智能制造工程专业产教融合育人模式的研究与实践

范 豪,韦菲菲,黄荣学

(桂林理工大学南宁分校,广西崇左,532100)

一、引言

人工智能、计算机技术、自动控制技术、信息技术等的发展,给制造业变革带来重大契机,尤其是在工业4.0背景下,国家提出“中国制造2025”这一重大战略,加快了从制造大国向制造强国的迈进,并确定智能制造作为未来的主攻方向。[1]同时,《“十四五”智能制造发展规划》明确提出,“十四五”及未来相当长一段时期,要推进智能制造,要立足制造本质,要紧扣智能特征。[2]智能制造的发展受制于人才紧缺和培养体系不完善,急需产、学、研、用各界通力合作。结合区域经济发展,走好产教融合、校企合作道路,打造区域特色应用型本科专业是当前的有效破局之法。如何做好智能制造类专业应用型人才培养,实现内涵式发展;如何做好深度产教融合、校企合作是当前应用型高校必须解决的问题。[3]桂林理工大学南宁分校(以下简称我校)作为地方理工类高校,一直致力于面向区域经济发展、面向区域行业产业和自身专业建设推进产教融合、校企合作,不断探索和总结产教融合育人模式,以期培养面向社会发展需求、行业企业发展需求的应用型人才。

二、必要性

智能制造工程专业作为新工科专业之一,是培养智能制造应用型人才的重要载体,其涉及机械工程、控制科学与工程、计算机科学、人工智能等多个学科,是典型的多学科交叉专业。[4]传统工科育人模式已无法适应新工科背景下智能制造人才培养的要求,必须依据自身办学定位,结合专业特点,寻求新的发展途径。

2019年,国家发改委、教育部等六部委印发的《国家产教融合建设试点实施方案》明确提出,深化产教融合是推动教育优先发展、人才引领发展、产业创新发展、经济高质量发展相互贯通、相互协同、相互促进的战略性举措。[5]2020年,教育部办公厅等印发的《现代产业学院建设指南(试行)》强调,探索产业链、创新链、教育链有效衔接机制,建立新型信息、人才、技术与物质资源共享机制,完善产教融合协同育人机制,创新企业兼职教师评聘机制,构建高等教育与产业集群联动发展机制,打造一批融人才培养、科学研究、技术创新、企业服务、学生创业等功能于一体的示范性人才培养实体,为应用型高校建设提供可复制、可推广的新模式。[6]

已有研究显示,全国开设新工科专业的高校在推进产教融合协同育人过程中各显神通,广东、浙江、江苏、北京等经济发达地区开设智能制造类专业的高校,其产教融合工作已走在前列,且已初步形成自身模式。[7-9]西部地区开设智能制造类专业的地方高校,产教融合虽有进展,但成效尚不显著,与发达地区高校相比差距较大,加之制造业发展水平较低,仍需通过智能制造改善制造业现状,促进制造业高质量发展。[10]

我校智能制造工程专业自2020年开始招生,人才培养模式较传统工科专业虽有区别,但存在专业特色不够凸显、与区域产业融合不够紧密等问题,无法完全满足产业转型升级背景下的人才培养需求。究其原因,在于人才培养过程与行业企业结合不够紧密,教师团队授课理念和学生学习理念还未完全更新。尤其是在产教融合背景下,要真正提高专业育人水平和社会服务能力,就必须与区域产业发展、行业企业发展匹配、融合,对标企业发展、生产的需求。

三、探索

我校智能制造工程专业依托智能制造工厂和智能制造虚拟仿真实验教学中心等大型综合性生产实践平台,按照“四个一”,即搭建一个平台、造就一批教师、培养一批学生、形成一种育人模式的建设思路进行产教融合育人模式探索。“四个一”产教融合育人模式如图1所示。

(一)建设智能制造虚拟教研室,构建模块化课程体系

虚拟教研室是基于现有实体教研室,利用互联网信息技术平台汇聚多学科领域教师、行业企业人员、科研院所及其他组织机构人员等,进行相关教育教学、教学改革、学科建设、课程设计、实践实训等教学活动的基层组织。[11]针对智能制造工程专业多学科交叉、综合性强等特点,我校在建设校内智能制造虚拟教研室初期,集合计算机科学、人工智能、控制科学与工程、机械工程、产业学院、专业协会等多方人员参与,针对专业发展需求突破时间、空间、人员、资源等方面的限制,实行有效的资源共享、互联互通。

传统工科专业仍是基于单学科的课程体系,存在课程体系融合交叉不足、各课程模块衔接不紧密、课程体系不完备的情况。依托智能制造虚拟教研室建立多元化的动态研讨机制,我校完善智能制造工程专业人才培养方案的修订,借助产业学院实际生产案例,始终把握课程体系是实施专业育人的推进主线原则,按“产品设计—工艺设计—产品加工—过程控制—质量管理—技术支持”的产品生命周期重构了核心课程体系,如图2所示。每个典型案例以任务驱动、按照岗位能力分解为若干个模块,并将每个模块所需要的知识与技能融入相关专业课程的教学,使教学知识体系一脉相承,确保课程内容完整和有机衔接。

