“双高”背景下高职院校智能制造专业群实践教学体系的重构研究——以湖北科技职业学院为例

胡双喜 吴 敏

(1.湖北开放大学/湖北科技职业学院,湖北武汉430074;2.广东技术师范大学,广州广东510665)

前言

我国高职教育改革发展 20 年来,职业院校建设从“示范校”到“优质校”,再发展到如今“双高校”建设,职业教育一步步走上更高的台阶［1］。中国特色高水平高职学校和专业群建设,离不开一流实践教学体系来支撑［2］,同时“双高计划”建设也为职业教育的实践教学体系构建赋予了新的时代内涵,提出了更高的要求。

随着工业4.0的推进,智能制造产业的不断发展和产业转型升级加快,对技术技能型人才的质量要求也在不断提高。国家对职业教育中的智能制造人才的培养更加重视,各高职院校加大了制造类专业的建设和改革力度,纷纷成立了智能制造专业群,其中一个重要的表现就是对实践教学条件的建设投入猛增,比如,积极新建实训室,购买与新技术相关的实训设备,这样导致实训设备和实训条件得到了根本性的提升,但实践教学内容也随之需要不断创新和改变。在急速发展的过程中,很多高职院校的实践教学体系跟不上设备与条件的更新步伐,导致当前高职院校培养的学生的技术技能依旧达不到企业和社会的需求,在这样的背景下,构建创新型实践教学体系成为高职教育内涵建设的重点之一。

文章将以湖北科技职业学院智能制造专业群的实践教学体系建设为例,旨在研究“双高”建设背景下,高职院校制造类专业群的实践教学体系构建中存在的问题,从实践教学内容、教学资源、教学团队、教学模式、实践教学评价等方面探索出有价值的建设策略,以期为高职院校制造类专业建设提供系统的实践框架和可供参考借鉴的依据。

一、实践教学体系构建的理论依据

实践教学,是高职教育教学的重要组成部分,操作性强。对以高素质技术技能人才培养为目标的高职院校而言,实践教学是人才培养体系中最重要的教学环节。实践教学体系的建设是否完善科学,实践教学开展的效果是否良好,在很大程度上反映了学校人才培养的水平。［2］

对于实践教学体系建设方面,国内外众多学者提出了优秀的理念和观点。

(一)国外代表性的研究

1.德国“FH”企业主导型实践教学体系,最主要的特点是企业在实践过程中占主导地位。2.加拿大的“CBE”实践教学模式。最主要的特点是“以能力为基础的教育”,分为职业分析形成DACUM(综合能力与专项能力)图表、学习包的开发、实践教学实施与管理,以及实践教学评价四个阶段。3.英国BTEC实践教学体系。以职业资格证书为基础的实践教学体系,注重强调实践能力,强调在“干” 中掌握相关的知识和技能,建立以实际工作效果评价学习成效的考评制度。

(二)国内代表性的研究

1.OBE理念、CDIO指导思想［3-5］。构建以 OBE 理念为导向的工程训练实践教学体系,注重实践教学的结果和效果,以学生为主导,建立开放式工程实践教学平台。2.基于工作过程导向的实践教学体系［6］。基于工作过程导向的实践教学体系就是在实践性教学中打破传统的学科知识体系,以基于工作过程的课程体系开发成果为基础,以职业能力培养为主线。3.以工程教育认证视角重构实践教学体系。以培养学生综合能力为目标［7］,以国际工程教育《华盛顿协议》认证体系为指导思想,优化重构专业实践教学体系,形成特色群,特色群的实践教学按照“基础—提高—综合—创新”四个层次设置实践教学内容。4.以创客教育理念重构实践教学。基于创客教育理念［8］,构建专业基础核心课程实践教学体系、项目实践教学体系、校企协同共育与创新创业实践体系,与创业教育融合［9］,积极探索师生共创模式。工科专业的实践教学体系的改革必须从简单的模仿性实践向综合性实践转变。实践教学应更加注重知识的综合运用,并在实践过程中进行创新。5.基于校企合作重构实践教学体系［10］。从专业岗位需求出发,根据工作岗位需要确定工作岗位对知识、能力及素质的要求,按照工作任务的逻辑关系设计实践课程,将课程与岗位高度对接。在一个专业岗位内,设置多个小的任务(项目),这些任务都是在企业实际应用案例中提炼出来的,将合作企业的新技术、新设备、应用案例、优秀人才等优质资源“融入”到工程创新训练的课程教学之中。

