《职业院校智能制造导论课程研究》

2021年教育部对《职业教育专业目录》进行更新，增设了智能制造工程技术、智能制造装备技术、人工智能技术应用等新专业。从《职业教育专业目录》的专业名称、核心课程、专业拓展课程三个维度进行分析，强调专业“数字化”“智能化”升级以适应经济发展方式转变和产业结构调整的要求，智能制造工程技术等“新工科”专业是现代教育适应科技高速发展与产业变革的重要路径，而当前高职院校与应用型本科院校“新工科”建设普遍存在学科壁垒、专业藩篱等问题，因此有必要面向全校开设智能制造导论课程。智能制造导论作为一门需求量大、受众面广、复合程度高的课程，能够让学生系统性地认知智能制造领域，让学生了解智能制造相关技术，启发学生思考智能制造对其未来职业发展的影响与意义。面向全校开设智能制造导论课可以让不同专业的学生打破知识壁垒和思维禁锢，去理解智能制造在各自专业方向上的应用，同时有利于跨专业培育专业教师团队。

一、面向职业教育的智能制造导论课程问题现状

（一）智能制造相关导论课程开设现状

当前，智能制造相关的导论课程各专业单独开设的如“机械工程导论”等专业导论课和“先进制造技术基础”等领域技术基础课程。专业导论课能使学生了解所学专业发展、专业内涵与特点、课程体系与未来职业发展等，帮助学生形成较系统的专业认识，以“机械工程导论”为例，通过机械工程所涉及的基本知识、领域技术与发展趋势，学生对专业研究领域和技术方向有较为清晰全面的认识。“先进制造技术基础”通常作为技术基础课帮助学生了解先进制造技术的内涵、体系结构与发展趋势，由于新一代人工智能技术与现代制造技术的深度融合，“先进制造技术基础”需要进一步体现“数字化”“网络化”“智能化”，因此有必要升级开设“智能制造导论”课程。

目前已有本科院校开设了智能制造导论课程，如同济大学自2015年起面向全校学生开设34课时的“工业4.0导论”选修课，2018年该课程更名为“智能制造导论”，湖南工学院2020年起面向智能制造工程专业在新生入学第一学期开设16课时的“智能制造导论”作为学科基础课。职业院校由于缺乏开设智能制造导论课程的教学团队，已经开设本课程的学校比较少，但从2022年开始有许多职业院校开设或计划开设，特别是很多“双高”建设院校都纷纷将本课程列入教学计划，如湖南工业职业技术学院、九江职业技术学院、湖南铁道职业技术学院等“双高”职业院校在2022年开始开设“智能制造导论”课程，其中湖南工业职业技术学院面向全校开设该课程。

（二）智能制造导论课程建设的难点

导论课程需要具备较强的普适性、前沿性，需要根据学生情况、面向专业、教学软硬件条件等多种客观变量条件进行设计，面向全校开设的本课程内容上需要涵盖智能制造技术体系，课时上需要符合教学实际要求。教学组织与课程实施要求授课老师具备多个领域的专业知识与技术能力，目前本科院校智能制造导论课程多由3名以上智能制造领域内教授专家以讲座的形式各自负责独立的专题，这样开设的导论课程能让学生了解领域前沿技术发展，激发学生学习探究智能制造领域技术的兴趣，但是课程缺乏体系，专题之间缺少衔接，讲座形式无法支持学生深入体验智能制造领域新技术。职业院校从事研发领域前沿的教授专家较少，以多位专家讲座方式开展的教学活动实施难度较大。另外，受到实训实践条件限制，不足以支持院校开展领域实践教学，导致导论课程缺乏实践教学。

