新工科背景下智能制造新型人才培养模式探索与思考

李晶 杨立娟 郭艳婕

[摘 要] 加快发展智能制造是培育我国经济增长新动能的必由之路。培养适应先进制造业发展需求的智能制造专业人才，对于支撑我国迈向制造强国具有重要意义。文章分析了智能制造人才培养与人才需求之间的矛盾与问题，阐述了智能制造新型人才在知识、能力、素养等方面应具有学科交叉复合融通的知识体系，实践创新能力及工程社会意识等制造业智能转型的人才新需求，并对高校培养智能制造人才亟待解决的关键问题进行了探讨。

[关键词] 智能制造;人才培养;课程体系

新一代信息技术、人工智能与先进制造业的深度融合，正在引发深远的变革。2015年“中国制造2025”出台，第一次从国家战略层面对智能制造的发展提出了目标内涵。智能制造的“十三五”发展规划及《智能制造发展规划（2016—2020年）》等纲领性文件，统筹部署了国内智能制造发展、全面推进制造业智能转型的战略格局。加快发展智能制造，是培育我国经济增长新动能的必由之路[1]。智能制造技术是在现代传感技术、网络技术、自动化技术、拟人化智能技术等先进技术的基础上，通过智能化的感知、人机交互、决策和执行技术，实现设计过程、制造过程和制造装备智能化，是信息技术和智能技术与装备制造过程技术的深度融合与集成[2，3]。面对新形势新要求，智能化生产线、智能工厂的应用、系统集成、维护技能人才等需求尤为突出[4-6]，我国高校迫切需要瞄准产业需求、强化问题意识、深化教学改革，探索新工科背景下多学科交叉融合的智能制造人才培养模式。

一、智能制造人才培养矛盾与问题

根据工信部2017年《智能制造人才计划课题研究报告》分析，诸如系统集成、工业软件、物联网及务联网、信息安全等方面的人才培养严重不足。新经济的发展对工程教育提出新挑战和新要求，为主动布局未来战略必争领域人才培养，2017年，教育部正式提出“新工科”计划，并形成“复旦共识”“天大行动”“北京指南”等纲领文件[7-9]，引导各地各高校开展“新工科”建设的多元探索。2018年，教育部首批四所高校率先开设“智能制造工程”新工科专业，2019年新增备案智能制造工程专业的高校达到了80所[ 10 ]。高等院校需要因地制宜，重新审视传统工程学科的边界，加快建设发展新工科，从而形成满足智能制造发展趋势的人才支撑体系。

从我国智能制造长远发展看，重点人才培养仍然欠缺。信息技术与制造技术融合的复合型教育模式未能及时构建起来是高等教育的智能制造人才培养面临的主要问题之一，传统的工业制造业需要的是具有简单基础知识和实际制造技术的工程师，智能制造则需要具备数字化知识、信息化技术并能将之运用于传统制造领域的复合型人才。尤其是高等教育要将信息化教育与先进制造业领域应用需求的专业教育融合，探索复合型人才、创新型人才培养的新路径。原因之二是，现有的大学教育与企业需求、行业需求之间存在明显的脱节现象，大学发展追求综合化、大而全的模式一度盛行，培养方案、课程体系、实习实训等与企业的实际应用差距较大，课程更新慢、针对性差、实践能力弱，致使毕业生在就业初期需要重新花费很大的精力和时间再学习、再实践，企业也要进行员工培训，造成资源浪费、时间浪费、精力浪费。

面对社会经济发展对智能制造创新型人才的新需求，各高校开展了智能制造新工科专业建设的多元探索。同济大学立足对德合作的深厚基础，建立了中德工程学院，着力培养智能制造所需的专业型、跨学科、系统级人才。天津大学在智能制造工程培养方案中，详细规划了智能设计、智能制造技术、智能制造系统的核心课程模块，加强了基础知识、专业知识、交叉知识、综合知识的系统建构。上海电机学院创造性地提出“主体协同、过程融通、动态调控”的高素质智能制造新工科人才培养新模式，开展以校为主、政府搭台、企业融入三位一体协同育人模式的全新实践探索[ 11 ]。国内这些高校在智能制造创新型人才培养方面的探索与实践，为其他高校人才培养起到示范和借鉴作用。

