠魂”三個層次的培養有機融入實踐教學之中。

1.培養“匠人”意識

在開展實訓課之前通過不同方式對學生進行培養，使其對工匠精神形成一個初步的概念。比如，學校有著豐富的校園文化宣傳手段，可以利用海報、廣播、演講比賽、社團活動等方式讓學生耳濡目染，不斷熏陶，從而理解“匠人”意義，感受“工匠精神”。

2.凝煉“匠心”

根據教學需要，將真實項目引入課堂，設計項目式教學案例，構建真實的職業活動場景，把學生“工匠精神”的培養落實在具體作品上。比如，以螺母、螺栓的設計制造為例，學生從設計產品、制訂工藝方案、到零件加工檢測，形成完整而真實的職業活動，從而在整個項目活動過程中感受敬業精神，體會職業道德，鍛煉綜合素養，淬煉“匠心”。

3.鑄造“匠魂”

學生“工匠精神”的培養，不僅需要長期工作經驗的累積，還需要企業文化的熏陶。因此，開展校企雙方合作，讓學生到企業去實習，通過實踐學習，感受企業文化，是培養學生“工匠精神”和敬業精神的重要方式。此外，在校期間讓學生關注各類競賽，并積極組織學生參加全國性技能競賽，把每一次比賽當作一種歷練。比賽的認真過程和競爭過程使學生的“匠心”得以磨煉，“匠魂”得以鑄造，從而職業素養得以提升[7]。

三、實踐基地建設及實踐教學方式的創新

（一） “開放—整合—互動”的校外實踐基地的建設

開放大學可與相關技校或考證培訓工程中心合作，積極利用校外辦學資源，在資源共享、互惠互利原則的基礎上，掛牌成立穩定的校外實訓基地，為學生的工程應用能力以及綜合職業能力的培養提供有力的保障。

自開放大學啟動“助力計劃”以來，積累了許多校外合作經驗，初步形成了“開放—整合—互動”的校外實踐基地建設新認知，其包括三個方面的開放、整合、互動：一是實踐環境與物質資源方面，二是實踐教學與人力資源方面，三是實踐項目與信息資源方面。

“開放—整合—互動”的校外實踐教學基地建設的途徑包括成立專業建設委員會，共同開展專業建設和課程改革活動；建立企業冠名班，為企業訂單式培養人才；承接企業技術外包，實現產、學、研三方面的和諧統一；將分校辦進企業車間，采用“雙元制”辦學模式，共同為企業培養未來員工、培訓在職員工；將企業生產流水線搬進校園，實行仿真環境下的技能教學，從而實現與校外基地的開放、整合、互動。

（二） 線上線下混合教學，多元拓展實踐教學方式

通過將線上和線下教學資源相互結合，教師可以充分利用在線學習平臺和互動課件，為學生提供豐富多樣的學習資源和學習手段[8]。在線學習平臺可以提供課程資料、視頻講解、模擬實驗等線上資源；而互動課件可以設計交互式演示、模擬實踐操作等學習活動。教師可以整合相關資源，通過線上學習逐漸引導學生了解和掌握相關概念和知識，并在線下課堂中進行實踐操作和討論。例如，在學習數控加工知識的時候，學生可以通過線上教學觀看數控編程的指導視頻并進行交互式仿真實驗，從而理解數控編程原理和數控加工流程；然后，在線下課堂中進行實際機床操作和自主編程任務的實踐操作，提升學生的實踐技能和問題解決能力。此外，通過針對性的教學步驟安排，教師可以引導學生有序地進行學習，深化理解和提升學習效果。在混合式實踐教學過程中，互動課件的設計應考慮學習內容的邏輯關聯和實踐教學規律的推進。通過設計有序的教學步驟，可以將學習任務和互動活動結合起來，讓學生在合適的時間里完成任務和反饋學習成果。例如，在學習機械工藝基礎內容的時候，可以通過互動課件依次引導學生了解機械切削原理、選擇合適的切削刀具、進行刀具磨損分析等，每一步驟都緊密聯系，有助于學生建立知識框架和提升解決實際問題的能力。

四、結語

在智能制造背景下，開放教育機電一體化專業實踐教學創新包含教學體系和教學內容的創新，它是一個系統工程，涉及人才培養模式、質量評價標準以及區別于普通高校的開放教育辦學方式。只有積極探索實踐教學改革與創新，構建新的實踐教學體系，設計新的實踐教學內容，拓展新的實踐教學方法，加強師資建設和校企合作，使實訓教學活動和人才培養工作與智能制造領域人才需求相適應。建立與開放教育人才培養模式相符合的、與開放大學辦學條件相適應的實踐教學模式，不斷探索與進步，才能培養出高質量、高水平的新時代應用型人才。