科教融合背景下智能制造專業(yè)本科人才培養(yǎng)模式探索

張富強(qiáng) 惠記莊 劉清濤 朱斌 丁凱

摘要以新一代信息技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合為基本特征的制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級對機(jī)械類專業(yè)人才培養(yǎng)提出了新的要求。從科教融合視角出發(fā)，本文以長安大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)為例，以智能制造學(xué)科建設(shè)為背景，針對科研與教學(xué)融合中存在的問題，重點(diǎn)從智能制造課程群建設(shè)、師資隊(duì)伍資源配置、科技成果轉(zhuǎn)化、智能制造實(shí)訓(xùn)平臺(tái)、學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等方面提出對策與建議，為培養(yǎng)適應(yīng)未來工業(yè)社會(huì)發(fā)展需求的創(chuàng)新型人才提供有益借鑒。

關(guān)鍵詞 智能制造 科教融合 本科人才培養(yǎng)

中圖分類號：G642文獻(xiàn)標(biāo)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(zhàn)略文件為推動(dòng)和部署我國智能制造基礎(chǔ)理論研究與工業(yè)實(shí)踐應(yīng)用提供了明確的政策導(dǎo)向。[1]高等教育作為國家科技創(chuàng)新體系的重要組成部分，必須主動(dòng)對接國家戰(zhàn)略需求，切實(shí)承擔(dān)服務(wù)社會(huì)責(zé)任，提升自主科技創(chuàng)新能力。國務(wù)院關(guān)于全面加強(qiáng)基礎(chǔ)科學(xué)研究的若干意見（國發(fā)〔2018〕4號）的“優(yōu)化基礎(chǔ)研究發(fā)展機(jī)制和環(huán)境”中，強(qiáng)調(diào)了推進(jìn)基礎(chǔ)研究科教融合。[2]國家十四五規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)指出，提高高等教育質(zhì)量，建設(shè)高素質(zhì)專業(yè)化教師隊(duì)伍，深化教育改革。[3]因此，我國高等教育從單純教學(xué)、科教并重向科教融合轉(zhuǎn)變是教育強(qiáng)國的必然選擇，將前沿科學(xué)研究成果充實(shí)到課程教學(xué)過程中，不斷提升授課質(zhì)量和學(xué)術(shù)水平，已成為世界一流大學(xué)的核心辦學(xué)理念。

智能制造是一門多學(xué)科交叉融合的理工科專業(yè)，知識涵蓋面廣，要求學(xué)生具備的專業(yè)理論要扎實(shí)，實(shí)踐創(chuàng)新和動(dòng)手能力要高。依據(jù)學(xué)科和行業(yè)發(fā)展需要，經(jīng)過多次調(diào)研論證，長安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院于2020年在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)新設(shè)置了智能制造方向，開始招生本科學(xué)生，緊密圍繞“中國制造2025”智能制造工程發(fā)展規(guī)劃和實(shí)施指南要求，旨在培養(yǎng)德、智、體全面發(fā)展，具有扎實(shí)理論基礎(chǔ)和實(shí)踐能力，掌握機(jī)械化、自動(dòng)化、信息化和智能化等智能制造相關(guān)學(xué)科交叉知識和技術(shù)，能夠運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識和新一代信息技術(shù)在航空航天、汽車以及工程機(jī)械等領(lǐng)域從事產(chǎn)品、裝備和生產(chǎn)線的數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造、運(yùn)營管理和應(yīng)用研究等方面工作的高素質(zhì)復(fù)合型人才。如何圍繞智能制造方向，實(shí)現(xiàn)科教融合，優(yōu)化人才培養(yǎng)體系是亟須探索和解決的問題。

1面向智能制造專業(yè)的科教融合體系架構(gòu)

1.1內(nèi)涵特征

智能制造發(fā)展規(guī)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(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合，貫穿于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)等功能的新型生產(chǎn)方式。[4]制造業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型是制造學(xué)、信息學(xué)、管理學(xué)等多學(xué)科交叉融合的過程，從CNKI和Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫中檢索到的智能制造各年份文獻(xiàn)數(shù)量來看，高校在基礎(chǔ)理論模型研究方面做了較多的探索工作?？茖W(xué)研究重點(diǎn)在于探索和發(fā)現(xiàn)客觀事物的內(nèi)在本質(zhì)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律；教學(xué)的重點(diǎn)在于引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握系統(tǒng)的科學(xué)知識，培養(yǎng)成社會(huì)所需要的人?？茖W(xué)研究與人才培養(yǎng)相輔相成，科教學(xué)融合的過程就是促進(jìn)知識的不斷創(chuàng)新和持續(xù)傳承。加強(qiáng)科研同教學(xué)的結(jié)合，把高質(zhì)量的科研素材轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)的教育資源，把科研項(xiàng)目成果引入日常教學(xué)過程中，采取學(xué)生參與科研的形式，使得在探索、傳承知識過程中相互學(xué)習(xí)、共同提高，從而真正實(shí)現(xiàn)科教融合。

