“新工科”背景下的智能制造人才培養模式探討

馮鑫 黃美娜 胡開群 陳希瑞

摘?要：針對目前機械專業人才培養所面臨的問題，從人才培養理念入手，轉變傳統機械行業人才培養模型。從人才培養舉措切入，腳踏實地對智能制造新型人才培養實際操作進行分析和探討，實現以學生為中心的智能制造實踐與創新教育模式。夯實智能制造創新人才培養基礎，構建出符合現代化生產的智能制造人才培養新模式。

關鍵詞：新工科；智能制造；人才培養；新模式

文獻標識碼：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、機械專業人才培養面臨新型挑戰

兩院院士大會上強調，以智能制造為主攻方向推動產業技術變革和優化升級，推動智能制造業產業模式和企業形態根本性轉變，以“鼎新”帶動“革故”，以增量帶動存量，促進我國產業邁向全球價值鏈中高端。2021年3月在《十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》中提出，深入實施智能制造和綠色制造工程，發展服務型制造新模式，推動制造業智能化、綠色化，培養先進制造業集群，推動集成電路、航空航天、船舶與海洋工程裝備、機器人和高端數控機床等產業發展［1，5］。李培根院士于2021年也提出，智能制造可以最新定義——智能制造就是把機器智能融合于制造的各種活動中，以滿足企業的相應需求［2］。由上可以看出，智能制造是我國的立國之本、強國之基。而目前智能制造面臨新一輪的革命，傳統的制造業技術需要與新興信息技術融合，形成新的產業革命，促進第四次工業革命的發展［3］。在這樣的背景下，如何培養能夠適應新型產業發展的智能制造人才，以及面向“新工科”的智能制造教育如何發展，是我們目前需要解決的主要問題。該方面的待解決問題主要有以下方面［4］：

（1）目前機械工程學科比較封閉，難以培養具有復合型的智能制造人才，學生不具有系統觀和宏觀思維。機械工程學科具有專業性強的專業特點，很難與其他學科形成有效的交叉融合，但是目前的智能制造體系確實要求機械學科與其他學科交融解決某些具體工業問題。

（2）傳統的機械學科工程實踐教育與實際工業發展需求之間存在差距，學校培養的學生很難立即適應智能制造以及智能化和現代服務所需。目前的機械學科實踐教育很難與實際企業的需求銜接，高校的實踐課程相對社會需求來說嚴重滯后，而學生也缺乏解決實際工程設計問題的能力，學生的創新性由于實際條件的限制很難發揮。

（3）傳統機械行業由于長期較獨立的教學方式而難以適應與多個學科的交叉和協同教育。機械專業理論知識深入而扎實，但是實際的所需人才需要跨行業和專業發展，現有的師資和設備等不足以滿足多種專業和知識體系的協同培養。

所以，綜上所述，目前普通高校機械專業人才培養理念需要轉變，從而塑造新的多學科交融的復合型的創新人才培養模式與體系。強調理論與實踐的緊密結合，以社會發展的未來方向為角度，加強培養學生的創新能力與實踐能力，使得他們能夠成為第四次工業革命所需的新型人才［6］。

二、以實踐為驅動的新型人才培養理念

（一）以工程實踐為途徑培養具有創新意識的科技人才

“新工科”的本質是培養具有實踐能力的創新性人才。知識的內涵研究分為顯性和隱性，而隱性知識是難以用文字的形式表達出來，其通常以經驗的形式存在而不包含在任何的科學體系里，這就凸顯了實踐環節在人才培育上的重要性，必須將工程實踐引入并貫穿整個本科教育的始終，引導學生理論與實際結合，實踐印證理論，理論服務于實踐。因此，培養能夠滿足產業需求的具有創新意識的優秀工程師人才勢在必行。

