跨行業融合機電一體化專業教學改革與研究

文/廣州珠江職業技術學院 何 靖 潘德模

一、引言

機電一體化技術作為集機械、電子、光學、控制、計算機、信息等多學科于一體的交叉學科,早在20世紀70年代就已興起,經過多年的發展已被人們廣泛接受和普遍應用,是現代工業制造業的重要組成部分。機電一體化技術專業作為高職教育傳統專業是一個主要面向制造業的寬口徑熱門專業,培養掌握機械加工技術、電工電子技術、檢測技術、液壓與氣動、電氣控制技術、自動生產線技術及機電設備維修等基本知識,具備機電一體化設備操作、安裝、調試、維護和維修能力,從事自動生產線等機電一體化設備的安裝調試、維護維修、生產技術管理、服務與營銷以及機電產品輔助設計與技術改造等工作的高素質技術技能人才。

近年來,信息技術重大變革開啟了工業4.0智能化時代的篇章,也引發了我國傳統制造業的革命。大數據、物聯網、云計算、移動互聯網等科技手段在整個產業生態中得到了廣泛應用,并與產業鏈深度融和,掀起了傳統制造業結構優化與創新升級的浪潮,行業邊界逐漸模糊化,跨界融合成為發展的主流,推動了整個制造業對跨界融合創新型技術技能人才的需求,要求其具有復合知識結構、開闊視野,能夠洞察新信息、掌握新方向,具有較強的創新思維、意識與能力,能夠助力企業的數字化轉型。

廣東省作為我國工業制造大省,是中國智造的主戰場,也是制造業轉型升級的前沿陣地。在廣東省朝向世界高端制造產業鏈進發的時代背景下,廣東省經濟社會發展對相應的高技能人才提出了更大的需求與更高的標準。2023年發布的《中共廣東省委廣東省人民政府關于新時代廣東高質量發展的若干意見》明確指出,為深入貫徹習近平總書記關于推動高質量發展的重要論述精神,將著力發展先進制造業,打造梯次型產業格局,爭創國家先進制造業集群,加快制造業產業鏈數字化改造,促進中小企業數字化轉型,完善促進制造業高質量發展的法規政策和標準體系,大力弘揚“工匠精神”,實施制造業當家“十百千萬”人才專項行動,強化制造業人才支撐。

綜上所述,在技術、政治、經濟社會發展層面,我省制造業發展被賦予新的時代特征,機電一體化技術作為制造業關鍵技術也被賦予新的內容,不再局限于傳統機械加工、自動控制領域的應用,預測其未來將在新一代信息技術、高級數控設備和機器人、航空航天設備、海洋工程及船舶設備、先進軌道交通裝備、新能源汽車、電力裝備、生物醫藥及高性能醫療器械、農業機械等多行業多領域全面應用,朝光機電一體化、智能化、柔性化、微型化、仿生物化等方向進發,隨之而來的則是就業市場對于機電一體化技術人才需求標準的根本性改變。在當下新經濟形態和新技術環境背景下,針對高職機電一體化專業技術人才的培養應重新探索專業與職業的匹配,布局育人模式與路徑,尤其是對課程體系進行全方位思考,圍繞新技術、新崗位的要求,對現行的課程體系、教學內容、教學方式進行改革,與時俱進、超前謀劃新時代機電一體化專業人才的培養工作。

本文以廣州珠江職業技術學院機電一體化專業群為例,探索數字化驅動的教學改革方案,搭建以企業崗位需求為導向的“分層多元、跨界融通”的網狀課程體系,構造基于工作過程的課程內容與環節,總結行之有效的教學模式,制訂相關課程標準。

二、現狀分析

在20世紀中后期,傳統制造型工業發達國家急需將其經濟模式向全球擴張和轉移,使得國外發達國家職業教育蓬勃發展,形成了多元化的課程體系及教學模式,例如德國的雙元制、澳大利亞的TAFE模式、加拿大的CBE模式以及美國的MES模式。我國在改革開放后陸續引入世界職業教育模式,2000年后,隨著高校擴招和職業教育大發展,這些典型模式得到了我國職業教育課程論專家的大力推廣。然而受到工業4.0對人類社會原有生產方式帶來的巨大沖擊,傳統的職業教育模式在當下同樣面臨著全新挑戰。

在數字化經濟生態中,人工智能機器大量承擔傳統技能型工作,生產效率大幅提升、成本大幅下降,企業的用人環境發生了根本性轉變,傳統制造型企業紛紛升級換代,技術知識的融合性與迭代性特征在這些企業中得到了充分體現。在這種大環境下,傳統職業教育模式存在的問題日益顯現:譬如崗位能力需求分析滯留于靜態化分析,考慮技術迭代性不夠;課程內容設置過于單一,滿足不了日益增長的復合性知識需求;課程目標制定太細太多,限制了課程內容的創造性等。總體而言,傳統培養模式下的學生在智能裝備應用、智能產線系統控制及智能工廠信息管理等方面存在明顯知識短板。