1.2體系架構(gòu)

高?？蒲信c教學(xué)的融合，不僅可以提高學(xué)生的科研能力，促進(jìn)教師科研項(xiàng)目順利開展，而且可以將前沿的科研成果融于課堂教學(xué)、學(xué)生實(shí)踐、畢業(yè)設(shè)計(jì)等教學(xué)活動(dòng)，豐富教教學(xué)內(nèi)容、提高教學(xué)質(zhì)量。如圖1所示，以學(xué)科建設(shè)平臺(tái)為中心，通過師資建設(shè)、課程改革、教材建設(shè)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐等搭建科教融合的人才培養(yǎng)體系。學(xué)生前兩年完成相應(yīng)課程學(xué)習(xí)并取得相應(yīng)學(xué)分后，第三年可以根據(jù)個(gè)人興趣愛好申請加入科研項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)進(jìn)行科研思維、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、動(dòng)手操作等方面的訓(xùn)練，第四年到相關(guān)知名企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力。

2科教融合的應(yīng)對舉措

2.1學(xué)科建設(shè)方面

學(xué)科建設(shè)是基礎(chǔ)。注重科學(xué)研究，加強(qiáng)學(xué)科建設(shè)，長安大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)依托國家雙一流重點(diǎn)建設(shè)學(xué)科“交通運(yùn)輸工程”，聚焦服務(wù)“制造強(qiáng)國”戰(zhàn)略的機(jī)械類人才需求，著力培養(yǎng)面向先進(jìn)設(shè)計(jì)制造、智能制造等領(lǐng)域的創(chuàng)新型復(fù)合人才。目前已發(fā)展成為國家級特色專業(yè)、陜西省名牌專業(yè)、“211工程”重點(diǎn)建設(shè)專業(yè)，同時(shí)也是入選“陜西省一流專業(yè)”和“國家一流本科專業(yè)”的建設(shè)專業(yè)。學(xué)校特別重視交通裝備優(yōu)勢特色、加強(qiáng)學(xué)科交叉、推動(dòng)學(xué)科基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)；學(xué)院教師主動(dòng)對接國家和區(qū)域重大戰(zhàn)略，積極申報(bào)各類項(xiàng)目，近年來承擔(dān)了包括國家863項(xiàng)目、國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、科技部國際科技合作項(xiàng)目、西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目、陜西省重大科技創(chuàng)新項(xiàng)目等在內(nèi)的相關(guān)科研項(xiàng)目361項(xiàng)，總經(jīng)費(fèi)1.7億元。上述項(xiàng)目為學(xué)科建設(shè)提供了有力支持。

2.2師資建設(shè)方面

優(yōu)秀的師資隊(duì)伍是培養(yǎng)人才的重要引領(lǐng)。2020年8月國家自然科學(xué)基金委第九大學(xué)部“交叉學(xué)科”的成立，表現(xiàn)出學(xué)科交叉的重要性。一方面，科學(xué)整合、調(diào)整和優(yōu)化現(xiàn)有教師隊(duì)伍，著力培養(yǎng)高層次的學(xué)科帶頭人和中青年學(xué)術(shù)骨干，凝練學(xué)科研究方向，不斷提升教師的科研素養(yǎng)和教學(xué)能力；另一方面，引進(jìn)高端人才組建科研團(tuán)隊(duì)來反哺教學(xué)。強(qiáng)化機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化國家一流本科專業(yè)建設(shè)，通過學(xué)科建設(shè)來培養(yǎng)人才。高校教師通過承擔(dān)國家省部級科研任務(wù)，讓學(xué)生能夠了解到最新的科技前沿；同時(shí)，先進(jìn)的科研設(shè)施和工作環(huán)境為學(xué)生發(fā)展提供了創(chuàng)新平臺(tái)，從而有效帶動(dòng)拔尖人才的培養(yǎng)。

2.3課程體系方面

打造本科教育智能制造課程群，在傳統(tǒng)制造基礎(chǔ)上，融入新一代信息技術(shù)等新課程。本專業(yè)的課程體系以學(xué)生培養(yǎng)為中心，依據(jù)行業(yè)需求與畢業(yè)要求，由專業(yè)建設(shè)指導(dǎo)委員會(huì)牽頭，對課程體系的合理性進(jìn)行評價(jià)，基于評價(jià)結(jié)果對課程體系進(jìn)行修訂，包含新增與刪減課程、變更課程屬性、修訂課程目標(biāo)等。評價(jià)與修訂周期為4年。2019年規(guī)劃的智能制造方向課程體系，在原有的機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械控制工程、工程材料、互換性與技術(shù)測量、測試與傳感器技術(shù)等機(jī)械基礎(chǔ)專業(yè)課基礎(chǔ)上，新增了人工智能及應(yīng)用、智能制造導(dǎo)論、工業(yè)機(jī)器人、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)、現(xiàn)代制造信息系統(tǒng)、生產(chǎn)管理學(xué)等課程。

