羅永新， 張少軍， 胡 靖

（懷化學(xué)院，湖南 懷化 418008）

1 武陵山片區(qū)智能制造人才需求基本情況

武陵山片區(qū)涉及湖北省、湖南省、貴州省、重慶市的71 個縣（區(qū)、市），是一個跨?。ㄊ校┙唤?、土地面積大、少數(shù)民族聚集、森林覆蓋率較高、特色產(chǎn)業(yè)豐富、工業(yè)經(jīng)濟基礎(chǔ)相對薄弱、產(chǎn)業(yè)鏈不甚完整、科技發(fā)展相對落后的地區(qū)[1]。從2014 年起，該地區(qū)實現(xiàn)了服務(wù)產(chǎn)業(yè)、工業(yè)產(chǎn)業(yè)、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)3 個產(chǎn)業(yè)GDP 貢獻率從大到小依次排序的最佳結(jié)構(gòu)[2]，包括懷化、恩施、吉首、銅仁、張家界、黔江6 個中心城市，成為深入推進西部大開發(fā)和促進中部崛起的重點開發(fā)區(qū)域。以懷化市為例，綠色食品加工、中藥材加工、新材料制備、裝配式建筑、電子通訊設(shè)備制造、橋隧裝備制造、電力輸配電設(shè)施制造等產(chǎn)業(yè)保持較快增長態(tài)勢，并且市內(nèi)設(shè)立了國家級高新區(qū)。懷化市“十四五”規(guī)劃明確提出要加快發(fā)展電子信息、生物醫(yī)藥、先進橋隧裝備制造、新材料（精細化工）、裝配式建筑制造等產(chǎn)業(yè)，構(gòu)建以數(shù)字經(jīng)濟為引領(lǐng)、先進制造業(yè)為重點、先進制造業(yè)與現(xiàn)代服務(wù)業(yè)融合發(fā)展的現(xiàn)代制造產(chǎn)業(yè)體系[3]，這些均需以智能智造為技術(shù)核心。智能制造技術(shù)及其應(yīng)用在武陵山片區(qū)發(fā)展空間廣、潛力大，智能制造人才將成為區(qū)域內(nèi)需求量很大的人才之一。

目前，武陵山片區(qū)制造產(chǎn)業(yè)整體還處于機械化、電氣自動化、數(shù)字信息化并存的智能制造初級階段，呈現(xiàn)以下3 個特點：

1）流程制造型規(guī)模企業(yè)，如煙草加工企業(yè)、制藥企業(yè)、玻璃制品企業(yè)等規(guī)模企業(yè)，對智能制造生產(chǎn)水平要求相對較高。此外，部分有特殊制造流程的企業(yè)如化工類企業(yè)的關(guān)鍵工序和產(chǎn)線實現(xiàn)了一定程度的智能制造。

2）離散制造型規(guī)模企業(yè)，如橋隧裝備制造企業(yè)、農(nóng)林畜牧類企業(yè)、農(nóng)機企業(yè)等，對智能產(chǎn)品的升級和改進需求較迫切。企業(yè)由于生產(chǎn)場地大，有對遠程安全監(jiān)測與控制、農(nóng)地牧場土壤數(shù)字化信息服務(wù)、自適應(yīng)收獲機器等各種需求，智能制造人才需求較為迫切。

3）產(chǎn)業(yè)升級帶來了對高性能設(shè)備管理使用的智能制造人才需求的增加。

2 武陵山片區(qū)智能制造人才能力特征要求解析

基于新一代信息技術(shù)與先進制造技術(shù)深度融合的智能制造，是一種具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)等功能的新型生產(chǎn)方式[4]，崗位對傳感器技術(shù)、機器人技術(shù)、先進數(shù)控裝備技術(shù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、數(shù)字孿生技術(shù)等高新技術(shù)要求較高。以個性化定制為特征的用戶中心生產(chǎn)管理新模式，對大數(shù)據(jù)、群體智能、人機融合等知識應(yīng)用要求越來越高，只有計算機、電子通信、數(shù)字控制、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)高度融合到制造設(shè)計與生產(chǎn)管理每個崗位，才能使智能制造流暢地完成產(chǎn)品生命周期各環(huán)節(jié)的生產(chǎn)活動。武陵山片區(qū)地處山區(qū)，山區(qū)智能制造相關(guān)產(chǎn)業(yè)有一定的需求，主要包括：以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為中心的智能制造，如山地丘陵作物耕種收機械；以交通服務(wù)為中心的智能制造，如路橋修建、使用、管理的設(shè)備；以食品、藥品深加工生產(chǎn)的智能制造產(chǎn)線等。武陵山片區(qū)的智能制造人才要求有如表1 所示的能力特征：

