智能制造背景下高職電氣自動化專業人才培養模式的創新研究

姚年春,何玉林,張 閩

(江蘇財經職業技術學院 智能工程技術學院,江蘇 淮安 223003)

0 引言

《中國制造2025》將機器人技術和新一代信息技術列入了十大關鍵技術領域,這一信息為我國的自動化技術行業發展和人才需求的變化指明了新的方向。從“制造大國”到“智造大國”,職業院校在技能人才培養方面,必須構建全新的培養路徑和標準。目前,智能制造專業群人才培養規格與產業鏈的需求存在一定的差異,項目法教學內容與崗位匹配度有差異,同時人才培養質量的評價體系有差異。針對這些問題,江蘇財經職業技術學院智能工程技術學院,立足服務淮安區域智能制造產業,堅持校企協同、產教融合,探索并構建了依托“五新育人”“崗課證賽”實踐教學開展能力培養的人才培養新模式,并提出了智能制造專業群電氣自動化技術專業人才培養方案。

1 智能制造背景下電氣自動化專業定位的依據

1.1 社會經濟發展對自動化技術高技能人才的需求

智能制造系統中智能化的實現離不開自動化技術,目前蘇北地區制造業仍處于工業3.0和工業4.0同時發展的階段,對于制造業企業來講,生產系統的智能化是實現智能制造的關鍵技術。在智能制造生產過程中,機械技術是運動的設計,相當于四肢和軀體;電氣提供運動的電力能量,相當于心臟;信息技術判斷信號下達命名,相當于大腦,管理負責整個智能生產線的協調運作。智能制造背景下,企業急需電氣自動化技術方面的高技能復合型人才[1]。

電氣自動化技術涉及信息通信、電力電子等領域,綜合性強,在制造業中應用廣泛,電氣自動化技術包括發電廠的自動化、輸配電電網的自動化、供配電自動化等領域。目前,我國正處于電氣自動化技術高速發展階段,急需大量的高素質技術技能型人才。針對企業需求,高職院校必須將專業教學和企業實際需求相結合,培養適合企業發展的教學團隊,完善教學基礎設施,實現創新型人才培養模式,提升學生畢業后的實際競爭能力。

1.1.1 操作技能智能化的需求

傳統的制造只需要工藝和技術,分工很明顯。而智能制造體現在生產全過程的自動化和智能化,要求操作人員與系統和設備之間達到最大程度的契合,這就要求操作人員具有更強的技能,必須全面了解產品的生產系統,熟悉各類智能操作軟件,保證設備的正常運行。同時,為了保證智能生產線的持續可靠穩定運行,操作人員還應掌握生產線的安裝、調試和維護等流程。由于生產線的智能化系統隨著科技的進步也將不斷升級改造,操作人員也必須有專業的知識和更高水平的操作技能,因此智能制造急需更高標準的高素質復合型人才。

1.1.2 職業技能復合化的需求

智能制造改變了傳統的工作模式,傳統的制造模式下一個崗位一個人,而智能制造模式下一個人頂替了多個人的工作,擔任多種角色,勝任多種工作任務,這就要求操作人員具備多種工作技能應對不同崗位的工作需求,及時判斷設備自動化系統的故障。此外,操作人員除具備上述的技術素養外,還必須具備一定的職業素養。

1.1.3 人機協同化的需求

智能制造實現了生產過程的有效銜接,不但需要人與人之間的協作分工,更需要人與機器之間的協調運作。智能制造生產過程中,人與機器處于同一個工作網絡中,必須保證人與設備間的溝通協作,通過共享信息高效完成制作任務。

1.2 區域經濟特點的需求

職業院校培養人才的宗旨是為地方區域經濟的發展服務,提供大量的技術技能型人才。地方經濟的發展,必須依靠當地的科技人才和技能人才的科研與創新,調整地方產業結構,提供科技理論依據和技術支持服務,確保經濟增長的可持續發展?；窗彩姓钊肼鋵嵤≌臎Q策部署,全面打造建設長三角北部地區的現代化中心城市——綠色高地、樞紐新城?；窗搽娏π袠I在開發新能源方面取得了較大的進展,與此同時電網的建設、電力設備的設計與研發應用,也將需求大量的電氣自動化技術人才。

