工業(yè)4.0背景下 高校自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)改革探析

錢默抒 薄翠梅 徐啟

摘? ? 要：高校教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)具有較大影響，提升專業(yè)課程與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)置，能夠有效提高學(xué)生的問題解決能力以及實(shí)際操作能力，以培養(yǎng)更加適應(yīng)社會(huì)的專業(yè)技術(shù)人才，這也符合社會(huì)對(duì)于高等教育的客觀要求。從工業(yè)4.0背景下自動(dòng)化專業(yè)面臨的困境出發(fā)，提出工業(yè)4.0背景下高校自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)改革的策略，以達(dá)到提升大學(xué)生“工業(yè)4.0”背景下競(jìng)爭(zhēng)力的目的。

關(guān)鍵詞：高校;工業(yè)4.0;教學(xué)改革;自動(dòng)化

中圖分類號(hào)：G642.0? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1002-4107（2020）07-0005-02

工業(yè)4.0是“互聯(lián)網(wǎng)+制造”的融合，目前世界工業(yè)發(fā)展進(jìn)程正處于從數(shù)字化的工業(yè)3.0向智能化的工業(yè)4.0轉(zhuǎn)變階段，例如2011年美國(guó)為重新振興其工業(yè)，開始實(shí)施“先進(jìn)制造伙伴計(jì)劃”，2013年德國(guó)為提升其制造業(yè)水平，提出“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，2015年中國(guó)工信部啟動(dòng)“智能制造試點(diǎn)示范專項(xiàng)行動(dòng)”等[1-3]。怎樣才能在這一變革過程中更好地培養(yǎng)出符合工業(yè)發(fā)展要求的技術(shù)人才是擺在所有高等院校自動(dòng)化專業(yè)面前的問題。因?yàn)楦叩仍盒Ｊ且跃蜆I(yè)作為教學(xué)目標(biāo)導(dǎo)向，所以，高校需要不斷地提升學(xué)生的整體素質(zhì)，把學(xué)生培養(yǎng)成擁有豐富專業(yè)知識(shí)和較強(qiáng)實(shí)踐能力，適應(yīng)社會(huì)需求的復(fù)合型人才[4-6]。

一、工業(yè)4.0背景下的自動(dòng)化專業(yè)人才需求

工業(yè) 4.0 既是一個(gè)企業(yè)的技術(shù)轉(zhuǎn)型，又是當(dāng)代產(chǎn)業(yè)的升級(jí)變革，這對(duì)人才培養(yǎng)的模式帶來了深刻的影響。從工業(yè)1.0的機(jī)械化，工業(yè)2.0的電氣化，到工業(yè)3.0的數(shù)字化，對(duì)專業(yè)技術(shù)人員的要求日益提高。而工業(yè)4.0的智能化是由智能設(shè)備、智能生產(chǎn)、智能產(chǎn)品、智能物流和智能服務(wù)等五個(gè)主要部分組成，它們共同完成智能制造這一終極目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)智能制造，首先，工廠中所有的設(shè)備均須具有信息深度感知、智慧優(yōu)化決策、精準(zhǔn)控制執(zhí)行、實(shí)時(shí)可靠傳輸?shù)哪芰?，即每個(gè)設(shè)備均可全自主完成信息深度獲取、優(yōu)化處理、精準(zhǔn)利用以及高實(shí)時(shí)性高可靠性的傳輸;而且，產(chǎn)品須具有感知、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)和通信的能力，使得產(chǎn)品可追溯、識(shí)別和定位;最后，企業(yè)或工廠還要完成通過捕捉客戶的原始信息，利用后臺(tái)長(zhǎng)期積累的豐富數(shù)據(jù)構(gòu)建需求模型，進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和商業(yè)智能分析，為客戶提供智能服務(wù)。而實(shí)現(xiàn)上述智能化生產(chǎn)的核心在于采用數(shù)字化仿真設(shè)計(jì)手段，對(duì)制造過程中制造裝備、制造系統(tǒng)以及產(chǎn)品性能進(jìn)行定量描述，使工藝設(shè)計(jì)從依賴于經(jīng)驗(yàn)的試湊向基于科學(xué)的嚴(yán)密推理轉(zhuǎn)變。實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品、制造裝備、制造工藝和制造系統(tǒng)的數(shù)字化之后，才能建立起一整套數(shù)字化制造技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)從原材料采購(gòu)，到智能生產(chǎn)、銷售運(yùn)輸，到客戶反饋全流程的個(gè)性化智能化生產(chǎn)系統(tǒng)。綜上所述，這次產(chǎn)業(yè)的升級(jí)變革需要大量掌握新技術(shù)的人才，特別是自動(dòng)化領(lǐng)域的技術(shù)人才。國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈使得我國(guó)在工業(yè)4.0產(chǎn)業(yè)升級(jí)中必須奮勇爭(zhēng)先，這就要求各個(gè)高校對(duì)自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)必須與需求匹配，較以往不同，當(dāng)今更加重視培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，對(duì)所學(xué)專業(yè)的實(shí)踐性也更加重視。除此之外，在“工業(yè)4.0”背景下對(duì)學(xué)生互聯(lián)網(wǎng)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面的能力也提出了新的要求，特別是軟件仿真和設(shè)計(jì)能力，即使用有關(guān)的編程軟件編寫相關(guān)程序以控制相關(guān)裝置的能力。

