工业互联网背景下智能制造产业学院工程教育探索

王磊 李生英 马乐

摘 要：为培养适应制造业数字化、智能化转型升级带来的人才需求挑战，培养工程人才，本文对比分析国外高等工程教育模式，根据广东省示范性产业学院建设经验启示，通过“双院制”，打造“1+1+2”工程人才培养模式，破解产学错位难题，以智慧工厂数字孪生体为载体，建立产学研区域共享融合生态圈，推进应用型人才培养与区域地方协同发展。

关键词：产业学院；工程教育；工业互联网；智能制造

数字经济发展迅速，是改变全球竞争格局的关键力量，习总书记多次强调：“发展数字经济意义重大，是把握新一轮科技革命和产业变革新机遇的战略选择。”工业和信息化部联合7部门发布了《“十四五”智能制造发展规划》中提出“到2035年规模以上制造业全面普及数字化网络化”，但是智能制造发展仍存在供给适配性不高、创新能力不强、应用深度广度不够、专业人才缺乏等问题。工业互联网是新一代信息通信技术与工业经济深度融合所形成的全新产业和应用生态，是推动数字经济发展的重要引擎。“十四五”时期工业互联网将赋能制造业向数字化、网络化、智能化方向转型升级。在此关键时期，对智能制造产业高技术、高技能的综合型人才需求量猛增，新技术的变革发展也带来了新的人才培养挑战，引发了对工程人才素质结构和培养模式变革的迫切需求。

国家高度重视高等工程教育事业的发展，近年来先后推出卓越工程师计划、“新工科”建设、工程专业认证等一系列重大举措来加强工程人才的培养水平［1］，特别是2020年教育部办公厅、工业和信息化部办公厅下发《现代产业学院建设指南（试行）》，旨在推进高等院校深化教学改革，适应新时代和新技术对工程技术人才培养的新要求，尤其是在工程人才的工程实践能力、创新能力、协作能力、终身学习能力等方面的培养。

一、国外高等工程教育模式分析

德国：德国以实用化和系统化为特质，以学生就业为导向，人才的培养过程紧密契合产业界的发展动态，构建了符合德国工业生产要求的“双元制”工程教育体系，为其作为全世界制造强国提供高质量的工程人才。德国学校教育与职业培训接轨，聘请企业人员作为兼职老师，采用“应用性项目教学法”，理论教学和企业的实践教学交替进行，使学生获得充分的理論教育和职业训练，毕业时同时取得学位证书和工程师资格证书。

美国：20世纪80年代至今，美国工程教育回归实践，麻省理工学院开发了CDIO教育模式，以产业和社会需求为目标，以学生为中心，提供真实且完整的工程实践，构建一体化的本科工程课程体系。2016年，MIT启动了新一次的工程教育改革计划——“新工程教育转型”提出了11种工程人才应具备的思维方式（制造、发现、人际交往、创造性、系统性、批判与元认知、个人技能与态度、分析性、计算性、实验性与人本主义思维），倡导工程教育回归育人本质，构建了一套灵活性较强的培养体系，实行学科交叉计划，给予学生充分选择的权利，培养学生各种思维，引导工程教育向工程与经济社会发展的融合方向发展。［3］

澳大利亚：20世纪90年代以来，澳大利亚高等工程教育开始着力“回归工程”，秉承以学生为中心的宗旨，以探究性、研究性、创新性的自主学习为主，教学模式形式灵活多样，学生早期阶段就加入科研项目或参加科研实践，重视培养过程与实践的高度结合，强化与企业的合作和互动，课程设置和课程内容安排紧紧围绕工程需求，建立“工程学习工厂”，为学生提供一个创新、体验式和基于项目的学习环境，引入同伴评价机制，注重培养团队合作能力。［4］

二、广东省示范性产业学院建设经验启示

广东省2018年7月出台《关于推进本科高校产业学院建设的若干意见》，至2022年2月分三批次、高标准遴选出40个省级示范性产业学院，这些示范性产业学院是由24所本科高校建设，分别是：公办院校19所，民办院校5所。本文选取广东省教育厅官微发布的20篇“广东示范性产业学院典型经验”系列报道作为研究资料来源。

