基于学习产出的智能制造人才培养模式研究

学习结果的评估体系构建及师资队伍建设等四个方面阐述了新形势下的人才培养模式，力争破解当前制造业变革发展但人才培养相对滞后这一矛盾。

关键词：智能制造；人才培养质量；工程教育认证；中国制造2025；OBE模式

中图分类号：G718 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2017）07-0036-06

一、研究背景

智能制造需要什么样的人才？周济院士指出：智能制造是一个大系统工程，要从产品、生产、模式、基础四个维度系统推进，其中，智能产品是主体，智能生产是主线，以用户为中心的产业模式变革是主题，以信息-物理系统（CPS）和工业互联网为基础。由此可见，智能制造覆盖产品全生命周期及企业运营管理的方方面面[1]。从机械专业本科人才能力需求角度来看，新模式下的制造企业对于机械制图及计算机辅助制造（CAD、CAM）的应用能力要求越来越高；对机械、电气等基础知识的要求，如电工电子技术、精度检测与公差配合、液压与气动技术应用、编程等将成为所有岗位的必备技能，必须人人过关；人机工程、CAPP、加工过程动态仿真、物联网、云计算、大数据等新技术也需要学生有所了解[2]。除了专业技能外，学生的综合素质也是关键因素。国际工程界推行的工程教育认证一一华盛顿协议所要求的毕业12项素质是：工程知识、问题分析、设计/解决开发方案、研究、使用现代工具、职业规范、沟通、团队合作、工程与社会、环境和可持续发展、项目管理、终身学习[3-4]。12项能力要求里面后7项无疑与企业所要求的品质相契合。

那么，如何培养出智能制造所需要的且符合12项毕业要求的合格人才？目前看来，基于学习产出的OBE（即Outcome Based Education）教育模式卓有成效[5-6]。自美国工程认证委员会（ABET）颁布和实施重视学生产出的EC2000认证标准后，从上世纪末开始，欧美各国工程教育认证组织都先后改革认证标准，视学习产出为一项重要的质量准则，并由此延伸开来，在国家学位标准、高校教育目标、专业培养计划中都以学习产出为重要质量准则[3]。汕头大学执行校长顾佩华教授长期积极推动中国工程教育的改革和实践CDIO（构思—设计—实施—运作）工程教育模式，近年来特别强调基于结果（OBE）的工程教育，汕头大学也对高水平OBE工程教育模式进行了全方位的、卓有成效的实践，对本课题具有重要的借鉴意义[7]。安徽理工大学“双创”成果导向下的工程教育体系取得了初步成效[8]。北京交通大学采用OBE理念创新了本科实习模式，将毕业能力有机地导入实习模块和工程模拟训练中，知识点环环相扣，全程跟踪和评估实习过程，实现了“因材施教”的目的[9]。华侨大学研究了基于OBE理念的工程教育认证下精细化工工艺课程教学改革，促进了精细化工工艺课程教学质量的持续改进[10]。笔者主要探讨智能制造背景所需的知识、技能、素养，采用OBE理念，研究面向智能制造的人才培养新模式。

二、智能制造模式下基于OBE理念面向产品全生命周期的课程体系设置

本文参照毕业要求的12项能力，以OBE理念为指导，以第一、二、三课堂为平台，以智能制造的产品全生命周期构建的课程体系为根基，为智能制造培养合格的工程应用型人才，研究模型如图1所示。第一、二课堂的教学目标是打牢智能制造所需的基础知识技能，第三课堂则以培养综合素质为目标。

各项能力、素质的培养需要载体。笔者将智能制造的产品全生命周期设置的课程体系作为载体，如图2所示。该体系包含DMCAM五个模块，即设计模块（Design）、制造模块（Manufacture）、控制模块（Control）、装调模块（Adjust）、管理经营模块（Management）。DMCAM五模块与第一、二、三课堂的具体内容一一对应，且融入智能制造的理念和技术。在教学过程中，由大小项目贯穿。项目是按照OBE理念设计的，设计原则是既源于企业又符合教学规律，由浅入深、由简入难，既全面又有针对性。如普通机床模型、数控机床模型、生产线模型等。将这些项目分解到DMCAM五个模块的各个环节課程，每个小环节都设有评估检测，并在最终的实训环节以小组形式提交制作模型。

