“新工科”背景下的智能制造人才培养模式探讨

冯鑫 黄美娜 胡开群 陈希瑞

摘 要：针对目前机械专业人才培养所面临的问题，从人才培养理念入手，转变传统机械行业人才培养模型。从人才培养举措切入，脚踏实地对智能制造新型人才培养实际操作进行分析和探讨，实现以学生为中心的智能制造实践与创新教育模式。夯实智能制造创新人才培养基础，构建出符合现代化生产的智能制造人才培养新模式。

关键词：新工科；智能制造；人才培养；新模式

文献标识码：A

Abstract：Because of the problems faced by the current personnel training of mechanical specialty，the traditional personnel training model of the mechanical industry should be changed from the concept of personnel training.Starting from the talent training measures，this paper analyzes and discusses the practical operation of training new talents in intelligent manufacturing in a down-to-earth manner to realize the student-centered intelligent manufacturing practice and innovative education mode.We will consolidate the foundation for the cultivation of innovative talents in intelligent manufacturing and build a new model for the cultivation of talents in intelligent manufacturing that conforms to modern production.

Keywords：New engineering；Intelligent Manufacturing；Talent Cultivation；New Mode

一、机械专业人才培养面临新型挑战

两院院士大会上强调，以智能制造为主攻方向推动产业技术变革和优化升级，推动智能制造业产业模式和企业形态根本性转变，以“鼎新”带动“革故”，以增量带动存量，促进我国产业迈向全球价值链中高端。2021年3月在《十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中提出，深入实施智能制造和绿色制造工程，发展服务型制造新模式，推动制造业智能化、绿色化，培养先进制造业集群，推动集成电路、航空航天、船舶与海洋工程装备、机器人和高端数控机床等产业发展［1，5］。李培根院士于2021年也提出，智能制造可以最新定义——智能制造就是把机器智能融合于制造的各种活动中，以满足企业的相应需求［2］。由上可以看出，智能制造是我国的立国之本、强国之基。而目前智能制造面临新一轮的革命，传统的制造业技术需要与新兴信息技术融合，形成新的产业革命，促进第四次工业革命的发展［3］。在这样的背景下，如何培养能够适应新型产业发展的智能制造人才，以及面向“新工科”的智能制造教育如何发展，是我们目前需要解决的主要问题。该方面的待解决问题主要有以下方面［4］：

（1）目前机械工程学科比较封闭，难以培养具有复合型的智能制造人才，学生不具有系统观和宏观思维。机械工程学科具有专业性强的专业特点，很难与其他学科形成有效的交叉融合，但是目前的智能制造体系确实要求机械学科与其他学科交融解决某些具体工业问题。

（2）传统的机械学科工程实践教育与实际工业发展需求之间存在差距，学校培养的学生很难立即适应智能制造以及智能化和现代服务所需。目前的机械学科实践教育很难与实际企业的需求衔接，高校的实践课程相对社会需求来说严重滞后，而学生也缺乏解决实际工程设计问题的能力，学生的创新性由于实际条件的限制很难发挥。

（3）传统机械行业由于长期较独立的教学方式而难以适应与多个学科的交叉和协同教育。机械专业理论知識深入而扎实，但是实际的所需人才需要跨行业和专业发展，现有的师资和设备等不足以满足多种专业和知识体系的协同培养。

所以，综上所述，目前普通高校机械专业人才培养理念需要转变，从而塑造新的多学科交融的复合型的创新人才培养模式与体系。强调理论与实践的紧密结合，以社会发展的未来方向为角度，加强培养学生的创新能力与实践能力，使得他们能够成为第四次工业革命所需的新型人才［6］。

二、以实践为驱动的新型人才培养理念

（一）以工程实践为途径培养具有创新意识的科技人才

“新工科”的本质是培养具有实践能力的创新性人才。知识的内涵研究分为显性和隐性，而隐性知识是难以用文字的形式表达出来，其通常以经验的形式存在而不包含在任何的科学体系里，这就凸显了实践环节在人才培育上的重要性，必须将工程实践引入并贯穿整个本科教育的始终，引导学生理论与实际结合，实践印证理论，理论服务于实践。因此，培养能够满足产业需求的具有创新意识的优秀工程师人才势在必行。