（三）智能制造导论课程研究现状

目前面向职业教育的导论课程建设较少。范春萍从课程类型上可分为基础课和拓展课，从课程覆盖面将导论课分为学业导论、学科导论、专业导论、课程导论四个层次，从授课时间节点分为前导型导论和续导型导论。罗嘉庆基于新工科背景，构建了工程认知体系，通过知识概述、理论引导、思维培养、实践训练、伦理教育五种教学途径，完成了知识思维，理论实践，能力素养的转化。苏春提出利用工程导论与综合性课程结合的方式，通过案例向学生展示工程问题，全面提升学生的专业素质。加强理论基础、专业知识与应用研究的渗透，培养学生解决真实工程问题的能力。邱秧琼认为“工程导论”的目标是让大学生树立未来工程师的工程意识，打造学生自身的知识能力结构，让学生为未来的职业生涯与发展做好准备。智能制造导论不是课程导论或专业导论，是面向智能制造领域的一门技术基础课程或技术认知课程，可以属于工程导论范畴。面向职业教育，如何针对不同专业的学生对课程进行定位，教学内容设计，教学活动组织等问题，成为智能制造相关专业的专业建设者与智能制造教育研究者面临的课题。

二、智能制造导论课程定位

课程定位是一个动态过程，不同的学生情况、不同的专业和不同院校的定位目标将会影响课程定位，智能制造导论课程定位同时还需要考虑区域经济、行业特色要素。在高等职业本科、专科开设智能制造导论，其课程定位的广度和深度基本一致，下面以高等职业本科与专科专业为主进行分析。

（一）专业与智能制造相关性分析

智能制造的核心内容包含智能制造装备、智能工厂、智能服务等内容，主要覆盖的专业包含装备制造大类专业和电子与信息大类专业，将这两大类划分为直接相关，而其他大类中有部分专业如建筑材料智能制造、化工智能制造工程技术与智能制造直接相关，其他专业则认定为间接相关。在直接相关中根据专业的数字化、网络化、智能化的体现程度划分为强、弱相关，强相关专业指的是在离散型与流程型智能制造当中信息技术、智能技术与装备制造技术深度融合与集成应用的专业，弱相关专业则是在智能制造大环境中培养专门领域技术技能的专业。应用型本科院校可根据专业学科门类及学校培养特色进行划分，见表1。

（二）面向不同专业的课程定位

强相关专业是在从事智能制造工厂设计开发、系统集成应用、安装调试与运行管理等工作的专业。智能制造导论面向强相关专业的定位是一门专业领域基础课，帮助学生形成较系统的领域认知，引发学生对后续系列课程的学习兴趣，为今后的专业学习做铺垫。帮助学生构建较为系统、完整的知识体系认知，培养学生的工程观念和职业素养，提高民族自信与使命感。而在实际教学过程中，智能制造装备技术等强相关专业的课程体系中包含了大量智能制造相关基础课程与实践，如：工业机器人技术、数控技术等。导论课程作为课程体系的一部分，课程目标不宜与其他专业课程重复。

弱相关专业的培养目标通常是掌握某一具体行业的基础理论与技术技能，在专业领域从事相关技术工作。间接相关专业如临床医学类、工商管理类、语言类等专业所处领域虽然不与智能制造直接相关，但随着智能制造与各领域互相渗透、互相促进，智能制造在生物制药、医疗、食品饮料等多个行业将发挥巨大作用，各个专业学生有必要加强对智能制造领域的认知。这两类专业均可将智能制造导论作为校级通识课进行授课，制定相同的课程目标，面向这两类专业要求学生了解智能制造的内涵与发展趋势，认识智能制造体系，学习基础的智能制造技术，培养学生良好的工程文化素养。另外，目前比较少有院校为弱相关专业与间接相关专业专设智能装备技术或赋能技术的课程与实践，因此需要加强这些专业的智能制造导论课程中的实训实践教学，通过理论教学理解智能制造相关的基础知识与应用场景，在实训实践中增强领域技术认知。

（三）针对不同定位的课程目标设计

课程目标是课程实施的基本依据，智能制造导论课程的培养目标可以通过结果性目标、程序性目标、体验性目标等三个维度来描述（表2）。

结果性目标指对学生学习结果的描述，即在知识与技能方面所要达成的目标；程序性目标指在教师的引导下，掌握达成结果性目标的具体过程与方法；体验性目标是学习过程和结果的主观经验、职业素养、情感态度与价值观。三类专业都要注重团队协作、工程素养、爱岗敬业，因此体验型目标可保持一致。而强相关专业在专业技能与知识要求更加强调对于智能制造技术体系的整体认知，而弱相关与间接相关则更侧重智能制造技术的认知与理解。

