基于智能制造的材料成型及控制工程优化研究

郜一帆

（西北工业大学，西安710072）

0 引言

在“中国制造2025”战略背景下，智能制造技术飞速发展，对该领域人才提出更高要求。材料成型与控制工程专业作为智能制造学科的关键内容，受到社会各界的高度重视。但是，该专业的建设现状不够乐观，在建设目标、人才培养、教学体系与科研人才等方面存在不足，需要通过教育改革完善教学课程体系，满足高端人才的培养需求。

1 材料成型与控制工程专业建设现状

该门课程主要包括压力加工、焊接、模具设计与铸造等内容，在教材编制方面也以上述内容为中心。但受到历史因素影响，教材编制问题逐渐暴露出来。在上世纪80 年代，国内许多院校的热加工专业开始朝着材料类专业发展，金属材料学科被纳入材料学科中，而铸造、煅烧、焊接专业则被归入机械学科。因学科建设发生改变，在教材编制中的内容交叉、重复、滞后等问题普遍存在，对专业建设产生较大阻碍作用，具体如下：

1.1 改革目标不明确

因我国该专业起步较晚，相关理论研究不够充足，在此基础上开展的改革工作目标不够明确、方向不够清晰，常常是一边研究一边试点，在不断探索中积累经验。各大院校教改立项中，课题组主要由不同学科学者构成，不但缺乏相关学科的研究者，甚至连理论工作者也很少参与。在缺乏理论指导的背景下，该专业改革较为盲目，成果也无法达到预期目标。在理论层面上看，教材建设较为混乱，一些劣质教材在市场上鱼目混珠，部分教师为了评职称，随意拼凑复制教材，学术委员会也没有成立专门的考核组进行核对。从整体来看，该专业建设未能形成统一价值观，教材选择与编制不够合理，改革成效难以预料。

1.2 人才培养偏离目标

在现代化建设之下，原本单一技术人才逐渐无法满足社会新需求，要求人才具备综合能力，能够适应不同产业部门、生产力水平。在冶金、机械、电器等支柱产业中，已经从原本只需要焊接、锻压、铸造的单一人才转变为具备自控能力、掌握成型工艺的综合人才。在该专业建设中，要求人才与现代工业发展需求相符合，以汽车制造、模具制造、电器制造行业为导向，培养更多从事成型设备、自动控制的综合人才，此类人才的知识结构更合理、接触领域更宽，且具备较强的综合素质与适应能力。但是，根据当前大部分专业培养方案来看，无论是科研院校还是普通高校，均将培养目标设定为“高级技工人才”，该项目标难以满足市场新需求，也阻碍了院校特色发挥。因不同院校该专业的形成基础有所区别，在人才培养规格要求上参差不齐，部分院校仍然沿用传统模式，只做简单的改动，缺乏对专业内涵与发展前瞻性的把控，因此虽然表面繁荣，但内在空虚，人才培养与市场相脱节[1]。

1.3 教学体系不完善

与其他专业相比，该专业起步较晚，在教学体系方面仍有许多不完善之处，具体如下：一是实践教学蕴含在理论教学之中，尤其是课程实验具有操作性、验证性特点，单一的理论教学无法锻炼学生创新与实践能力；二是实践型教师短缺，且理论素养较低；三是实践课与理论课两张皮，理论教师不负责实践活动开展；四是校外实习基地短缺，学生参与校外实训常常走马观花，流于形式，缺乏实效性；校内实训内容单一，无法满足学生专业知识学习需求，导致其理实学习均难以达到理想成效。

1.4 科研人才缺失

该专业建设与改革离不开人才支持，但是当前该专业的科研人才存在较大缺口，师资队伍整体素质不高，尤其是实践型教师更是少之又少，直接影响实践类课程的开展。在教师队伍中，老龄化趋势显著，青年教师与骨干教师数量较少，“双师型”教师培育力度不足。该专业改革要求教师掌握较强的计算机操作能力、自动控制能力等等，年老教师的学习能力降低，甚至存在排斥心理，影响教师队伍整体信息素养提升，相关专业专家与学者引入不足，这些都导致该专业建设面临较大阻碍[2]。

2 材料成型与控制工程改革优化措施

在高校转型与专业改革背景下，要求教师明确改革目标与思路，对专业人才培养模式进行创新，积极更新和完善理实课程体系，并重视科研团队建设。在新一轮的培养方案制定中，将智能制造、增材制造等课程引入其中，通过分方向课程体系，全方位的拉近学生与企业间的距离，使学生的实践能力与职业竞争力得到全面提升，同时也促进该专业的创新发展。