设计模块：主要培养学生的机械设计能力，包括识图、制图能力，计算机应用能力，常用机构种类及应用、校核、仿真能力等，由以下各环节实现：第一课堂理论课包含通识课程（高等数学、大学物理）、专业基础课程（机械制图、理论力学、材料力学）、专业课程（机械原理、机械设计、机械创新设计、机械CAD/CAM、夹具设计）、选修课程（冲压模具设计）等组成；第二课堂实践课包含理论课程对应的实验及课程设计，如物理实验、部件测绘课程设计、企业认知、三维造型设计、机械设计课程设计、机械创新实践、夹具设计课程设计、制图强化训练；第三课堂主要是课外训练，包括课外训练及竞赛。课外训练是学生利用课余时间进行CAD、CAM的大量练习，由机械CAD/CAM协会组织；竞赛分为校级、市级、国家级三个层次，如校级CAD/CAM竞赛、天津市投影制图竞赛、全国应用型人才技能大赛（创新创意设计大赛）、CaTICs网络赛、教育部信息中心赛项等。设计模块里主要讲解普通机床、数控机床、生产线模型的机械结构。

制造模块：通过三类课堂的有机结合，培养学生实际操作能力、解决机械工程问题的能力。该模块充分发挥我校制造强项，以机械制造核心课程为主线，辅以智能制造领域的3D打印和数字化制造等相关技术。第一课堂理论课包含专业基础课程（工程材料及成型技术、互换性与测量技术）、专业课程（金属切削原理及刀具、金属切削机床、数控机床及编程、金属切削工艺、数控加工工艺、快速成型技术、特种加工）、专业特色课程（现代切削刀具与工量仪使用技术）、选修课（塑料成型工艺及设备）等。第二课堂包含理论课程对应的实验、金属切削原理及机床课程设计、工艺课程设计、实训（职业技能训练与鉴定、技能拓展训练）等。第三课堂由学院的创新协会组织平时的训练、竞赛，比赛包含学校“松正杯”机器人大赛、新伟祥作品比赛、天津市“机械创新设计”大赛、天津市“挑战杯”大赛、全国大学生“挑战杯”大赛、全国“机械创新设计”大赛、全国应用型人才技能大赛（机械设计与制造综合技能大赛）。制造模块里主要讲解普通机床、数控机床、生产线模型的加工及装配的工艺。

控制模块：机械专业的学生学习电路、编程、控制类的课程总是觉得吃力，教师也觉得教学效果不佳。本课题拟以智能制造所需要的技术为主线，打造电工电子技术、C++语言程序设计、液压与气动控制技术、计算机工业控制、传感器与检测技术、机床电控及PLC、机械控制工程、机器人技术及应用的控制类课程群。第二课堂由液压与气动课程设计、机电一体化训练组成。本模块的开设主要为了拓宽机械专业学生的思路，满足智能制造的需要，也为制作各种智能机构、参加各类比赛进行控制类知识和技术的储备。控制模块里主要讲解数控机床、生产线模型的控制系统。

装调模块：主要由技能拓展的实训环节、毕业实习、毕业设计完成。装调模块里主要进行普通机床、数控机床、生产线模型的装调、测试。

管理经营模块：本模块涵盖的内容丰富，主要培养学生情商，如沟通、团队合作、职业规范、工程与社会、环境和可持续发展、项目管理、终身学习能力等。第一课堂里包括大学英语、思想政治、近代史、生产运营管理等；第二课堂包括科技文献写作实践、师范教育技能训练、微格教学、教育实习等；第三课堂包括师能展示月活动，由教育家协会负责训练和比赛。

第一课堂侧重理论讲解，知识点细化，打牢解决复杂工程问题的基础，包括设计实验、分析与解释数据，并通过信息综合得到合理有效的结论。

第二课堂由实验、实训、课程设计、毕业设计组成，在实验室、实训室完成。充分发挥我校的国家级实验实训中心的特色，学生可以参加钳工、加工中心、数控车、车铣复合、三坐标测量、数控程序员的培训，并可以获得相应的资格证书。拓展训练里还可以进行五轴编程、线切割、电火花、快速成型的训练。在实践中训练熟练使用CAD、CAM、CAPP等智能设计所需软件的能力，培养职业规范能力、沟通能力、使用工具能力、解决复杂问题的能力等。