这些研究成果为本研究提供了理论参考和实践上的指导,本文将充分吸收这些理念,构建系统、先进的智能制造专业群实践教学体系。

二、智能制造专业群的实践教学体系建设现状

对于制造类专业群,高职院校虽然积极引进了先进的设备,如高端机床(四轴、五轴加工中心)、3D打印机、三坐标测量仪、自动控制产线和工业机器人等设备,但在实践教学体系构建、实践课程资源开发、创新能力培养以及实践考核评价和监督等方面,与先进的实践教学设备严重脱节,更与现阶段企业对智能制造人才的需求不匹配［11-13］,暴露出诸多问题:

(一)专业群各专业对实践课程缺乏统一规划

新增实践课程与原有的实践课程之间缺乏系统规划和有机联系,对现代产业复合型技术技能人才岗位职业能力的培养,缺乏科学合理而系统的实践教学体系设计。

职业院校智能制造专业(群)开设的专业实践课程“拼盘式”较多,没有真正从企业岗位所需能力出发,并不能进行有效的,富有层次地递进地培养学生。对于同一专业,只是机械地增添某些实训内容,而没有与其他课程有机融合和衔接,更没有与人才培养目标和职业岗位能力有效结合。

(二)新技术实践课程资源开发不足

对学生的创新素质和岗位职业能力的培养缺乏系统分析和重构,尚未建立起以职业能力培养为核心的科学合理的实践性教学资源体系。智能制造技术领域课程很多都是新技术、新内容,有的课程找不到合适的教材。新增加的智能制造技术实训课程教材并不能和学校具备的设备匹配,需要教师依据专业知识和设备来自编教材。职业院校教师普遍缺乏企业生产实践经历,综合性实习实训项目偏少,无法有效培养学生的综合实践能力,满足不了企业对复合型跨界人才的质量要求。

(三)实训设备和企业智能制造需求不匹配

智能制造类专业实训设备成本很高,职业院校资金保障不足,难以达到企业级标准。就算有的达到企业标准,智能制造技术的发展日新月异,更新迭代快,学校设备落后于企业设备。此外,学生多设备少,影响开展实训教学的有效性。

(四)实践教学教师能力知识更新不够,对新设备、新技术掌握程度不够

对于新引进的实训设备特别是高端设备,教师只是经过短时间的加急培训,在设备使用、管理以及保养上都只懂皮毛,导致教师制定的实践教学内容与实训设备之间严重脱节,部分设备特别是高端设备得不到有效利用,进而直接影响实践教学过程和实训效果,学生的实践能力与企业和工厂的岗位能力严重脱节。教学效率不高,效果不好。校企复合型跨界专兼职师资力量更是缺乏。

(五)缺乏高效规范的实训教学模式和评价模式

很多院校实践教学中先进设备台数有限,但是学习人数多,无法满足和协调各个专业的实践教学。比如多轴机床,一般都有多台设备,都是多人使用一台,这样无法保证设备的安全和学生的安全。

学生的实践课程没有得到高标准的规划,实训效率偏低,实训效果不理想。实践能力得不到高质量的培养,学生的实践教学效果评价与企业实际岗位脱钩,无法满足企业对于高质量人才的需求。

基于以上现状和问题,研究制造类专业群实践教学体系的重构有着重要意义:一是站在专业群的角度,有利于梳理制造类专业群各实践教学课程,指导构建符合新的实训条件、实训环境和产业发展环境下的实践教学体系,助力职业教育“双高”建设。单个专业的实践教学体系,整合能力偏弱,建设成本高,运行受干扰多,获得资源层次偏低,基于专业群主导的实践教学体系重构,可以最大化地利用各项实践教学资源,更加全面客观。二是有利于学校更好地培养技术基础扎实、综合能力强、具备一定创新能力和知识迁延能力的人才,提高学生就业创业竞争力。