2.1 明确改革目标与思路

该专业的改革目标为：探究智能增材技术对人才培养的新要求，丰富和完善现有课程体系，优化教学内容；促进传统材料成型信息化、数字化作业；引入人工智能新技术，明确现有专业改造升级新方向，构建新型课程体系。在改革内容方面，明确该专业人才培养要求；构建专业课程体系，根据现实需求增设新课程模块与方向方向；编制智能增材课程纲要，合理选择教材，对教学课件与教案进行编写。在专业建设方面，应朝着特色化的方向转变，结合以往办学经验，构建带有独特性的专业，并贯彻落实到教育目标、课程体系与师资建设等方面，通过开展教学改革提高质量，培养全能型人才。由于该专业具有特殊性，在专业建设时应坚持服务原则，以创建特色专业为目标，为社会培养更多高级人才，取得理想的改革成效。

2.2 创新专业人才培养模式

在改革过程中，该专业逐渐形成特殊培养模式，即“2+1+1”模式。在学生培养的前两年，将重心放在理论知识与科学人文方面，当学生进入大三后，学校会让学生自行选择专业发展方向，再有针对性的开展专业基础教育，传授材料加工相关知识。对于大一、大二学生，主要严抓基础知识学习，为后续学习夯实基础；对于大三学生来说，可根据自选方向进行转向技能训练，可选专业有液态成型、模具设计、焊接成型等等。从某种程度来讲，此类培养模式的开展可拓展学生知识领域，改变原本培养模式，促进大三、大四学生深入学习和理解该专业知识，教学平台更加宽阔灵活，可为学生营造更多学习与发展空间。将该模式应用到专业实验、实训环节中，以毕业设计为载体，开展课外实践类课题。对实验与课程内容进行设计，由此构成理想的培养方案，在实习过程中促进学生实践能力提升[3]。

2.3 完善教学课程体系

2.3.1 教学课程改革

首先，精简教学内容与学时，使学生拥有更多时间在实验室、生产一线动手操作、动脑思考、开拓创新。其次，结合院校与专业特点优化学生知识结构。在课程设置方面，应以智能制造为特色进行人才培养，增设三个专业方向，即先进制造、先进成型与质量控制；增设智能制造课程、增材制造课程、微纳制造课程等模块，促进学生的个性化发展。最后，要做好调研工作，吸取兄弟院校同一专业的精华，联系实际情况，将自身优势发挥出来，构建与自身特点相符的人才培养体系。例如，在教学规划中以注塑模具、冲压模具与相关课程为主线，在实习中发挥基地优势，了解典型石油机械设备的成型方式，形成该专业独有的风格。通过压缩总体学时、扩大选修类别，归还学生主体地位，使学生创新意识与能力得到充分发挥。

2.3.2 实验课程体系改革

该体系构建可将实验与课程相分离，构建出相对独立的实验体系，该体系可分为三种类型：一是专业基础类，此类实验是以原本实验为基础，例如金相试样制备、金属与合金平衡组织等等，将实验从理论课程中抽离出来，促进学生动手能力提升；二是技能培养类，在原本实验组合基础上，不同专业均可设计此类实验，促进学生专业技能培养；三是综合类实验，此类实验目标在于引导学生自行查阅相关文献，综合看待所学知识，并自行设计完成实验。

2.3.3 实训基地建设

实践开展的目标在于锻炼其动手能力，校外实习以参观为主，亲自动手的机会较少。对此，院校应与校外相关企业建立合作关系，共同建设实习实训基地，弥补以往参观学习存在的不足，促进学生实践技能提升。此外，以原本实验室为基础，构建带有创新特点的实践基地，引导学生积极参与大规模实践活动，将实践与生产活动紧密相联，实现产学研一体目标。

2.4 加强师资团队建设

由于特色专业建设带有一定复杂性，需要在建设中重视师资队伍培养，鼓励更多教师主动参与教学改革中，结合当前市场人才需求，及时调整教育理念。从学科建设、专业优化、办学条件等方面着手，构建强健稳定的师资团队，提高整体师资素养。为了改善师资老龄化问题，应重视青年优秀教师的培养，通过传、帮、带等方式，传授其教学经验，还要鼓励青年教师树立终身学习意识，不断提高自身专业素养；院校还可与相关知名企业建立合作关系，拓展“双师型”教学队伍。此外，还应不断提高科研能力，促进科研成果转化，使其变成教学资源，这也是该专业改革的重点所在。这就要求教师团队具备较强的科研力量，能够承接更多科研项目，例如液态形成技术、功能材料性能等等，将科研与教学紧密结合起来，为该专业发展提供强有力的科研助力[4]。

3 结论

综上所述，在智能制造技术发展下，材料成型与控制工程专业改革成为大势所趋。各大高校应通过明确改革目标与思路、创新专业人才培养模式、增设智能增材制造类课程、加强师资团队建设等方式，使改革目标、人才培养、师资力量以及课程体系等方面存在的问题得到有效解决，有效提高学生知识储备量与应用能力，在就业竞争中更具优势。