表1 智能制造人才能力特征結(jié)構(gòu)

1）知識能力特征：有厚實的電子技術(shù)基礎(chǔ)，能夠快速地掌握各類集成電子電路板、芯片的使用與開發(fā)；有計算機軟硬件基礎(chǔ)，能夠應(yīng)對各類數(shù)據(jù)流的傳遞與交流，能較好地應(yīng)用與開發(fā)高級語言支持的各種智能工具，如工業(yè)機器人、傳感器等；有扎實的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計知識與工藝水平，能夠很好地表達產(chǎn)品的三維結(jié)構(gòu)，并應(yīng)用智能技術(shù)實行制造工藝數(shù)字孿生流程。

2）技術(shù)能力特征：能夠應(yīng)用開發(fā)常見集成電子器件，如PLC 控制器；能夠應(yīng)用如示波器、萬用表等工具檢測一定范圍的電子電路；能夠使用大數(shù)據(jù)、云計算等分析處理產(chǎn)品離散性能，有效地找到制造工藝過程中的偶發(fā)事件應(yīng)對處理辦法；能夠操控智能設(shè)備，如機器人、數(shù)字控制制造機床等；能夠比較準確地描述客戶個性化訂制要求，運用工具迅速地表達出可操作結(jié)構(gòu)圖形并進行虛擬仿真。

3）人文素質(zhì)能力特征：具有良好的溝通協(xié)調(diào)能力和合作能力；具有工程推介表達能力，有制訂產(chǎn)品項目的語言文字表達水平；具有高尚的道德品格，吃苦耐勞的情懷與健全的體格，愛崗敬業(yè)的職業(yè)操守，愛黨愛國的理想信念。

3 武陵山片區(qū)智能制造人才培養(yǎng)課程構(gòu)建方案

從人才需求目標出發(fā)制訂人才培養(yǎng)方案，可以反映知識能力培養(yǎng)、技術(shù)能力培養(yǎng)、人文素質(zhì)培養(yǎng)的課程內(nèi)容和課程結(jié)構(gòu)，知識、技術(shù)、素質(zhì)3 者之間既區(qū)別又聯(lián)系，課程之間有融合又有明確的邊界，人文素質(zhì)培養(yǎng)將滲透到知識能力和技術(shù)能力課程內(nèi)容之中。特別地，精神、品格、情懷、境界的培育與養(yǎng)成，將貫穿課程，成為既有具體課程支撐，又融入課程教學(xué)內(nèi)容之中的思政元素[5]。武陵山片區(qū)智能制造人才培養(yǎng)課程構(gòu)建方案如表2 所示。

表2 智能制造課程構(gòu)建方案

3.1 人文素質(zhì)要求的核心是熱愛山區(qū)、扎根山區(qū)、奉獻山區(qū)的職業(yè)情懷

課程應(yīng)介紹武陵山片區(qū)風(fēng)土人情，使大學(xué)生對山區(qū)有較為充分的認知；在智能制造的分析、設(shè)計、施工等作業(yè)中充分考量武陵山片區(qū)獨特的地形、氣候、土壤等自然環(huán)境，從而培養(yǎng)他們熱愛山區(qū)、扎根山區(qū)、奉獻山區(qū)的職業(yè)情懷。

3.2 新工科知識與技能是課程結(jié)構(gòu)的精髓

地方性應(yīng)用型人才培養(yǎng)，不僅要體現(xiàn)地方性，更要體現(xiàn)先進知識與技術(shù)的應(yīng)用，包括先進的信息技術(shù)、遠程控制技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、深度學(xué)習(xí)的智能機器自感知、自適應(yīng)、自決策、自執(zhí)行的人工智能，新的制造工藝，新的制造材料，新型制造設(shè)備等，這些是智能制造特色課程中要準確傳遞的知識架構(gòu)，是課程構(gòu)建中應(yīng)不斷改進的教學(xué)內(nèi)容。

