面向新興產業的智能制造工程專業課程體系建設

摘" 要：智能制造是全球工業關注的重點，也是學術界研究的熱點，為突破核心關鍵技術，在未來全球創新生態系統中占據戰略制高點，迫切需要培養大批新興工程科技人才，因此更新智能制造人才培養體系是高等學校面臨的一項艱巨的任務。文章針對智能制造專業建設存在的跨學科體系相對缺乏、綜合實踐教學體系滯后、學生和教師的視野不夠開闊、畢業生綜合能力缺乏和教師自身知識能力與智能制造專業存在差距等問題，探討了高等學校課程體系建設方案：優化人才培養方案、設計相關課程邊界、開設工程導論和前沿課程、融合一批突出知識點的相關性的課程以形成“大課程”、實施以學生為中心的課堂教學改革、強化實踐教學改革和提升教師隊伍適應智能制造專業的工程實踐能力。在人才培養過程中，充分發揮政府、企業、行業、高校多方資源優勢，實踐“主體協同、過程融通、動態監控”的高素質智能制造新工科人才培養新模式。依靠社會力量的積極參與，共同建設課程、共建校內實驗室和校外實踐實習基地、合作培養培訓師資、合作開展研究。

關鍵詞：智能制造;課程體系;課程邊界;大課程

中圖分類號：G649.21" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：1673-7164（2024）23-0181-04

制造業先后經歷了機械化、電氣化和信息化三個階段，現在正處于智能化發展的第四個階段。智能制造（Intelligent Manufacturing，IM）是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統，它在制造過程中能進行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構思和決策等，將制造自動化擴展為柔性化、智能化和高度集成化。[1]智能制造是各個國家振興工業發展戰略的關鍵，也是全球工業界關注的重點和學術界研究的熱點，更是多種先進制造系統和模式的結合體。[2]其發展離不開人才的培養，各類專業技術技能人才及上層的管理人才都將成為未來制造發展的重要組成部分，進一步加快培養和造就一批高精尖的技術、技能人才勢在必行。[3]智能制造工程專業立足“新工科”培養理念，該專業主要研究智能產品設計制造、智能裝備故障診斷、維護維修，智能工廠系統運行、管理及系統集成等，培養能夠勝任智能制造系統分析、設計、集成、運營的學科知識交叉融合型工程技術人才及復合型、應用型工程技術人才。智能制造所需的人才體系需要具備機械、電氣、自動化、軟件、機器人、機器視覺等多領域、多學科的專業知識，因此需要重新構建智能制造專業的知識體系，提高從業人員的職業素養、基本能力、專業能力。[4]由此可見智能制造人才培養體系的建設是高等學校面臨的一項艱巨任務。

一、專業建設存在的弱項問題

智能制造涵蓋了產品從研發設計、生產制造、物流配送到銷售服務整個產業鏈，對從業者提出了更高的要求，要求工作人員具有更高的技能、智慧和創造性，包括創新研究型人才、復合型專業人才、高端操作技能人才。[5-7]智能制造行業的發展，推動了機、電、聲、光、磁、信息等多學科交叉，衍生出新興的綜合性產業，但是缺乏與之匹配的教學、科研環境與條件，因此，該專業人才培養面臨的主要問題如下：

第一，學科和專業設置限制了跨學科知識體系的構建。學科和專業劃分偏細，課程設置與專業捆綁是目前本科教育普遍存在的問題，限制了不同學科的交流和合作，形成了知識壁壘。現有課程體系與智能制造職業標準脫節，電、聲、光、磁和信息相關的跨學科的課程體系相對缺乏，專業的培養目標與智能制造的產業結構需求的匹配還有一段距離，[8-10]不利于學生的綜合能力培養。

第二，綜合實踐教學體系建設滯后。現有工程實踐教學與企業需求、行業前沿聯系不夠緊密，一是依托高層次、前沿領域的設計制造創新中心的綜合訓練基地不多，二是創新型、綜合型實踐活動的形式和項目不足。現有教學體系過于強調學生對理論知識的儲備，缺乏對學生運用知識、動手能力、思考問題能力的培養。

第三，面對新經濟、新業態，學生和教師的視野不夠開闊。對智能制造行業的新進展了解不夠，未能體現如大數據、智能工廠、移動互聯網、云計算、服務型制造、網絡眾包、智能終端產品等帶來制造行業的變化和創新，不能在未來技術和產業發展起到引領作用。

第四，與行業需求相比，畢業生綜合能力缺乏。畢業生缺乏協同設計、綠色設計、系統集成設計制造、增材制造、精準供應鏈管理、全生命周期管理等新知識應用到復雜機電系統的設計、制造、維護和管理等方面的綜合能力。