二、智能制造工程专业人才新需求

新工业革命推动劳动力与就业需求结构产生重大变化，与传统制造相比，智能制造对人才在知识、能力、素质等方面均提出了新的要求，尤其需要具有跨界知识结构、综合素养的创新型工程技术人才，以及能够开展创新转化等创业实践活动的领军人才。这是在信息物理系统（CPS）下的电子与信息、人工智能方面的知识与技术和传统制造知识与技术的融合、提升，是对工业制造新发展趋势的积极适应。

（一）具有学科交叉复合融通的知识体系

智能制造作为一个系统工程，强调数字化设计与制造、智能装备、智能机器人、物联网（工业以太网）、人工智能、大数据、云计算等关键技术的集成，涉及机械工程、控制科学与工程、计算机科学等多个学科。智能制造人才培养要打破传统的以单一、单纯工科专业教育模式为主，在相关课程的培养目标、课程体系设置等方面，以社会需求为中心，突出学生主体地位，将通信、传感、控制等基础知识与制造技术进行融合，实施本、硕、博纵向贯通、构建多元化、交叉式、复合型人才培养的知识结构体系。

（二）具有工程实践能力和创新能力

智能制造专业人才要能够融合应用新一代信息通信技术与先进制造技术于研究、开发、设计、生产、管控、运维等智能制造环节，具备跨学科、系统性的综合专业能力以及较强学习能力的杰出领军人物、卓越工程师、高素质高技能的劳动者。大规模的智能工厂、生产线、工业机器人、高档数控机床等一大批高端设备的使用，使智能制造工程师岗位职责变得更加宽广，不仅只是操作设备，还要懂得维护维修设备、工艺设计、研发等工作。同时，还要擅長使用各类工业化、信息化软件来分析处理各类复杂数据。因此需要智能制造人才具有较强的工程实践和解决复杂工程问题的能力。高档数控机床作为国家战略级高端装备以及智能制造工程五类关键技术装备与十大重点集成应用领域之一[ 12 ]，解决高端装备中关键技术问题，更需要有较高专业素质的领军人才进行技术创新与突破。

（三）具有工程社会意识

资源利用效率偏低，既是中国制造业现在的问题，同时又是面向未来的问题，绿色发展方针是实现制造业可持续发展的必由之路[ 13，14 ]。智能制造工程师应当能够理解和评价针对复杂工程问题的工程实践对环境、社会可持续发展的影响，具有工程伦理意识、强烈的社会责任感和人文社会科学素养。对于智能生产线、智能工厂的设计与建设过程中，要践行绿色设计理念，采用新材料、新结构、新工艺强化节能环保。利用虚拟仿真技术在设备、系统建设前进行充分的优化设计。

三、智能制造创新型人才培养关键问题

（一）确定智能制造专业人才培养目标

对智能制造这样的新专业，人才培养目标要有新认识。智能制造人才培养目标，要面向“中国制造2025”的国家重大需求，面向未来科技、产业和社会发展，培养具有国际竞争力的科技领军潜质人才和具有跨界整合能力的工程技术人才。智能制造专业的毕业生既要掌握智能制造工程领域的基础理论、专业知识及多元知识，同时要熟悉智能制造工程领域的前沿技术，能够解决复杂的工程问题。

（二）构建融会贯通的智能制造课程群，优化课程体系

围绕智能制造人才培养目标，构建智能制造课程体系，把握本、硕、博纵向贯通、多学科横向交叉的知识体系。目前，国内已有部分高校新设了智能制造本科专业，但对于多数高校，尤其是研究性大学，已具有较成熟的机械、电子工程专业，通过对既有专业升级改造，同样可以培养智能制造专业人才，这也符合“新工科”建设精神。智能制造对学科融合提出了更高的要求，深入研究信息技术与机械工程专业相融合，突破机械类、电子类学科界限，将原机械工程专业各课程进行删减，同时补充工业网络控制、自动化系统集成技术，凸显智能化与网络化。根据学校优势和专业特色，构建培养学生不同能力的智能制造专业模块课程群，所有能力模块课程群都以支撑专业人才培养目标的达成为目的，将培养目标逐步落实到不同课程和教学环节中。