3.3 問題導(dǎo)向式的課程內(nèi)容是課程結(jié)構(gòu)的主要表達形式

問題導(dǎo)向是一種務(wù)實的思維方式[6]，課程通過提出問題、分析問題、解決問題的邏輯構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容、形成教學(xué)案例。生動有趣、豐富多彩的課程內(nèi)容，能夠?qū)W(xué)生帶進專業(yè)領(lǐng)域的深海、行業(yè)的高峰。在解決一個又一個專業(yè)問題的同時，學(xué)生學(xué)會了專業(yè)知識，獲得了學(xué)習(xí)專業(yè)的興趣。項目式教學(xué)是靈活地組織問題導(dǎo)向式教學(xué)的好形式，用由淺入深、由簡單到復(fù)雜、由入門到專業(yè)精通的項目組成課程內(nèi)容，能夠很好地表達智能制造專業(yè)知識體系。

3.4 以學(xué)生為中心的教學(xué)過程是課程結(jié)構(gòu)活的靈魂

“金課”和“水課”的本質(zhì)區(qū)別是教學(xué)效果不同。課程是“金課”，則學(xué)生的課程“獲得感”強[7]，學(xué)生從課程中學(xué)會分析問題、解決問題的能力越強。若學(xué)生在課程中能力得不到提高、學(xué)不到解決問題的辦法，這個課程就是“水課”。為了讓學(xué)生扎根武陵山片區(qū)，課程中就要有更多的武陵山片區(qū)的智能化知識與技能，學(xué)生需要掌握武陵山片區(qū)特殊的智能制造技術(shù)與方案。

3.5 信息化網(wǎng)絡(luò)化的教學(xué)過程是課程結(jié)構(gòu)的重要組織構(gòu)架

智能制造是新一代信息技術(shù)與先進制造技術(shù)深度融合的新工科，信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是非常高效、適宜的教學(xué)工具和教學(xué)實施載體[8]。將新興生產(chǎn)模式與信息化網(wǎng)絡(luò)化控制技術(shù)相結(jié)合，可以讓學(xué)生切身感受智能制造技術(shù)的信息化網(wǎng)絡(luò)化承載和傳播模式。

3.6 學(xué)生自我反思教學(xué)效果是課程評價主體形式

智能制造是一種融合了自感知、自適應(yīng)的制造技術(shù)，與此對應(yīng)，課程教學(xué)也可融合學(xué)生對學(xué)習(xí)的自我評價，以此來促進學(xué)生自身的學(xué)習(xí)成長，這樣才能更加契合智能制造的課程特點。學(xué)生掌握了自我反思的學(xué)習(xí)方法，并通過反思來修正學(xué)習(xí)過程中的不足，就更容易理解智能制造自學(xué)習(xí)、自感知、自適應(yīng)、自執(zhí)行的制造新理念[9]。

4 武陵山片區(qū)智能制造人才培育特色課程及實踐

懷化學(xué)院是懷化市唯一的綜合性應(yīng)用型本科高校，也是武陵山片區(qū)6 個中心城市中重要的本科高校之一，本科專業(yè)有48 個，面向全國27 個省市招生，與美國、英國等18 個國家和地區(qū)的35 所高校簽署了合作協(xié)議，在美國、西班牙、俄羅斯等13 個國家招生①。學(xué)校堅持“建應(yīng)用型學(xué)科、辦應(yīng)用型專業(yè)、做應(yīng)用型研究、育應(yīng)用型人才、建應(yīng)用型大學(xué)”的辦學(xué)方針，“改革創(chuàng)新、穩(wěn)中快進”，立足懷化、服務(wù)湖南、面向西南、輻射全國，以問題為導(dǎo)向，促進應(yīng)用科學(xué)研究，以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標，服務(wù)地方，引領(lǐng)地方經(jīng)濟社會發(fā)展。為辦好工科類專業(yè)，加強智能制造新工科專業(yè)建設(shè)，2022 年5 月，學(xué)校組建了物電與智能制造學(xué)院，為智能制造人才培養(yǎng)提供了更好的辦學(xué)條件。以此為契機，依據(jù)前述智能制造人才需要目標和人才培養(yǎng)課程構(gòu)建方案，我們進行了先進制造技術(shù)課程的建設(shè)與教學(xué)實踐。

