智能制造专业课程体系的构建与实施

黄振贤

（江苏省太仓中等专业学校，江苏 太仓215400）

德国的“工业4.0”、美国的工业互联网和中国的“中国制造2025”等国家战略，均以构建智能工厂、实现智能制造为最终目的。职业教育承担着为经济社会发展培养技术技能人才的重要任务，但智能制造专业的构建尚无先例。2018 年经教育部批准，同济大学等4所高校首次开设智能制造专业，随后，各级各类职业学校也开始了智能制造专业课程体系构建的探索。笔者所在学校地处长三角区域，智能制造产业发展较快，学校与德国手工业协会合作，开设工业机器人、工业机电工等智能制造专业。课程体系作为专业建设的核心环节，地位尤其重要。

一、智能制造专业课程体系的构建依据

（一）理论研究层面

实现智能制造需要有3 大支撑，一是机器对机器（Machine to Machine，M2M）技术，即设备的智能化、可控制性，二是物联网（Internet of Things，IoT）技术，即数据的即时采集、高速传输等，三是各类应用软件，如企业资源计划系统（ERP）、产品生命周期管理（PLM）、供应链管理（SCM）等。可见，智能制造与传统制造相比，具有更宽广的工作范围，需要跨领域的协作。面对智能制造，德国学者费利克斯·劳耐尔（Felix Rauner）提出专业知识的概念，以解释工作过程中存在的全盘性的问题解决能力，他认为专业知识的属性是一种设计和决策知识，需要扎实的理论知识功底为基础，以确保分析、判断与决策的过程科学；国内学者徐国庆则认为，智能化时代职业教育的核心要构建从中职到专业学位的一贯制人才培养体系，要以“工作系统分析”和“职业能力研究”相结合的方法进行课程开发[3]。随着智能制造的发展，一线劳动者的工作也将从简单重复型向系统复合型转变，传统的学科知识和单一技能有所淡化，基于生产过程的系统化知识体系和复合技能愈加重要。

（二）实践调研层面

为更好满足企业对智能制造人才的需求，面向苏州和太仓地区具有一定智能制造影响力的企业（如：苏州富强科技有限公司、苏州汇川技术有限公司等），以及具有较好合作经历的德国手工业协会所管理的企业，进行了一项针对智能制造的调研。主要结论有：

1.企业需要劳动者更高的知识层次

在“公司目前较紧缺员工”的选项中，57%的企业选择了“具有生产、维修等技术的技术工人”，36%的企业选择了“产品开发和设计人员”，仅有7%的企业选择了“具有较高职业素养的操作工”，如图1所示。在另外一项“最关注的员工通用能力”选项中，有9 家企业选择了“使用工具进行零部件装配”，有8 家企业选择了“控制原理等基础知识”，有7 家企业选择了“制造、材料等基础知识”，而只有3-4 家企业分别选择了图纸“识读”和“绘制”，如图2 所示。传统制造类企业对操作工需求量较大，对产品开发设计人员需求较少，对“原理”或“基础知识”的需求较少，对图纸“识读”和“绘制”需求较大，但随着智能制造的不断发展，在制造业务逐步由机器人取代后，企业对劳动者的要求也从“操作工”变成了“开发者”，对劳动者知识层次的要求更高了。

图1企业目前较紧缺员工

图2 企业最关注的员工通用能力

2.企业需要劳动者更全的知识体系

在一项“企业对智能制造岗位的人员要求”的选项中，有7 家企业选择了“电子原理、编程技术”，有5 家企业选择了“传感器、物联网控制”，有5 家企业选择了“收集整理生产数据”，而“管理系统使用和维护”仅2 家企业选择，如图3 所示。在“企业认为学校应该教授的课程”的选项中，“智能仪器技术”、“工业机器人”和“电气控制技术”分别有7 家企业选择，“物联网技术”有6 家企业选择，“计算机控制”和“机械制图”有5 家企业选择，“智能计划管理（MES）”、“机械基础”等有4 家企业选择，如图4 所示。因调研企业本身均具有一定的制造业基础，为了更好的实现智能制造，企业对劳动者的要求更多的集中到了程序设计、物联网和数据处理等方面，甚至已经逐步渗透到智能生产管理系统层面，对劳动者知识体系的要求更加全面。

