智能制造工程專業產教融合育人模式的研究與實踐

范 豪,韋菲菲,黃榮學

(桂林理工大學南寧分校,廣西崇左,532100)

一、引言

人工智能、計算機技術、自動控制技術、信息技術等的發展,給制造業變革帶來重大契機,尤其是在工業4.0背景下,國家提出“中國制造2025”這一重大戰略,加快了從制造大國向制造強國的邁進,并確定智能制造作為未來的主攻方向。[1]同時,《“十四五”智能制造發展規劃》明確提出,“十四五”及未來相當長一段時期,要推進智能制造,要立足制造本質,要緊扣智能特征。[2]智能制造的發展受制于人才緊缺和培養體系不完善,急需產、學、研、用各界通力合作。結合區域經濟發展,走好產教融合、校企合作道路,打造區域特色應用型本科專業是當前的有效破局之法。如何做好智能制造類專業應用型人才培養,實現內涵式發展;如何做好深度產教融合、校企合作是當前應用型高校必須解決的問題。[3]桂林理工大學南寧分校(以下簡稱我校)作為地方理工類高校,一直致力于面向區域經濟發展、面向區域行業產業和自身專業建設推進產教融合、校企合作,不斷探索和總結產教融合育人模式,以期培養面向社會發展需求、行業企業發展需求的應用型人才。

二、必要性

智能制造工程專業作為新工科專業之一,是培養智能制造應用型人才的重要載體,其涉及機械工程、控制科學與工程、計算機科學、人工智能等多個學科,是典型的多學科交叉專業。[4]傳統工科育人模式已無法適應新工科背景下智能制造人才培養的要求,必須依據自身辦學定位,結合專業特點,尋求新的發展途徑。

2019年,國家發改委、教育部等六部委印發的《國家產教融合建設試點實施方案》明確提出,深化產教融合是推動教育優先發展、人才引領發展、產業創新發展、經濟高質量發展相互貫通、相互協同、相互促進的戰略性舉措。[5]2020年,教育部辦公廳等印發的《現代產業學院建設指南(試行)》強調,探索產業鏈、創新鏈、教育鏈有效銜接機制,建立新型信息、人才、技術與物質資源共享機制,完善產教融合協同育人機制,創新企業兼職教師評聘機制,構建高等教育與產業集群聯動發展機制,打造一批融人才培養、科學研究、技術創新、企業服務、學生創業等功能于一體的示范性人才培養實體,為應用型高校建設提供可復制、可推廣的新模式。[6]

已有研究顯示,全國開設新工科專業的高校在推進產教融合協同育人過程中各顯神通,廣東、浙江、江蘇、北京等經濟發達地區開設智能制造類專業的高校,其產教融合工作已走在前列,且已初步形成自身模式。[7-9]西部地區開設智能制造類專業的地方高校,產教融合雖有進展,但成效尚不顯著,與發達地區高校相比差距較大,加之制造業發展水平較低,仍需通過智能制造改善制造業現狀,促進制造業高質量發展。[10]

我校智能制造工程專業自2020年開始招生,人才培養模式較傳統工科專業雖有區別,但存在專業特色不夠凸顯、與區域產業融合不夠緊密等問題,無法完全滿足產業轉型升級背景下的人才培養需求。究其原因,在于人才培養過程與行業企業結合不夠緊密,教師團隊授課理念和學生學習理念還未完全更新。尤其是在產教融合背景下,要真正提高專業育人水平和社會服務能力,就必須與區域產業發展、行業企業發展匹配、融合,對標企業發展、生產的需求。

三、探索

我校智能制造工程專業依托智能制造工廠和智能制造虛擬仿真實驗教學中心等大型綜合性生產實踐平臺,按照“四個一”,即搭建一個平臺、造就一批教師、培養一批學生、形成一種育人模式的建設思路進行產教融合育人模式探索。“四個一”產教融合育人模式如圖1所示。