4.1 課程框架與教學(xué)設(shè)計

智能制造是一種先進的制造技術(shù)，在智能制造專業(yè)群里開設(shè)先進制造技術(shù)課程，就必須對目前已有的先進制造方法進行歸納總結(jié)，選擇有代表性、武陵山片區(qū)急需的先進制造方法作為課程內(nèi)容。結(jié)合學(xué)校教學(xué)條件，我們將課程劃分為3D 打印技術(shù)、激光雕切技術(shù)、數(shù)控車技術(shù)、數(shù)控銑技術(shù)、智能制造產(chǎn)線5 個模塊，并遵循項目形式重排教學(xué)內(nèi)容，如圖1 所示，課程課堂授課60 學(xué)時，4 學(xué)分。課程突出專業(yè)技能與專業(yè)知識培養(yǎng)，突出問題導(dǎo)向式教程編排。教師在課程實施過程中融入思想政治元素，以學(xué)生為中心、以學(xué)生自我學(xué)習(xí)和自我評價為主線設(shè)計學(xué)習(xí)項目。教師從簡單到復(fù)雜，從人工操作到自動化網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)應(yīng)用，從單個技術(shù)訓(xùn)練到先進制造技術(shù)綜合應(yīng)用，再到智能制造產(chǎn)線開展項目式教學(xué)。在重點難點等關(guān)鍵項目上教師要充分發(fā)揮對學(xué)生的引導(dǎo)作用，充分調(diào)動學(xué)生課內(nèi)課外的學(xué)習(xí)積極性，把控好課程教學(xué)安全問題。學(xué)生不僅要了解智能制造的技術(shù)要求，還要學(xué)會使用、創(chuàng)新智能制造技術(shù)，為服務(wù)武陵山片區(qū)智能制造打下堅實的知識與技術(shù)基礎(chǔ)。

圖1 先進制造技術(shù)課程結(jié)構(gòu)

4.2 課程實施

3D 打印技術(shù)和激光雕切技術(shù)這2 個模塊主要由學(xué)生自學(xué)完成。學(xué)院成立機械協(xié)會這一學(xué)生社團組織，社團以傳幫帶的形式組織學(xué)習(xí)，開展協(xié)會活動，以學(xué)生自主制造完成一定量的作品為考核依據(jù)。在激光雕切技術(shù)模塊實施中，教師要強調(diào)防激光傷害和設(shè)備使用安全，督查學(xué)生安全防護。在這2 個模塊的教學(xué)過程中，學(xué)院鼓勵學(xué)生以滿足片區(qū)需求為目標的創(chuàng)新設(shè)計與成品制造，學(xué)生通過完成競賽如機械創(chuàng)新設(shè)計大賽作品等形式完成課程學(xué)習(xí)。

數(shù)控車技術(shù)和數(shù)控銑技術(shù)這2 個模塊，由任課教師指導(dǎo)學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)。學(xué)生在教師指導(dǎo)下完成自動編程和模擬加工后才能上機床執(zhí)行實體加工。機床操作訓(xùn)練是教學(xué)過程的重點，任課教師先培訓(xùn)一組骨干學(xué)生（6 ～10 人），然后以這些學(xué)生為組長，將學(xué)生分組。在任課教師的指導(dǎo)和督導(dǎo)下，各組長帶領(lǐng)自己的小組成員進行訓(xùn)練，學(xué)生要將自動編程的程序傳輸?shù)綑C床數(shù)控系統(tǒng)，并完成實體加工。在加工實施過程中，教師對精度控制與制造工藝進行詳細講授，引導(dǎo)學(xué)生自主探索機械制造工藝理論和工藝技能。