三、基于智能制造专业群的实践教学体系构建

基于实践教学体系所存在的现状、问题和构建实践教学体系的相关理念,从智能制造群的角度出发,湖北科技职业学院对企业和行业进行广泛调研,依照智能制造业的关键技术需求,从实践教学内容、实践教学资源、教学团队、实践教学模式和实践教学评价几个方面进行探索,构建具有科学性、系统性、前瞻性的智能制造专业群实践教学体系。基于专业群的实践课程体系,需要考虑各个专业的实践体系之间的联系,还需要考虑各专业如何跨越其他专业的能力。

(一)重构实践教学内容体系

湖北科技职业学院智能制造专业群由工业机器人技术、机械设计与制造、数控技术、机电一体化技术、电气自动化技术等专业组成。重构智能制造专业群的高水平实践教学内容,需要充分利用校内外具有高端设备的实训条件,融合高新技术,构建多元化实践教学内容,实现各专业的实践教学既能资源共享、相互融合,又能各有定位,为专业人才培养奠定坚实的基础。图1为基于专业群的实践教学体系图。实践教学总体分为基础训练、专项训练、综合训练,每个专业各有侧重,育训结合,培养学生“一专多能”复合能力。

图1 基于专业群的实践教学体系

1.依托3D智能工厂,改革专业群实践教学内容

学校建设了总投资超过2000万元的3D智能工厂,其功能完善、国内领先的3D智能制造技术实训系统支持智能制造专业群中工业机器人和机械设计与制造等多个专业的实践教学,实现了各专业资源共享和高效利用。通过智能工厂,开展多项新技术单项实践教学项目和综合实践项目,并且针对专业的异同,实践教学各有侧重。

目前,各专业人才培养方案中实践教学框架体系包含专业群基础课程实训、专业群核心课程实训、专业群综合实训三类。依托3D智能工厂实训基地现有条件,以本校承担的自动化生产设备应用专业国家资源库建设子项目为载体,组建核心课程建设团队,开发多门课程的实践教学内容,在实践教学体系中积极引入数字双胞胎、虚拟调试、工业物联网、工业大数据、人工智能技术等新技术与新专业的信息化教学资源,培养学生的综合技术应用能力,推动智能制造专业群内各专业转型升级。

2.岗、课、赛、证融通构建实践教学内容体系

实践教学内容体系的构建原则是必须和校内外先进实训设备对接,是X证书与大赛技术的融合,企业先进技术与传统技术的融合,新技术和基础理论的融合,即岗、课、赛、证融通。每个专业对标一个大赛,对标至少一个X证书(见图1),对应多个先进技术企业。同时专业之间交叉融合,展开实训教学项目的研发,实现资源共享。

以机械设计与制造专业为例,将岗、课、赛、证融合实践教学体系应用于教学中,极大促进了机械设计与制造专业学生的综合能力培养。

(1)赛。学校基于国家赛项工业产品数字化设计赛项内容,将技能要求和竞赛案例融入了“机械设计基础”“3D打印”“计算机辅助制造”“计算机辅助设计”等多门课程的教学中。

(2)岗。构建学习情境,使学生感受真实工作环境,实践真实项目案例。根据企业岗位对学生必备能力进行分析,在一个专业岗位内,设置多个小的任务(项目),这些任务是在企业实际应用案例中提炼出来,将合作企业的新技术与应用案例应用在实践项目训练中,学校与企业共同研究确定工程项目和学生创新训练方案,布置创新训练任务,规定项目完成的质量要求,再由学生动手操作。如,学校引入了合作企业开发的基于移动端的数据采集系统作为实训项目。

(3)证。专业建设“1+X”机械产品三维模型设计职业技能等级试点与“1+X”多轴数控加工职业技能等级试点。开发“1+X”机械产品三维模型设计职业技能培训包5个,样卷包3个。目前“1+X”机械产品三维模型设计职业技能等级考证内容有机融合了“机械设计基础”“计算机辅助设计”课程。“1+X”多轴数控加工职业技能等级考试内容融入了“计算机辅助设计”“计算机辅助制造”“多轴加工编程”课程。

(二)重建实践教学资源

丰富、优质的实践教学资源是实践教学效果的基本保证。为此,学院以课程为抓手,组建校企联合的教学资源开发团队,初步建立起集新型教材、自编实训指导书、在线课程等多种资源为一体的教学资源体系。

1.专业综合实践项目开发

结合企业、大赛、校内智能基地设备,根据岗位任职要求,开发了数字化设计与制造类综合实践、基于智能产线的系统集成专业综合实践、1+X考证实践等多个课程项目,同步开展教研项目,为企业提供技术服务,将开发的企业项目、大赛项目等教科研成果实施于智能制造专业的教学中(见图2)。

