（南京工程學(xué)院江蘇省智能制造裝備工程實(shí)驗(yàn)室 江蘇·南京 211167）

1 智能制造課程的時(shí)代背景與現(xiàn)狀分析

隨著世界范圍內(nèi)第四次工業(yè)革命—“智能時(shí)代”的到來(lái)，新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命隨之產(chǎn)生并發(fā)展。智能制造是《中國(guó)制造2025》的主攻方向，也是我國(guó)從制造大國(guó)轉(zhuǎn)型為制造強(qiáng)國(guó)的根本途徑，智能制造的發(fā)展不僅需要專(zhuān)業(yè)型人才和跨學(xué)科人才，更需要具有交叉學(xué)科背景的系統(tǒng)級(jí)人才。同時(shí)，我國(guó)高等工程教育提出發(fā)展和建設(shè)“新工科”的“五新”要求：“要樹(shù)立創(chuàng)新型、綜合化、全周期工程教育‘新理念’，構(gòu)建新興工科和傳統(tǒng)工科相結(jié)合的學(xué)科專(zhuān)業(yè)‘新結(jié)構(gòu)’，探索實(shí)施工程教育人才培養(yǎng)的‘新模式’，打造具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的工程教育‘新質(zhì)量’，建立完善中國(guó)特色工程教育‘新體系’?！?/p>

2015年3月，中國(guó)工信部發(fā)布的《2015年智能制造試點(diǎn)示范專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)實(shí)施方案》提出“智能制造是基于新一代信息技術(shù)，貫穿設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動(dòng)各個(gè)環(huán)節(jié)，具有信息深度自感知、智慧優(yōu)化自決策、精準(zhǔn)控制自執(zhí)行等功能的先進(jìn)制造過(guò)程、系統(tǒng)與模式的總稱(chēng)。具有以智能工廠為載體，以關(guān)鍵制造環(huán)節(jié)智能化為核心，以端到端數(shù)據(jù)流為基礎(chǔ)、以網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)為支撐等特征，可有效縮短產(chǎn)品研制周期、降低運(yùn)營(yíng)成本、提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低資源能源消耗?！笨梢?jiàn)，智能制造賦予新工科跨越學(xué)科界限和產(chǎn)業(yè)邊界的新內(nèi)涵，是新工科建設(shè)的主陣地，對(duì)新工科人才提出新要求：使其具備智能制造復(fù)合融通的知識(shí)體系、基于智能制造互聯(lián)互通的關(guān)聯(lián)能力、技術(shù)創(chuàng)新＋人文情懷的核心素養(yǎng)。

因此，智能制造課程有必要成為高等院校本科生的一門(mén)通識(shí)課程，尤其是工科類(lèi)學(xué)生，開(kāi)啟學(xué)生對(duì)智能制造的興趣、了解智能制造的發(fā)展現(xiàn)狀和意義、熟悉智能制造的關(guān)鍵技術(shù)、掌握智能制造體系架構(gòu)和智能工廠的架構(gòu)，使不同專(zhuān)業(yè)的學(xué)生具備與智能制造技術(shù)應(yīng)用或研發(fā)的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)，以適應(yīng)新工科建設(shè)的新要求。

目前，高等院校開(kāi)展的智能制造課程主要有兩種形式：第一，將智能制造課程的內(nèi)容分解融合到相關(guān)專(zhuān)業(yè)課程內(nèi)，例如“智能化工”、“智能制造+材料”、智能制造融入飛行器設(shè)計(jì)等；第二，獨(dú)立開(kāi)展智能制造課程，設(shè)置的課程名稱(chēng)主要有《智能制造導(dǎo)論》、《智能制造技術(shù)基礎(chǔ)》，目前出版的參考教材見(jiàn)表1。第一種形式教學(xué)使學(xué)生的專(zhuān)業(yè)課程知識(shí)更為深入，能夠把握專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域在智能制造背景下的發(fā)展現(xiàn)狀，但是較難全面理解智能制造體系；第二種形式增加了一門(mén)新課程，能夠使新工科學(xué)生全面理解智能制造體系，掌握智能制造課程的基礎(chǔ)知識(shí)，降低了學(xué)生將智能制造與專(zhuān)業(yè)課程貫通融合的難度。筆者認(rèn)為獨(dú)立開(kāi)設(shè)智能制造課程更適應(yīng)智能制造的時(shí)代要求，更好培養(yǎng)新工科人才。通過(guò)2019年第一學(xué)期開(kāi)設(shè)并完成《智能制造導(dǎo)論》的教學(xué)工作后，對(duì)智能制造課程的實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行了研究和總結(jié)，主要從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、與專(zhuān)業(yè)課程的融合進(jìn)行分析探討。