（一）办学模式

广东省示范性产业学院共建的办学模式主要分为校政共建和校企共建。20个广东省示范性产业学院中有2个是由高校与地方政府共建，如东莞理工学院长安先进制造学院由东莞理工学院与东莞市长安镇人民政府共同建设，采用“校园+产业园”模式，形成“教育+培训+就业+创业”的长效育人机制；惠州学院仲恺信息学院由惠州学院和仲恺高新区管委会共同建设，采用“双元制”特色班模式。校企共建模式中，8个学院是采用1+1模式，即与1家企业合作；10个学院是采用1+n模式，即与多家企业或是科研院所合作共建。

（二）人才培养模式

广东省示范性产业学院以学生为中心，面向产业链，多学科交叉融合，与企业共建专业课程、师资、实践实训平台等，实施“双元制”人才培养模式，提高复合应用型人才培养质量。如广东石油化工学院广油—瑞派创新设计学院构建并实践产教融合课程体系+多维渗透素拓体系的“双体系融合渗透人才培养模式”、东莞理工学院粤台产业科技学院实施“2+1+1”培养路径；广东工业大学集成电路设计产业学院实施“2+2”跨学院、跨专业融合的培养模式；佛山科学技术学院半导体光学工程学院采用“2.5+15”教学模式，5个学院采用“3+1”工程教育模式；4个学院与企业联合开展“订单式”人才培养，校企共建企业特色班如“温氏班”“优尼班”“药学产业创新班”。

（三）工程实践教育模式

广东省示范性产业学院以产业实际问题为牵引，打造项目化课程体系，创造真题真做育人环境。如东莞理工学院粤台产业科技学院以“劳作课程”为“工匠精神”的培育起点，依产业需求配置不同侧重方向的课程模组（微课程、微学程），实行师伴&业师&学伴项目团队管理制度；珠海科技学院阿里云大数据应用学院通过企业文化浸润，逐年选拔专业优秀学生加入大数据工作室，参与企业项目实战；东莞理工学院西门子智能制造学院开设12门西门子智能制造工业软件专业核心课程，全程融入西门子工业软件课程体系，“引企入教”，并把企业中的实际工程案例融入课程中；广州医科大学金域检验学院构建链条式创新体系，开展“2（大一）+2（大二）+2（大三）+2（大四）”链条递进式培养，让学生深入产业创新实践科研；广东白云学院曙光大数据学院创新VIP人才培养体系，构建“多元结合、分层递进、项目驱动”的教学模式；东莞理工学院先进制造学院（长安）在“产业园”（长安学院）完成根据产业链需求设计的“最后一里”模块化工程课程以及技能实训、实务制作、创新创业实践、毕业设计等环节。

三、智能制造产业学院工程人才培养探索与实践

（一）以产业为导向，通过“双院制”，打造“1+1+2”工程人才培养模式

1.“项目在工程研究院+学习在专业学院”的双院制模式

智能制造产业学院创新采取“项目在工程研究院+学习在专业学院”的双院制模式，此模式依托工程研究院这个集技术研发、协同创新、成果转化、技术推广、实践育人的科技创新平台，充分利用其紧跟行业技术发展，与多家企业合作紧密互利共赢特定优势和行业、企业等广泛社会资源条件，以科技创新技术合作最新成果重构课程体系，满足产业界的人才需求，实施教学、科研和社会服务，真正实现教育链与产业链的有效对接。

2.多专业融合的“1+1+2”工程人才全链条培养模式

智能制造的生产过程借助于数字化、网络化和智能化，与工业互联网的融合十分紧密，具有跨学科、跨专业的融合交叉特征，使得该行业对智能制造人才的复合能力要求较高，智能制造产业学院采用“1+1+2”工程人才培养模式，大一面向多专业开设企业文化浸润通识课程，学习工匠精神、企业文化；大二跨学科开设微课程，课程内容紧跟行业需求，以职业胜任力为导向，在智慧工厂数字孪生体平台，让学生参与企业仿真运行全过程，理解产品全生命周期各环节的知识和技能，熟悉企业先进的管理制度、运行模式和企业文化；大三选拔学生，组成产业班，进行2年项目实践，产业班学生分小组进入工程研究院导师+企业导师项目组，项目组以企业实际技术攻关和研发的项目为驱动，培养学生理解智能制造的核心理念，学习设计工具、仿真工具、物联网、虚拟现实及相关支撑工业软件等各种数字化技术，毕业设计全部来源于2年项目课题。

