科教融合背景下智能制造專業本科人才培養模式探索

張富強 惠記莊 劉清濤 朱斌 丁凱

摘要以新一代信息技術與先進制造技術深度融合為基本特征的制造業轉型升級對機械類專業人才培養提出了新的要求。從科教融合視角出發，本文以長安大學機械設計制造及其自動化專業人才培養為例，以智能制造學科建設為背景，針對科研與教學融合中存在的問題，重點從智能制造課程群建設、師資隊伍資源配置、科技成果轉化、智能制造實訓平臺、學生創新創業等方面提出對策與建議，為培養適應未來工業社會發展需求的創新型人才提供有益借鑒。

關鍵詞 智能制造 科教融合 本科人才培養

中圖分類號：G642文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.13.022

Exploration on Undergraduate Talent Training Mode of Intelligent Manufacturing Based on the Integration of Science and Education

ZHANG Fuqiang[1][2]， HUI Jizhuang[1][2]， LIU Qingtao[1][2]， ZHU Bin[1][2]， DING Kai[1][2]

（[1]Key Laboratory of Road Construction Technology and Equipment of MOE，

Chang’an University， Xi’an， Shaanxi 710064；

[2]Institute of Smart Manufacturing Systems， Chang’an University， Xi’an， Shaanxi 710064）

AbstractThe transformation and upgrading of the manufacturing industry，which is characterized by the deep integration of the new information technology and advanced manufacturing technology， put forward new requirements for the training of mechanical professionals. From the perspective of the integration of science and education，the paper takes the mechanical design， manufacturing and automation in Chang’an University as an example to put forward some suggestions from the aspects of the construction of intelligent manufacturing curriculum group， the allocation of teaching resources， the transformation of scientific and technological achievements， the intelligent manufacturing training platform， and students’ innovation and entrepreneurship. The suggestions provide useful reference for the cultivation of innovative talents to meet the needs of the future industrial society.

Keywordsintelligent manufacturing； integration of science and education； undergraduate talent training

0引言

近年來，《中國制造2025》等重大戰略文件為推動和部署我國智能制造基礎理論研究與工業實踐應用提供了明確的政策導向。[1]高等教育作為國家科技創新體系的重要組成部分，必須主動對接國家戰略需求，切實承擔服務社會責任，提升自主科技創新能力。國務院關于全面加強基礎科學研究的若干意見（國發〔2018〕4號）的“優化基礎研究發展機制和環境”中，強調了推進基礎研究科教融合。[2]國家十四五規劃和2035年遠景目標指出，提高高等教育質量，建設高素質專業化教師隊伍，深化教育改革。[3]因此，我國高等教育從單純教學、科教并重向科教融合轉變是教育強國的必然選擇，將前沿科學研究成果充實到課程教學過程中，不斷提升授課質量和學術水平，已成為世界一流大學的核心辦學理念。

智能制造是一門多學科交叉融合的理工科專業，知識涵蓋面廣，要求學生具備的專業理論要扎實，實踐創新和動手能力要高。依據學科和行業發展需要，經過多次調研論證，長安大學工程機械學院于2020年在機械設計制造及其自動化專業新設置了智能制造方向，開始招生本科學生，緊密圍繞“中國制造2025”智能制造工程發展規劃和實施指南要求，旨在培養德、智、體全面發展，具有扎實理論基礎和實踐能力，掌握機械化、自動化、信息化和智能化等智能制造相關學科交叉知識和技術，能夠運用所學專業知識和新一代信息技術在航空航天、汽車以及工程機械等領域從事產品、裝備和生產線的數字化設計與制造、運營管理和應用研究等方面工作的高素質復合型人才。如何圍繞智能制造方向，實現科教融合，優化人才培養體系是亟須探索和解決的問題。

1面向智能制造專業的科教融合體系架構

1.1內涵特征

智能制造發展規劃（2016-2020年）中明確指出智能制造是基于新一代信息通信技術與先進制造技術深度融合，貫穿于設計、生產、管理、服務等制造活動的各個環節，具有自感知、自學習、自決策、自執行、自適應等功能的新型生產方式。[4]制造業的數字化、網絡化、智能化轉型是制造學、信息學、管理學等多學科交叉融合的過程，從CNKI和Web of Science核心合集數據庫中檢索到的智能制造各年份文獻數量來看，高校在基礎理論模型研究方面做了較多的探索工作。科學研究重點在于探索和發現客觀事物的內在本質和運動規律；教學的重點在于引導學生學習和掌握系統的科學知識，培養成社會所需要的人。科學研究與人才培養相輔相成，科教學融合的過程就是促進知識的不斷創新和持續傳承。加強科研同教學的結合，把高質量的科研素材轉化為優質的教育資源，把科研項目成果引入日常教學過程中，采取學生參與科研的形式，使得在探索、傳承知識過程中相互學習、共同提高，從而真正實現科教融合。

1.2體系架構

高校科研與教學的融合，不僅可以提高學生的科研能力，促進教師科研項目順利開展，而且可以將前沿的科研成果融于課堂教學、學生實踐、畢業設計等教學活動，豐富教教學內容、提高教學質量。如圖1所示，以學科建設平臺為中心，通過師資建設、課程改革、教材建設和創新創業實踐等搭建科教融合的人才培養體系。學生前兩年完成相應課程學習并取得相應學分后，第三年可以根據個人興趣愛好申請加入科研項目團隊進行科研思維、創新設計、動手操作等方面的訓練，第四年到相關知名企業進行生產實習，培養學生工程實踐能力。