图3 企业对智能制造岗位的人员要求

图4 企业认为学校应该教授的课程

3.企业需要劳动者更好的职业素养

在一项“企业对员工的岗位能力需求”选项中，企业认为非常重要和重要的职业素养前3 项分别是：团队协作能力（92.86%）和独立解决问题能力（92.86%），社会交往能力（85.71%）和产品质量控制能力（85.71%），以及创新能力（78.57%）。智能制造依靠大数据、信息化，串联起更多的部门和企业，对劳动者的团队协作、社交沟通和质量控制等方面必然提出更高的要求。独立解决问题和团队协作看似有矛盾，但随着智能制造的不断发展，单个劳动者需要负责和管理更大的生产区域，因此劳动者必须具有更好的独立解决问题能力。实现个性化生产是智能制造的一个重要体现，劳动者在设计和生产过程中的创新将有助于企业提升制造水平，缩短制造周期。

表1企业对员工的岗位能力需求矩阵

综上所述，智能制造背景下，社会对技术技能人才的标准和需求都有别于传统，制造类专业的很多工作岗位会由过去较为简单重复的装配者、操作者向更高层次的生产系统的规划者、决策者转变。因此，智能制造背景下的人才培养也将由“专业”转向“复合”。

二、智能制造专业课程体系的构建原则

哈佛大学麦克利兰（David McClelland）教授的素质冰山模型，将劳动者个体素质分为水面之上的显性部分和水面之下的隐性部分。与冰山模型相对应，职业能力中的关键能力即为隐性部分，专业能力即为显性部分。通常认为关键能力对应职业素养课程，专业能力包括行业通用能力和职业特定能力，分别对应专业平台课程和专业方向课程。

（一）以协作和创新为要素，构建职业素养课程

首先，要帮助学生树立正确的价值观念和劳动意识。智能制造具有高度的定制和服务特性，需要从业者更好的服务意识，因此，劳动者需要树立正确的世界观、人生观和价值观，养成诚实守信、遵法守纪、热爱劳动的品格。其次，要培养学生良好的协作和交流能力。智能制造具有市场化和开放化特征，需要多个部门甚至多个企业的协作，因此，需要劳动者能有效协作和高效沟通。最后，要锻炼和开发学生的创新思维能力。学校应设置相应的创新课程，通过科学的方法培养学生的创新能力，培养劳动者自主学习和终身学习的意识，满足个人和社会的持续发展需求。

（二）以全面和复合为要素，构建专业平台课程

从理论研究和实际调研情况来看，实现智能制造至少需要智能设备、物联网和系统管理软件三方面的知识。宏观方面，国家和地区的职业教育主管部门应合理规划中职、高职和应用大学的智能制造专业课程体系，根据学生基础和认知特点，形成难易程度不同的纵向课程体系；微观方面，学校（如：中职学校）也应根据自身办学优势和本地区经济社会发展需求，形成侧重点不同的横向课程体系。智能制造专业的平台课程应适当拓展知识的广度，着力构筑知识的关联性，以全面和复合为要素，使学生掌握够用和适用的专业基础知识，构建关联知识体系。以笔者所在学校为例，工业机器人和工业机电工专业均开设了机械、机电、电子和计算机相关课程。