二、工業(yè)4.0背景下自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)面臨的困境

盡管高校都比較重視對(duì)自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)，但是依舊存在一些不足，具體主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面。

（一）理論教學(xué)與工程技術(shù)發(fā)展脫節(jié)

教學(xué)過程中，課本的理論內(nèi)容跟社會(huì)的實(shí)際發(fā)展進(jìn)程相脫節(jié)，理論內(nèi)容不夠先進(jìn)、不夠全面。例如沒有詳細(xì)講解最新的物聯(lián)網(wǎng)裝置與智能儀表，沒有介紹智能機(jī)器人專業(yè)設(shè)計(jì)方法，沒有引入先進(jìn)的數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件。

（二）忽視軟件設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)

實(shí)踐環(huán)節(jié)中，忽略軟件設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)，而這恰恰違背了工業(yè)4.0的要求。雖然高校教師也會(huì)組織學(xué)生進(jìn)行一些實(shí)驗(yàn)，不過實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊矁H限于讓學(xué)生對(duì)各種實(shí)驗(yàn)器材和現(xiàn)象有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)，卻沒有讓學(xué)生實(shí)際動(dòng)手編寫程序，因此不能鍛煉學(xué)生的軟件設(shè)計(jì)能力。大部分高校的學(xué)生都存在著只看教材、不做實(shí)驗(yàn)這一問題，即使有部分課程有部分實(shí)驗(yàn)安排，也僅僅是幫助了學(xué)生對(duì)硬件裝置和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有了初步的認(rèn)識(shí)和了解，沒有讓學(xué)生進(jìn)行深入的思考，并把思考的方法通過軟件設(shè)計(jì)方式反映到實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，這對(duì)于提高學(xué)生的設(shè)計(jì)和實(shí)踐能力非常不利。另外，有些高校雖然安排了學(xué)生實(shí)驗(yàn)，但是由于經(jīng)費(fèi)限制，實(shí)驗(yàn)設(shè)施質(zhì)量較差，技術(shù)落后，因此實(shí)驗(yàn)缺乏先進(jìn)技術(shù)的同步性和創(chuàng)新性，無(wú)法讓學(xué)生對(duì)最新的技術(shù)和設(shè)備原理有充分的了解。

（三）不重視實(shí)際能力的提高

教師在教學(xué)中只重視對(duì)理論知識(shí)的講解，而不重視學(xué)生實(shí)際能力的提高。一個(gè)能夠適應(yīng)工業(yè)4.0自動(dòng)化專業(yè)技術(shù)的人才，不僅應(yīng)掌握扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)還應(yīng)具備硬件和軟件的設(shè)計(jì)研發(fā)能力，這種設(shè)計(jì)能力是需要理論聯(lián)系實(shí)際具體操作實(shí)踐案例來獲得的，而不是僅僅通過課堂上教師的傳授就可完成的。目前，雖然一般高校均設(shè)置了實(shí)驗(yàn)或畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐學(xué)習(xí)內(nèi)容，但教師對(duì)學(xué)生實(shí)際能力培養(yǎng)認(rèn)識(shí)不夠，僅僅是為了完成學(xué)校布置的教學(xué)任務(wù)，多年重復(fù)相同的內(nèi)容和方式，教師在這些實(shí)踐環(huán)節(jié)并沒有進(jìn)行深入的研究和思考，更談不上親自研發(fā)針對(duì)性的仿真裝置和操作案例。

