新工科背景下智能制造专业实践教学模式的构建

引言

当前全球制造业正经历深刻变革，各国为抢占制造业制高点都将智能制造作为核心战略选择，我国则高度重视智能制造产业发展，相继出台一系列政策文件明确要加快培养智能制造领域的专业技术人才，而作为高等教育改革重要举措的新工科建设，更强调面向产业实际需求、突出创新能力培养并推进产教深度融合，实践教学是人才培养过程中的关键环节，影响学生毕业后的职业竞争力和未来发展潜力。在此背景下，高等院校的智能制造专业还面临教学理念更新、课程体系重构、实践教学创新等多重挑战，因此探索构建适应新工科要求的智能制造专业实践教学模式，既是时代发展的必然要求也是高等教育改革的内在需要。

一、新工科背景下智能制造专业实践教学现状

（一）传统教学模式下学生创新实践能力不足

当前智能制造工程专业的教育目标聚焦学生综合能力培养，包含创新能力与实际操作能力这些关键素养，但传统高等教育体系里教学过程常以理论讲授为主，实践环节比较薄弱。学生进大学前的学习活动都围绕考试内容展开，日常生活中没多少动手操作的机会，这种教育背景让多数学生在缺乏创新实践训练的环境中成长，没形成基本的动手能力和解决问题的能力，基础教育阶段对升学率的过度关注，又进一步压缩了学生参与课外实践的空间。

（二）学校实践设施及考核制度不能确保学生创新实践能力的培养

多数高等院校虽然建立了较为完整的校内实践教学体系，但在智能制造工程专业方向的实践布局上仍有明显短板。部分高校的实验设备更新速度滞后，无法跟上行业最新技术的发展节奏，教学中的实验项目大多只停留在已有结论的验证层面，没能引导学生开展探索性或设计性实践活动，直接限制了学生创新能力的提升。新建本科院校因为资金投入有限，实验室建设进度一直很慢，硬件条件满足不了智能制造相关课程对高精度、多学科融合设备的需求。现行的实践成绩评定机制主要依赖学生提交的预习报告、模拟操作表现和实训总结，这些评估方式很难全面衡量学生的实际操作技能和综合应用能力，面对智能制造系统的复杂任务时，现有评价方法更无法有效体现学生的应变能力与创新思维水平[1]。

（三）实践教学基地不能有效发挥培养学生创新实践能力的作用

部分高校的实践教学基地没能有效发挥培养学生创新实践能力的作用，校外实习基地本来是连接学校教育和产业需求的重要桥梁，理论上要为学生提供真实工作环境锻炼实操能力，但多数企业考虑到生产效率，不愿意接纳还没独立工作能力的学生参与一线作业，结果校外实习安排常常流于形式。企业合作积极性不高，一方面是接纳实习生要投入额外人力成本，另一方面是担心影响正常生产流程，导致智能制造领域的典型生产场景很难在实习中完整体现，学生无法获得工业自动化生产线、智能控制系统调试等方面的第一手经验。结果校企共建基地的功能无法充分发挥，学生毕业前没建立起符合现代制造业要求的职业素养和专业技能结构，影响了就业竞争力。

二、新工科背景下智能制造专业实践教学模式的构建

（一）构建基于项目导向的递进式实践教学体系

智能制造工程专业的实践教学体系运用项目导向学习模式，用层次化、系统化的工程项目重构传统教学结构，再按认知规律把实践内容分成基础技能训练、专业能力提升、综合创新应用三个递进层次。其中基础层次聚焦机械制图与 CAD 建模、电工电子技术基础实验、金工实习等入门项目，目的是让学生掌握基本工具使用方法和工艺流程规范；专业层次则包含 PLC 编程与调试、数控机床操作、工业机器人基础编程、传感器检测技术应用等专项技能训练项目，每个项目都设定明确技术参数指标。例如，PLC 项目需要实现不少于 16 个输入输出点的逻辑控制功能，机器人项目得完成 3 轴以上复杂轨迹规划任务；综合层次的项目更侧重跨学科，如智能制造生产线设计与集成、工业互联网平台搭建、智能仓储系统开发，周期要 8-12 周，要靠团队协作完成从需求分析到系统调试的完整工程流程。项目实施时运用敏捷开发方法论，设双周迭代周期，每个迭代阶段都要走需求评审、方案设计、编码实现、测试验证的标准流程。学校还建了项目管理信息系统，能实时跟踪各小组的进度状态、资源配置情况和质量控制数据，保证项目按计划推进 [2]。

（二）建设虚实融合的智能化实践教学平台

高校在实践教学平台建设中运用虚实结合的技术架构，把工业 4.0 核心技术要素集成起来形成完整的智能制造生态系统。虚拟仿真环境依托数字孪生技术构建，里面包含工厂布局设计软件、生产设备三维建模系统、工艺流程仿真引擎和故障诊断分析模块，还能支持大规模并发用户同时在线操作。实体实验平台配置了工业级数控加工中心、六轴工业机器人、PLC 控制柜、机器视觉检测系统和 AGV 自动导引车等核心设备，这些设备之间通过工业以太网实现互联互通。平台运用边缘计算架构，在设备层部署数据采集终端来实时获取设备运行状态、工艺参数和能耗数据，再通过 MQTT 协议把这些数据传输至云端数据处理中心。

（三）建立校企协同的产教融合实践基地

校企合作实践基地采用共建共享模式建设，双方签订长期合作协议明确各自权利义务，形成稳定合作机制。基地功能设置了生产性实训区、技术研发区、技能培训区和成果展示区四个核心区域，每个区域都按照企业真实生产环境的标准来建设。生产性实训区配置完整的智能制造生产线，覆盖原材料仓储、加工制造、质量检测到成品包装的完整流程，学生可以在真实生产环境中完成岗位轮训。技术研发区配备先进实验设备和专业软件工具，能支持企业技术难题攻关和新产品开发项目，师生可以参与企业实际研发任务 [3]。

在新工科教育改革的背景下，智能制造专业实践教学模式的构建是一项系统工程，需要将理论指导、模式创新和实施策略等多个层面协同推进。高校构建科学合理的实践教学体系，能有效提升学生的工程实践能力、创新思维能力和职业发展能力，为智能制造产业发展输送人才。未来技术不断进步、产业持续升级，实践教学模式要在实践中不断完善优化，更好适应时代需求，培养更多高素质智能制造专业人才，助力我国制造业高质量发展。

参考文献：

[1] 杨天兴 ， 刘昊 ， 曾辉 ， 等 . 新工科背景下智能制造专业实践教学模式的构建 [J]. 智能制造 ，2023（6）：124-127.

[2] 吕宵宵 ， 王静 ， 张倩 . 数字化赋能智能制造专业实践教学新模式的研究 [J]. 进展 ，2024（13）：21-23.

[3] 裴永胜 ， 方喜峰 . 新工科背景下智能制造专业工程实践教学改革探讨[J]. 网印工业 ，2024（10）：121-123.