面向新工科人才培养的智能制造工程专业实践教学体系建设与研究

周 斌 卢 红 郑银环 杨志杰 黎章杰

（武汉理工大学机电工程学院，湖北 武汉430070）

1 智能制造人才需求与专业建设

随着物联网、大数据、云计算、人工智能、机器人、虚拟/增强现实、深度学习等技术的快速发展，对传统制造业的演化与变革产生了深远影响[1-3]。《中国制造2025》明确提出“以加快新一代信息技术与制造业融合为主线，以推动智能制造为主攻方向，实现制造业由大到强的历史性跨越”。

智能制造是工业化与信息化深度融合的产物，在新经济、新业态、新技术、新模式的驱动下，制造行业面临着新的机遇和挑战，也对工程技术人才提出了全新要求[4]。为更好地适应新产业变革和人才需求变化，2018年，武汉理工大学获批全国第二批“智能制造工程”专业，也是湖北首个开设该专业的高校。2019年开始招生，规模为每届2个自然班，共70人。该专业定位为：面向国家重大战略需求和制造业的转型升级，探索信息化与先进制造业领域的专业教育相融合，构建人才培养新路径，加快培养与产业发展相匹配的实践能力强、创新意识强、具备国际竞争力的高素质复合型智能制造人才。

2 智能制造人才培养与实践教学

随着信息化和智能化与制造业的渗透融合不断加速，传统制造业面临转型升级关键时期[5]，对智能制造专业化人才的需求持续增加。由于智能制造人才培养的复杂性、融合性及多样性，高校在智能制造人才培养方面面临更高的挑战。

当前国家大力推进新工科建设，新工科建设是面向工程教育的深度改革，而工程教育的一个本质特征就是实践[6]。智能制造工程新工科专业融合了“机器人”“大数据”“人工智能”和“互联网+”等要素，具有多学科交叉复合、与工程实际联系紧密等特征。因此，实践教学是支撑智能制造人才培养的重要环节，直接决定培养目标的有效达成。

智能制造实践教学体系是实践教学过程中知识结构、教学模式与方法、课程及内容、教学资源平台、教学评价与保障机制等要素构成的有机整体，是培养学生掌握科学方法、培养工程实践能力和创新意识、解决复杂工程问题的重要载体。现有的实践教学体系普遍存在学科交叉不足、师资队伍单一，学生深度参与不够，创新创业教育融入不足，各方资源融合共享不够，难以对智能制造工程新工科专业建设和人才培养形成有力支撑。

3 构建高水平智能制造实践教学体系

3.1 明确思路

武汉理工大学智能制造工程专业人才培养目标为：培养学生掌握智能制造领域的基础理论与专业知识，具有良好的国际视野和创新思维，能够综合应用多学科知识从事智能制造领域科学研究、设计开发和应用管理等方面的工作，能够在所从事的领域成长为骨干成员或领军人才。

为适应经济社会发展、充分认识制造行业对智能制造人才的需求，基于OBE（Outcome Based Education，成果导向教育）理念，构建“以学生为中心，以需求为导向”的交叉融合、分层递进、协同共享的新型智能制造工程专业实践教学体系，以有效支撑培养目标的达成，提升人才培养质量，适应行业对智能制造人才需求。智能制造工程实践教学体系构成如图1所示。

图1 智能制造工程实践教学体系构成图

3.2 完善实践教学体系

3.2.1 师资队伍是核心

智能制造涉及学科领域宽广，面向的制造行业类型多样，单一化的师资难以承载人才培养的内在要求[7]。针对性地打造多元化、双师双能型的校内外联合师资队伍，形成不同特色的教师团队。校内师资是由具有交叉学科背景、工程经验及国际化背景的教师组成，以智能制造工程系教师为主体，并通过动态弹性机制，联合跨系部、跨学院的交叉学科专任教师协同参与。校外师资来源于智能制造龙头行业企业，具有“多元化、行业化、工程化”的背景和特点，以熟悉国家行业产业发展政策、深度把握制造业发展趋势、洞悉智能制造人才核心需求、熟悉工程教育培养规律的各类高级管理、技术和工程人员组成。

一方面，通过校内校外师资队伍之间双向交流，优势互补，教学相长，运用先进的实践教学方法，推动高质量的实践教学活动实施。另一方面，校内校外师资队伍之间通过“共商共建、分工合作”模式，开展实践教学活动的设计与规划、实践资源的优化与配置、实践成效的评价与持续改进等开展研究，动态、持续性地完善实践教学体系，如图2所示。