三、智能制造导论课程设计

确定课程定位后，需要对智能制造导论课程的教学内容进行设计，本研究通过智能制造技术体系分析与典型教材分析对完成职业教育智能制造导论课程设计。

（一）智能制造技术体系分析

2021年11月工信部颁布了《国家智能制造标准体系建设指南（2021版）》，对智能制造标准体系结构进行了阐述，关键技术标准是智能制造系统架构智能特征维度在生命周期维度和系统层级维度所组成的制造平面的投影。智能装备聚焦于智能特征维度的资源要素，在产品制造、物流、使用和服务过程中，能够实现自感知、自诊断、自适应和自决策等功能。智能工厂聚焦于智能特征维度的资源要素和系统集成，在技术层面智能工厂具备全面数字化、制造柔性化、工厂互联化、高度人机协同和过程智能化等特征。智能服务对应智能特征维度的新兴业态，借助产品与服务的融合，完成分散化制造资源的有机整合与不同类竞争力的高度协同。智能赋能技术对应智能特征维度的资源要素、互联互通、融合共享、系统集成和新兴业态，包含了数字电路与集成电路等数字化技术、工业大数据与云计算等网络化技术、人工智能等智能化技术。智能制造需要以新一代人工智能技术的战略性突破和快速转化为现实生产力的核心特征，由数字化、网络化、智能化技术三者共同发挥赋能作用（图1）。

（二）智能制造导论典型教材分析

教材是课程内容的直接物质载体，智能制造导论是当前教材开发工作的热点选题之一。据统计，高等教育出版社、机械工业出版社、清华大学出版社等出版机构在近三年出版了20余本智能制造导论教材，周济、李培根和刘强等智能制造领域顶级专家都在近年编写了具备强影响力的智能制造导论或概论教材。

由智能制造领域顶级专家主编的教材，具备格局大、宽纵深、内容实、高浓缩的特色。以高等教育出版社出版，周济、李培根主编的《智能制造导论》为例，由周济、李培根、李伯虎、谭建荣、卢秉恒、柴天佑、屈贤明等多名专家共同编写，该书的定位是高等学校师生和企业工程技术人员和管理人员参考。该书全面地对智能制造进行了介绍，对以HCPS为核心的智能产品、智能生产、智能服务进行了解析，对集成电路技术、数字通信技术、数字传感技术、数字控制技术、互联网技术、云计算、大数据、混合增强智能等技术进行了介绍。聚焦智能制造产业发展，紧密结合工程实际，完整呈现了智能制造基础理论、关键技术及行业应用成果。通过三一重工、格力、海尔、华为等行业龙头企业的智能制造应用场景对智能制造技术进行阐述。

面向职业教育的智能制造导论教材，内容精简，可读性强，突出职业性、应用性和工作过程性的特色，以机械工程出版社出版，李晓雪主编的《智能制造导论》为例，该教材面向职业院校与应用型本科院校用于支持智能制造导论课程教学，从智能制造起源、发展、前景、体系到制造装备技术、信息技术、生产管理、制造服务等知识，贯穿了智能制造中的各个环节，涵盖了制造装备技术、工业互联网、工业大数据、新一代人工智能、生产管理等，该书强调工程教学和训练是必修实践性教学环节，重视实践能力的培养，进一步加深学生对智能制造基本理论、专业知识的理解及应用。

教师充分理解教材的编写目的和设计思路是教材使用的基础。导论教材对于教师的专业能力要求与领域知识体系的完整性要求较高，教师在教学设计过程当中需要参考多本教材与智能制造工程技术人员参考书籍，不断提高教学内容和教学方法的适应性。面向职业院校学生而言，智能制造导论教材需要强调基础应用与实践，重视职业发展与素养。因此，本研究推荐学生使用面向职业教育的智能制造导论教材，学生快速直观的理解教材内容。教师充分利用智能制造领域顶级专家主编的教材，完成教学活动的设计，深入浅出让学生能够更好地理解智能制造技术。