2科教融合的應對舉措

2.1學科建設方面

學科建設是基礎。注重科學研究，加強學科建設，長安大學機械設計制造及其自動化專業依托國家雙一流重點建設學科“交通運輸工程”，聚焦服務“制造強國”戰略的機械類人才需求，著力培養面向先進設計制造、智能制造等領域的創新型復合人才。目前已發展成為國家級特色專業、陜西省名牌專業、“211工程”重點建設專業，同時也是入選“陜西省一流專業”和“國家一流本科專業”的建設專業。學校特別重視交通裝備優勢特色、加強學科交叉、推動學科基礎設施建設；學院教師主動對接國家和區域重大戰略，積極申報各類項目，近年來承擔了包括國家863項目、國家科技支撐計劃項目、國家自然科學基金項目、科技部國際科技合作項目、西部交通建設科技項目、陜西省重大科技創新項目等在內的相關科研項目361項，總經費1.7億元。上述項目為學科建設提供了有力支持。

2.2師資建設方面

優秀的師資隊伍是培養人才的重要引領。2020年8月國家自然科學基金委第九大學部“交叉學科”的成立，表現出學科交叉的重要性。一方面，科學整合、調整和優化現有教師隊伍，著力培養高層次的學科帶頭人和中青年學術骨干，凝練學科研究方向，不斷提升教師的科研素養和教學能力；另一方面，引進高端人才組建科研團隊來反哺教學。強化機械設計制造及其自動化國家一流本科專業建設，通過學科建設來培養人才。高校教師通過承擔國家省部級科研任務，讓學生能夠了解到最新的科技前沿；同時，先進的科研設施和工作環境為學生發展提供了創新平臺，從而有效帶動拔尖人才的培養。

2.3課程體系方面

打造本科教育智能制造課程群，在傳統制造基礎上，融入新一代信息技術等新課程。本專業的課程體系以學生培養為中心，依據行業需求與畢業要求，由專業建設指導委員會牽頭，對課程體系的合理性進行評價，基于評價結果對課程體系進行修訂，包含新增與刪減課程、變更課程屬性、修訂課程目標等。評價與修訂周期為4年。2019年規劃的智能制造方向課程體系，在原有的機械原理、機械設計、機械控制工程、工程材料、互換性與技術測量、測試與傳感器技術等機械基礎專業課基礎上，新增了人工智能及應用、智能制造導論、工業機器人、工業互聯網與大數據、現代制造信息系統、生產管理學等課程。

2.4教材建設方面

教材教案是教與學的主要依據。擬在“智能制造導論”“人工智能及應用”等智能制造方向核心課程教學過程中，應用科研成果案例。尤其是在專業課教案中，加入項目案例，提升學生們的聽課興趣。例如擬在“智能制造導論”課程6章教學中，融入國家自然科學基金《制造物聯驅動的離散車間工序物流動態規劃與狀態評測方法研究》研究成果。在“工業互聯網與大數據”等專業核心課程的教學過程中，引入國家自然科學基金《信息物理社交融合驅動的社群化制造車間物聯配置與自主運行方法研究》等前沿項目成果，把教學內容推向學科前沿，促進教學內容更新。這種將科研成果整合到教學過程中的模式是科教融合的初衷。

2.5教學實踐與創新創業實踐方面

按照教學要求，實踐環節包括課程實驗（工業機器人實驗/CADCAM綜合實驗/工業互聯網與大數據實驗等）、課程類設計（制圖大作業/機械原理課程設計/機械設計課程設計/機械制造工程學課程設計/制造信息系統開發等）、校內實訓和校外實踐。充分發揮以國家級虛擬仿真實驗教學中心、國家工程中心和教育部重點實驗室為依托的實踐教學基地作用，搭建智能制造系統創新平臺，結合老師的科研任務，開展畢業設計，解決實際問題。此外，科研項目引領創新創業，學生近年來在“創青春”大學生創業計劃競賽、全國大學生機械創新大賽、“挑戰杯”全國大學生科技課外學術科技作品競賽等科技競賽中獲國家級、省部級獎勵20余項，本科生發表科研論文、受理授權專利共計30余篇（項）。

3結論

從“單純教學”“科教并重”轉向“科教融合”是我國高等教育發展的必然階段。只有對科學問題的不斷探索和研究，教師才能教授學生更多的新知識，學生才能獲得綜合素質能力的提升。同樣，為了達到高等教育大眾化階段人才培養的目標，還必須依靠現代科學精神的滋養來完成教學思想和教學方法的轉變。本文以長安大學機械設計制造及其自動化專業人才培養為例，以智能制造學科建設為背景，提出了科教融合背景下的人才培養體系架構，并給出相應的對策與建議，可為培養適應未來工業社會發展需求的創新型人才提供有益借鑒。

基金項目：陜西高等教育教學改革研究項目“中國制造2025發展戰略背景下智能制造專業人才培養模式的探索與實踐”（項目編號：19BG010）

參考文獻

[1]國務院.中國制造2025（國發〔2015〕28號）.北京，2015.

[2]國務院.國務院關于全面加強基礎科學研究的若干意見（國發〔2018〕4號）.北京，2018.

[3]國務院.中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要.北京，2021.

[4]經濟建設司.關于印發《智能制造發展規劃（2016-2020年）》的通知.工業和信息化部.北京，2016.