(一)建設智能制造虛擬教研室,構建模塊化課程體系

虛擬教研室是基于現有實體教研室,利用互聯網信息技術平臺匯聚多學科領域教師、行業企業人員、科研院所及其他組織機構人員等,進行相關教育教學、教學改革、學科建設、課程設計、實踐實訓等教學活動的基層組織。[11]針對智能制造工程專業多學科交叉、綜合性強等特點,我校在建設校內智能制造虛擬教研室初期,集合計算機科學、人工智能、控制科學與工程、機械工程、產業學院、專業協會等多方人員參與,針對專業發展需求突破時間、空間、人員、資源等方面的限制,實行有效的資源共享、互聯互通。

傳統工科專業仍是基于單學科的課程體系,存在課程體系融合交叉不足、各課程模塊銜接不緊密、課程體系不完備的情況。依托智能制造虛擬教研室建立多元化的動態研討機制,我校完善智能制造工程專業人才培養方案的修訂,借助產業學院實際生產案例,始終把握課程體系是實施專業育人的推進主線原則,按“產品設計—工藝設計—產品加工—過程控制—質量管理—技術支持”的產品生命周期重構了核心課程體系,如圖2所示。每個典型案例以任務驅動、按照崗位能力分解為若干個模塊,并將每個模塊所需要的知識與技能融入相關專業課程的教學,使教學知識體系一脈相承,確保課程內容完整和有機銜接。

圖2 基于產品生命周期的模塊化核心課程體系

以校企合作生產的產品電極夾頭和農用機末端殼體為例,我校智能制造工廠生產案例產品具體如下。第一,在產品設計模塊,崗位要求能準確對機件進行工程圖表達,并能進行三維建模。因此,把案例導入對應的課程機械制圖與CAD、計算機輔助設計與制造、智能制造虛擬仿真課程。第二,在工藝設計模塊,崗位要求學生能完成加工機件的工藝編制和工具的設計。因此,在教學內容上,將電極夾頭、末端殼體的加工工藝及涉及的通、專用工夾具融入機械制造工藝、機械設計基礎課程。第三,在機加工模塊,在完成前兩個模塊學習基礎上進行相應零件的加工。因此,將電極夾頭、氣動夾盤末端殼體加工案例融入機械制造基礎、數控加工與編程技術、數控技術實訓、智能制造執行系統課程。第四,在過程控制模塊,要求掌握設備的自動化控制,體現制造的智能性和先進性。因此,以電極夾頭、末端殼體加工為目標工件,實現加工的自動控制和智能化,如自動裝夾,機器人上下料等,對應課程為電氣控制與PLC、工業機器人技術、人工智能技術等。第五,在質量控制模塊,要求對電極夾頭、末端殼體的加工精度和產品質量進行把關。因此,將案例融入互換性與測量技術、精密檢測技術等課程。第六,在技術支持模塊,要求能對加工設備進行常規保養和對控制系統檢測識別,對應課程為設備安裝與調試、物聯網應用技術、傳感器與檢測技術、機器人視覺技術及應用等。

(二)建設高水平教師隊伍,強化教學團隊工程實踐能力

高校教學團隊和教師的工程實踐能力是智能制造工程專業育人的關鍵保障。智能制造工程專業不同于傳統工科專業,該專業對實踐課程的綜合訓練要求較高,大多教師雖具備一定工程實踐能力,但仍缺乏對智能制造生產環節綜合問題的認知,教師的工程實踐能力與應用型人才培養目標匹配度不高。因此,我校除引進高層次人才外,還注重內部培養,在專業建設過程中,建立青年教師企業掛職鍛煉機制,不斷提升教師教學、科研和工程實踐水平,每年均會聯合企業對到企掛職教師進行嚴格考核。同時,我校也通過聘請產教融合企業工程師到校指導實訓、開展講座及擔任班主任等方式參與指導學生,將行業企業發展及企業不同崗位用人標準等融入課程,擴大學生知識面和專業視野,真正實現行業企業文化進課堂,有針對性地打造適應多學科交叉融合的“雙師雙能”型高水平教師隊伍。

