工業互聯網背景下智能制造產業學院工程教育探索

王磊 李生英 馬樂

摘?要：為培養適應制造業數字化、智能化轉型升級帶來的人才需求挑戰，培養工程人才，本文對比分析國外高等工程教育模式，根據廣東省示范性產業學院建設經驗啟示，通過“雙院制”，打造“1+1+2”工程人才培養模式，破解產學錯位難題，以智慧工廠數字孿生體為載體，建立產學研區域共享融合生態圈，推進應用型人才培養與區域地方協同發展。

關鍵詞：產業學院；工程教育；工業互聯網；智能制造

數字經濟發展迅速，是改變全球競爭格局的關鍵力量，習總書記多次強調：“發展數字經濟意義重大，是把握新一輪科技革命和產業變革新機遇的戰略選擇。”工業和信息化部聯合7部門發布了《“十四五”智能制造發展規劃》中提出“到2035年規模以上制造業全面普及數字化網絡化”，但是智能制造發展仍存在供給適配性不高、創新能力不強、應用深度廣度不夠、專業人才缺乏等問題。工業互聯網是新一代信息通信技術與工業經濟深度融合所形成的全新產業和應用生態，是推動數字經濟發展的重要引擎。“十四五”時期工業互聯網將賦能制造業向數字化、網絡化、智能化方向轉型升級。在此關鍵時期，對智能制造產業高技術、高技能的綜合型人才需求量猛增，新技術的變革發展也帶來了新的人才培養挑戰，引發了對工程人才素質結構和培養模式變革的迫切需求。

國家高度重視高等工程教育事業的發展，近年來先后推出卓越工程師計劃、“新工科”建設、工程專業認證等一系列重大舉措來加強工程人才的培養水平［1］，特別是2020年教育部辦公廳、工業和信息化部辦公廳下發《現代產業學院建設指南（試行）》，旨在推進高等院校深化教學改革，適應新時代和新技術對工程技術人才培養的新要求，尤其是在工程人才的工程實踐能力、創新能力、協作能力、終身學習能力等方面的培養。

一、國外高等工程教育模式分析

德國：德國以實用化和系統化為特質，以學生就業為導向，人才的培養過程緊密契合產業界的發展動態，構建了符合德國工業生產要求的“雙元制”工程教育體系，為其作為全世界制造強國提供高質量的工程人才。德國學校教育與職業培訓接軌，聘請企業人員作為兼職老師，采用“應用性項目教學法”，理論教學和企業的實踐教學交替進行，使學生獲得充分的理論教育和職業訓練，畢業時同時取得學位證書和工程師資格證書。

美國：20世紀80年代至今，美國工程教育回歸實踐，麻省理工學院開發了CDIO教育模式，以產業和社會需求為目標，以學生為中心，提供真實且完整的工程實踐，構建一體化的本科工程課程體系。2016年，MIT啟動了新一次的工程教育改革計劃——“新工程教育轉型”提出了11種工程人才應具備的思維方式（制造、發現、人際交往、創造性、系統性、批判與元認知、個人技能與態度、分析性、計算性、實驗性與人本主義思維），倡導工程教育回歸育人本質，構建了一套靈活性較強的培養體系，實行學科交叉計劃，給予學生充分選擇的權利，培養學生各種思維，引導工程教育向工程與經濟社會發展的融合方向發展。［3］

澳大利亞：20世紀90年代以來，澳大利亞高等工程教育開始著力“回歸工程”，秉承以學生為中心的宗旨，以探究性、研究性、創新性的自主學習為主，教學模式形式靈活多樣，學生早期階段就加入科研項目或參加科研實踐，重視培養過程與實踐的高度結合，強化與企業的合作和互動，課程設置和課程內容安排緊緊圍繞工程需求，建立“工程學習工廠”，為學生提供一個創新、體驗式和基于項目的學習環境，引入同伴評價機制，注重培養團隊合作能力。［4］

二、廣東省示范性產業學院建設經驗啟示

廣東省2018年7月出臺《關于推進本科高校產業學院建設的若干意見》，至2022年2月分三批次、高標準遴選出40個省級示范性產業學院，這些示范性產業學院是由24所本科高校建設，分別是：公辦院校19所，民辦院校5所。本文選取廣東省教育廳官微發布的20篇“廣東示范性產業學院典型經驗”系列報道作為研究資料來源。

