工業(yè)革命浪潮下我國工科教育發(fā)展思路探討

楊 瀚

(蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇 蘇州 215104)

1 世界工業(yè)革命浪潮風(fēng)起云涌

1.1 第三次工業(yè)革命

“如果選擇了第三次工業(yè)革命這條道路,中國極有可能成為亞洲的龍頭,領(lǐng)導(dǎo)亞洲進(jìn)入下一個偉大經(jīng)濟時代。中國也將成為第三次工業(yè)革命的主要力量,推動亞洲實現(xiàn)向后碳社會的轉(zhuǎn)型”[1]。美國未來學(xué)家杰里米·里夫金(Jeremy Rifkin)在他影響力廣泛的著作《第三次工業(yè)革命》中文版序言中提出這樣的論斷。按照里夫金對人類工業(yè)發(fā)展歷程的劃分,19世紀(jì)蒸汽機動力技術(shù)引入印刷業(yè)造就了第一次工業(yè)革命,形成了密集的城市核心區(qū)和眾多拔地而起的工廠區(qū)。20世紀(jì)初內(nèi)燃機技術(shù)與電信技術(shù)的結(jié)合引發(fā)了第二次工業(yè)革命,出現(xiàn)了大批量生產(chǎn)模式,催生了工業(yè)區(qū)的繁榮和城郊房地產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)。21世紀(jì)的今天,互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)與可再生能源的結(jié)合迎來了第三次工業(yè)革命,將徹底改變?nèi)藗児ぷ?、生活和消費模式,家庭住宅、辦公場所、新能源工廠生產(chǎn)的綠色能源將在“能源互聯(lián)網(wǎng)”上得以分享,世界將步入“后碳”時代。里夫金是依據(jù)通信技術(shù)與能源技術(shù)兩要素的結(jié)合來定義第三次工業(yè)革命的,被稱為第三次工業(yè)革命理論的“新能源版本”。

關(guān)于人類工業(yè)演進(jìn)歷程,英國《經(jīng)濟學(xué)人》雜志刊發(fā)了《第三次工業(yè)革命》特別報告,以生產(chǎn)方式變革作為依據(jù)對工業(yè)革命階段進(jìn)行了劃分。英國的紡織業(yè)在18世紀(jì)采用機器紡織替代手工紡織,實現(xiàn)了紡織工業(yè)的機械化,從而產(chǎn)生了第一次工業(yè)革命。20世紀(jì)初產(chǎn)生了第二次工業(yè)革命,美國的亨利·福特(Henry Ford)發(fā)明了流水作業(yè)的裝配線,將人類引入大規(guī)模生產(chǎn)的時代。第三次工業(yè)革命的標(biāo)志是制造業(yè)的“數(shù)字化”和“大規(guī)模定制”生產(chǎn)模式[2]。21世紀(jì)的制造技術(shù)將是基于集成化技術(shù)、智能化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、分布式并行處理技術(shù)、人-機-環(huán)境系統(tǒng)技術(shù)等多學(xué)科綜合的新一代制造技術(shù)[3]。因而《經(jīng)濟學(xué)人》的定義被稱為第三次工業(yè)革命的“制造業(yè)版本”,盡管兩個定義版本的視角不同,但落腳點都在互聯(lián)網(wǎng)及通信技術(shù)迅猛發(fā)展的基礎(chǔ)之上。

1.2 第四次工業(yè)革命

德國的“工業(yè)4.0”計劃被廣泛認(rèn)為是第四次工業(yè)革命的標(biāo)志。21世紀(jì)伊始德國政府就對新的制造模式所需要的高科技支撐進(jìn)行了部署,經(jīng)過政府、企業(yè)和科研機構(gòu)合作研究,《國家高技術(shù)戰(zhàn)略》于2006年出臺,該計劃明確了創(chuàng)新驅(qū)動作為核心發(fā)展戰(zhàn)略,確定了需要重點培育的高技術(shù)領(lǐng)域和需要重點突破的關(guān)鍵技術(shù)。德國政府于2010年又出臺了《國家高技術(shù)戰(zhàn)略 2020》作為升級計劃,優(yōu)先在氣候和能源、交通、信息安全和通信、健康和營養(yǎng)等領(lǐng)域建立示范研究項目,明確了各領(lǐng)域示范研究項目的研究重點。后續(xù)這些示范研究項目成為制定德國“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略計劃的基礎(chǔ),德國政府于2013年正式發(fā)布了“工業(yè)4.0”計劃?！肮I(yè)4.0”提出了“互聯(lián)網(wǎng)+制造業(yè)”的智能制造模式,催生出大量的新型商業(yè)模式,引發(fā)了新一輪工業(yè)革命[4]。