機電一體化專業從其誕生之日起就是一門涉及多學科領域的交叉復合型學科,具有一定的學習難度,其相關領域任何學科技術的迭代都對機電一體化專業技術的更新起到推波助瀾的作用,傳統職業教育模式存在的弊端在機電一體化專業顯現尤為突出,種種矛盾正在倒逼高職機電一體化專業教學的改革。

三、跨行業融合機電一體化專業教學改革

工業4.0背景下擁有機、電、控制、網絡、信息化等多方面“復合”技術技能的人才成為企業用人首選,相應地推進數字化轉型背景下的跨行業融合機電一體化專業教學改革成為高職人才培養目標的優選項:通過依托校企合作數字化工廠式實訓教學平臺的建設,實現專業鏈與產業鏈接軌,制定數字化驅動的產學互動協同育人人才培養方案,以培養數智型技術人才為目標開展教學模式改革,研究組建跨行業融合高職機電一體化專業課程體系,同時,結合學生創新創業平臺運行深化學科知識、行業知識的交叉融合,全方位提升學生的綜合職業能力(專業能力、方法能力、社會能力),以適應當今制造業智能化、數字化發展趨勢。

1.“分層多元、跨界融通”網狀課程體系的構建

綜合考慮珠三角產業集群分布特點及我校畢業生近年就業情況,采取企業走訪、人才需求及技能需求問卷調查、近2年畢業生信息反饋等多渠道調研高職機電一體化專業畢業生重點就業行業信息以及新業態下工業企業對機電一體化專業技術人才的具體需求。調研范圍主要涵蓋機械工業、電子信息、汽車、家電、醫藥健康等典型產業集群,側重于具有鮮明技術融合特征的高端機械裝備、工業物聯網通信設備、新能源汽車、智能家電、高性能醫療器械等行業。調研分析結果顯示機電一體化專業畢業生主要從事崗位有零部件智能制造與智能裝配工藝員、智能裝備自動化生產線運維、機器人生產線維修與操作、質量檢驗、技改人員、機電產品設計及開發技術人員、控制系統安裝與調試人員、工業自控設備技術支持與銷售等。按照職業能力?知識需求互推邏輯模型對跨行業融合課程進行遴選,將其與重點行業職業能力需求對標(圖1)。

圖1 職業能力知識需求互推邏輯模型

明確機電一體化專業人才培養目標應在原有基礎之上依托校企合作平臺培養掌握數字化設計與制造、智能控制系統與工程相關理論知識與軟硬件,能夠適應并成為智能制造產業需要的高級技能型應用型人才。相應的重點針對課程體系開發設計環節進行改革,重組公共課、專業課、實踐課,選取精要的必要的跨行業知識對原有課程內容進行橫向整合,同時按照基礎-核心-拓展的遞進關系進行縱向延伸,推進智能制造相關課程學習:弱化原有傳統機械、電氣兩類課程的邊界、強化課程內容之間的立體交融,增設人機交互、智能控制、虛擬仿真、逆向工程、企業信息化系統應用等相關板塊代表性課程,形成內容連貫、銜接合理、結構緊湊的分層網狀課程體系(圖2),使學生所選課程既有針對專業方向的系統性與復合性,又具備個性化特征,把學生獲取知識的路徑從原有的單一線性模式調整為從中心向四周輻射的模式,使其從多維度獲得啟發,從而激發創新潛能。

圖2 課程體系框圖

2.建立專業課程標準范例

在課程體系基礎之上,對相關課程內容進行優化,選擇目標明確、現實可行、有教育意義和典型性的工作任務為載體設計課程內容,以現代電氣控制安裝與調試為例,建立基于工作過程的完整課程教學方案,該課程融合了不同行業領域的知識,為機電一體化專業核心課程。通過調研分析企業實際崗位需求對該課程實施過程中的教學內容、形式、進程重新展開有機整合,在實際教學中再進一步與企業溝通、優化課程內容,使得學生在完成工作任務的過程中實現能力培養目標。

四、結語

跨行業融合高職機電一體化專業教學改革方案,高度關注工業4.0智能化時代技術融合與產業升級對企業用人標準的影響,與當前區域經濟社會發展方向及產業結構調整趨勢保持一致,最終落腳于課程體系的開發與設計端的調整與優化,著力于推進智能制造相關課程學習,通過建立“分層多元、跨界融通”的網狀課程體系,輔以工作過程為導向的課程開發理論,應用案例、思維導圖等行動導向教學方法,以期緊緊把握時代進步的脈搏,賦予教學內容以新的生命與活力,最大程度發揮該課程體系的綜合優勢。

通過研究與探索跨行業融合高職機電一體化教學改革,促進機電一體化專業辦學水平與辦學質量的提高,融入我省高質量發展戰略,培養面向多產業集群、面向更新崗位的復合型創新型專業技術技能人才,強化制造業人才支撐,助力工業企業數字化轉型。