智能制造產(chǎn)線模塊采用教師演示與學(xué)生探索相結(jié)合的方式進行授課，教師講授產(chǎn)線各模塊功能和操作規(guī)程后，學(xué)生依據(jù)產(chǎn)線實驗指導(dǎo)書自主操作。如圖2 所示，懷化學(xué)院智能制造產(chǎn)線由4 臺機器人，鉆孔、激光打標、沖壓折彎等3 個加工位，1 條橢圓形傳輸線、1 個滑動運輸線、1 個材料庫和1 個工件庫等部分組成。生產(chǎn)流程和控制過程比較復(fù)雜，學(xué)生必須經(jīng)過較長時間的探索才能掌握產(chǎn)線的使用。

圖2 智能制造產(chǎn)線

5 特色課程建設(shè)和教學(xué)實踐的經(jīng)驗

區(qū)域性應(yīng)用型大學(xué)的內(nèi)涵建設(shè)之一是特色專業(yè)建設(shè)，特色專業(yè)的內(nèi)涵建設(shè)之一是特色課程建設(shè)。在地方性應(yīng)用型高校建設(shè)新工科專業(yè)過程中，在仔細調(diào)研區(qū)域內(nèi)新技術(shù)新人才需求的基礎(chǔ)上，教師要利用先進生產(chǎn)工具與技術(shù)，開發(fā)具有地方性的特色課程。從人文素質(zhì)、新工科專業(yè)知識與技能要求、問題導(dǎo)向式課程結(jié)構(gòu)、學(xué)生中心觀教學(xué)方法、信息化網(wǎng)絡(luò)化的教學(xué)資源、學(xué)生自我反饋的評價機制等6 個方面建設(shè)特色課程，并應(yīng)用于教學(xué)實踐，能取得較好的課程建設(shè)和教學(xué)效果。經(jīng)過1 年的教學(xué)實踐，學(xué)生們較好地完成了以課堂教學(xué)為主的數(shù)控車技術(shù)、數(shù)控銑技術(shù)2 個模塊，絕大多數(shù)學(xué)生掌握了3D 打印技術(shù)與激光雕切技術(shù)，并提升了計算機3D 輔助設(shè)計技能，部分學(xué)生掌握了智能產(chǎn)線的操作使用，提升了智能制造技術(shù)能力。通過先進制造技術(shù)課程的建設(shè)與教學(xué)實踐，我們獲得了如下經(jīng)驗。

5.1 需求導(dǎo)向是區(qū)域性特色課程構(gòu)建的活水源泉

教什么是課程建構(gòu)的主要內(nèi)涵，一門特色課程要區(qū)別于其他課程，教學(xué)內(nèi)容是課程特色的重要表現(xiàn)。區(qū)域性本身就是特色，但為了體現(xiàn)區(qū)域性的育人功能，教學(xué)內(nèi)容必須緊貼區(qū)域經(jīng)濟活動需求，特別是對人才素質(zhì)的要求。調(diào)研是尋求特質(zhì)教學(xué)內(nèi)容的重要手段，特別是課程團隊成員廣泛地、深入地實地考察，到典型企業(yè)或社區(qū)進行實踐體驗，甚至參與創(chuàng)新實踐，是挖掘特色課程教學(xué)內(nèi)容最重要的手段。先進制造技術(shù)課程團隊成員為構(gòu)建課程內(nèi)容對懷化市及周邊地區(qū)進行了較為寬泛的調(diào)查[10]，發(fā)現(xiàn)并整理了許多有鮮明特色的教學(xué)案例。

