智能制造工程专业“六协同”教学模式研究与实践

赵 琳，刘高鹏

(桂林理工大学南宁分校，广西南宁，530001)

智能制造时代，制造业将实现制造工艺的仿真化、制造过程的数字化、状态信息的实时化，企业对传统的“熟练工种”需求越来越少，而从事产品设计、工艺优化、生产管理等工作，拥有分析问题、解决问题及创新能力的 “能动工种”需求将越来越多。[1]这种转变势必会对应用型本科课程的教学模式提出新的要求。为此，各高校围绕知识、能力、素质和发展的目标要求进行了人才培养方案及教学大纲的改革，这些体系的改革强调整体性、动态性、层次性及关联性，使人才培养与毕业目标有机结合，并取得了较多的成果和经验。但是，这些体系改革的关联性大多只考虑课程知识点对毕业要求的支撑效果，忽略了课程之间的其他关联。因此，课程理念要从局部设计转向系统设计，课程目标要从内容学习转向策略学习，课程结构要从科学逻辑转向行动逻辑，课程内容要从面向对象转向面向过程，课程实施要从教师讲授转向学生行动，课程评价要从结果评价转向行动过程评价。[2]这就要求高校重新对课程和实践进行关联，分析二者在生产过程中的动态逻辑关系，对课程进行分类重组，以项目式的多种协同教学模式培养智能制造所需的高素质复合型人才。

一、智能制造工程专业教学现状

智能制造工程专业集成了产品设计与制造、工业机器人、智能装备、工业物联网、人工智能、维修管理等关键技术，融合了机械工程、控制工程、计算机科学和管理科学等多个领域的最新发展技术，并非几门课程的简单叠加就能实现。[3]目前，智能制造工程专业的教学模式还存在以下四个问题。

第一，没有对专业课程进行分类及模块化管理，同一模块课程之间的实践项目缺乏有效关联，没有实现任务的衔接，难以让学生优化、整合、综合运用所学知识。

第二，在教学过程中常以知识点之间的静态关系构成内容的逻辑网络，但企业需要能解决现实生产中具体问题的人才，这就需要按照生产过程的动态逻辑顺序建立知识点之间的关系。这一矛盾导致知识与技能难以形成强关联，教学内容与实际岗位需求脱节。

第三，创新能力较难融入课程内容及教学活动，学生创新能力的提升难以量化，对创新能力的考核难以实现。

第四，教师缺乏全局观念，无法让学生在项目中感受智能制造系统的整体观念，不利于学生工程综合素质的培养。

二、“六协同”教学模式研究内容

根据智能制造岗位的特点，即每个岗位所对应的能力都不是单一的，是跨越了不同领域的复合工作技术能力，高校智能制造工程专业需要突破针对单一职业能力的课程教学模式进行课程协同教学，融合多学科知识，以培养具备多种职业能力、创新意识和工程素养的智能制造复合型人才。因此，桂林理工大学南宁分校(以下简称我校)智能制造工程专业采用了图1所示的“六协同”教学模式。

图1 “六协同”教学模式

(一)挖掘课程的关联规则——模块协同

鉴于原教学模式与实践和社会需求脱节，我校智能制造工程专业对智能制造课程体系进行了整合、优化、重组，找出了课程间的关联规则，进行了课程间的模块协同处理：首先，按生产过程的动态逻辑顺序重设课程的章节次序，明确课程间的关联度，进行课程资源的整合及优化；其次，为强化学生的大工程思想，培养学生的职业素养，重新设计课程实践项目；最后，根据知识的认知规律调整课程，实现单一能力到复合能力的螺旋式上升。

(二)生产性课程模块关联——平台协同、校企协同

我校智能制造工程专业通过校企合作，采用企业的真实案例进行项目式教学，让学生切实体会生产流程，掌握不同岗位的知识、技能，培养岗位间的协同能力，进而提升复合能力。为此，我校智能制造工程专业通过呈现真实的智能化生产模式情境，即模拟从订单到成品的全过程，包括管理模块(ERP)、设计模块(CAD)、工艺模块(CAPP)、制造模块(CAM)等，按照生产过程的动态逻辑顺序建立模块之间的行动逻辑关系，为学生模拟真实的生产过程。其中，管理模块的生产性课程包括生产管理、仓储管理及智能工厂等，设计模块生产性课程包括产品设计、模拟分析、工艺设计及数控编程等，工艺模块生产性课程包括生产线仿真、物联网技术、工业机器人、PLC编程等，制造模块生产性课程包括数控加工、制造装备、零件检测及识别技术等。

