地方院校多学科交叉融合的智能制造人才培养模式探索

倪笑宇 高晓刚 薄佩玉 王新明 李超逸

[摘 要]文章针对多学科交叉融合背景下智能制造人才培养与需求的特点，提出了地方院校多学科交叉融合的智能制造工程人才的培养路径。从培养模式的研究策略、关键问题、特色创新等方面入手进行探讨，总结了此路径下的研究成果，对培养具有学科综合运用能力的复合型人才具有理论参考价值和实践指导作用。

[关键词]多学科交叉融合;智能制造;人才培养;新工科

[中图分类号]G642 [文献标识码]A [文章编号]1008-7656（2021）05-0056-04

引言

高校新工科建设，需要学科之间的交叉融合与协同创新。学科之间的交叉融合是指通过不同学科的有效组合，构建新型的学科体系，是培养具有多学科知识理论背景、综合素质高、适应能力强的应用创新型人才的关键。

对于多学科交叉融合的人才培养，近年来国内外进行了相关研究与尝试。20世纪末，美国各大高校提出了大工程观教育理念;麻省理工学院建立了60多个跨学科研究中心和实验室;哈佛大学设立了合作基金，用于跨学科的发展。北京大学等国内一流高校分别成立了“前沿交叉学科研究院”“交叉学科学部”“交叉学科理论研究中心”等，实现了国内高校对“多学科交叉融合”方式的探索[1，2]。

以上经验从形式和内容上进行了探索，但对于地方院校多学科交叉融合的智能制造工程人才培养路径的研究不多，文章就此展开探索。

一、现实意义

制造业是国民经济的主体，随着新一代信息技术和制造业的深度融合，智能制造开启了第四次工业革命，将成为国家未来经济发展的基石。因此，培养复合型智能制造工程人才对社会发展具有重要意义。

智能制造工程具有综合性、交叉融合性等特点，涉及学科范围广泛，与“新工科”建设要求高度契合。目前，本科阶段工程教育学科之间壁垒较多，工程人才学科领域单一的知识体系，难以适应新经济、新产业的发展。因此，多学科交叉融合对于人才培养尤为重要，多学科交叉融合的教育形式已成为全球高等教育发展的趋势，将进一步提高工程教育质量[3，4]。

探索多学科交叉融合的智能制造人才培养模式，可以造就一大批多样化、创新型卓越工程科技人才。第一，可以培养制造类学生综合设计思维、工程思维，提升跨学科交叉融合能力、协同创新能力、沟通协商能力和工程领导力;第二，可以有效加强不同学科教师的信息交互、资源共享和技术融合，提高教师的学科交叉融合技能和知识体系素养;第三，优化高校科研人员组成格局，全面提升不同学科的创新能力，为高校综合发展提供理论基础与技术支持[5，6，7]。

二、研究策略

随着“中国制造2025”的实施，智能制造已经成为我国未来工业发展的重要方向。為此，国家需要智能制造相关方面的技术人才。

智能制造工程涉及机械、电子、信息、计算机等多个学科与技术领域，是工业发展与学科融合的必然产物，学科综合性强，专业覆盖面广，是多学科交叉融合的典型代表。新工科时代，地方院校作为培养复合型人才的主阵地，需要适应国家产业变革和新工科建设发展，培养多学科交叉融合的智能制造人才[8，9]。

本文采用以下策略探索多学科交叉融合的智能制造人才培养模式。

（一）分析智能制造工程专业群的现状与特点，总结人才培养过程中出现的主要问题，探讨多学科交叉融合培养人才的必要性。

（二）在新工科建设与工程教育认证的大背景下，以多学科交叉融合为核心，以培养学生工程综合能力为主线，优化现有课程，建设智能制造类课程体系，构建“通识教育+专业教育+交叉融合实践”的多位一体人才培养模式。

（三）探索基于多学科交叉融合的新型教学方法及培养路径，构建智能制造工程学科群。

（四）建设基于多学科交叉融合研究平台，搭建产学研培养实训平台，加强学科交叉与融合下的专业实践，充分发挥教师科研项目与学生综合性社团的辅助作用，进行多学科交叉融合人才培养的实践教育。

（五）以智能制造相关专业为例，建立人才培养效果评价制度，进行培养效果的对比。加强对培养成果的收集、总结和反馈，不断迭代新思路和新方法，构成培养路径闭环控制，保证人才培养质量。