（二）解决复杂工程问题的主要思路是集成实践与创新

高校机械工程专业发展之路是一个循序渐进的过程，由机械化到自动化再到数字化，而目前正在向智能化迈进。现代科学问题已经不仅仅是专业问题，而变成了工程、经济、社会和环境等学科紧密联系融合的综合性问题，需要多学科融合并实践，具有非常鲜明的工程实践特色［7］。实践是促进创新的动力，现代社会和现代化制造业需要的是具有良好实践能力以及创新思维能力的优秀人才。在新形势的挑战之下，推进高水平的实践教学改革是目前普通高等大学趋势，而目前大多数高校还处于重理论轻实践的意识形态之下，不具有以解决实际复杂工程问题的集成创新与实践思路。所以需要以实践作为“新工科”的发展指导思想，锻炼学生解决复杂工程问题的创新思维能力，为国家和社会发展提供源源不断的高水平和综合性高素质人才资源。

（三）智能制造的创新人才培养关键问题在于多学科的交叉与融合

智能制造源于人工智能研究。一般认为智能是知识和智力的总和，前者是智能的基础，后者是指获取和运用知识求解的能力。智能制造应当包含智能制造技术和智能制造系统，智能制造系统不仅能够在实践中不断地充实知识库，具有自身学习功能力，还有收集与理解环境信息和自身的信息，并进行分析判断和规划自身行为的能力［8］。中国制造2025提出：加快机械、航空、船舶、汽车、轻工、纺织、食品、电子等行业生产设备的智能化改造，提高精准制造、敏捷制造能力；统筹布局和推动智能交通工具、智能工程机械、服务机器人、智能家电、智能照明电器、可穿戴设备等产品研发和产业化；发展基于互联网的个性化定制、众包设计、云制造等新型制造模式，推动形成基于消费需求动态感知的研发、制造和产业组织方式等［9］。智能制造属于多学科综合范畴，涉及众多的专业，如机械、计算机、工业工程、自动化和仪器仪表甚至管理。面向“新工科”的智能制造方面人才培养，需要学生具有多学科交叉知识与实践，具备匹配智能发展的能力，与人工智能未来发展趋势相适应的相关知识、素养与能力，成为掌握新一代信息技术以及高端装备制造技术的复合型创新人才。

（四）自主学习主动实践意识不够强

智能制造需要创新人才具有自主学习的能力，目前大多数学生不具有自主学习能力，需要导师进行积极引导。而教师在实践教学上对知识的更新也比较慢，很多难以适应高速发展的企业需求。如何改变高校教师和学生的学习观念，从而开展以教师为中心学习向以学生为中心学习进行转变，让学生真正在学习上当家做主，提升他们的主动实践意识，为学生的学习提供更加个性化的学习和发展空间。

三、“新工科”背景下智能制造人才培养措施

（一）“以实践为主导”的工程实践引领创新人才培养的指导思想

智能制造高端人才培养是“制造强国”提升国际竞争力的迫切需要，需要建立智能制造创新人才培养的中国化方案，并以方案为基础培养一大批高端智能制造创新人才。在实践教学上，重点高校需要建成工程实践教育示范标杆，积极编写系列原创教材，在国际智能制造领域凸显中华大品牌效应。

（二）以实践为主导，开放协同的智能制造创新人才培养生态系统

以教学体系为创新对象，在开放式的教育生态条件下，培养学生的科学与工程素养，养成批判性的思维能力。培养学生的设计研究能力、发明创新能力、组织协调能力和自主学习能力。争取校企联动，引导学生进企业解决相关的实际工程应用问题。以实践为主导，开放协同的智能制造创新人才培养生态体系。积极引进国际合作交流，让学生有到国外学习的机会，学习到国外的智能制造相关措施与知识，促进联动发展。

（三）以系统观、工程观和质量观为核心的人才培养模式

实现驱动创新、因材施教，培养适应和引领科技革命以及产业革命的智能制造有工程思维的拔尖创新人才和有科学思维的卓越工程师人才。以学生为中心，针对工程全球化、工程复杂化的挑战，建成具有大系统、大集成、大工程和大质量一体的一流教学体系，引导学生国际视野、自主学习、主动实践和追求创新，在人才培养模式上形成系统观、工程观和质量观的核心思想。

（四）多学科交叉融合、遵循工程逻辑的智能制造核心课程新结构

智能制造需要培养具有机械、自动化、信息化以及仪器仪表等专业和方向的综合性人才，所以在核心课程结构上需要进行调整与改变。按照多学科、分层次、量宏观、综合化以及模块化原则，通过对课程体系的重构，让学生可以根据自己的特长进行发展规划，在学业导师的指导下自行确定培养方案，可以进行跨学院和跨学科选课，推行一生一方案、一生一课表和一生一档案，因材施教，实现学生的个性化发展，最终形成多学科交叉融合、遵循工程逻辑的智能制造核心课程新结构体系。