5.2 問題導(dǎo)向、主動實踐是區(qū)域性特色課程需要貫徹始終的教學(xué)方式

課程構(gòu)建不能脫離課程大綱，重構(gòu)課程往往需要教師在教學(xué)內(nèi)容編排上下功夫，在教學(xué)方式上下功夫。學(xué)生在“做中學(xué)”是應(yīng)用型高校課程教學(xué)的有效方法。在實踐中，學(xué)生怎樣“做中學(xué)”形成了很多范式，各有優(yōu)缺點，比如基于工作過程導(dǎo)向的課程范式，也是強調(diào)學(xué)生在“做中學(xué)”的，但是這對課程場景要求較高，投入的教學(xué)成本過高。項目式課程設(shè)計能有效地進行因材施教，達成問題導(dǎo)向、主動實踐的教學(xué)效果。開放式、多樣化的項目執(zhí)行方式很好地照顧了學(xué)生們的學(xué)習(xí)差異，課程特色明顯。在項目實施過程中，學(xué)生們經(jīng)過獨立思考，主動與教師交流，從不同角度發(fā)現(xiàn)項目內(nèi)涵、探索項目實質(zhì)，這使不同學(xué)生有不同的收獲，得到不一樣的學(xué)習(xí)成就。實踐表明，項目式課程結(jié)構(gòu)較為靈活地解決了課程成本問題，能夠擴大課程應(yīng)用場景，保證課程教學(xué)過程流暢。經(jīng)過項目實踐后，學(xué)生們不僅提高了實踐動手能力，提高了獨立思考、團結(jié)協(xié)作的能力，而且還普遍養(yǎng)成反思的學(xué)習(xí)習(xí)慣[11]。

5.3 學(xué)生中心的課堂構(gòu)建要抓住“教”是為了“學(xué)”，為了“學(xué)好”始終要執(zhí)行的“教好”行動

1）學(xué)生的學(xué)習(xí)自覺性與自主性成正相關(guān)，但學(xué)生的自覺性培養(yǎng)也需要設(shè)計與制度保證。實踐表明，項目化模塊化教學(xué)設(shè)計，可以將項目教學(xué)內(nèi)容與生產(chǎn)實際聯(lián)系起來。引入新技術(shù)，加強項目教學(xué)趣味性，能夠較好地吸引學(xué)生的注意力，激起學(xué)生的興趣，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供動力，提高學(xué)習(xí)的自覺性。但教學(xué)管理仍然是十分必要的，如規(guī)定學(xué)生需要完成一定數(shù)量的作品才能保證項目考核合格。將項目管理納入教學(xué)評價中，能夠更有效地督促學(xué)生自覺學(xué)習(xí)。

2）加強課堂外的教學(xué)輔導(dǎo)和督查，組織學(xué)生學(xué)習(xí)是保證課程質(zhì)量的重要措施，是提高課程教學(xué)質(zhì)量的重要保證。地方性應(yīng)用型高校的部分大學(xué)生沒有養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，他們?nèi)匀恍枰蠋焸兘虒?dǎo)。自主學(xué)習(xí)不能是完全放任學(xué)生自學(xué)，教師的課外輔導(dǎo)相當重要，課前督查不能缺少。

3）課堂內(nèi)外結(jié)合能較好地執(zhí)行以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心的教學(xué)方法，提升學(xué)生學(xué)習(xí)能力。我們認為，以學(xué)生的學(xué)習(xí)為中心，不應(yīng)該減少課堂教學(xué)的講授內(nèi)容，而應(yīng)該將課堂外的學(xué)生自主學(xué)習(xí)作為學(xué)生中心的重點。學(xué)生沒有課外學(xué)習(xí)時間的保證，課程教學(xué)很難有高質(zhì)量的項目教學(xué)成果；沒有課堂內(nèi)的教師有效教學(xué)引導(dǎo)，也會使學(xué)生的項目執(zhí)行不理想。課內(nèi)施教，課外拓展仍然是學(xué)生自主學(xué)習(xí)很有效的教學(xué)方法。

區(qū)域性特色課程建設(shè)是一項較為復(fù)雜而又緊迫的工作，它是地方高校培養(yǎng)應(yīng)用型人才、提升服務(wù)地方經(jīng)濟社會發(fā)展能力的重要保障。武陵山片區(qū)高校的智能制造專業(yè)特色課程建設(shè)必須緊扣武陵山片區(qū)的產(chǎn)業(yè)要求，落實以學(xué)生為中心的教育理念，將復(fù)雜的課程內(nèi)容進行項目化重構(gòu)。在教學(xué)過程中，采取學(xué)生自主學(xué)習(xí)與教師跟進引導(dǎo)相結(jié)合的教學(xué)方式，調(diào)動學(xué)生在課堂內(nèi)和課堂外實踐的積極性，能夠取得良好的育人效果。