三、工業(yè)4.0背景下自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)改革的策略

（一）優(yōu)化課程設(shè)置，創(chuàng)新教學(xué)模式

在當(dāng)今飛速發(fā)展的社會(huì)，自動(dòng)化的發(fā)展相當(dāng)迅速，高校需要明確的一點(diǎn)是，必須要根據(jù)自動(dòng)化專業(yè)的社會(huì)要求來進(jìn)行相關(guān)課程的設(shè)置，重視培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。尤其需要注意的是，高校需要不斷地進(jìn)行探索，在教材當(dāng)中充分地體現(xiàn)最新的理論與研究成果，對(duì)學(xué)生獲取最新的知識(shí)進(jìn)行指導(dǎo)，從而開拓學(xué)生的視野。教師在教學(xué)中不能只是依靠教材，而是以教材作為基礎(chǔ)，并借助社會(huì)實(shí)際案例，對(duì)教材進(jìn)行不斷的延伸。教師在教學(xué)中需要重視探究新的教學(xué)模式，并改進(jìn)教學(xué)的方法，學(xué)生的整體素質(zhì)決定于教師教學(xué)水平。所以，教師需要在教學(xué)中不斷提升自己的綜合素質(zhì)，并根據(jù)實(shí)踐，指導(dǎo)學(xué)生了解有關(guān)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用。除此之外，教師在教學(xué)中需要用到一些教學(xué)軟件來提升教學(xué)效果，使學(xué)生能夠更加有效地進(jìn)行學(xué)習(xí)。

（二）畢業(yè)設(shè)計(jì)引入企業(yè)導(dǎo)師制

通常來說，一些先進(jìn)的自動(dòng)化裝置最先應(yīng)用的場(chǎng)合是在企業(yè)當(dāng)中。所以，高校在組織學(xué)生進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)和實(shí)踐時(shí)需要聯(lián)系相關(guān)企業(yè)，由企業(yè)中的高級(jí)工程師對(duì)學(xué)生實(shí)施培訓(xùn)，從而提高學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的實(shí)踐能力，形成課堂、企業(yè)、綜合設(shè)計(jì)三位一體的培養(yǎng)體系。具體來說，首先，教師需要和企業(yè)導(dǎo)師深入交流協(xié)調(diào)，使得畢業(yè)設(shè)計(jì)與實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)置既在學(xué)生能力范圍內(nèi)，又要體現(xiàn)企業(yè)中最新的技術(shù)和問題，使企業(yè)導(dǎo)師對(duì)學(xué)生的培訓(xùn)更加具有針對(duì)性，讓學(xué)生的實(shí)際能力有足夠的提升;其次，將學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)和企業(yè)需求協(xié)同起來，讓學(xué)生在一些自動(dòng)化的具體項(xiàng)目當(dāng)中應(yīng)用所學(xué)習(xí)到的相關(guān)知識(shí)，保證學(xué)生可以認(rèn)識(shí)和使用到最新的自動(dòng)化設(shè)備。

（三）加大實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)投入，研發(fā)實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)

高校對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的引進(jìn)需要高度重視。為了保證自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)裝置能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行更新，需要加大對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置經(jīng)費(fèi)的投入。另外，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化專業(yè)的教學(xué)目的，實(shí)驗(yàn)裝置必須要體現(xiàn)出實(shí)踐當(dāng)中工業(yè)4.0自動(dòng)化技術(shù)的特點(diǎn)，例如配備物聯(lián)網(wǎng)裝置和自動(dòng)化軟件設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境等。自動(dòng)化裝置的更新?lián)Q代是相當(dāng)迅速的，全部依靠學(xué)校出資購(gòu)買的有限設(shè)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足學(xué)生實(shí)驗(yàn)的要求，所以，需要高校自動(dòng)化專業(yè)的教師能夠發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)和主觀能動(dòng)性，充分利用已有的實(shí)驗(yàn)設(shè)施，自行更新、改進(jìn)，甚至研發(fā)出一些跟實(shí)際工程項(xiàng)目中類似的最新自動(dòng)化裝置或仿真系統(tǒng)，從而指導(dǎo)學(xué)生掌握最新的自動(dòng)化生產(chǎn)工藝和技術(shù)。