图2 智能制造专业群课程项目资源开发途径

2.开发“新技术、新形态”教材

为了解决部分新技术课程资源的缺乏问题,学校参照职业资格标准编写新型教材4本,《工业机器人操作与编程》等校本教材13本。

3.在线课建设

完成“自动化设备安装与调试”课程的国家级资源库子项目建设;完成“工业机器人系统集成技术”“计算机辅助设计”等5门校级在线开放课程建设,并投入实际教学;完成“自动线设备安装与调试”“气液动系统的构建与维护”“工业机器人系统集成技术”等7门专业核心课程的资源建设,包括实习实训指导书、视频、动画、慕课等系列的信息化教学资源。

(三)重造高水平实践教学团队

针对智能制造类教师专业实践能力不足的问题,搭建校校、校企教师实践教学能力提升平台,以校内外名师、企业技术专家为团队带头人,通过“产、训、赛、研”四维度促进教师团队实践水平的提升。

湖北科技职业学院与武汉软件职业学院、浙江机电职业技术学院、德国柏林自由大学等高等职业院校建立校校交流机制,提升教师实践教学新观念,促进教师实践教学改革模式的创新。

首先,建立校内智能工厂与校外典型智能制造企业相结合的实践基地,教师轮流在企业实践半年以上,完成对应的项目。以智能工厂为载体,聘请技术行家给老师开展集中培训,培训后对教师展开技术比武,促进教师知识技术更新迭代;与行业企业共建服务中小微企业的“智能制造中小微企业工程技术中心”“高技能人才培训基地”,为教师创造接触技术前沿、更新技能的机会,为本地中小微制造企业提供技术服务。通过和企业开展技术合作,提升教师实践技术水平。

其次,依据教师的特长和兴趣,依托学校、企业的新实训设备和先进的智能工厂等,教师轮流指导学生参加比赛,和学生一起钻研技术,提高技能水平;通过校内和校校之间举办教师技能大赛,提高教师在新技术领域的实践操作能力。

再次,形成新技术提升的课程教学组,攻克新技术领域的课程资源建设难关。基于项目开展“基于智能工厂的‘专业综合实训’课程探索与实践”“X证书背景下‘MES技术应用’课程开发研究与实践”等课题研究,以研促教。

除了大力提升校内实践教学团队实操水平外,学校一直着力打造兼职教学队伍。从先进制造业企业引进企业专家、实践能手参与实践教学,弥补校内教师新技术实践教学能力暂时不足的问题。

(四)重建高效的实践教学和课堂管理模式

高效的实践教学模式和课堂管理模式,是提高实践教学效果的手段。针对因先进设备不足和学习人数多,而导致的无法满足和协调各个专业的实践教学,以及无法满足学生个性化的学习要求,无法提升学生跨专业能力和知识迁延能力等问题,课题组实施了以下几点措施:

1.实施小组教学、轮流实操的教学模式

通过这种方式可以很大程度缓解学生多、设备数量不足的问题。将新的实践教学理念有机融入到实践教学中,比如,以竞赛带动实践教学;实践教学与岗位技能培训相结合,虚实结合,线上和线下互通等,促进实践教学的有效性、高效性。

2. 实施虚实结合的实践教学模式

为进一步提高实践教学效果和效率,学校建设了虚拟智能制造仿真实训中心,采取虚实结合的实践教学模式。例如,工业机器人操作与编程实践教学和数控加工实训教学,分别采用robotstudio和vericut仿真系统。通过仿真模拟、沉浸式体验,解决传统实训“高投入、高耗材、高危险、难实施”的难题,给学生创造充分动手实践、反复实践的机会,保障教学质量,降低教学成本。

3.实施教师模块化协作教学的模式

例如,多轴加工实训教学,学生在理论实践一体化实训室实训,教师既要教授学生程序编程和帮助学生解决问题,还要照看机床的运行和学生安全事项。此时以2～3名教师协作完成课程教学,这样既保证了课堂教学纪律与安全,也提高了课堂效率,保证设备的安全运行。专业综合实训,融合多门核心技术,对应多种不同类型的设备,依据每位教师所长,完成不同模块的实践教学,通过教师之间的协作完成教学任务,既保证了教学效果,又促进了教师综合能力的提高,以及不同教学模块之间的交叉融合。