2 智能制造背景下職業院校電氣自動化技術人才培養的現狀

2.1 職業院校技能型人才培養取得的成效

當前,我國職業教育迅速發展,職業技能人才培養質量也在不斷提升,我國已建成全世界規模最大的職業教育體系,為國家的經濟發展提供了人力資源和智力支撐。根據2019年政府工作報告,高職大規模擴招100萬人,進一步推動了我國職業教育普及化進程。

目前,職業教育已基本形成了與現代產業相適應的專業布局模式,培養了許多高素質高技能勞動者,為區域經濟發展培養出大批留得住的技能人才,一批大國工匠、能工巧匠和技能大師服務于區域的經濟建設,職業教育體系不斷完善,試點院校有20所。同時,職業培訓工作也為職工和學生的技能提升提供了高效服務。從專業布局與現代產業布局上看,裝備制造大類、電子信息大類和財經大類專業均達到10%上。

職業院校廣泛開展了校中廠、廠中校、訂單培養和現代學徒制等人才培養模式,形成了產教協同的格局和校企共同育人的局面[2]。

2.2 職業院校人才培養存在的問題

智能制造核心技術方面的物聯網、大數據、自動化等新一代信息技術,貫穿于產品的設計、制造、柔性管理和產品服務的整個生命周期,與工業化、信息化進行了深度融合。隨著智能制造的發展,原有的絕大部分手工勞動已被自動化設備所取代,企業對自動化設備的調試、運行和維護及工業機器人等技術性較強的崗位人才需求增加,傳統的自動化人才培養方式無法滿足智能制造技術的需要,不能滿足企業對自動化人才的技術要求[3]。

2.2.1 人才培養制度和標準體系不健全

主要體現在職業教育學習成果的認定標準尚待確立、雙證融通職業教育制度等有待建立。行業標準需要及時更新,不能滯后于職業教育的實踐需求。教材建設、信息化安全建設等需要統一的標準。職業院校培養的人才與智能制造業的人才需求還存在差距,專業設置與區域經濟的結合力差,課程設置未能跟上智能制造發展的步伐。智能制造相對傳統企業,在生產模式上發生了翻天覆地的變化,智能制造融合了電氣、機械、云計算、大數據以及物聯網等多個技術,對高職學生而言,需要集技術技能、服務管理及創新能力于一身。然而,目前高職院校的師資水平、課程體系、智能化的教學設備以及校企合作模式都難以完全滿足企業的人才需求,導致自動化專業畢業生無法適應企業的相關技術改造、工藝更新等轉型升級對人才的能力需求。

2.2.2 技術技能培養模式單一

職業院校培養的是技術技能型人才,技能培養是重點;傳統的技能培養,都是與專業核心課程同步的一周或兩周的課程設計和實訓方式,第六學期為頂崗實習。目前,頂崗實習雖然有訂單班、校企合作單位,開始階段學生從事與自己專業相關的工作,但是后期基本是由學生自己聯系企業,校企合作的質量不盡如人意。電氣自動化專業人才培養目標,主要是培養學生面向發電、鋼鐵、化工、裝備制造及其相關產業的電氣控制系統及設備的安裝、調試、運行、維護等技術改造,技能培養模式單一會影響后期學生服務社會的能力。

2.2.3 實訓基地的軟硬件條件不夠完善,師資能力有待提高

職業院校通過現代學徒制、校企合作等方式,提高電氣自動化學生的專業實踐能力、操作能力和創新能力,可以幫助學生明確后期就業崗位的性質和技能要求,讓學生明白學習的重點。但是在學生培養過程中,一些院校出現了實訓基地的軟硬件條件不完善的現象,實訓設備參差不齊,校企合作或產業學院雖然簽訂了相關協議,但在實際的實訓過程中,卻存在很多的問題,導致企業從利益的角度出發,很難在財力和技能工匠派出方面提供幫助。另外,職業院校教師雖然在學歷層次和理論知識的儲備上具有優勢,但是技能水平和實踐經驗缺乏,無法完全勝任學生的技能指導和企業的實踐指導,師資力量缺乏真正意義上的“雙師型”;學校教師本身對先進技術技能的應用缺乏足夠的認識,而專職的實踐教師理論知識又有所欠缺,導致理論知識與實踐能力脫節的現象。