（二）解決復雜工程問題的主要思路是集成實踐與創新

高校機械工程專業發展之路是一個循序漸進的過程，由機械化到自動化再到數字化，而目前正在向智能化邁進?，F代科學問題已經不僅僅是專業問題，而變成了工程、經濟、社會和環境等學科緊密聯系融合的綜合性問題，需要多學科融合并實踐，具有非常鮮明的工程實踐特色［7］。實踐是促進創新的動力，現代社會和現代化制造業需要的是具有良好實踐能力以及創新思維能力的優秀人才。在新形勢的挑戰之下，推進高水平的實踐教學改革是目前普通高等大學趨勢，而目前大多數高校還處于重理論輕實踐的意識形態之下，不具有以解決實際復雜工程問題的集成創新與實踐思路。所以需要以實踐作為“新工科”的發展指導思想，鍛煉學生解決復雜工程問題的創新思維能力，為國家和社會發展提供源源不斷的高水平和綜合性高素質人才資源。

（三）智能制造的創新人才培養關鍵問題在于多學科的交叉與融合

智能制造源于人工智能研究。一般認為智能是知識和智力的總和，前者是智能的基礎，后者是指獲取和運用知識求解的能力。智能制造應當包含智能制造技術和智能制造系統，智能制造系統不僅能夠在實踐中不斷地充實知識庫，具有自身學習功能力，還有收集與理解環境信息和自身的信息，并進行分析判斷和規劃自身行為的能力［8］。中國制造2025提出：加快機械、航空、船舶、汽車、輕工、紡織、食品、電子等行業生產設備的智能化改造，提高精準制造、敏捷制造能力；統籌布局和推動智能交通工具、智能工程機械、服務機器人、智能家電、智能照明電器、可穿戴設備等產品研發和產業化；發展基于互聯網的個性化定制、眾包設計、云制造等新型制造模式，推動形成基于消費需求動態感知的研發、制造和產業組織方式等［9］。智能制造屬于多學科綜合范疇，涉及眾多的專業，如機械、計算機、工業工程、自動化和儀器儀表甚至管理。面向“新工科”的智能制造方面人才培養，需要學生具有多學科交叉知識與實踐，具備匹配智能發展的能力，與人工智能未來發展趨勢相適應的相關知識、素養與能力，成為掌握新一代信息技術以及高端裝備制造技術的復合型創新人才。

（四）自主學習主動實踐意識不夠強

智能制造需要創新人才具有自主學習的能力，目前大多數學生不具有自主學習能力，需要導師進行積極引導。而教師在實踐教學上對知識的更新也比較慢，很多難以適應高速發展的企業需求。如何改變高校教師和學生的學習觀念，從而開展以教師為中心學習向以學生為中心學習進行轉變，讓學生真正在學習上當家做主，提升他們的主動實踐意識，為學生的學習提供更加個性化的學習和發展空間。

三、“新工科”背景下智能制造人才培養措施

（一）“以實踐為主導”的工程實踐引領創新人才培養的指導思想

智能制造高端人才培養是“制造強國”提升國際競爭力的迫切需要，需要建立智能制造創新人才培養的中國化方案，并以方案為基礎培養一大批高端智能制造創新人才。在實踐教學上，重點高校需要建成工程實踐教育示范標桿，積極編寫系列原創教材，在國際智能制造領域凸顯中華大品牌效應。

（二）以實踐為主導，開放協同的智能制造創新人才培養生態系統

以教學體系為創新對象，在開放式的教育生態條件下，培養學生的科學與工程素養，養成批判性的思維能力。培養學生的設計研究能力、發明創新能力、組織協調能力和自主學習能力。爭取校企聯動，引導學生進企業解決相關的實際工程應用問題。以實踐為主導，開放協同的智能制造創新人才培養生態體系。積極引進國際合作交流，讓學生有到國外學習的機會，學習到國外的智能制造相關措施與知識，促進聯動發展。

（三）以系統觀、工程觀和質量觀為核心的人才培養模式

實現驅動創新、因材施教，培養適應和引領科技革命以及產業革命的智能制造有工程思維的拔尖創新人才和有科學思維的卓越工程師人才。以學生為中心，針對工程全球化、工程復雜化的挑戰，建成具有大系統、大集成、大工程和大質量一體的一流教學體系，引導學生國際視野、自主學習、主動實踐和追求創新，在人才培養模式上形成系統觀、工程觀和質量觀的核心思想。