2.4教材建設(shè)方面

教材教案是教與學(xué)的主要依據(jù)。擬在“智能制造導(dǎo)論”“人工智能及應(yīng)用”等智能制造方向核心課程教學(xué)過程中，應(yīng)用科研成果案例。尤其是在專業(yè)課教案中，加入項(xiàng)目案例，提升學(xué)生們的聽課興趣。例如擬在“智能制造導(dǎo)論”課程6章教學(xué)中，融入國家自然科學(xué)基金《制造物聯(lián)驅(qū)動(dòng)的離散車間工序物流動(dòng)態(tài)規(guī)劃與狀態(tài)評測方法研究》研究成果。在“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)”等專業(yè)核心課程的教學(xué)過程中，引入國家自然科學(xué)基金《信息物理社交融合驅(qū)動(dòng)的社群化制造車間物聯(lián)配置與自主運(yùn)行方法研究》等前沿項(xiàng)目成果，把教學(xué)內(nèi)容推向?qū)W科前沿，促進(jìn)教學(xué)內(nèi)容更新。這種將科研成果整合到教學(xué)過程中的模式是科教融合的初衷。

2.5教學(xué)實(shí)踐與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐方面

按照教學(xué)要求，實(shí)踐環(huán)節(jié)包括課程實(shí)驗(yàn)（工業(yè)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)/CADCAM綜合實(shí)驗(yàn)/工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)等）、課程類設(shè)計(jì)（制圖大作業(yè)/機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)/機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)/機(jī)械制造工程學(xué)課程設(shè)計(jì)/制造信息系統(tǒng)開發(fā)等）、校內(nèi)實(shí)訓(xùn)和校外實(shí)踐。充分發(fā)揮以國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、國家工程中心和教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為依托的實(shí)踐教學(xué)基地作用，搭建智能制造系統(tǒng)創(chuàng)新平臺(tái)，結(jié)合老師的科研任務(wù)，開展畢業(yè)設(shè)計(jì)，解決實(shí)際問題。此外，科研項(xiàng)目引領(lǐng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，學(xué)生近年來在“創(chuàng)青春”大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計(jì)劃競賽、全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新大賽、“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生科技課外學(xué)術(shù)科技作品競賽等科技競賽中獲國家級、省部級獎(jiǎng)勵(lì)20余項(xiàng)，本科生發(fā)表科研論文、受理授權(quán)專利共計(jì)30余篇（項(xiàng)）。

3結(jié)論

從“單純教學(xué)”“科教并重”轉(zhuǎn)向“科教融合”是我國高等教育發(fā)展的必然階段。只有對科學(xué)問題的不斷探索和研究，教師才能教授學(xué)生更多的新知識，學(xué)生才能獲得綜合素質(zhì)能力的提升。同樣，為了達(dá)到高等教育大眾化階段人才培養(yǎng)的目標(biāo)，還必須依靠現(xiàn)代科學(xué)精神的滋養(yǎng)來完成教學(xué)思想和教學(xué)方法的轉(zhuǎn)變。本文以長安大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)為例，以智能制造學(xué)科建設(shè)為背景，提出了科教融合背景下的人才培養(yǎng)體系架構(gòu)，并給出相應(yīng)的對策與建議，可為培養(yǎng)適應(yīng)未來工業(yè)社會(huì)發(fā)展需求的創(chuàng)新型人才提供有益借鑒。

基金項(xiàng)目：陜西高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“中國制造2025發(fā)展戰(zhàn)略背景下智能制造專業(yè)人才培養(yǎng)模式的探索與實(shí)踐”（項(xiàng)目編號：19BG010）

參考文獻(xiàn)

[1]國務(wù)院.中國制造2025（國發(fā)〔2015〕28號）.北京，2015.

[2]國務(wù)院.國務(wù)院關(guān)于全面加強(qiáng)基礎(chǔ)科學(xué)研究的若干意見（國發(fā)〔2018〕4號）.北京，2018.

[3]國務(wù)院.中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要.北京，2021.

[4]經(jīng)濟(jì)建設(shè)司.關(guān)于印發(fā)《智能制造發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》的通知.工業(yè)和信息化部.北京，2016.