（三）智能制造导论课程教学内容设计

智能制造导论课程的教学内容应该以学生为中心，让学生充分理解智能制造对于当前制造业与社会经济的重要性与必要性，激发学习热情与认同感。智能制造导论的知识体系围绕着智能制造技术体系展开，主要教学内容包括智能制造概述、智能制造装备技术、智能制造赋能技术、智能制造生产管理、智能制造服务等五个单元。

一是智能制造概述包括智能制造的定义与内涵、发展趋势、意义、全球发展现状、智能制造体系等内容。介绍中、美、欧、日等国家的智能制造发展历程、技术路线等，使学习者对智能制造领域有一个基础的认知，加强学习兴趣，可通过参观智能工厂或虚拟环境下了解智能工厂/智能产线/智能制造单元，有机融合课程思政元素，强化学生制造强国的使命感与责任担当。

二是智能制造装备技术涵盖机器人技术、增材制造技术、智能检测技术、高档数控机床技术等装备技术。主要讲解内容为智能制造装备技术的定义、特点、发展趋势、系统构成、关键技术与技术体系，弱相关专业可开展工业机器人结构认知、操作编程等实践，加强理解智能制造装备的意义与作用。

三是智能制造赋能技术讲解CPS、大数据技术、新一代人工智能技术、物联网技术、视觉识别技术等技术的定义、特点、行业应用。帮助学生理解新兴技术对于制造业的影响，了解新兴技术与各个生产制造环节、行业领域间的关系，在数字与物理世界融合的孪生空间重新审视和构造专业课程体系与课程内容。

四是智能制造生产管理对制造执行系统（MES）、精益管理、智能制造工厂展开讨论，智能生产是智能制造的主要组成部分，智能生产的主要载体是智能工厂，MES是智能工厂所必须的工业软件，具有指挥和监控制造过程的作用，精益生产贯穿整个生产过程。

五是智能制造服务单元涵盖了协同规划、远程运维、智能个性化定制、智能供应链优化等内容，引发智能制造对于不同专业学生的职业规划的思考。

本研究根据课程定位与教学内容设置对教学课时进行了规划设计（表3），课时设置可为16~48个学时，由于强相关专业的课程体系当中包含大量智能制造相关技术课程，因此课时数可以少，一般为16个学时，最多不超过32个学时，其中实践课时可以安排4~12学时。弱相关与间接相关专业因后续学习当中并没有相应课程，导论课程建议设置为32~48学时，并且应注重实训实践环节的课时数，加深对智能制造装备技术、赋能技术的认知与理解，实践课时安排不宜少于10学时。

四、智能制造导论课程实验实践教学

（一）智能制造导论课程实训实践的目标

面向强相关专业导论课作为一门专业领域基础课，不同于专业导论课，专业导论课主要是以课堂介绍为主，知识内容量大面广但难度较低，而专业领域基础课需要深度理解知识体系与智能制造体系，理论实践一体化的教学组织方式有利于加深智能制造技术体系的理解。通识课程则在思想启迪、价值引领、能力塑造、素质提升，对教学方法提出更高的要求。鼓励学生动手实操，启发学生理解智能制造技术基础和掌握基本技能，通过实践课堂既能增强课堂的趣味性和调动学生积极性，同时加深学生对于智能制造领域的整体概念。

（二）智能制造导论课程实训实践开设路径

1.以HCPS为核心的教学模式

智能制造的本质变化是从原来的“人—物理”（HPS）二元系统发展成为“人—信息—物理”（HCPS）三元系统，CPS是HCPS的重要组成部分，也是“工业4.0”的核心理念，而数字孪生是CPS的关键技术，数字孪生指物理实体、数字网络通信反馈系统与数字虚拟模型组成的系统，而数字孪生体是指排除物理实体后的虚拟模型与网络通信反馈系统，虚拟仿真调试软件是一种典型数字孪生体，学生可通过它进行离线虚拟设计、优化和调试，理解智能设计与智能生产。