此外,基于內培外引制度,我校還通過校企聯合申報教科研課題,并結合企業生產進行橫向課題合作,吸納學生加入課題組,同時將科研課題任務分解融入課程設計,再依據學生所作課程設計成果進行創業創新項目鍛煉,真正實現科研反哺教學、科研促進教學。

(三)完善工程實踐教學平臺及配套資源

智能制造類的工程實踐教學平臺及配套資源是專業人才培養的重要載體。我校以培養應用型人才為目標,以提升學生實踐能力為途徑,依托現有智能制造工廠、大數據應用創新中心、機器人實訓室、自動化生產線實訓室等資源,結合校企共建智能制造實驗室、視覺識別實驗室等平臺,以企業案例生產流程為主線貫穿實踐教學,開發校企參與的實際生產項目的立體化課程資源,共同打造基于制造執行系統(MES)和企業實際生產案例的智能制造工程專業工程實踐教學平臺,改善過去“多人一機”的實訓場景,確保校內理實一體化課程的完成度。同時,加大與智能制造生產企業的深度融合,尤其是加強與本地企業的合作,建立“引進來、用得上、走出去”的實踐模式,即學習區外智能制造企業先進實踐經驗,滿足區域內制造企業的實際生產和用人需求,確保學生畢業后能有多種選擇。

此外,我校借助工程實踐教學平臺,聯合企業工程師進行“線上線下”授課,指導學生課程實驗、實訓項目、課程設計、創新創業等實踐環節,同時依托縱橫向科研項目推動學生實踐技能比賽及創新創業類比賽,達到以賽促教、以賽促學、以賽促改的目的。目前,我校工程實踐教學平臺已能滿足現代智能制造型企業管理類崗位群、設計類崗位群、智能裝備應用類崗位群等實踐訓練需求。

(四)建立健全智能制造工程專業產教融合人才培養的評價機制

建立健全智能制造工程專業人才培養的評價機制是檢驗人才培養質量的有效手段。智能制造工程專業人才培養標準以實踐應用型為主,現有的評價方式仍是以單一主體評價為主,不能有效判定學生能力達成及后續學生個人發展、學校學科發展等情況,評價過程中未能充分考慮企業參與度,缺少基于學生學習全過程的人才培養評價機制。

基于產教融合模式,我校結合《工程教育認證標準》中12條畢業要求指標點的達成度和校企合作崗位能力指標,進一步細化人才培養評價指標,對學生的考評轉向學習目標、學習過程、學習結果等多維度過程性評價,尤其是在校企共建課程及學生實踐實習結果中加大企業考核鑒定比重,綜合考查學生的實踐能力、專業知識、創新能力、綜合素養等,形成綜合能力多維度評價體系,與教學過程構成動態閉環,并以此及時了解學生的能力結構、個人優勢。同時,我校將教師、學校、企業也作為評價主體對象,接受學生的評價反饋,這有利于多方共同進步,不斷完善人才培養機制。

四、結語

提高智能制造工程專業人才培養能力是高等工程教育立足當前的主動作為、面向未來的主動謀劃。從廣西區內制造業布局、發展規劃、遠景目標及對接粵港澳灣區建設來看,完善的產教融合協同育人機制是智能制造工程專業人才培養的有效抓手,也是地方應用型本科院校進行專業發展、特色發展、內涵式發展的必然選擇。為此,我校以產教融合、校企合作為著力點,主動對接行業企業,針對智能制造工程專業產教融合育人模式的課程體系完善、師資隊伍建設、工程實踐教學平臺搭建、人才培養評價機制建立等進行探索與實踐,培養能夠適應社會不斷發展和智能制造產業需要,助力區域傳統產業轉型升級和地方經濟發展的人才,并為其走向社會奠定基礎。