（一）辦學模式

廣東省示范性產業學院共建的辦學模式主要分為校政共建和校企共建。20個廣東省示范性產業學院中有2個是由高校與地方政府共建，如東莞理工學院長安先進制造學院由東莞理工學院與東莞市長安鎮人民政府共同建設，采用“校園+產業園”模式，形成“教育+培訓+就業+創業”的長效育人機制；惠州學院仲愷信息學院由惠州學院和仲愷高新區管委會共同建設，采用“雙元制”特色班模式。校企共建模式中，8個學院是采用1+1模式，即與1家企業合作；10個學院是采用1+n模式，即與多家企業或是科研院所合作共建。

（二）人才培養模式

廣東省示范性產業學院以學生為中心，面向產業鏈，多學科交叉融合，與企業共建專業課程、師資、實踐實訓平臺等，實施“雙元制”人才培養模式，提高復合應用型人才培養質量。如廣東石油化工學院廣油—瑞派創新設計學院構建并實踐產教融合課程體系+多維滲透素拓體系的“雙體系融合滲透人才培養模式”、東莞理工學院粵臺產業科技學院實施“2+1+1”培養路徑；廣東工業大學集成電路設計產業學院實施“2+2”跨學院、跨專業融合的培養模式；佛山科學技術學院半導體光學工程學院采用“2.5+15”教學模式，5個學院采用“3+1”工程教育模式；4個學院與企業聯合開展“訂單式”人才培養，校企共建企業特色班如“溫氏班”“優尼班”“藥學產業創新班”。

（三）工程實踐教育模式

廣東省示范性產業學院以產業實際問題為牽引，打造項目化課程體系，創造真題真做育人環境。如東莞理工學院粵臺產業科技學院以“勞作課程”為“工匠精神”的培育起點，依產業需求配置不同側重方向的課程模組（微課程、微學程），實行師伴&業師&學伴項目團隊管理制度；珠海科技學院阿里云大數據應用學院通過企業文化浸潤，逐年選拔專業優秀學生加入大數據工作室，參與企業項目實戰；東莞理工學院西門子智能制造學院開設12門西門子智能制造工業軟件專業核心課程，全程融入西門子工業軟件課程體系，“引企入教”，并把企業中的實際工程案例融入課程中；廣州醫科大學金域檢驗學院構建鏈條式創新體系，開展“2（大一）+2（大二）+2（大三）+2（大四）”鏈條遞進式培養，讓學生深入產業創新實踐科研；廣東白云學院曙光大數據學院創新VIP人才培養體系，構建“多元結合、分層遞進、項目驅動”的教學模式；東莞理工學院先進制造學院（長安）在“產業園”（長安學院）完成根據產業鏈需求設計的“最后一里”模塊化工程課程以及技能實訓、實務制作、創新創業實踐、畢業設計等環節。

三、智能制造產業學院工程人才培養探索與實踐

（一）以產業為導向，通過“雙院制”，打造“1+1+2”工程人才培養模式

1.“項目在工程研究院+學習在專業學院”的雙院制模式

智能制造產業學院創新采取“項目在工程研究院+學習在專業學院”的雙院制模式，此模式依托工程研究院這個集技術研發、協同創新、成果轉化、技術推廣、實踐育人的科技創新平臺，充分利用其緊跟行業技術發展，與多家企業合作緊密互利共贏特定優勢和行業、企業等廣泛社會資源條件，以科技創新技術合作最新成果重構課程體系，滿足產業界的人才需求，實施教學、科研和社會服務，真正實現教育鏈與產業鏈的有效對接。

2.多專業融合的“1+1+2”工程人才全鏈條培養模式

智能制造的生產過程借助于數字化、網絡化和智能化，與工業互聯網的融合十分緊密，具有跨學科、跨專業的融合交叉特征，使得該行業對智能制造人才的復合能力要求較高，智能制造產業學院采用“1+1+2”工程人才培養模式，大一面向多專業開設企業文化浸潤通識課程，學習工匠精神、企業文化；大二跨學科開設微課程，課程內容緊跟行業需求，以職業勝任力為導向，在智慧工廠數字孿生體平臺，讓學生參與企業仿真運行全過程，理解產品全生命周期各環節的知識和技能，熟悉企業先進的管理制度、運行模式和企業文化；大三選拔學生，組成產業班，進行2年項目實踐，產業班學生分小組進入工程研究院導師+企業導師項目組，項目組以企業實際技術攻關和研發的項目為驅動，培養學生理解智能制造的核心理念，學習設計工具、仿真工具、物聯網、虛擬現實及相關支撐工業軟件等各種數字化技術，畢業設計全部來源于2年項目課題。