“工業(yè)4.0”重新定義了世界工業(yè)革命演進(jìn)歷史,將工業(yè)化革命分為4個階段,第一、二階段與上節(jié)的定義相似?！肮I(yè)4.0”將工業(yè)革命第三階段定義為20世紀(jì)中期自動化制造水平的大幅提升,標(biāo)志是可編程邏輯控制、數(shù)字控制等信息技術(shù)在制造技術(shù)中的集成?！肮I(yè)4.0”將工業(yè)革命第4個發(fā)展階段定義為“基于信息物理系統(tǒng)CPS(Cyber-Physical System)”的新型制造模式的產(chǎn)生與發(fā)展,把制造業(yè)范疇從宏觀上進(jìn)行了拓展。這種定義是以制造技術(shù)的創(chuàng)新性和復(fù)雜程度為基準(zhǔn),智能制造模式的產(chǎn)生標(biāo)志著工業(yè)革命進(jìn)入第四階段。

“工業(yè)4.0”提出了在“信息物理系統(tǒng)CPS”基礎(chǔ)上構(gòu)建人機交互的物聯(lián)網(wǎng)概念。信息物理系統(tǒng)CPS是虛擬與現(xiàn)實世界可以相互結(jié)合的新技術(shù),以構(gòu)建各智能單元可以交互、通信的真實網(wǎng)絡(luò)世界。信息物理系統(tǒng)將扮演應(yīng)對人口激增、自然資源匱乏、可持續(xù)發(fā)展和能源變化等基礎(chǔ)挑戰(zhàn)的中心角色。在制造業(yè)中引入和應(yīng)用信息物理系統(tǒng),催生了新的生產(chǎn)模式、生產(chǎn)組織和生產(chǎn)管理。

“工業(yè)4.0”強調(diào)智能化制造的核心作用?；谛畔⑽锢硐到y(tǒng)CPS物聯(lián)網(wǎng)的建立,使得信息系統(tǒng)與物理系統(tǒng)的交互集成變?yōu)榭赡?從而推動自動化制造技術(shù)向智能化制造技術(shù)發(fā)展。從嵌入式系統(tǒng),到網(wǎng)絡(luò)化嵌入式系統(tǒng),再到信息物理系統(tǒng),第四次工業(yè)革命的發(fā)展目標(biāo)是智能化制造并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建智慧工廠乃至智慧城市。由此可見,“工業(yè)4.0”涵蓋了制造技術(shù)創(chuàng)新、生產(chǎn)組織方式演變、企業(yè)管理模式變革,還設(shè)立了基于人工智能的智慧社會發(fā)展目標(biāo)。智能制造技術(shù)因此成為第四次工業(yè)革命的核心基礎(chǔ)[5]。

2 中國式現(xiàn)代化對制造業(yè)發(fā)展提出新要求

黨的二十大報告對我國制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提出了“推進(jìn)新型工業(yè)化,加快建設(shè)制造強國、質(zhì)量強國、航天強國、交通強國、網(wǎng)絡(luò)強國、數(shù)字中國”的新要求,確立了到2035年基本實現(xiàn)新型工業(yè)化的戰(zhàn)略目標(biāo),這也是實現(xiàn)中國式現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)。面對第四次工業(yè)革命浪潮的沖擊、信息技術(shù)的爆發(fā)式增長和產(chǎn)業(yè)形態(tài)的劇烈變革,要瞄碇實現(xiàn)新型工業(yè)化的戰(zhàn)略目標(biāo),大力推進(jìn)我國制造技術(shù)向智能化方向轉(zhuǎn)型升級,推動生產(chǎn)制造模式的變革,催生新業(yè)態(tài)的不斷涌現(xiàn)。