通过项目实践，学生从一名旁观者转化成参与者，实际感受产品从研发到运行的生命周期(构思—设计—实现—运行)。依托我校虚拟仿真实验教学中心和工业级智能制造工厂一虚一实两大教学平台，实现了虚实结合、理实一体，学生能够更安全、低成本、高效地进行学习，进而建立起从整体到局部的直观感性认识，切实体会企业生产过程，培养与其他岗位的协同能力，实现多种能力的复合提升。

(三)多学科工程项目融合——创新协同

传统单一学科内容的实践项目破坏了生产过程的完整性与连续性，使知识目标、课程目标、培养目标碎片化，制约了学生的综合分析能力和创新能力的发展。

以多学科项目融合为行动导向进行课程协同模式改革，可将多学科知识通过工程项目进行任务分级、衔接，使不同学科内容与生产动态逻辑形成对应关系，促使学习与生活、生产之间形成强关联，既能提高记忆的效率，又能提高典型工作过程的迁移度，实现相关课程之间的知识连贯整合，进一步提升学生的分析和探索能力，提高学生的创意水平和创新能力。

(四)多维度教学评价——评价协同

针对制造业由传统向现代转变，能力需求由单一向复合演变，对学生的考核也应由简单的生成性评价向多维度过程性评价转变。传统仅靠结果的单一评价失之偏颇，而多维度评价体系是对学生学习目标、学习过程和学习结果的评价，将复合能力、创新思想、素质要求融入过程评价，建立过程评价与相应能力的关联关系，综合考查学生的实践能力、创新意识和综合素养，最后形成综合能力评价体系。多维度评价体系有助于我校智能制造工程专业了解学生的能力结构、个人优势及发展方向，从而结合企业岗位需要对后续的教学进行调整优化。

(五)课程理念转变——师资协同

我校智能制造工程专业以企业工程实例为教学项目资源，融合多学科知识，使课程模块从产品设计、工艺设计、制造程序到生产线布置进行动态衔接，培养学生的复合能力和职业素养，实现理实一体。项目的完成需要教师团队教学能力突出，职责分工明确，梯队搭建合理，具备专业素养、全局观念和团队合作意识。

三、“六协同”教学模式的开发

“六协同”教学模式开发需从企业岗位能力需求的关联性出发，结合企业工程实例，模拟企业智能化生产模式，通过协同的教学模块培养复合型人才。

(一)模块协同实施

我校智能制造工程专业课程体系依据企业真实生产过程，从订单、产品设计开发、过程策划、生产服务到成品包装的动态生产全过程，将专业课程划分为管理模块、设计模块、工艺模块和制造模块，然后根据各专业课程的特点归入相应的模块，具体如图2所示。

图2 课程体系整合与模块协同

在同一模块中，课程之间的静态关联性较强，知识点之间的联系更紧密。例如，管理模块中的生产管理系统、智能工厂系统和仓储管理系统均为企业部门的管理方法，设计模块中的产品设计、模拟分析、工艺设计和数控编程均为计算机的数字辅助模拟过程，工艺模块中的生产线设计仿真、PLC编程、物联网技术和工业机器人均为对生产资源进行的优化集成，制造模块中的数控加工、制造装备、零件检测和识别技术均为实际加工过程。

不同模块课程的联系则以生产过程的动态逻辑顺序为主，例如：管理模块与设计模块之间，可通过实际管理系统与计算机的数字模拟的复合，缩短产品设计周期、降低研发及生产费用；设计模块与工艺模块之间，可通过设计制造与数字模拟分析的复合，更优质、高产、低耗地制造机器；工艺模块与制造模块之间，可通过制造技术与机器人控制的复合，提高生产效率。

因此， 通过项目实现同一模块及不同模块的课程有机相连，学生可以在模块中、模块间轮换实践，锻炼和提高岗位技能，提高复合能力。

(二)校企协同实施

校企协同是一个逐步演化和递进的过程。首先，与企业的需求精准对接是实施校企合作的前提。因此，我校智能制造工程专业积极开放，敢于突破传统，改变长期以来封闭办学、自我循环的局面，精准对接相关行业的社会需求，融入企业的生产和研发环节、跟上产业技术的进步链条，明白行业的发展趋势和未来。其次，我校智能制造工程专业实现人才培养、科学研究、社会服务、文化传承、国际合作等职能之间的连接和集成，并形成协同效应，在与企业合作时打通人才培养、行业应用研究、职业培训等关键环节，真正使学校与行业、企业间形成协同链条。最后，校企之间要实现更大、更深的交集，从“你中有我，我中有你”变成“你就是我，我就是你”的合二为一。产教双方在这一协同过程中，合作企业利用学校资源，结合自身生产需求，通过任务设计实现项目实施与课程的关联，使知识点之间的静态关系转变为依托生产过程的动态关系，形成知识与技能之间的强关联，让学生能够以所学知识解决实际生产问题，在满足自身人才需求的同时指导高校进行教学改革，强化校企联系，形成教学改革新机制。