第三课堂由三层次28模块竞赛（如下页图3所示）、课外20学分组成。其中，竞赛由国家级、市级、校级三个层次以及基础素质、专业技能、创新应用三个维度组成，形成从普适到拔尖人才培养的模式，侧重培养沟通能力、团队合作能力、工程伦理、社会责任感、环境和可持续发展能力、.项目管理能力、创新创业能力等。在实验室、实训室、赛场、企业完成。充分发挥学生社团的作用，由教师带领机械CAD/CAM、机械创新协会、教育家协会等社团完成训练和参赛各环节工作。实践证明，竞赛过程是对学生全面锻炼、提升的过程，经过比赛训练的学生在毕业设计环节及工作中表现得游刃有余。因为比赛不仅考察知识、制作能力，更重要的还有宣传页的构思制作、答辩演讲、参赛的组织等多方面锻炼，是锻炼沟通能力、合作能力、责任感、项目管理能力的好时机。所以，本课题拟将比赛环节与第一课堂有机结合，贯穿教学始终。课外20学分由智能制造的系列讲座组成，拟聘请智能设计、智能生产、智能管理、物联网等行业专家以讲座的形式将智能制造的关键技术和理念传输给学生。此外，学校已与哈量、沈阳机床、大连机床、虚拟软件公司、职业院校建立有长期的合作关系。校外基地不仅可以提供实训场所，还提供教学用项目，来源于实际的项目最有效。

三、 四位一体的教学方法

课程体系的实现还需要有活力的教学内容和教学方法。笔者采用理实结合、虚实结合、传统与现代先进技术结合、学校与企业实践结合的四位一体的教学方法。

理论和实践结合是行之有效的教学和学习的方法。本专业的优良传统就是理论课程和实验课程有机结合，实训环节贯穿学习的全过程，实践环节在培养方案的占比高达40%。实践证明，学生的动手能力在工作中得到用人单位的认可。本专业还将继续沿用理实结合的方法，注重培养学生的创新意识、创新思维和创新能力。

虚实结合，形成课程资源包（含微课、PPT、视频等）、虚拟仿真装备、实物实训装备“两虚一实”的数字化资源与实物装备于一体的教学模式，如图4所示。目前，虚拟仿真技术的应用日益广泛。虚拟仿真技术对于教学也有事半功倍的作用，提高了教学效率，降低了教學成本，培养了创新意识，激发了学习兴趣。一些难于理解的知识点，如刀具角度的认识、顺逆铣削、坐标系的关系等，可以制作成微课；一些常识和技巧，如科技论文写作、制图方法等，也可以制作成微课，供学生随时学习。购置一些虚拟仿真软件，如数控机床的拆装软件、数控加工仿真软件等，可以在进行实物拆装和加工前进行仿真训练，极大地提高实践教学效率，降低实践教学成本；在一些虚实结合的软件上开发虚拟机构，采用真实的单片机或PLC控制样机，提高样机开发效率，为比赛赢得宝贵的时间；另外，还可以开发或购置各种虚拟的智能制造的生产线，实现在校园里就可以感受智能制造的生产环境。在虚实结合的学习过程中，让学生感受并掌握数字化设计、制造的方法。

传统与现代先进技术结合。面向制造业的人才能力需求现状与专业知识结构，需要夯实传统技能，强化专业素质，如机床、画图、设计的基本常识和基本的工艺知识，打牢编程基础；同时面向智能制造发展现状及趋势，有针对性地对接、强化先进制造与高端制造技术，如机器人应用技术、3D打印技术、制造物联技术及智能生产技术等。注重传统技术与现代技术培训的衔接过渡。

学校与企业实践结合，理论学习与实践实训深度融合、深度互动。在与企业合作过程中发现了一些问题，比如有些工程师技术高超，但讲解乏味，缺少教学方法；再如，企业的某一工种的技术单一，单纯的定岗实习达不到真正的训练目的。笔者提出的校企合作、产教融合采用教师深入企业一线，参与企业具体工作，把企业的经验、工艺、生产流程变成易于学生接受的方式，循序渐进地融入到课程体系中，同时根据新技术、新模式的发展不断充实实践内容，促进企业发展。