（二）以智慧工廠數字孿生體為載體，建立產學研區域共享融合生態圈

1.打造智慧工廠數字孿生體實踐平臺，建設面向企業真實生產環境的工程實踐課程

地方本科院校資金缺乏是制約其發展的最重要因素之一，智能制造專業群建設需要投入的智能制造設備、新基建平臺以及工控軟件成本高，軟件技術實訓平臺投入大［8］。數字孿生技術就是解決這一問題的關鍵技術，其核心是促進新一代信息技術和人工智能技術與制造業深度融合，它構建的智能工廠，是面向產品全生命周期，仿真模擬產品從需求到產品、從訂單到交付的制造全過程，還可以形成優化的仿真結果，指導物理工廠的建立和運營。

智能制造產業學院可以將企業基于數字孿生的智慧工廠引入教學，以職業勝任力為導向，打造一個真實的、可行的，能培養適應智能制造的專業技能人才的實踐平臺，培養既懂工業操作技術，又懂計算機信息技術的人才。實踐平臺為企業真實工業案例移植，采用企業項目化教學，建設一批交互性、情境化的模擬仿真工程教育實訓課程，運用數字孿生模型，模擬整個工廠產品、工藝流程和設備，在集成軟件和三維仿真環境中，把工業知識、管理知識、加工知識、裝配知識等集成在軟件內，讓學生進行知識學習、數據貫通、信息感知與分析優化，使學生在校期間對未來智能制造體系有一個比較清晰的認識和概念，熟悉設計工具、仿真工具、物聯網、虛擬現實等各種數字化技術，了解產品全生命周期，學習解決工程問題。

2.深化產學研合作，開展橫向項目研究，建立產學研區域共享融合生態圈

智能制造產業學院培育輻射本地區的產學研融合生態圈，利用工程研究院科研平臺和科研項目，技術支持上下游企業開展數字化轉型應用合作，發揮產業學院科研優勢和服務企業職能和企業項目資源優勢及高級工程師經驗技術優勢，打造具有“全面感知、設備互聯、數字集成、智能預測”等特征的智能工廠運行體系，提升企業內部業務集成管控水平，虛擬化企業運營決策過程，實現生產數據貫通化、制造柔性化和管理智能化，并將項目研究建立應用案例庫，納入教學體系，實現教學與生產同步、實習與就業一體化。

參考文獻：

［1］張帆，曾勵，任皓，等.基于數字孿生的混合實踐教學模式研究［J］.實驗室研究與探索，2020，39（02）：241244.

［2］李明慧，曾紹瑋.國外高等工程教育與產業的契合經驗及啟示——基于德國、美國、法國三國的分析［J］.中國高校科技，2020（04）：5458.

［3］唐玲珊.回歸工程實踐：20世紀80年代以來美國高等工程教育變革研究［D］.四川師范大學，2021.

［4］朱慧，陸國棟，吳偉.澳大利亞高等工程教育：實踐與借鑒［J］.中國高教研究，2016（09）：98102+110.

［5］余薇.工業互聯網背景下美國職業教育應對策略及其啟示［J］.職教論壇，2021，37（02）：170176.

［6］劉懷蘭，劉準，王玲，等.智能制造領域專業課程體系建設［J］.高等工程教育研究，2022，195（04）：5964.

［7］章云，李麗娟，楊文斌，等.新工科多專業融合培養模式的構建與實踐［J］.高等工程教育研究，2019（02）：5056.

［8］許朝山，顧衛杰，孫華林.新基建背景下智能制造專業群人才培養路徑探索［J］.中國職業技術教育，2020（28）：914.

基金項目：2019年廣東省高等教育教學改革項目（SC190301）；廣東省高等教育學會“十三五”規劃2020年度高等教育研究專項課題重點項目（20GZD20）

作者簡介：王磊（1981—?），女，漢族，吉林長春人，碩士，廣州城市理工學院講師；李生英（1983—?），女，漢族，青海人，碩士，廣州城市理工學院工程師，研究方向：機械；馬樂（1968—?），女，滿族，黑龍江人，碩士，高級工程師，廣州城市理工學院工程研究院院長，智能制造產業學院常務副院長，研究方向：計算機。