3 智能制造背景下電氣自動化技術人才培養模式的創新實踐

從制造到智造,社會急需服務于智能制造生產的高素質自動化類技能型人才,自動化技術水平的高低決定了企業生產過程的自動化程度和產品的質量。人機界面、可編程控制技術、變頻調試、現場總線、伺服控制以及自動檢測等技術,已經在智能生產線上廣泛使用,因此探索培養技能精湛、高素質的自動化技術人才,為制造業的轉型升級提供服務,具有非常重要的現實意義。

在人工智能制造專業建設方面,北京理工大學的黃河燕通過梳理國內外人工智能專業教育現狀和新工科建設背景,結合建設內涵、專業能力目標、重構要素提出了新工科背景下人工智能人才培養需要關注的建設內容[4]。浙江大學的吳飛通過梳理目前國內外專業設置的現狀,從專業的定位、課程體系以及實踐體系出發,提出了關于人工智能專業設置的思路[5]。本文將從智能制造背景下的職業教育電氣自動化技術崗位出發,通過重構專業課程體系和產教融合、科教融合雙輪驅動,搭建虛擬實訓平臺,構建電氣自動化技術創新人才培養模式。

3.1 智能制造業電氣自動化崗位特點分析

智能制造不僅僅是制造裝備的突破,也是生產自動化、裝備智能化和管理現代化與信息技術深度融合的結果,智能制造的崗位所對應的職業能力并非是某一崗位的單一能力,而是跨越多個技術領域的復雜的技術技能。如管理崗位需要掌握計算機技術、網絡技術與生產制造的關系,智能線生產崗位需要掌握產品的工藝與控制技術能力,智能裝備崗位需要掌握機床的控制和檢測技術能力等。從人才需求的規格上看,要由單一崗位的熟練工轉變為多崗位單人操作的技術技能人才,實現系統協作和能力融合的目標。由此可見,自動化技術應用崗位比較多,它融合了多種崗位的實踐技能,對人才培養的目標和規格也提出了更高的要求。

3.2 完善電氣自動化專業課程體系

高職學生在校期間要取得相應的技能證書,證書的考取離不開課程的學習,因此高職院校課程體系的構建必須以職業技能為基礎,根據企業標準和行業標準進行課程設置。電氣自動化專業學生面向的是電氣控制系統及設備的安裝、調試、運行、維護等技術改造領域,因此在課程設置上,我院遵循了由專業基礎到專業核心,由專業綜合到專業拓展的循序漸進的過程,如圖1所示。采用四層遞進的專業課程體系模式,在教材的選擇上根據教學內容,選擇以任務和項目為載體的方式,讓學生對專業知識的理解由易到難,逐步深入。

圖1 四層遞進專業課程項目體系

根據電氣自動化的職業崗位和職業能力分析,形成以“基礎技能+專業技能+綜合技能+創新素養”的職業技能為導向的四層遞進式的專業課程特色體系,將理論知識、技術技能與創新能力進行有機結合,培養智能制造技術背景下的勞動者所必備的技能、綜合能力和勞動素養。根據課程性質的不同,在項目驅動下開展相關的實踐技能訓練,同時根據學生的個人學習意愿、發展需求和學習能力評估,結合自動化行業的人才需求,為學生設計對應的課程知識,達到培養目標。將專業核心能力和職業素養融入課程體系中,保證學生及時掌握自動化相關的最新技術,培養學生的創新能力;努力創建契合企業需求的新技術、新課程,除讓學生掌握扎實的專業知識外,還需要培養學生適應產品生命全周期的自動化生產管理能力。教師則根據課程體系,推進課程建設,如在線課程、慕課等,做實做強校企合作的教材開發。將技術技能融入課程建設的過程中,與企業的能工巧匠交流協作,在企業工程師的幫助下,在教學過程中融入企業真實的項目案例,保證教學內容是學生就業后的實際崗位所需。教學內容編排以企業的實際項目為載體,教學設計由淺入深,教學過程從基本技能入手,再至專業核心技能,針對學生綜合技能方面進行模塊化技能訓練和遞進式能力培養,強化學生的職業能力和職業素養,同時也提高教師自身契合企業實際的技能水平。