第五，新形勢下教師的知識和能力需要進一步更新和提高。受傳統教育的影響，當前教師的知識、能力與工程教育、創新創業教育存在差距。在教學上習慣單向傳授知識，對能力的培養不夠重視;在學術上習慣了專注于本學科內的知識深度，而對知識的交叉關注不夠，不利于復合型人才的培養。

第六，學校、企業、行業、地方政府多方協同育人模式實際協同效率偏低。現代高等教育發展與經濟社會發展已經成為相依相生的共同體，需要學校、企業、行業、地方政府多主體的協同作用。但在實際人才培養過程中，多主體之間配合度還不順暢、協同深度不夠、多方共贏效果有限，實際流向提供實踐教學基地企業和儀器設備制造商的畢業生較少。

第七，社會力量參與不夠。我國的辦學體制長期以來一直是學校“關門”辦學，存在社會力量參與人才培養不夠，實驗室和實踐基地建設的動力不足、質量不高、方式單一、層次淺顯、路徑不暢，社會教育資源利用率低等問題。

二、課程體系建設方案

為響應國家戰略需求，支撐服務以新技術、新業態、新產業、新模式為特點的新經濟蓬勃發展，突破核心關鍵技術，構筑先發優勢，在未來全球創新生態系統中占據戰略制高點，迫切需要培養大批新興工程科技人才，因此，需要對目前的課程體系進行優化。

（一）優化人才培養方案，滿足產業對人才數量的需求

在專業課程體系、專業課程內容、專業課程教學團隊、專業實踐教學內容、專業課程教學方法、質量評價機制等6個方面進行優化和建設，如圖1所示。

（二）再設計智能制造專業相關課程邊界

新技術的發展應該使智能制造專業的學生掌握物聯網、大數據分析、人工智能、“互聯網+”等方面的概念，要進行相關課程的邊界再設計。智能制造專業課程由通識教育課程、學科基礎課程、創新創業教育課程構成專業基礎模塊，專業教育課程和集中實踐課程構成專業方向模塊：專業基礎模塊突出知識點的關聯性，通過通識教育課程、課程基礎課程和創新創業課程來保證對人才的人文科學素養和專業能力的共性要求，體現“寬口徑、厚基礎”的教育原則;專業方向模塊突出人工智能技術、大數據和信息技術等以信息為核心的課程再設計，主要是實現學科交叉的培養，體現因材施教和個性化培養。

系統規劃電、聲、光、磁和信息相關的跨學科課程體系模塊，重新構建的跨學科課程體系的模塊應緊跟智能制造背景下國家戰略的發展態勢、優化組合核心課程與支撐課程、整合校內外資源，組建具有全球視野的跨學科的教學團隊，適時優化專業課程架構，動態更新專業課程內容。

（三）工程導論和前沿課程開闊學生的視野

為學生開設與機電工程、控制工程和信息工程相關的工程導論和相關前沿技術課程，讓學生了解服務型制造、網絡眾包、智能產品和生活等新領域。通過這些學科前沿知識的學習和實踐、競賽、課程實驗和項目的實施等，幫助學生建立多學科交叉的意識，開闊學生的視野，培養學生在多學科空間中觀察問題、發現問題、思考問題、解決問題和升華問題的能力。

（四）“大課程”培養學生在問題空間中感知知識關聯的能力

幫助學生建立與不同專業、不同課程之間的知識關聯，使學生能了解和掌握新技術發展和應用，這是未來創造者應具備的素養。培養學生在問題空間中感知知識關聯的能力以及利用這種能力進行創新性和創造性的工程實踐。在課程建設中需要增加一批與大數據、人工智能、云計算等新技術相關的課程，刪除一批傳統知識陳舊跟不上時代的課程，融合一批突出知識點的相關性的課程以形成“大課程”。例如可將力學、材料學、機械原理、機械設計和制造技術融合為一體，開設“設計與制造”課程;將電子學、計算機、電機學及控制理論融合為“機電系統設計與實踐”。

（五）實施以學生為中心的課堂教學改革

課堂教學要轉變觀念。課堂教學增加了物聯網+、大數據分析、人工智能和云計算等新技術應用的教學內容，知識內容新、信息量大而廣，有效的教學方法往往能起到事半功倍的效果：減少習慣傳授，重視能力的培養，突出與多學科之間知識相關點和問題節點。課堂教學中應啟發、引導學生思考新產業、新經濟發展趨勢下，如何實現知識教育、能力培養、素質養成三者的有機結合，使學生具有能面對未來技術發展所需的創新思考和提出問題能力。