21世紀(jì)初,制造業(yè)達(dá)成了以“及時上市、高質(zhì)量、低成本、好服務(wù)、柔性化、環(huán)境友好”TQCSFE為發(fā)展目標(biāo)的共識,為追求好的TQCSFE效益,信息技術(shù)、新材料、新工藝和新生產(chǎn)管理理念等得以集成起來,形成具有智能系統(tǒng)內(nèi)核的先進(jìn)制造技術(shù)。廣義而言,精益制造(Lean Manufacturing)、敏捷制造(Agile Manufacturing)、虛擬制造(Virtual Manufacturing)、計算機集成制造系統(tǒng)(Computer Integrated Manufacturing Systems)等都可以看作是智能制造的基礎(chǔ)模式。智能制造(Intelligent Manufacturing)被描述為:一種人機交互的智能一體化系統(tǒng),在產(chǎn)品生產(chǎn)制造流程中可實現(xiàn)產(chǎn)品分析、工藝選擇、故障診斷、管理決策等智能化活動。智能化人機交互通信可大幅度替代產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程中人類的體力和腦力勞動,因而將制造技術(shù)推向高度集成化、柔性化和智能化[6]。

我國工信部等8部門于2021年12月發(fā)布了《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》,提出了我國智能制造“兩步走”發(fā)展戰(zhàn)略,明確了我國制造業(yè)“以新一代信息技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合為主線”的發(fā)展思路和發(fā)展過程中需要堅持的5項基本原則,確立了至2035年的遠(yuǎn)景發(fā)展目標(biāo)以及四大重點任務(wù),并細(xì)分為30余項重點工作[7]。

《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》的實施為我國制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展和提升國際競爭力提供了有力保障,同時也對政府、企業(yè)、科研院所、高等院校等各個層面提出了新要求。

2.1 政府主要面臨的新要求

各級政府在執(zhí)行規(guī)劃過程中應(yīng)遵循“五個堅持”基本原則,即“堅持創(chuàng)新驅(qū)動、堅持市場主導(dǎo)、堅持融合發(fā)展、堅持安全可控、堅持系統(tǒng)推進(jìn)”的原則,前瞻謀劃、統(tǒng)籌布局,一以貫之地將國家戰(zhàn)略部署貫徹執(zhí)行到位。充分發(fā)揮政府的引領(lǐng)作用,在各區(qū)域、各領(lǐng)域的規(guī)劃編制、政策法規(guī)制定、 智能制造相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定和公共服務(wù)供給等方面進(jìn)行指導(dǎo)與調(diào)控。努力營造促進(jìn)智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的良好生態(tài),以創(chuàng)新驅(qū)動作為智能制造產(chǎn)業(yè)升級發(fā)展的內(nèi)生動力,通過政策調(diào)控激發(fā)各類市場主體的活力。注重提升制造產(chǎn)業(yè)集群智能化水平,打造智能制造技術(shù)創(chuàng)新和示范應(yīng)用的集聚區(qū)。統(tǒng)籌推進(jìn)區(qū)域智能制造創(chuàng)新發(fā)展、特色發(fā)展,推動跨地域人才培養(yǎng)、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品生產(chǎn)供需協(xié)同合作。

2.2 企業(yè)主要面臨的新要求

樹立制造企業(yè)在智能制造發(fā)展中的主體地位,制造業(yè)的龍頭企業(yè)要發(fā)揮引導(dǎo)作用,推動產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈深度協(xié)同互聯(lián),帶動上下游企業(yè)的智能制造水平同步提升,切實推進(jìn)中小企業(yè)數(shù)字化升級。重點在加工裝備聯(lián)網(wǎng)、關(guān)鍵工序數(shù)控化、管理系統(tǒng)云端化等方面進(jìn)行升級改造,實現(xiàn)大中小企業(yè)的智能制造水平協(xié)調(diào)發(fā)展。深化企業(yè)、科研機構(gòu)、高等院校的合作,在人工智能、數(shù)字孿生等領(lǐng)域開展協(xié)同創(chuàng)新,面向制造全過程構(gòu)建智能制造系統(tǒng),加強數(shù)據(jù)共享,推廣智能制造系統(tǒng)和裝備的應(yīng)用。突破制造全過程的系統(tǒng)集成技術(shù),推進(jìn)高精密加工工藝等先進(jìn)制造工藝的研發(fā)及應(yīng)用,重構(gòu)精益管理和業(yè)務(wù)流程,實現(xiàn)數(shù)據(jù)分享、泛在感知、互聯(lián)集成、人機交互及分析優(yōu)化,提升制造全過程的智能化水平。