在自動化專業整個課程體系的構建中,還應該將學生所學的基礎知識和先進的自動化技術內容相結合,這樣可以達到讓學生一邊掌握基礎知識,一邊將知識應用到自動化技術的實際項目中,滿足學生對職業資格證書和學歷證書的獲取需求,做到“雙證融通”。

3.3 產教科教融合協同育人的人才培養新模式

國務院發布的《國家職業教育改革實施方案》提出,培育產教融合型企業,對深度融合的企業給予信用、金融和稅收等多方面的激勵政策[6]。這也在某種程度上促進了企業與學校合作,依托“企業出資在學校辦專業,學校專業教學依托企業”的新理念開展辦學實踐,促進了高職院校的教育改革,提高了人才培養水平,使企業與學校形成利益共同體,形成多方位產教融合人才培養協同機制。但在具體實踐中,部分企業認知的產教融合、校企合作僅停留在解決學生就業層次,在課程建設、校外實訓基地建設等方面的認識深度不夠,導致院校人才供給與企業需求存在較大差距。

江蘇財經職業技術學院電氣自動化專業,面向區域智能制造產業鏈與崗位群需求,進行了頂層設計,深化校企協同育人中企業的主體地位,與江蘇沙鋼集團淮鋼特鋼股份有限公司、江蘇瑞特電子設備有限公司以及江蘇淮安富士康科技集團等地方企業合作,企業定期發布技術人才需求情況,與學校共同制定人才培養標準,為學校專業技能培訓和專業建設提供科學依據。根據各自不同的資源,共享技術技能訓練設備,共建創新工作室,開展教科研工作,促進“雙師型”教師隊伍建設,校企共建實訓資源庫,完成職業資格培訓和考核,并進行相關成果轉化,提升行業企業在職業教育方面的內在驅動力、項目指導能力,推進學校專業教學貼近企業生產實際,強化場景再現的實踐教學任務。校企雙主體協同育人模式如圖2所示。

圖2 校企雙主體協同育人模式

以培養學生技能職業素養為主線,實現專業與產業對接、教材與技能對接、課程與崗位對接、教師與工程師對接、教學過程與生產真實場景對接的產品生命全周期的教學和技能培訓方式,在教學中融入企業產品的真實生產過程。將企業中復雜的項目進行分解,形成模塊,對技能要求高的模塊部分,邀請企業的技術人員進行面授;針對其他模塊可以和企業的工程師一起,進行“做中學,做中教”,培養學生的職業素養和職業規范,使人才培養質量更契合企業需求,與企業精準對接。

除產教融合外,還要以立德樹人為根本,以培養電氣自動化技術技能型人才為目標,以“學生”為中心,產教融合、科教融合雙輪驅動,構建思政教育新方法、人才培養質量新標準、課程體系新構架、實踐體系新平臺、創新培養新途徑的“五新”育人體系,如圖3所示。

圖3 產教融合、科教融合的“五新”體系

科教融合的目的是在教師科研項目引領下,讓學生參與課題的研究,依托教師的勞模創新工作室,立足企業生產中的技術難題,開展創新設計,引領學生創新創業,培養學生精益求精的工匠精神和科技創新能力。通過項目引領,開展科技創新和社會實踐活動,以研促教,以研促創,將人才培養與科技創新進行有機結合,實現了創新創業型的高技能人才培養目標,符合重點科技產業對具備核心素養和較強實踐操作能力的新一代人才的需求。