表1：智能制造課程參考教材

2 智能制造課程的教學(xué)內(nèi)容

《智能制造導(dǎo)論》的課程性質(zhì)為選修課，供全校本科生選修，參考教材為李曉雪等人編著的《智能制造導(dǎo)論》，主要參考資料為《國(guó)家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南(2018年版)》。課程共設(shè)置32個(gè)學(xué)時(shí)，16個(gè)教學(xué)單元（2學(xué)時(shí)/單元），其中前15個(gè)教學(xué)單元主要為講授課，剩余1個(gè)教學(xué)單元為考核答疑課。教課內(nèi)容和教學(xué)單元分配如圖1所示，主要內(nèi)容包括五章，采用“總—分—總”的邏輯關(guān)系將課程內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，首先講解智能制造概述，通過(guò)智能制造體系架構(gòu)的智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)引出第二、第三章內(nèi)容，分別講解智能制造裝備、智能賦能技術(shù)，然后通過(guò)第四章的智能工廠將第二章、第三章的內(nèi)容以及第四章前部分內(nèi)容結(jié)合，構(gòu)建智能工廠的架構(gòu)，最后第五章講解智能制造的直接目的，即智能服務(wù)。

《智能制造導(dǎo)論》作為不同學(xué)科交叉滲透的復(fù)合型課程，教學(xué)內(nèi)容相當(dāng)廣泛，主要是拓展學(xué)生的知識(shí)面，優(yōu)化知識(shí)結(jié)構(gòu)，教學(xué)內(nèi)容具有寬、淺、新、精、趣、綜合等特點(diǎn)。例如，對(duì)工業(yè)機(jī)器人，首先引入Boston Dynamics公司的最新智能機(jī)器人Atlas，激發(fā)學(xué)生興趣，進(jìn)而講授機(jī)器人的種類(lèi)、作用，基本構(gòu)成和技術(shù)指標(biāo)等，注重實(shí)用性知識(shí)的講解，忽略較為復(fù)雜的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)、控制等涉及較深數(shù)學(xué)知識(shí)的理論；講解制造執(zhí)行系統(tǒng)時(shí)，重點(diǎn)講授制造執(zhí)行系統(tǒng)的作用，結(jié)合專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的崗位講述該系統(tǒng)將工廠的人、機(jī)、物、料有機(jī)結(jié)合的基本過(guò)程。

圖1：教課內(nèi)容和教學(xué)單元分配

3 智能制造課程的教學(xué)方法

《智能制造導(dǎo)論》采用的教學(xué)方法主要有課堂講授法、紀(jì)錄片賞析與討論、課堂提問(wèn)與測(cè)試、項(xiàng)目調(diào)研與展示等，采用多種開(kāi)放式方法激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，引導(dǎo)學(xué)生了解智能制造現(xiàn)狀，使學(xué)生掌握智能制造基礎(chǔ)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用的意識(shí)。

3.1 課堂講授法

利用PPT、教材、教案等材料直接講授課程內(nèi)容，注重聯(lián)系社會(huì)熱點(diǎn)和生活實(shí)例，重點(diǎn)講解相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用，弱化專(zhuān)業(yè)性較強(qiáng)的知識(shí)點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，活躍課堂氣氛，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握。例如講解工業(yè)云技術(shù)時(shí)，以“5G”通訊技術(shù)為切入點(diǎn)，進(jìn)而結(jié)合課程知識(shí)展開(kāi)討論和講解，使學(xué)生學(xué)習(xí)智能制造知識(shí)的同時(shí)，知悉世界科學(xué)技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)。

3.2 紀(jì)錄片賞析與討論

首先根據(jù)教學(xué)單元的授課內(nèi)容提出引導(dǎo)問(wèn)題，通過(guò)播放與之對(duì)應(yīng)的紀(jì)錄片，如超級(jí)工廠系列《Boeing747》《TeslaModel S》，大國(guó)重器第二季《贏在互聯(lián)》《智造先鋒》《創(chuàng)新體系》，超級(jí)裝備《智能裝備》等，選取紀(jì)錄片中的片段（十分鐘左右）播放，進(jìn)而對(duì)涉及的課程內(nèi)容進(jìn)行開(kāi)放式討論，學(xué)習(xí)課程知識(shí)的同時(shí)加深認(rèn)知國(guó)內(nèi)外制造業(yè)的現(xiàn)狀。

3.3 課堂提問(wèn)與測(cè)試

課堂內(nèi)容有相互交融的地方，對(duì)已講內(nèi)容進(jìn)行提問(wèn)，幫助學(xué)生復(fù)習(xí)；當(dāng)涉及智能機(jī)器人、增材制造、云計(jì)算等時(shí)代科技時(shí)，對(duì)學(xué)生采取引導(dǎo)式提問(wèn)，加深學(xué)生對(duì)新課程內(nèi)容的理解以及智能制造對(duì)生活的影響。對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行課堂測(cè)試，學(xué)生動(dòng)筆書(shū)寫(xiě)，鞏固對(duì)所學(xué)內(nèi)容的識(shí)記。