三、关键问题

在探索过程中，笔者以河北建筑工程学院相关工科专业为例，尝试解决以下关键问题。

（一）优化现有课程体系，构建多学科交叉融合的智能制造课程体系

以立德树人为引领，以“交叉与融合”为主要途径，优化课程体系，采用模块化进行设置，注重课程之间知识的衔接，增加跨学科种类的选修课，提高选修课的广泛性，增加学生选择的自由度，如增加信息类选修课、制造类选修课、人工智能类选修课等。推进智能制造课程群建设，强化多种优势专业课程间的横向交叉和融合，在新兴、交叉学科方面培育出新的专业课程，如计算机视觉、机器深度学习、数字孪生等。前两年以基础课程和本专业课程为主，夯实工科专业基础，后两年以专业核心课和多学科交叉专业选修课为主，提升专业的相融相通性。在大四阶段，学校相关专业开设了如机电一体化、机器人工程、数控技术、先进制造技术、人工智能基础等课程。

（二）优化专业特色，搭建“智能制造工程学科群”，凸显多学科交叉融合

改造升级传统工科专业，以机械制造工程为出发点，积极寻找各专业的“智能化”方向共同点，以工程化为纽带，逐步实现多学科交叉融合，挖掘工程案例，解决复杂工程性问题，驱动多学科共同发展。河北建筑工程学院机械设计制造及其自动化、信息与计算科学、电气工程及其自动化、计算机科学与技术四个专业是省级一流本科专业建设点，利用他们各自的专业优势与特色，搭建智能制造工程学科群，促进学科交叉融合，培养智能制造人才，同时实现从学科导向转向产业需求导向、从专业分割转向跨界交叉融合，如以机械工程、电气工程、计算机工程中的交叉工程为案例;以航天航空制造、超级工程、流水线工厂为案例，培养智能制造人才。

（三）构建多学科交叉融合的实训平台，加强学科交叉与融合下的专业实践

构建“虚拟仿真+实验平台+工程平台”的多学科交叉融合工程化平台，将课堂知识成果有效转化，如搭建“智能制造虚拟仿真平台+工业4.0桌面级自动化生产线+领克张家口汽车工厂”工程化教学平台;组建多学科交叉创新研究团队，如机械学院的机电装备创新设计与智能运维技术创新研究团队;鼓励交叉学科科研课题的研究，产学研相结合发展交叉学科，例如设立领克汽车张家口工厂教学科研实践基地、沃尔沃张家口发动机制造有限公司教学科研实践基地等;利用开放实验室项目增加学生参与科研项目研究的机会，如机电一体化实验室、机器人实验室等;依托学科交叉融合创新团队教师科研项目，加强毕业设计选题的实用性，提高毕业设计的学科交叉性，可以让不同专业的优秀本科生进入教师科研项目团队，分工协作完成综合性项目;毕业设计采用综合性交叉题目，加大学科之间的交融，采用校内导师和企业导师双导师制度，拓宽知识面，提升实践性。

四、特色创新

在培养过程中，突出具备新工科建设与工程教育认证双背景下的工程应用特色和跨学科融合培养人才的模式特色。

在培养理念上紧跟时代与教育发展步伐，凝练学科方向，更新教育教学理念。

在培养方法上采用“交叉融合式”的教学设计与方法，将“产学研”“做中学”“综合体”融入教学过程。优化课程组织模式，将不同学科知识进行整合，建立跨学科交融的智能制造人才培养新型组织体系。

在培养平台上依托教师实际科研项目与学科竞赛，加强学科之间的交流、交叉融合，打破学科壁垒，突破学科定势，构建智能制造工程多学科交叉融合跨界体系与交流平台。

在培养评价上建立多学科交叉融合人才培养评价机制，对人才培养效果及时跟踪反馈，构成人才培养模式闭环控制。

五、研究成果

以河北建筑工程学院智能制造相关专业为示范目标，在本校相关专业逐步探索研究，形成相对成熟的培养路径后，由点及面，将培养多学科交叉融合的工程人才路径方法推广到全校其他工科类专业，顺应国家发展战略与工程教育的发展趋势，提升人才培养质量，满足社会的发展需求[10]。