四、面向学习结果的评估体系构建

在微观上，对每个学生的每个模块设计每门课程的评价指标，课程的评估体系采用在线考试闭环控制”和“形成性评价”。对于教师每门课程的教案由以前的知识目标转变为知识目标、技能目标、能力目标。在宏观上，设计用人单位、毕业生的评估体系，从而形成双闭环的评估体系，为教学效果保驾护航。

各模块的评价体系如表1所示。质量评价等级标准及内涵如表2所示。

五、充满活力的“双师型”师资队伍建设

OBE培养模式对教师提出了更高的要求。OBE不限定教师采取什么样的教育方法和教育内容，只通过指定阶段性的学习期望为教师指明方向。汕头大学在实践中也提到教师要花大量精力与时间用于学生的个性化辅导、教学文档撰写、构想预期学习产出、设计教学策略及评估等，教师承担着繁重的教改任务[1]。所以，OBE教育模式既为教师充分展现教育艺术实现既定目标提供了广阔空间，也对教师自身的知识结构、能力、素养提出了更高的要求，尤其强调热爱教育事业的敬业精神[11]。

首先，通过全员参加学校举办的教师“双师杯”技能培训、参加特色培训、参加国际会议、直接参与企业生产等形式增强教师自身的能力。秉承送出去、请进来的理念，对青年教师进行沉浸式培养及国际化合作与服务。聘请企业技术人员做技术讲座和专项辅导，与企业一线人员面对面。培育一大批既有深厚的理论知识、又有扎实的实践基础的高素质“双师型”一体化师资。

其次，及时了解学生是否达到了阶段性教学目标，根据结果及时调整资源配置、师资培训和学生辅导等工作。教師也明确了自己在教学质量提升过程中的责任，不断改进工作。

通过第一、二、三课堂的有机结合，理、虚、实结合，全方位、多视角培养学生的多方面能力。按照智能制造的产品全生命周期设置课程体系，形成DMCAM五个模块，即设计模块（Design）、制造模块（Manufacture）、控制模块（Control）、装调模块（Adjust）、管理经营模块（Management）。DMCAM五模块与第一、二、三课堂的具体内容一一对应，以期在基于学习产出的智能制造人才培养模式指导下培养出一批高素质、高质量的人才。

参考文献：

[1]周济.智能制造“中国制造2025”的主攻方向[J].中国机械工程，2015，26（17）：2273-2284.

[2]智能制造对企业岗位及人才需求的影响及前景分析[EB/OL].[2016-09-07].http：///question

/2302.

[3]孙娜.我国高等工程教育专业认证发展现状分析及其展望[J].创新与创业教育，2016，7（1）：29-34.

[4]周绪红.中国工程教育人才培养模式改革创新的现状与展望——在2015国际工程教育论坛上的专题报告[J]高等工程教育研究，2016（1）：1-4.

[5]Dejager，Nieuwenhuis.Linkages Between Total Quality Management and the Outcomes-Based Approach in an Education Environment[J].Quality in Higher Education，2005，11（3）：251-260.

[6]凤权.OBE教育模式下应用型人才培养的研究[J].安徽工程大学学报，2016，31（3）：81-85.

[7]顾佩华，胡文龙，林鹏.基于“学习产出”（OBE）的工程教育模式——汕头大学的实践与探索[J].高等工程教育研究，2014（1）：27-37.

[8]李坤，伍广，李雪斌.“中国制造2025”背景下地方高校工程人才培养新模式[J].教育教学论坛，2016（5）：256-257.

[9]周春月，刘颖，姚东伟.OBE理念下的本科生毕业实习创新模式研究[J].实验技术与管理，2016，33（10）：19-22.

[10]甘林火.工程教育认证背景下精细化工工艺课程教学改革的思考[J].教育教学论坛，2017（4）：130-132.

[11]刘荣，万丽丽，袁芳.OBE理论视角下高校课程学习评价研究[J].中国轻工教育，2016（1）：15-17.

（责任编辑：杨在良）

推荐访问:产出 人才培养模式 智能 制造 研究