（二）以智慧工厂数字孪生体为载体，建立产学研区域共享融合生态圈

1.打造智慧工厂数字孪生体实践平台，建设面向企业真实生产环境的工程实践课程

地方本科院校资金缺乏是制约其发展的最重要因素之一，智能制造专业群建设需要投入的智能制造设备、新基建平台以及工控软件成本高，软件技术实训平台投入大［8］。数字孪生技术就是解决这一问题的关键技术，其核心是促进新一代信息技术和人工智能技术与制造业深度融合，它构建的智能工厂，是面向产品全生命周期，仿真模拟产品从需求到产品、从订单到交付的制造全过程，还可以形成优化的仿真结果，指导物理工厂的建立和运营。

智能制造产业学院可以将企业基于数字孪生的智慧工厂引入教学，以职业胜任力为导向，打造一个真实的、可行的，能培养适应智能制造的专业技能人才的实践平台，培养既懂工业操作技术，又懂计算机信息技术的人才。实践平台为企业真实工业案例移植，采用企业项目化教学，建设一批交互性、情境化的模拟仿真工程教育实训课程，运用数字孪生模型，模拟整个工厂产品、工艺流程和设备，在集成软件和三维仿真环境中，把工业知识、管理知识、加工知识、装配知识等集成在软件内，让学生进行知识学习、数据贯通、信息感知与分析优化，使学生在校期间对未来智能制造体系有一个比较清晰的认识和概念，熟悉设计工具、仿真工具、物联网、虚拟现实等各种数字化技术，了解产品全生命周期，学习解决工程问题。

2.深化产学研合作，开展横向项目研究，建立产学研区域共享融合生态圈

智能制造产业学院培育辐射本地区的产学研融合生态圈，利用工程研究院科研平台和科研项目，技术支持上下游企业开展数字化转型应用合作，发挥产业学院科研优势和服务企业职能和企业项目资源优势及高级工程师经验技术优势，打造具有“全面感知、设备互联、数字集成、智能预测”等特征的智能工厂运行体系，提升企业内部业务集成管控水平，虚拟化企业运营决策过程，实现生产数据贯通化、制造柔性化和管理智能化，并将项目研究建立应用案例库，纳入教学体系，实现教学与生产同步、实习与就业一体化。

参考文献：

［1］张帆，曾励，任皓，等.基于数字孪生的混合实践教学模式研究［J］.实验室研究与探索，2020，39（02）：241244.

［2］李明慧，曾紹玮.国外高等工程教育与产业的契合经验及启示——基于德国、美国、法国三国的分析［J］.中国高校科技，2020（04）：5458.

［3］唐玲珊.回归工程实践：20世纪80年代以来美国高等工程教育变革研究［D］.四川师范大学，2021.

［4］朱慧，陆国栋，吴伟.澳大利亚高等工程教育：实践与借鉴［J］.中国高教研究，2016（09）：98102+110.

［5］余薇.工业互联网背景下美国职业教育应对策略及其启示［J］.职教论坛，2021，37（02）：170176.

［6］刘怀兰，刘准，王玲，等.智能制造领域专业课程体系建设［J］.高等工程教育研究，2022，195（04）：5964.

［7］章云，李丽娟，杨文斌，等.新工科多专业融合培养模式的构建与实践［J］.高等工程教育研究，2019（02）：5056.

［8］许朝山，顾卫杰，孙华林.新基建背景下智能制造专业群人才培养路径探索［J］.中国职业技术教育，2020（28）：914.

基金项目：2019年广东省高等教育教学改革项目（SC190301）；广东省高等教育学会“十三五”规划2020年度高等教育研究专项课题重点项目（20GZD20）

作者简介：王磊（1981— ），女，汉族，吉林长春人，硕士，广州城市理工学院讲师；李生英（1983— ），女，汉族，青海人，硕士，广州城市理工学院工程师，研究方向：机械；马乐（1968— ），女，满族，黑龙江人，硕士，高级工程师，广州城市理工学院工程研究院院长，智能制造产业学院常务副院长，研究方向：计算机。