（五）深度科研育人的智能制造工程实践新途径

科技是社会发展的生产力，而高校科研也是促进学生学习发展和创新的动力。目前大多数高校都具有数量众多拥有博士学位的高水平教师，也拥有各级各类省市级科研平台，以及一系列学科相关的优秀校办企业。所以，构建校内校外协同、课内课外协同的创新创业教育体系也势在必行。完善科教结合、产学融合、校企合作的协同育人模式，将学院层面的实验、学校层面的实训以及企业层面的综合实践结合起来，实施智能制造工程實践教育。

（六）数字化、信息化和智慧化的智能制造“教与学”新方式

针对以上教育教学新理念，高校应该通过教学实践，形成以智能制造+工业互联网平台+全开放智慧实验室+基于Project课程加工作坊为支撑，形成共性化基础和个性化发展方向、一生一方案的智能制造创新新型人才培养方式。围绕智能制造产线的智能制造定制化教学模式，面向所有专业展开智能制造认知实习，让学生从入学阶段就带着工程问题来学习。围绕智能制造产线和工业互联网实训平台，进行智能制造方向制造系统的场景互动团队协作实践和自主数据分析探索实践，将以结果评价为主转变为过程与结果评价结合，实现考核方式的多元化。以24小时全天候开放智慧实验室为场地，以开放式组合实验装置为依托，支持学生开展CPS+X的探索型与研究型实验。通过Project实践课程、开放式工作坊，培养学生自主学习能力，通过实践环节在大学四年里的衔接，实现PDCA的迭代式发展。

（七）考核评价新方式的改革

建设服务学生主动实践、高度开放、集约共享和预约使用的实验室软件硬件支撑平台。不断加强教学资源数字化、仪器设备物联化和使用管理信息化建设。支持学生自主学习，引导学生自主设计、综合制作和培养学生的创新性思维和工程化素养。面向信息物理系统、边缘计算、工业大数据、数字孪生以及工业机理模型等智能制造技术支撑实践教学。

（八）基于OBE理念的质量保障体系

OBE理念是指基于学习产出的教育理念，要求学校和教师应该先明确学习成果，配合多元弹性的个性化学习要求，让学生通过学习过程完成自我实现的挑战，再将成果反馈来改进原有的课程设计与课程教学。为建设智能制造复合型人才培养体系，需要建立完善的教学过程监控机制，各主要教学环节要有明确的质量要求，通过教学环节、过程监控和质量评价促进毕业要求的达成，定期进行课程体系设置和教学质量评价。

结语

智能制造面临新一轮的革命，传统的制造业技术需要与新兴信息技术融合，形成新的产业革命，促进第四次工业革命的发展。本文针对“新工科”大环境下企业智能制造新型人才的需求，探讨如何与时俱进地培养能够适应现代化生产需要的新型智能制造人才，分析了目前机械专业人才培养所面临的问题。从人才培养理念入手，转变传统机械行业人才培养模型；从人才培养举措切入，脚踏实地对智能制造新型人才培养实际操作进行分析和探讨，实现以学生为中心的智能制造实践与创新教育模式，夯实智能制造创新人才培养基础，构建出符合现代化生产的智能制造人才培养新模式。

参考文献：

［1］王书亭，谢远龙，尹周平，等.面向新工科的智能制造创新人才培养体系构建与实践［J］.高等工程教育研究，2022（05）：12-18.

［2］黄天杨，韩卫国，钟光明，等.基于智能制造装备设计实践的工业设计创新人才培养探索［J］.装备制造技术，2022（08）：192-194.

［3］章松松.智能制造高技能人才培养研究［J］.装备制造技术，2022（05）：224-227.

［4］蒋亚南.产教融合下智能制造新工科人才培养实践［J］.现代职业教育，2022（10）：64-66.

［5］陈建建，高慧，傅永梅，等.“中国制造2025”背景下高校智能制造人才培养策略分析［J］.黑龙江科学，2021，12（23）：124-125.

［6］周斌，卢红，郑银环，等.面向新工科人才培养的智能制造工程专业实践教学体系建设与研究［J］.科技视界，2021（34）：49-52.

［7］卢倩，金锋，周临震，等.新工科产教融合背景下智能制造工程专业融合型人才培养探索与实践［J］.科教文汇，2022（20）：78-82.

［8］刘标，吴勇，陈海彬.高校智能制造人才培养模式研究［J］.电大理工，2020（03）：28-30.

［9］安育林.智能制造的技術技能人才培养模式探讨［J］.职业，2020（18）：43-44.

基金项目：重庆工商大学课程改革建设项目（机电传动控制950718120）

*通讯作者：冯鑫（1982— ），男，汉族，重庆人，博士，副教授，研究方向：智能制造。