在机械电子工程、机械设计制造及其自动化、车辆工程、电气工程及其自动化、测控技术与仪器、计算机科学与技术等智能制造相关工科专业及学科群，学校在3年时间里共培养智能制造工程人才近300人、优秀工科青年教师15人，多次获得智能制造类、创新创业类学科竞赛奖，如在2019年“全国三维数字化创新设计大赛”中获得省赛特等奖，在2020年“中国智能制造挑战赛”中获得自由探索赛项省赛一等奖，在2020年“全国三维数字化创新设计大赛”中获得省赛一等奖，在2020年河北省大学生“调研河北”社会调查中获得省赛一等奖，获得2020年全国应用型人才综合技能大赛国赛三等奖，在2021年“河北省大学生工程训练综合能力大赛”中获得省赛一等奖，在2021年“中国智能制造挑战赛”中获得协作机器人赛项省赛二等奖，荣获第六届河北省大學生创新创业年会创新学术作品省赛特等奖。

组建学生综合类社团或创新小组“第二课堂”2个，如汽车爱好者协会、无人机兴趣小组等;入住学生大创园项目3个，如微信公众平台的搭建与运营、5G+智慧互联3D打印、健心平台等。

获批省部级、市厅级教学研究项目3项。获批各级别大学生创新创业训练项目近20个，如共协式超声波消毒定位机器人、面向冬奥会等大型赛事活动安保的智能折叠护盾设计研究、智能搬运机器人、果蔬分拣机器人、侧式电动扳手等。

联合企业申报教育部产学合作协同育人项目2个，如与北京博创智联科技有限公司联合申请的新工科机械类教师专业化发展机制研究、与北京昊科世纪信息技术有限公司联合申请的新工科机械类教师发展机制研究等。指导本科生多学科交叉融合毕业设计40～50个，如新能源智能防疫多功能小车、智能小型除雪机系统设计等。

六、结语

文章探讨了多学科交叉融合智能制造人才的培养模式与路径，制定了研究策略，尝试解决培养过程中的关键问题，取得了初步的研究成果，对地方院校培养具有学科综合运用能力的复合型人才具有理论参考价值和实践指导作用，为推动我国工程类专业新工科人才培养作出积极探索。

[参考文献]

[1]宋亚男，宋子寅，徐荣华.多学科交叉融合的工程人才培养模式探索与实践[J].实验技术与管理，2020（9）：23-25+31.

[2]党晓圆，曹强，陈龙灿，等.多学科交叉融合背景下智能制造工程人才培养模式探索与实践[J].河北农机，2019（12）：53-54.

[3]胡尚连，龙治坚.多学科交叉融合下实践教学体系的探索与实践[J].实验技术与管理，2019（6）：210-213.

[4]祁丽，朱虹.多学科交叉融合的创新创业型人才培养研究[J].教育探索，2018（3）：60-62.

[5]景敏，杜宇波，张士勇，等.基于多学科交叉融合的测控专业人才培养模式探讨—以陕西理工大学为例[J].陕西教育（高教），2020（1）：53-54.

[6]张洪杰，幸福堂，施耀斌，等.“新工科”理念下安全科学与工程多学科交叉融合人才培养模式构建[J].中国冶金教育，2020（1）：55-58.

[7]王丽芳，满达虎.多学科交叉融合“T型模式”培养卓越工程人才探索与实践[J].轻工科技，2019（7）：167-168.

[8]李涛，宗士增，徐建成，等.构建多学科交叉融合创新实践平台的探索与实残[J].中国大学教学，2013（7）：79-81.

[9]茅乐，岳艳丽，张颖，等.面向创新人才培养的开放性实验教学改革与探索[J].实验室科学，2015（2）：193-195.

[10]倪笑宇，李杰，吴永强，等.建设类大学创新创业实践课程教学模式改革研究及应用成果[J].教育现代化，2020（23）：12-14.

[作者简介]倪笑宇，河北建筑工程学院副教授，硕士，研究方向：工科高等教育教学;李超逸，河北建筑工程学院讲师，硕士，研究方向：大学生创新创业教育;高晓刚，河北建筑工程学院讲师，博士，研究方向：焊接科学与技术;薄佩玉，河北建筑工程学院讲师，硕士，研究方向：大学生创新创业教育;王新明，河北建筑工程学院实验师，硕士，研究方向：机械制造加工实践教学。

[责任编辑 肖志明]