图2 校内外师资构建图

3.2.2 平台建设是关键

实践教学平台是智能制造实践教学活动开展的基础[8，9]，遵循“依托优势、共建共享”的思路，打造基于学科优势与行业优势互补、校内与校外资源共建共享、交叉融通的智能制造实践教学平台，其构成如图3所示。校内子平台主要依托机电工程国家级、省级实验教学示范中心、机电学院大学生创新实践基地，联合计算机、信息、自动化等学院的国家级、省级实验教学示范中心和专业实验室，以满足实践能力培养中“交叉融合共性化”的需求为导向，通过资源优化配置与协同共享，有效支撑学生校内的实践教学活动。校外子平台是由行业特色的国家级工程实践教育中心及若干企业实践教育基地组成。针对不同行业对智能制造人才需求的差异性，以满足实践能力培养中协同创新个性化的需求为导向，依托行业的资源特色和优势，打造一批面向行业的高质量校外实践教学基地，开展特色鲜明的校外个性化实践教学活动，实现人才培养与行业需求的“无缝对接”。

图3 实践教学平台示意图

3.2.3 模式优化是重点

围绕智能制造专业人才培养目标，以核心能力培养为主线，构建了“平台＋层级＋模块”的实践课程体系。在校内校外共建共享的实践平台基础上，打造分层递进的“基础实践—专业实践—综合实践—创新实践”训练活动。每个层级的实训聚焦阶段性能力培养目标，优化实践课程模块群，突出课程模块及课程内容之间的关联与协调。通过教师科研项目、业界先进研究成果和工程实例引入，丰富课程模块内容，突出学科交叉融合，拓展认知的广度和深度，实现对学生由点到面、由基础到专业、由综合到创新的立体化全方位培养。其课程体系与教学模式如图4所示。

图4 课程体系与教学模式

教学活动的组织中，以课程目标达成为中心，以课程模块为载体，充分发挥教师和学生“双主体”的作用，以“问题引导、任务驱动、项目研究”为主线，运用启发式、探究式、研讨式等多种教学方法相融合，有效推进实践教学的实施。同时，深度结合信息化、网络化技术的广泛应用，打破时间与空间的约束，通过校内外师资协同，集成校内校外共享资源，推动线上线下、远程本地、课内课外实践教学活动实施的新格局，全面提升实践教学效果，真正激发学生参与实践活动的主动性和积极性，培养工程意识和创新精神[10]。

3.3 健全机制

多层次、交叉融合的智能制造实践教学体系是一个复杂的系统，为确保系统平稳有效地运转，提升系统实践育人的质量成效，需要建立实践教学各环节的管理制度，形成健全的评价机制和协同保障机制[11，12]。

（1）实践教学评价机制。以实践环节或课程模块目标与毕业要求的对应关系作为依据，强化过程评价考核，评估目标的达成。建立多元化的评价主体，包括学生、校内教师与管理人员、行业企业代表，实施开放性评价。通过评价结果针对性地查漏补缺，加强动态调整和持续改进，完善实践教学体系的结构及运行机制，提升实践育人成效。

（2）实践教学协同保障机制。实践教学活动的有序开展，离不开多方主体的共同参与，离不开政策法规、教学资源和人才师资的共同支持。通过构建“多方协同、共建共享”的协同保障机制，可以最大限度地集中校内外各方优势，进一步促进培养目标协同、教师队伍协同、资源共享协同和管理机制协同，共建跨领域高水平育人团队，提升实践教学平台利用率和教学效果，共享实践育人平台创新成果，进一步提升实践教学体系的运作效率与管理水平，最终实现学生、高校、企业共同受益。

4 结语

当前，智能制造仍处在不断的发展演变中，行业企业的需求也是动态变化的。武汉理工大学智能制造工程专业是一个年轻的新专业，人才培养是一个长期的探索过程。本文在行业企业智能制造人才需求分析基础上，结合培养目标达成，提出智能制造实践教学体系的构建思路，对体系中的组成要素及运行机制进行研究。今后在实施过程中，通过不断地实践—总结—持续改进—再实践，推进体系的平稳运转和优化，为提升具有该校特色的智能制造高端复合型人才培养质量，满足国家、行业企业对智能制造人才的需求，提高高校服务社会的水平形成支撑与保障。