通過產教融合、科教融合方式,我院電氣自動化專業在人才培養的過程中,實現了學生在平時的專業核心課程實訓中能接觸到企業真實的崗位和工作過程,區別于以往單一的實訓室里的技能培養,學生的技能培養按照基本技能、核心技能和拓展技能階梯培養模式,貫穿于整個教學過程,大大地提高了學生的技能水平和創新意識。

3.4 創建虛實結合的實訓平臺

江蘇財經職業技術學院遵循職業教育改革創新發展規律,聚焦智能制造區域產業發展需求,基于重思政引領→厚通識基礎→多實踐技能→促專業綜合的發展理念,構建適合地方經濟發展需求的人才培養高水平產教融合虛擬仿真實訓基地,積極探索將虛擬仿真、物聯網、大數據、人工智能等新一代信息技術融入實踐教學,提升學生創新能力和實踐能力。通過電工電子實訓、單片機實訓、工業機器人編程與應用等課程的實踐技能訓練和智能生產線運行與管理,將專業實踐融入真實的產品訂單生產中。再利用報廢的生產裝備、有缺陷的產品、更新換代的替換品等作為教學案例,增強虛實結合的實踐教學效果,完成專業綜合實訓。虛擬實訓基地的建設目的是集教學、競賽、培訓、生產、科研于一體,形成五位一體的綜合實踐模式。江蘇財經職業技術學院電氣自動化專業通過校企合作共建實訓平臺的方式,堅持“知識擴展→能力強化→素質提升”理念,運用虛擬仿真實訓環境,將實踐課程體系中的工業機器人編程與應用、Proteus電子電路設計及仿真等課程實操部分借助虛擬仿真系統模擬實訓,解決先進的教學資源不足、不系統的問題。

3.5 構建“崗課證賽”四位一體實踐教學體系

2020年教育部等九部門印發了《職業教育提質培優行動計劃(2020—2023年)》,指出要加快構建縱向貫通、橫向融通的中國特色現代職業教育體系,這為高職院校構建“崗課賽證”四位一體相融合的實踐教學體系提供了政策保障。

江蘇財經職業技術學院電氣自動化專業,根據崗位和專業發展需求,從課程體系的設置、學生技能培養出發,構建“崗課賽證”四位一體相融合的實踐教學體系,具體做法如下:

一是引崗入課,將行業企業新規范、新技術、新工藝引入教學中,把真實情境崗位的工作任務融入課程中,把趣味性的技能競賽融入案例和情境項目訓練中,提高智能制造背景下人才培養的針對性和質量。

二是引課入崗,課程內容是人才培養的核心部分,直接影響到學生的后期發展方向和人才培養質量。將知識技能還原到具體的場景中,采用案例教學、項目教學、情景教學、模塊化教學等教學方法,推廣混合式教學、翻轉課堂、理實一體的教學模式,促進學生進行探究式學習、合作學習、深度學習等,為課堂教學賦能增值。同時,也體現了職教學生技術技能成長規律?！笆奈濉币巹濁槍β殬I教育的學用脫節和技能滯后的現象,提出了教育要“增強適應性”的要求,強調人崗匹配、技能學習的一致性和實效性?；诖?學院電氣自動化專業適時更新專業標準、教學標準,將企業典型產品生產案例引入教學中,將技能大賽、有含金量的技能證書融入人才培養方案,推進產業需求與崗位能力的匹配度,實現專業與產業、課程內容與職業標準、教學與生產三對接。

在課堂教學中,按照任務驅動、行動導向的思路開展教學,由傳統的教師教學生學,轉變為以學生學習為主,教師輔導的方式,讓學生將學習活動嵌入項目任務中,激發學生學習的興趣,在實踐中培養技術技能和勞動素養。

競賽作為培養學生技能的一種手段,能有效提高學生的學習興趣和學習效果,將課程內容與職業技能融合,將參與競賽和技能培養融合,融崗、賽、證三元素于課中,借校級競賽、省級大賽、創新創業大賽等,按照企業典型的工作崗位需求,進行競賽內容的設計,讓學生在競賽中掌握專業技術核心技能,培養高素質技能型人才?！皪徴n證賽”四融合實踐教學體系如圖4所示。以賽促學,以賽促教,通過技能大賽等項目,加強學生平時的技能訓練,提高學生在操作中的應變、協作、創造等綜合職業能力。