2.虚实融合的实训实践开设方法

目前大多数院校的真实设备难以满足面向全校开设智能制造导论的实训实践需求，同时学生们直接用真实设备训练，存在一定的安全隐患，本课程可以采用虚实融合的实训教学方法，安排学生在虚拟场景中自主学习和训练后，再通过实际设备独立完成实训实践项目，这样可以减轻教师的实训教学组织负担，提高学生自主学习能力，同时可以充分发挥真实设备的教学作用和有助于学生对数字孪生和虚拟仿真等技术的认知。

3.综合实训实践项目式教学方法

项目类实践是以工程项目中某一具体环节作为对象开展课程实践。在真实工作中经常需要进行团队合作达成工作目标，通过设定明确的工作场景要求小组成员协同完成实训实践项目，多个学生既有分工又有协作共同去完成某一个课题，在提升学生解决实际工程问题能力的同时培养协同意识。

4.职业素养与工程观念贯穿实训实践全过程

在整个教学过程中要注重培养学生创造力、自我认同、社会责任等通用核心素养，职业道德、安全意识、沟通与合作、自我学习等职业核心素养。在大工程观视域下，现代工业问题被视为是涉及整个生产系统的所有环节，因此体验式实训实践过程中，基于真实智能制造生产线，明晰各个操作环节的岗位作用，以及之间的关联，理解产品全生命周期各阶段的复杂性与完整性。

（三）智能制造导论课程实训实践建设

1.智能制造工厂认知

在智能制造概述的教学单元中，可通过校外实地工厂参观、校内实训基地完成智能工厂认知实践，也可以利用智能工厂虚拟仿真软件、VR或视频开展智能制造工厂认知。

2.基于典型工业装备的智能制造装备认知

智能制造导论的教学中强调智能制造装备技术的运用，以工业机器人技术教学为例，可以设定真实工厂生产场景，学生通过虚拟仿真软件完成操作能力训练，然后在真实设备上自主完成实际项目，学生可以通过完成编程与示教、智能料仓管理、工业机器人上下料等任务完成工业机器人动态抓取实训实践，理解工业机器人的抓取运动控制技术。

3.基于虚实调试技术的数字孪生概念构建

在智能制造赋能技术的教学单元中，学生在虚拟调试软件中实现智能产线的搭建，通过物理数据驱动数字孪生体，实现虚实互动等来认知数字孪生技术在智能生产中的状态监控、实时最优控制和远程运行维护中的作用。

4.专业融合的智能生产管理认知

智能制造生产管理教学单元的实训实践可以通过制造执行系统（MES）直观体验产品生产的全流程，并将过程中产生的大量有用数据进行采集及统计分析，帮助学生完成智能生产中数据分析、精益管理等技术的认知。

5.智能服务和制造业新模式探究

以智能服务为核心的新模式、新业态是智能制造创新发展的主要方向，通过小组共同完成课程报告方式来探究规模定制化生产、协同制造和服务型制造等新模式、新业态。结合所学专业，讨论智能制造服务对不同行业的应用场景与意义，理解智能制造服务的内涵、技术和机会，并在协同合作中培养团队意识与分工合作意识。

上述实践1、3、5是本课程的基本实践项目，5同时是导论课的结课考查，通识课建议补充开设2或4以增强学生对智能制造技术的理解。本课程评价可采用考查方式，在课程评价中智能服务和制造业新模式探究作为结课考查权重不低于40%，实训实践的占比30%~40%，理论课堂表现占比20%~30%，其中实训实践可从安全纪律、实践完成度、实践报告等方面指标进行评价。

本文摘自《中国职业技术教育》2022年第35期，如有转载请注明出处。

引用本文请标注：刘怀兰，岑亮，吴昌林，刘准.职业院校智能制造导论课程研究[J].中国职业技术教育，2022（35）：26-32.