4.成立智造创客中心

培育移动机器人创客空间、3D打印创客空间、数字化创新设计、智能加工等多个先进技术社团,开展培训、竞赛、双创活动,为社团配备导师,提供办公用地、基金支持、创业辅导、技术支持,增加学生技能培养受益面。同时在课外进行的实践活动按照成绩置换课内学分,鼓励学生参与跨专业实践活动。

5.除人才培养方案中的必修实训外,开设公选实训课

让学生选择自己感兴趣的内容做完完整的项目,拓展学生的知识迁移能力和跨专业技术能力。同时通过跨专业组建社团,完成创新项目,促进专业交叉融合。比如,专业是机械设计与制造的学生,对电气控制很感兴趣,期望学习这方面的实践课程。通过跨专业社团可以实现学习愿望,收获较好的学习效果。

(五)重建实践教学质量评价体系

为了培养出符合智能制造企业需求的人才,缩短学校与企业之间的距离,实践教学质量考核评价,需要将企业、行业拉入实践考核评价体系的制定中,实现评价角度多维度、评价形式多样化、评价主体多元化。

1.多维度评价角度

基于人才培养的目标,学院和合作企业共同制定实践教学评价标准,制定对学生的全方位评价方案,评价学生的技能操作水平、学生的探索和反思能力,以及职业素养。

2.多样化评价形式

对接职业岗位要求和职业发展需要,在教学过程中根据不同阶段的教学要求,设置不同的评价方式,运用提问、研讨、报告、小设计、比赛、答辩等多种方式了解学生学习状况,评价学生的实操技能、综合素质和创新能力是否达到教学目标。针对不同的实训课程,探索注重学生能力的考核评价体系。

3.多元化评价主体

实践课程评价多元化,成绩源自团队合作表现、个人成绩表现,源自团队成员评价和校内教师、企业导师的评价,源自最终完成结果。例如,多轴加工的实践课程,以个人加工的作品、团队的贡献,成员评价、教师评价为依据,形成最终评价结果;工业机器人专业综合实训,以个人完成结果的成绩评价、团队成员评价、多位教师分模块评价为依据,形成最终评价结果。

四、基于智能制造专业群的实践教学体系重构实践成效

(一)人才培养质量提升,适应产业需求

人才培养的针对性和适应性不断增强,学生综合能力全面提升。近几年,湖北科技职业学院在机器人、数字化设计等领域荣获全国职业院校技能大赛一等奖,省级赛一等奖,以及其他各级技能竞赛奖,成绩在省内名列前茅,位居全国第一方阵。专业群学生在东风汽车、逸飞激光等省内先进制造企业的自动化系统集成与智能产线系统装调等岗位就业,就业率保持在96%以上,对口率达83.58%,就业满意度为96.43%,均位居湖北省前列,得到了社会和家长的赞誉。

(二)专业建设成果丰硕,示范效果突出

学校形成了以工业机器人技术专业为引领,以机械设计与制造专业为依托的专业群。建成国家骨干专业1个,省级品牌、特色专业各1个;建成教育部第三批现代学徒制试点;工业机器人技术专业教学团队入选第二批国家级职业教育教师教学创新团队,智能制造技术专业群获批省级高水平专业群,引领湖北省同类专业群建设。

(三)成果应用广泛推广

学校举办中南五省“智能制造行业人才需求与培养研讨会”,交流专业建设和人才培养经验。学校的“智能工厂实训基地助力智能制造专业群教育教学模式改革创新”入选中央电化教育馆职业院校信息化建设与应用成果案例。学校连续三年承办湖北省高等职业院校技能大赛工业机器人技术应用赛项,获参赛师生一致好评。

结语

“双高”建设背景下,基于智能制造专业群重构实践教学体系,以培养满足企业需求的高质素、复合型的人才,高职院校还有很多工作要做,学校要紧跟国家产业战略,紧随企业的需求,不断更新实践教学体系,有效促进机械大类专业长效发展,将现代化的科学体系应用于教学,服务学生成才,服务企业智能化转型和升级,为国家工业腾飞做好人才储备,进一步促进高职院校专业建设向着高水平迈进。