3.4 項(xiàng)目調(diào)研與展示

采用項(xiàng)目教學(xué)法，學(xué)生根據(jù)專(zhuān)業(yè)知識(shí)或興趣愛(ài)好組成一個(gè)5人左右的調(diào)研團(tuán)隊(duì)，對(duì)智能制造領(lǐng)域內(nèi)容進(jìn)行調(diào)研，在課堂上完成10分鐘的成果展示，包括PPT匯報(bào)、實(shí)物解說(shuō)、黑科技介紹等，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用和團(tuán)隊(duì)合作的能力。

3.5 課程考核形式

《智能制造導(dǎo)論》的考核主要包括以下方面：

（1）學(xué)習(xí)過(guò)程考核?？己藢W(xué)生的出勤情況、學(xué)生在課堂討論中的表現(xiàn)情況，以及課題測(cè)試，所占成績(jī)比例為30%；

（2）調(diào)研報(bào)告?？己藢W(xué)生項(xiàng)目調(diào)研的成果展示情況，根據(jù)成果的與智能制造課程的相關(guān)度、新穎性、實(shí)用性等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，所占成績(jī)比例為20%；

（3）課程論文。根據(jù)課程講授內(nèi)容，結(jié)合自身專(zhuān)業(yè)，選擇智能制造課程的某一項(xiàng)技術(shù)理論或應(yīng)用，撰寫(xiě)一篇3000字以上的結(jié)課論文，論文性質(zhì)包括綜述、研究性論文、方案設(shè)計(jì)、感想或展望等，要求格式規(guī)范、主題鮮明、論證有據(jù)、圖文并茂，具有適當(dāng)?shù)膮⒖嘉墨I(xiàn)，所占成績(jī)比例為50%。

4 智能制造與工科專(zhuān)業(yè)課程的融合

《智能制造導(dǎo)論》是一門(mén)多學(xué)科交叉融合的課程，智能制造與其他領(lǐng)域相輔相成，涉及的領(lǐng)域有機(jī)械、電氣、材料、計(jì)算機(jī)、通信、醫(yī)學(xué)、管理等，選課學(xué)生的專(zhuān)業(yè)主要包括機(jī)械工程、電氣工程、能源工程、材料、工程管理等。隨著“智能時(shí)代”的到來(lái)，不同的專(zhuān)業(yè)課程或多或少地增加一部分與“智能”相關(guān)的知識(shí)，例如檢測(cè)與傳感技術(shù)課程中增加了智能傳感器的知識(shí)點(diǎn)，材料科學(xué)課程中增加了智能材料。智能制造的教學(xué)內(nèi)容主要為智能制造領(lǐng)域關(guān)鍵共性技術(shù)的基本知識(shí)，為學(xué)生學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)課程中智能制造有關(guān)的知識(shí)奠定基礎(chǔ)，提升專(zhuān)業(yè)課程深度的同時(shí)減輕教學(xué)難度。例如在智能制造課程里面講授了增材制造技術(shù)，為機(jī)械制造技術(shù)、材料成型技術(shù)等專(zhuān)業(yè)課程里面的相關(guān)知識(shí)奠定了基礎(chǔ)，學(xué)生能夠由基礎(chǔ)知識(shí)到專(zhuān)業(yè)應(yīng)用漸進(jìn)式學(xué)習(xí)，不僅降低了理解學(xué)習(xí)的難度，而且鞏固了對(duì)增材制造的掌握。

5 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合新工科建設(shè)的要求，通過(guò)《智能制造導(dǎo)論》的實(shí)踐教學(xué)，為了更好開(kāi)展智能制造課程的教學(xué)，給出以下建議：

（1）智能制造課程的教學(xué)內(nèi)容重在基礎(chǔ)知識(shí)，讓學(xué)生知悉我國(guó)智能制造的社會(huì)背景和發(fā)展水平，了解世界科學(xué)技術(shù)的發(fā)展方向；

（2）智能制造課程的教學(xué)方法需適應(yīng)時(shí)代要求，多選擇社會(huì)熱點(diǎn)為實(shí)例，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生學(xué)以致用的意識(shí)；

（3）智能制造課程應(yīng)為專(zhuān)業(yè)課程奠定基礎(chǔ)，促進(jìn)智能制造在機(jī)械、電氣、計(jì)算機(jī)、通信、醫(yī)學(xué)、管理等諸多學(xué)科的應(yīng)用，提高學(xué)生融融貫通的能力。