（三）以模块和系统化为要素，构建专业方向课程

模块是“双元制”教育的重要载体，它是经专业大类、工作领域和工作任务分析后所产生的基本教学单元，它来源于岗位任务分析，通过课程内容的开发与整合，实现从工作体系到教育体系的过渡。智能制造技术是交叉综合的技术，涉及制造活动的多个方面，如信息感知、智能决策等，智能制造技术和过程的复杂程度，需要劳动者掌握系统、完整的专业知识。以单一工作任务来组织的课程，在智能制造时代将呈现出碎片化的缺陷，为使学生获得更为整体的能力，需要将完整的工作系统作为分析单元，构建专业方向课程。以笔者学校的工业机器人专业为例，借鉴德国手工业协会相关课程，共设置了“建立、调整和使用生产自动化和机器人信息技术系统”、“设计和实现用于生产过程的综合机电一体化系统”、“使用项目管理法处理订单”等10 个工作领域，以系统化的工作过程进行专业方向课程开发，培养学生独立解决问题能力，更好适应企业岗位需求。

三、智能制造专业课程体系的实施关键

智能制造专业课程体系的实施必须有企业的深度介入。现代学徒制是成熟的技术技能人才培养方法，也是当前国际上职业教育人才培养方法改革的热点。笔者学校所在的太仓地区德资企业众多，学校积累了丰富的校企合作经验，为现代学徒制的实施提供了有力保障。课程的实施主要依赖于双师队伍和双元育人。

（一）双师队伍建设

双师型教师的培养历来是职业学校的重要任务。笔者所在的学校从2016年到2019年间实施了一项专业教师培养计划，邀请德国手工业协会对66名专业教师分职业工种进行专项培训。以工业机器人为例，将机电、电子、机械和计算机等4 个专业的老师组成学习小组，由1个德国老师和1个德语翻译以项目教学法开展教学。在项目实施过程中，德国老师的“全能”给我们留下了深刻印象，他们能焊接、能编程、也能开铣床、刨床，而我们的专业老师往往只能完成项目的一部分。因为我们的老师是学科体系下的人才，而不是工作过程中的人才，我们的知识对于工作过程来说是零碎的、片面的，而不是系统的、完整的。所以，在国务院印发的《国家职业教育改革实施方案》中明确提出：对于新招聘教师，原则上从具有3 年以上企业工作经历的人员中公开招聘，2020年起不再从应届毕业生中招聘的要求；对于在职教师，要通过“双师型”教师培养培训基地实施教师素质提高计划，要求每年至少1个月的企业或基地实训，落实5 年一周期的全员轮训制度。我校自2019年起，已启动新教师企业招聘工作，同时也已建立中德（太仓）“双师型”教师培养培训中心，以培养具有德国ADA（Ausbildung der Ausbilder）证书的“双师型”教师为目标，实施在职教师培训工作，同时也正积极探索“企业讲师”和“企业导师”制度，推动企业技术人员和学校教师的交流，推进双师队伍的建设。

（二）双元模式育人

在《国家职业教育改革实施方案》中明确提出要坚持知行合一、工学结合，要借鉴“双元制”模式，总结现代学徒制经验，校企共同办好职业教育。智能制造涉及更多的行业和企业，在人才培养过程中更离不开企业的深度参与。要实现双元育人，首先要有政府和行业协会的支持，营造稳定的制度环境。笔者所在太仓地区先后出台《关于深化产教融合加快“双元制”教育发展的实施意见》等多个指导文件，实施“双元制”人才培养专项扶持资金支持项目，为校企合作提供了强有力的支撑。其次，校企应共同制订人才培养计划，开发课程资源，实现校企双主体协同育人。学校以传授全面专业技术知识为主，企业提供工作情境，使学生深化专业技术知识，发展综合职业能力，校企通过合理分配学习时间，确保知识的有效衔接和过渡。以笔者所在学校为例，我们正在积极推进基于互联网的校企协同平台开发，校企共同进行教学模块安排等工作，以信息化手段助推“双元制”教育。

根据《世界智能制造中心发展趋势报告（2019）》统计，江苏省共有79 个智能制造类产业园区，苏州的智能制造指数在全国城市排名第八，太仓有300 多家以精密制造、智能制造闻名于世的德资企业。因此，立足地区经济社会发展需求，通过构建并实施智能制造专业相关课程体系，培养一批具有智能制造视域的技术技能人才，是智能制造时代背景下职业学校刻不容缓的使命。