图2 基于产品生命周期的模块化核心课程体系

以校企合作生产的产品电极夹头和农用机末端壳体为例,我校智能制造工厂生产案例产品具体如下。第一,在产品设计模块,岗位要求能准确对机件进行工程图表达,并能进行三维建模。因此,把案例导入对应的课程机械制图与CAD、计算机辅助设计与制造、智能制造虚拟仿真课程。第二,在工艺设计模块,岗位要求学生能完成加工机件的工艺编制和工具的设计。因此,在教学内容上,将电极夹头、末端壳体的加工工艺及涉及的通、专用工夹具融入机械制造工艺、机械设计基础课程。第三,在机加工模块,在完成前两个模块学习基础上进行相应零件的加工。因此,将电极夹头、气动夹盘末端壳体加工案例融入机械制造基础、数控加工与编程技术、数控技术实训、智能制造执行系统课程。第四,在过程控制模块,要求掌握设备的自动化控制,体现制造的智能性和先进性。因此,以电极夹头、末端壳体加工为目标工件,实现加工的自动控制和智能化,如自动装夹,机器人上下料等,对应课程为电气控制与PLC、工业机器人技术、人工智能技术等。第五,在质量控制模块,要求对电极夹头、末端壳体的加工精度和产品质量进行把关。因此,将案例融入互换性与测量技术、精密检测技术等课程。第六,在技术支持模块,要求能对加工设备进行常规保养和对控制系统检测识别,对应课程为设备安装与调试、物联网应用技术、传感器与检测技术、机器人视觉技术及应用等。

(二)建设高水平教师队伍,强化教学团队工程实践能力

高校教学团队和教师的工程实践能力是智能制造工程专业育人的关键保障。智能制造工程专业不同于传统工科专业,该专业对实践课程的综合训练要求较高,大多教师虽具备一定工程实践能力,但仍缺乏对智能制造生产环节综合问题的认知,教师的工程实践能力与应用型人才培养目标匹配度不高。因此,我校除引进高层次人才外,还注重内部培养,在专业建设过程中,建立青年教师企业挂职锻炼机制,不断提升教师教学、科研和工程实践水平,每年均会联合企业对到企挂职教师进行严格考核。同时,我校也通过聘请产教融合企业工程师到校指导实训、开展讲座及担任班主任等方式参与指导学生,将行业企业发展及企业不同岗位用人标准等融入课程,扩大学生知识面和专业视野,真正实现行业企业文化进课堂,有针对性地打造适应多学科交叉融合的“双师双能”型高水平教师队伍。

此外,基于内培外引制度,我校还通过校企联合申报教科研课题,并结合企业生产进行横向课题合作,吸纳学生加入课题组,同时将科研课题任务分解融入课程设计,再依据学生所作课程设计成果进行创业创新项目锻炼,真正实现科研反哺教学、科研促进教学。

(三)完善工程实践教学平台及配套资源

智能制造类的工程实践教学平台及配套资源是专业人才培养的重要载体。我校以培养应用型人才为目标,以提升学生实践能力为途径,依托现有智能制造工厂、大数据应用创新中心、机器人实训室、自动化生产线实训室等资源,结合校企共建智能制造实验室、视觉识别实验室等平台,以企业案例生产流程为主线贯穿实践教学,开发校企参与的实际生产项目的立体化课程资源,共同打造基于制造执行系统(MES)和企业实际生产案例的智能制造工程专业工程实践教学平台,改善过去“多人一机”的实训场景,确保校内理实一体化课程的完成度。同时,加大与智能制造生产企业的深度融合,尤其是加强与本地企业的合作,建立“引进来、用得上、走出去”的实践模式,即学习区外智能制造企业先进实践经验,满足区域内制造企业的实际生产和用人需求,确保学生毕业后能有多种选择。

此外,我校借助工程实践教学平台,联合企业工程师进行“线上线下”授课,指导学生课程实验、实训项目、课程设计、创新创业等实践环节,同时依托纵横向科研项目推动学生实践技能比赛及创新创业类比赛,达到以赛促教、以赛促学、以赛促改的目的。目前,我校工程实践教学平台已能满足现代智能制造型企业管理类岗位群、设计类岗位群、智能装备应用类岗位群等实践训练需求。

(四)建立健全智能制造工程专业产教融合人才培养的评价机制

建立健全智能制造工程专业人才培养的评价机制是检验人才培养质量的有效手段。智能制造工程专业人才培养标准以实践应用型为主,现有的评价方式仍是以单一主体评价为主,不能有效判定学生能力达成及后续学生个人发展、学校学科发展等情况,评价过程中未能充分考虑企业参与度,缺少基于学生学习全过程的人才培养评价机制。

基于产教融合模式,我校结合《工程教育认证标准》中12条毕业要求指标点的达成度和校企合作岗位能力指标,进一步细化人才培养评价指标,对学生的考评转向学习目标、学习过程、学习结果等多维度过程性评价,尤其是在校企共建课程及学生实践实习结果中加大企业考核鉴定比重,综合考查学生的实践能力、专业知识、创新能力、综合素养等,形成综合能力多维度评价体系,与教学过程构成动态闭环,并以此及时了解学生的能力结构、个人优势。同时,我校将教师、学校、企业也作为评价主体对象,接受学生的评价反馈,这有利于多方共同进步,不断完善人才培养机制。

四、结语

提高智能制造工程专业人才培养能力是高等工程教育立足当前的主动作为、面向未来的主动谋划。从广西区内制造业布局、发展规划、远景目标及对接粤港澳湾区建设来看,完善的产教融合协同育人机制是智能制造工程专业人才培养的有效抓手,也是地方应用型本科院校进行专业发展、特色发展、内涵式发展的必然选择。为此,我校以产教融合、校企合作为着力点,主动对接行业企业,针对智能制造工程专业产教融合育人模式的课程体系完善、师资队伍建设、工程实践教学平台搭建、人才培养评价机制建立等进行探索与实践,培养能够适应社会不断发展和智能制造产业需要,助力区域传统产业转型升级和地方经济发展的人才,并为其走向社会奠定基础。