2.3 高等院校和科研機構(gòu)主要面臨的新要求

加強產(chǎn)學(xué)研用的深度融合和聯(lián)合創(chuàng)新,在生產(chǎn)制造技術(shù)、高新工藝、智能裝備和軟件、生產(chǎn)管理模式等方面進(jìn)行協(xié)同創(chuàng)新,在關(guān)鍵核心技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)研發(fā)上實現(xiàn)突破。促進(jìn)跨領(lǐng)域、跨學(xué)科、跨行業(yè)的合作,強化軟件企業(yè)、裝備制造業(yè)、科研院所、高等院校的協(xié)同,研發(fā)面向產(chǎn)品全生命周期和制造全過程的核心軟件,形成自主的嵌入式工業(yè)軟件和細(xì)分行業(yè)的集成工業(yè)軟件產(chǎn)品。推進(jìn)新工科建設(shè),建設(shè)智能制造領(lǐng)域的現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院和示范性軟件學(xué)院。改革和優(yōu)化學(xué)科專業(yè)課程體系,探索智能制造高端人才培養(yǎng)新路徑。強化職業(yè)技術(shù)學(xué)院和高技能人才培訓(xùn)基地的技能教育及培訓(xùn)功能,對各類人員開展職業(yè)培訓(xùn)和數(shù)字化技能培訓(xùn)。深化智能制造企業(yè)與職業(yè)院校的深度融合,提高產(chǎn)教融合的實際效益。借鑒國際職業(yè)教育成功經(jīng)驗,建設(shè)具有中國特色的職業(yè)教育體系,創(chuàng)建智能制造領(lǐng)域的職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

3 新時代背景下工科教育的升級發(fā)展思路

為應(yīng)對第四次工業(yè)革命對我國工科教育帶來的影響和挑戰(zhàn),2017年教育部在復(fù)旦大學(xué)召開了高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會,30所國內(nèi)一流高校參會,會議對新時期工程技術(shù)人才培養(yǎng)進(jìn)行了深入討論,共同探討了新工科的內(nèi)涵特征和新工科建設(shè)與發(fā)展的路徑選擇,形成了“復(fù)旦共識”[8]?！皬?fù)旦共識”強調(diào)新工科建設(shè)“對工程科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)揮主體作用、對催生新技術(shù)和孕育新產(chǎn)業(yè)發(fā)揮引領(lǐng)作用”。

我國已進(jìn)入全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化強國的新時代,黨的二十大報告對中國式高等教育現(xiàn)代化發(fā)展提出了新的更高要求,賦予了工科教育在新時代要肩負(fù)的使命和任務(wù)。為應(yīng)對第四次工業(yè)革命浪潮沖擊,適應(yīng)新型工業(yè)化的建設(shè)與發(fā)展需要,筆者認(rèn)為我國工科教育在發(fā)展思路上應(yīng)注重以下4個方面的轉(zhuǎn)型升級。

3.1 教學(xué)方式向“多重維度”轉(zhuǎn)型升級

隨著智能制造技術(shù)對專業(yè)人才的需求,教育方式方法要轉(zhuǎn)向多維度,教學(xué)主體和內(nèi)容也要轉(zhuǎn)向多維度。在新一代網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和人工智能的支撐下,真人實景化教學(xué)可轉(zhuǎn)變?yōu)樘摂M場景教學(xué),口述型教育可轉(zhuǎn)變?yōu)轶w驗式、設(shè)計式和行動式教育,靜態(tài)化教育可轉(zhuǎn)變?yōu)閯討B(tài)化教育,將學(xué)習(xí)從單純的視聽活動過程轉(zhuǎn)變?yōu)槿S沉浸式、綜合分析、智能輔助結(jié)合模式。在智慧教學(xué)系統(tǒng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)支持下,教師可以實時進(jìn)行知識學(xué)習(xí)特征診斷,及時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況,制定和調(diào)整符合實際的教學(xué)計劃,以提升教學(xué)的科學(xué)性和實效性。在“互聯(lián)網(wǎng) + 教育”行動計劃不斷實施形勢下,知識傳播越來越呈現(xiàn)出開放性、多元性和共享性,多維度的知識供給將提升學(xué)生獲取知識的廣度和深度,有效地建構(gòu)多元知識基礎(chǔ)和多元知識體系。