（四）注重軟件設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的培養(yǎng)與訓(xùn)練

由于工業(yè)4.0更注重的是在工業(yè)3.0數(shù)字化基礎(chǔ)上對(duì)智能化的提升，硬件設(shè)施基本不變，而軟件開發(fā)的工作卻需要大大增加。所以，為培養(yǎng)適應(yīng)工業(yè)4.0自動(dòng)化專業(yè)技術(shù)人才，摒棄軟件編程是計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生專長(zhǎng)的傳統(tǒng)思想，設(shè)置實(shí)踐過程中的軟件設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，增加軟件設(shè)計(jì)應(yīng)用范圍和難度，軟件設(shè)計(jì)不僅僅是現(xiàn)有的只需改動(dòng)參數(shù)大小的傻瓜式操作，而是需要學(xué)生完成從方案框架到接口設(shè)置到控制算法、測(cè)試驗(yàn)證和系統(tǒng)聯(lián)調(diào)的整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)流程，這樣才能讓學(xué)生真正掌握系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方法，透徹理解系統(tǒng)內(nèi)部外部結(jié)構(gòu)組成關(guān)系，為他們開展進(jìn)一步的創(chuàng)新奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

四、結(jié)論

在工業(yè)4.0新背景下為培養(yǎng)未來企業(yè)所需的能駕馭智能制造技術(shù)、具有兩化融合特色的專業(yè)人才，本文提出了高等院校自動(dòng)化專業(yè)教育改革方法。該方法以學(xué)生為主體，以任務(wù)需求為導(dǎo)向，以工程應(yīng)用教育為目的，以工業(yè)4.0的智能自動(dòng)化技術(shù)為方向，以信息與智能融合為特征，以工程項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)帶動(dòng)學(xué)與教，以具體的企業(yè)工作場(chǎng)景來組織實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，克服了課堂教學(xué)和實(shí)踐應(yīng)用相脫節(jié)的問題，增強(qiáng)了教與學(xué)的繼承性，使教學(xué)從基礎(chǔ)知識(shí)向應(yīng)用研究、系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變，由此形成一脈相承的體系，逐步提高學(xué)生的研究能力和問題解決能力，促進(jìn)學(xué)生對(duì)現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)快速發(fā)展的適應(yīng)性。同時(shí)以工業(yè)4.0為背景，建立校企聯(lián)合培養(yǎng)的教學(xué)理念，從靜態(tài)平面的教學(xué)模式中凝練、完善、創(chuàng)新為動(dòng)態(tài)立體式的實(shí)踐教學(xué)模式。該高等院校自動(dòng)化專業(yè)教育改革方法可以從多個(gè)方面培養(yǎng)和塑造學(xué)生的創(chuàng)新、溝通協(xié)調(diào)和解決問題的能力，從而培養(yǎng)出適應(yīng)新一代工業(yè)發(fā)展的自動(dòng)化專業(yè)實(shí)踐型人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉洋，謝勝利，蔡述庭，等.工業(yè)4.0與智能制造新形勢(shì)下? ? 自動(dòng)化創(chuàng)新型人才培養(yǎng)[J].實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐與探索，2018，（8）.

[2]李廉水，石喜愛，劉軍.中國(guó)制造業(yè)40年：智能化進(jìn)程與? ? 展望[J].戰(zhàn)略與決策，2019，（1）.

[3]謝莉花，尚美華.智能制造背景下技術(shù)技能人才的資格? ? 要求及培養(yǎng)定位[J].實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐與探索，2019，（40）.

[4]王志強(qiáng)，倪敬.基于工業(yè)4.0管理的機(jī)械類課程實(shí)踐教學(xué)? ? 改革[J].教育探索，2016，（11）.

[5]孫凱，王淑娟.新工科背景下高校青年教師創(chuàng)新能力培養(yǎng)? ? 探析[J].教育與探索，2018，（4）.

[6]李立國(guó).工業(yè)4.0時(shí)代的高等教育人才培養(yǎng)模式[J].清華? ? 大學(xué)教育研究，2016，（1）.