（四）多學科交叉融合、遵循工程邏輯的智能制造核心課程新結構

智能制造需要培養具有機械、自動化、信息化以及儀器儀表等專業和方向的綜合性人才，所以在核心課程結構上需要進行調整與改變。按照多學科、分層次、量宏觀、綜合化以及模塊化原則，通過對課程體系的重構，讓學生可以根據自己的特長進行發展規劃，在學業導師的指導下自行確定培養方案，可以進行跨學院和跨學科選課，推行一生一方案、一生一課表和一生一檔案，因材施教，實現學生的個性化發展，最終形成多學科交叉融合、遵循工程邏輯的智能制造核心課程新結構體系。

（五）深度科研育人的智能制造工程實踐新途徑

科技是社會發展的生產力，而高?？蒲幸彩谴龠M學生學習發展和創新的動力。目前大多數高校都具有數量眾多擁有博士學位的高水平教師，也擁有各級各類省市級科研平臺，以及一系列學科相關的優秀校辦企業。所以，構建校內校外協同、課內課外協同的創新創業教育體系也勢在必行。完善科教結合、產學融合、校企合作的協同育人模式，將學院層面的實驗、學校層面的實訓以及企業層面的綜合實踐結合起來，實施智能制造工程實踐教育。

（六）數字化、信息化和智慧化的智能制造“教與學”新方式

針對以上教育教學新理念，高校應該通過教學實踐，形成以智能制造+工業互聯網平臺+全開放智慧實驗室+基于Project課程加工作坊為支撐，形成共性化基礎和個性化發展方向、一生一方案的智能制造創新新型人才培養方式。圍繞智能制造產線的智能制造定制化教學模式，面向所有專業展開智能制造認知實習，讓學生從入學階段就帶著工程問題來學習。圍繞智能制造產線和工業互聯網實訓平臺，進行智能制造方向制造系統的場景互動團隊協作實踐和自主數據分析探索實踐，將以結果評價為主轉變為過程與結果評價結合，實現考核方式的多元化。以24小時全天候開放智慧實驗室為場地，以開放式組合實驗裝置為依托，支持學生開展CPS+X的探索型與研究型實驗。通過Project實踐課程、開放式工作坊，培養學生自主學習能力，通過實踐環節在大學四年里的銜接，實現PDCA的迭代式發展。

（七）考核評價新方式的改革

建設服務學生主動實踐、高度開放、集約共享和預約使用的實驗室軟件硬件支撐平臺。不斷加強教學資源數字化、儀器設備物聯化和使用管理信息化建設。支持學生自主學習，引導學生自主設計、綜合制作和培養學生的創新性思維和工程化素養。面向信息物理系統、邊緣計算、工業大數據、數字孿生以及工業機理模型等智能制造技術支撐實踐教學。

（八）基于OBE理念的質量保障體系

OBE理念是指基于學習產出的教育理念，要求學校和教師應該先明確學習成果，配合多元彈性的個性化學習要求，讓學生通過學習過程完成自我實現的挑戰，再將成果反饋來改進原有的課程設計與課程教學。為建設智能制造復合型人才培養體系，需要建立完善的教學過程監控機制，各主要教學環節要有明確的質量要求，通過教學環節、過程監控和質量評價促進畢業要求的達成，定期進行課程體系設置和教學質量評價。

結語

智能制造面臨新一輪的革命，傳統的制造業技術需要與新興信息技術融合，形成新的產業革命，促進第四次工業革命的發展。本文針對“新工科”大環境下企業智能制造新型人才的需求，探討如何與時俱進地培養能夠適應現代化生產需要的新型智能制造人才，分析了目前機械專業人才培養所面臨的問題。從人才培養理念入手，轉變傳統機械行業人才培養模型；從人才培養舉措切入，腳踏實地對智能制造新型人才培養實際操作進行分析和探討，實現以學生為中心的智能制造實踐與創新教育模式，夯實智能制造創新人才培養基礎，構建出符合現代化生產的智能制造人才培養新模式。

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基金項目：重慶工商大學課程改革建設項目（機電傳動控制950718120）

*通訊作者：馮鑫（1982—?），男，漢族，重慶人，博士，副教授，研究方向：智能制造。