3.2 學(xué)科專業(yè)設(shè)置向“跨界交叉”轉(zhuǎn)型升級

在推進(jìn)新型工業(yè)化過程中,不同行業(yè)領(lǐng)域在物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的支持下聯(lián)系更為緊密,非線性、非常規(guī)、系統(tǒng)性、整體性的工程問題將成倍增長。新一代信息通信、新材料、 新能源等技術(shù)不斷取得突破,加速與先進(jìn)制造技術(shù)融合,促進(jìn)制造產(chǎn)業(yè)不斷向智能化、柔性化、綠色化方向發(fā)展。智能制造集成系統(tǒng)和各類嵌入式工業(yè)軟件的應(yīng)用,要求學(xué)生學(xué)習(xí)掌握跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的各類基礎(chǔ)知識,并具備將各類知識進(jìn)行共性分析、抽象組合、綜合運用的能力。因而,新時代的工科教育在人才培養(yǎng)模式、學(xué)科專業(yè)設(shè)置方面進(jìn)行跨領(lǐng)域、跨學(xué)科、跨專業(yè)探索顯得十分重要,要建立跨學(xué)科課程體系,以適應(yīng)新一代信息技術(shù)、智能制造、人工智能等集成而產(chǎn)生的復(fù)合知識體系需求。

3.3 實踐技能教學(xué)向“復(fù)合工匠”轉(zhuǎn)型升級

第四次工業(yè)革命是以人工智能、新材料和新能源為核心的智能化革命,構(gòu)建出新的經(jīng)濟發(fā)展模式。面向智能設(shè)計、大規(guī)模定制、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造、共享制造、智能管理服務(wù)等新制造模式,培養(yǎng)掌握復(fù)合知識體系的“復(fù)合工匠”型工程技術(shù)人才將是推進(jìn)制造產(chǎn)業(yè)智能化的有力支撐。“復(fù)合工匠”需在數(shù)據(jù)分享、泛在感知、互聯(lián)集成、人機交互及分析優(yōu)化等領(lǐng)域具備相應(yīng)的工程實踐能力,面向智能制造的實踐技能教學(xué)環(huán)節(jié)升級十分必要。

《職業(yè)教育產(chǎn)教融合賦能提升行動實施方案(2023—2025年)》的頒布,對統(tǒng)籌人才培養(yǎng)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展、持續(xù)優(yōu)化人力資源供給結(jié)構(gòu)作了宏觀戰(zhàn)略部署。產(chǎn)教深度融合培養(yǎng)模式是“復(fù)合工匠”型人才培養(yǎng)的切實可行路徑,學(xué)校和企業(yè)共同制定人才培養(yǎng)目標(biāo)、計劃,合作共建實驗室和實習(xí)基地,合作進(jìn)行科研活動,解決生產(chǎn)實際中的技術(shù)問題,為學(xué)生就業(yè)構(gòu)建可預(yù)見性的、可接受的渠道。這種模式可有效解決人才培養(yǎng)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展脫節(jié)問題,以教促產(chǎn)、以產(chǎn)助教,不斷延伸教育鏈、服務(wù)鏈、供應(yīng)鏈,加快形成產(chǎn)教良性互動、校企優(yōu)勢互補的發(fā)展格局。

3.4 教育培養(yǎng)模式向“終身教育”轉(zhuǎn)型升級

進(jìn)入新時代,傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式、商業(yè)模式、生活方式將隨著新一代信息技術(shù)、智能制造、人工智能技術(shù)發(fā)展而產(chǎn)生巨大變化,知識更新周期不斷縮短,知識的廣度和深度不斷增加,知識量也呈爆炸式增長。人類要適應(yīng)第四次工業(yè)革命帶來的影響,不得不改變學(xué)習(xí)知識的方式,樹立終身學(xué)習(xí)、終身教育的理念,更高效率地掌握新知識,更主動地培養(yǎng)適合信息技術(shù)、智能制造技術(shù)需求的新技能,不斷地更新知識“數(shù)據(jù)庫”,不斷增強分析解決復(fù)雜工程問題的能力。

為應(yīng)對人口老齡化,需要在全民范圍樹立終身化教育理念,由政府主導(dǎo)構(gòu)建適合國情的終身教育體系。在工業(yè)工程領(lǐng)域,各類各層次高校承接終身教育任務(wù),提升成人教育的質(zhì)量和水平,為我國制造業(yè)提供源源不竭的專業(yè)人才支持。通過完善終身教育體系建設(shè),有效推動學(xué)習(xí)型社會建設(shè)。

為契合我國人口規(guī)模巨大的國情,工科教育應(yīng)當(dāng)承擔(dān)促進(jìn)人的高質(zhì)量全面發(fā)展、增進(jìn)人的可持續(xù)發(fā)展能力的歷史使命,探索在高等教育大國基礎(chǔ)上建設(shè)高水平“終身教育”體系的道路,以人的可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展促進(jìn)經(jīng)濟社會持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展,實現(xiàn)從“中國制造”向“中國智造”的轉(zhuǎn)型跨越。