(三)平台协同实施

我校智能制造工程专业利用校内虚拟仿真实验教学中心、工业级智能制造工厂两大自治区级教学平台模拟企业真实项目，在线上向学生发布任务，学生利用课外时间在虚拟仿真实验教学中心模拟项目，由指导教师进行点评，最后选择典型方案在智能制造工厂完成生产，实现线上与线下结合、虚拟与现实配合、理论与实践联合。通过各模块在平台的协同，实时研究并解决实际问题，学生成功地从一名旁观者转化成参与者，让教学达到“亲临现场、认识事实、探讨规律、启发思路、提高能力、掌握技能”的要求。

(四)创新协同实施

在课程实践模块中，我校智能制造工程专业增加了创新实践能力培养环节，通过基础训练、综合训练、创新训练，分层次引导学生参与实践，培养学生的实践能力，最后实现学生自主创新实践能力的螺旋式上升。

具体来说，该环节依托模块协同(四模块)，通过课前引导查阅资料、拟订方案，课中小组讨论、合作学习，课后完善优化、提升能力，实现基础、综合、创新的三层次训练，促使学生实现从基础理论、工程实例应用、设计思维表达、创新设计能力到智能制造能力的提升。同时，通过不同能力结合(五结合)，即理论与实践相结合、虚拟与现实相结合、应用与科研相结合、项目与工程相结合、管理与企业相结合，将创新能力融入教学过程的每一个环节，提升学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。在此过程中，鼓励采用头脑风暴式讨论，提倡质疑批判，营造带头创新、允许失败的氛围，培养学生的科学思维和创新意识，激发学生创新的积极性和主动性。实践能力培养与创新协同框架如图3所示。

图3 实践能力培养与创新协同

(五)评价协同实施

针对智能制造时代企业对高素质复合型人才的需求，我校智能制造工程专业的评价体系实现了向注重过程、多方参与、可量化考核的协同评价的转变，具体如图4所示。

图4 复合型人才培养与评价协同

在以成果为导向的教育思想中，学生学习成果是教学过程中和教学完成后表现出的教学结果，能够明晰地展示学生的学习行动。教师需根据预期的学习成果逆向设计学习内容及教学方案，同时不断调整学习成果的评价标准，让学生明确各阶段的学习方向，引导学生研究学习内容，促进自主学习。

协同评价要体现对综合能力、创新能力、职业素养等复合能力的考核，评价的指标包括理论评价、实践评价、沟通评价、表达评价、创新评价等，可通过随堂测试、课前任务、小组讨论、上台演讲、完成设计、实践操作等形式量化，最后形成对综合能力的评价。这样的评价体系更为全面，更能让教师判断学生学习的质量和水平，为动态调整教学内容提供依据，也为企业选拔人才提供出发点。

(六)师资协同实施

智能制造工程专业涉及自动控制、加工制造、设计模拟、运行管理、系统集成、诊断维护等多个学科领域，为开展专业课程协同教学，要求教师掌握全部学科领域知识是不现实的。因此，只有通过教师团队建设，充分发挥团队协作的优势，实现各课程间的联系，并提升师资团队的工程化教学能力，强化对实践教学的指导，才能实现智能制造工程专业的专业课程协同教学。

为此，我校智能制造工程专业在教师协同上进行梯队建设，夯实师资团队基础，同时提倡多维发展，培育专业领军人物，再通过细分培养项目，实现了高层次、多样化师资人才储备。另外，智能制造工程专业还鼓励教师“走出去”，深入企业生产一线了解行业发展新态势，开发校企合作项目，在发挥高校的人才优势实现科技创新的同时，最大限度地发挥科研对教学的反哺作用，提高人才培养质量。

四、结语

随着产业升级，“智能制造”将成为未来制造业发展的必然趋势，企业在转型升级过程中存在着人才严重匮乏的问题。我校智能制造工程专业的“六协同”教学模式通过分析生产过程的动态逻辑关系，对课程进行模块协同，依托项目式的校企协同、平台协同模拟企业的智能化生产流程，在创新协同引导下，学生的创意水平得到了提升，创新能力得以增强，实现了多维度的师资协同、评价协同，保障教学目标顺利达成。实践证明，“六协同”教学模式契合企业对高素质复合型人才的需求，有助于学生综合能力、创新能力和职业素养的提升。