圖4 “崗課證賽”四融合實踐教學體系

3.6 構建以能力為導向的模塊化課程考核體系

區別于傳統的一課一考方法,實施模塊化教學考核模式的改革,按照課程模塊,展開項目式的考核,主要包括課程教學過程中的各個實施環節。教師根據學生項目實施過程中的表現、知識點掌握的情況以及技能水平,設置不同的比重進行過程性考核,通過這種考核方式,教師在教學過程中的實踐分工更明確,更好地實現模塊內課程間技術技能的邏輯貫通。充分采用信息化教學手段,如慕課等,建設專業核心課程資源庫,整合優秀的教學資源并共享。資源庫的建設包括課程標準、企業案例、教案和綜合實踐項目等,利用學習通、藍墨云等APP,推送學習資源,布置課后作業,并對學生學習成績進行評價。利用各類學習APP,推送企業生產實踐場景,滿足學生碎片化技能學習的需求;對學習單元開展活動設計,促進學生自主個性化學習,滿足學生持續學習的需要,學生通過這種學習方式,能快速掌握某一領域的技術技能。在考核時,注重知識能力與思維方法同行、線上線下相結合的教學考核運行模式,關注實驗結果考核,同時關注課前預習和實踐教學的過程管理。

針對學生技能和勞動素養,構建學生素養、知識和能力三維目標,以學生、教師和企業為主題,將知識和能力貫穿于課堂的教學活動、技能考核的全過程,實行立體化評價,提升人才培養目標與企業職業標準的契合度。在注重培養學生專業實踐能力的同時,強調對學生軟技能的培養,以軟性知識推動學生專業技能的提高[7]。

3.7 制定專業1+X課程標準,開發教學資源

《國家職業教育改革實施方案》中提出在職業院校、應用型本科高校啟動“學歷證書+若干職業技能等級證書”(即1+X證書)制度試點工作,鼓勵學生獲取學歷證書的同時,積極獲取其他與專業相關的職業技能等級證書,提高個人技能水平,拓展創新創業和就業的本領,達到專業與產業協同的目的。智能制造時代,生產方式和生產技術的革新對職業院校教學資源的開發也提出了新挑戰,只有變革教育觀,才能將知識、技能與創新能力培養相結合,培養學生適應科學技術發展、超越自我的能力,培養智能制造時代勞動者所需要的技能、綜合能力和工匠精神。

學院電氣自動化專業以人才培養為出發點,針對崗位能力,制定課程標準,與企業的行家能手共同編制符合學生職業成長規律的專業核心課程內容,根據典型的工作任務,共同設計教學內容,形成融學生的職業道德、技能、崗位為一體的課程目標。

能力與素質不能通過單純的理論學習而獲得,能力需要依托大量的實踐操作才能獲得,因此在制定人才培養方案時,要在現有的較完善的理論教學體系下,增加實踐教學比例,設計并實施高效的工程項目式實踐教學,培養學生的理論知識、應用能力、獨立思考能力、團隊協作能力和職業素養。重新構建后的電氣自動化技術專業的學分結構如圖5所示。

圖5 電氣自動化專業學分結構

4 結語

智能制造背景下實施創新電氣自動化人才模式培養以來,學院電氣自動化專業學生的創新思維和智造領域的實踐能力都有了很大的提高,學生參與授權的專利有8項,多項授權專利轉化為雙創項目,在江蘇省互聯網+創新創業大賽、“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品大賽、“挑戰杯—彩虹人生”江蘇省職業學校創新創業大賽、淮安市大學生專利創新創業大賽、淮安市大學生科技創業大賽等各類各級競賽中獲省級、校級獎項,技能大賽成果豐碩,畢業生就業率高,用人單位評價良好。江蘇財經職業技術學院電氣自動化專業培養了一批理論基礎扎實、技術技能應用能力及創新能力強的自動化類創新技能人才,為區域經濟發展提供了人才支撐。