（六）強化實踐教學環節，提升學生的創新、創業能力

通過項目驅動為核心的實踐教學體系和科研促進突破企業的關鍵技術問題，讓學生在項目實施過程中了解自己知識的不足，并通過自身學習和培訓交流加以彌補，同時教師要更新教材內容， 以此解決高等教育與產業脫節的問題。在實踐教學過程中，鼓勵倡導學生“主動實踐”，自己設計實驗方案，在實施過程中多看、多問、多動手，教師只負責答疑和監管。在強化實踐教學的同時，探討培養學生創造力的方法。讓學生獲得更多動手操作的機會，讓學生在實踐中了解學科最新科技成果，運用寬厚扎實的基礎知識和專業知識分析問題和解決問題，真正達到實踐的目的。智能制造專業集中性實踐教學如圖2所示，通過科技訓練平臺、科技競賽平臺和工程實踐基地來強化專業技術基礎知識、拓寬專業、加強工程背景、培養綜合能力，真正達到實踐的目的。

（七）提升教師隊伍適應智能制造專業的工程實踐能力

智能制造專業是一個新專業，以機械設計制造及自動化專業為雛形，教師研究方向主要是機械工程，缺乏電氣、自動化、軟件和機器視覺相關的知識和工程實踐能力，急需培養和引進相關領域的人才。一方面將有潛力的年輕教師送到其他高校、企業學習急需的知識、技術與技能，推動教師更新工程知識、掌握新的實踐技能、豐富工程實踐經驗，并不斷強化工程實踐能力，使他們回校后能承擔智能制造課程的教學任務;另一方面可以聘請其他高校具有應用大數據、人工智能、云計算等新技術的實踐經驗豐富的優秀教師或企業的技術骨干承擔若干核心課程和技術的教學任務，彌補本校師資的不足，確保每門課程或技術至少有2人以上的教學團隊。

（八）協同開展“政、企、行、校”四位一體智能制造工程人才培養模式

為了應對智能制造產業發展對新工科人才培養提出的新要求，應開展以學校為主、政府搭臺、企業融入、行業引領四位一體協同育人模式的全新實踐探索。學校應始終堅持以需求引領改革方向，緊密圍繞區域經濟和智能制造產業發展對新工科人才的需求，主動對接地方經濟社會發展需要和企業技術創新要求，吸納一批中外智能制造類企業，充分利用地方資源，發揮自身優勢，凝練辦學特色，深化產教融合、校企合作、協同育人，增強學生的就業創業能力，充分發揮政府、企業、行業、高校多方資源優勢，實踐“主體協同、過程融通、動態監控”的高素質智能制造新工科人才培養新模式。

（九）鼓勵社會力量積極參與

通過深入調研，政府引導，明確社會力量參與人才培養的總體目標，建立社會力量參與人才培養的動力機制，健全社會力量參與人才培養的支持機制，通過校企聯合，制訂培養目標和培養方案、共建課程與開發教程、共建實驗室和實訓實習基地、合作培養培訓師資、合作開展研究等，打造共商、共建、共享的智能制造人才培養責任共同體，深入推進產學合作、產教融合、科教協同，鼓勵行業企業參與到教育教學各個環節中，促進人才培養與產業需求緊密結合。

三、結語

總之，智能制造行業要求從業人員具有更高的技能、智慧和創造性，因此智能制造工程專業的人才培養需具備四大特征：1. 學科知識交叉性強。該學科涉及機械、電氣、自動化、軟件、機器人、機器視覺等多領域、多學科的專業知識;2. 復合型、應用型工程技術人才。能夠勝任智能制造系統分析、設計、集成、運營的學科知識交叉融合型工程技術;3. 就業方向寬。集中在機械電子或智能制造等相關行業，特別是數控技術和機器人應用領域的企業，從事機電產品設計開發、智能機電裝備裝調維修、系統集成、運行管理和技術服務等工作。4. 師資力量不夠。當前教師的知識、能力與工程教育、創新創業教育存在差距。在教學上習慣傳授，不夠重視能力的培養，在學術上習慣了專注于本學科內的知識深度，不夠關注知識的交叉，不利于復合型人才的培養。因此，在人才培養過程中，不能單獨依靠某一方面的力量，需要充分發揮政府、企業、行業、高校多方資源優勢，開展高校為主，政府搭臺、企業融入、行業引領四位一體協同育人模式的全新實踐探索，實踐“主體協同、過程融通、動態監控”的高素質智能制造新工科人才培養新模式。

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（責任編輯：楊毅恒）