（三）推进教学模式、教学方法创新

深化教育教学与信息技术深度融合，促进优质教育资源应用与共享。运用虚拟现实技术开展虚拟仿真教学。虚拟仿真教学利用虚拟仿真技术，构建虚幻的条件与场景、逼真的操作对象、灵活多样的互动环节及学习内容[ 15 ]，有效拓展实验教学内容的广度和深度、延伸实验教学的时间和空间、提升实验教学的质量和水平。运用多媒体、互联网、人机交互等技术，开展翻转课堂、慕课、混合式教学，引进优质资源，实现协同教学。这些优质教学资源以在线形式灵活配置，真正实现学生个人志趣和社会需求相结合的差异化和个性化教学。

（四）以参加竞赛为契机，提升学生综合能力

以赛促学、以赛促教。竞赛是锻炼人智力的、超出课程范围的一种特殊的考试，可以使学生获得更多的知识，提前接触该学科的相关知识。近年来，关于智能制造类的比赛如雨后春笋般兴起，学生参与比赛的热情空前高涨。这些比赛有“西门子杯”中国智能制造大赛，中国大学生机械工程创新创意大赛—智能制造大赛，中国技能大赛—智能制造应用技术技能大赛等。这些大赛依托企业真实的工程项目和科研项目，操作真实的工业设备，以工业的工程标准作为考核评分指标，充分考查了学生对智能制造专业知识灵活运用的能力，锻炼学生工程设计、工程操作、工程创新和解决复杂工程问题的综合能力和系统思维。在比赛中潜移默化的提高学生的团队协作能力、独立思考和创新思维能力。同时，要注重将竞赛引入本科生智能制造实验教学体系，树立将竞赛驱动人才培养理念，以竞赛形式将专业课程的课内和课外教学有机结合，把竞赛作为一个重要的实验教学方法、手段在学生中广泛地组织开展。

（五）建设实训平台和基地，强化实践教学

“新工科建设指南”明确提出，新工科建设需要加快探索建设一批集教育、培训、研究于一体的实践平台。软硬件条件的改善是实践教学的基础，高校要加大智能制造实践平台建设投入，以一流的实验平台和基地建设推动实验教学内容和课程改革同步升级。智能制造人才培养需要紧密的校企合作，要以产业发展为牵引，开展产学合作协同育人模式，以产业和技术发展的最新需求推动智能制造新工科专业建设。建立校外实践基地，把企业单位作为培养学生实践能力的重要教学场所，作为学校教育的有力补充。

（六）建立多元、科学的考核评价方式

教学考核作为教学过程中的一个重要组成部分，是用来考核学生学习情况、检验教学效果、实现教学目的主要手段，也是衡量人才培养质量的主要环节[ 16 ]。考核评价体系应以评价课程教学目标、学生能力培养目标的达成为主要目的。在智能制造人才培养教学环节，应建立了多元化考核方式，注重对教学过程的管理与考核。在考查学生工程技能的同时，高度重视对学生工程意识、企业精神、工程作风等工程素养的考查。

根据教学目标，由不同主体从不同方面展开多元化评价，如小组间评价、教师评价、专家评价等。同时，也要注重学生对实验项目的评价，如学生对实验项目环节评价、对实验教师的评价、学生自我评价等。将信息技术引入教学考核，实现线上线下相结合的实验教学考核方式。比如，利用互联网，实现学生线上课前预习，相关知识点网上测试;利用虚拟仿真技术开展虚拟仿真实验教学，尽量做到规范完成实验后，自动得出实验分数[ 17 ]。实验成果在线提交、展示、教师在线批阅。充分利用大数据分析手段，通过对学生实验过程中步骤的规范性、结果的有效性以及对学习达成度等方面进行数据采集与数据分析，實现对学生学习与实验基本情况的辨识，基于大数据的量化评价能够减少单一教师评价的主观性偏差，为学生提供更多元化、更全面的评价。同时，对仪器设备、线上资源利用、学生的登录次数与在线时长、实验的参与率、每次实验的用时率等大数据的统计分析，能为实验教学评价与改进提供科学依据。

四、结语

智能制造是信息技术与先进制造融合的创新结果，其人才培养也应当采取创新的模式和方法。面向制造业未来发展需求，智能制造专业教学应确立清晰、准确的人才培养目标，建立起科学、合理的人才培养规划。整合各类软硬件条件，优化课程体系，注重专业知识融会贯通，强化综合实践训练。使智能制造创新人才在知识、能力、素养方面协同发展，成为符合先进制造业需求的具有较强工程实践能力的工程技术人才，具有创新能力和专业素养的领军人才。

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