孫尚琪 秦立光 潘海軍

機械與軌道交通學院常州大學 江蘇常州 213164

近年來,隨著科技的不斷發(fā)展,智能制造成為當今工業(yè)領域的熱門話題。智能制造是指通過信息技術手段來實現(xiàn)制造過程的智能化和自動化,提高制造效率和產(chǎn)品質量。智能制造作為先進制造技術的代表,已經(jīng)成為全球制造業(yè)的重要發(fā)展方向[1]。然而,智能制造的實現(xiàn)離不開各個學科之間的交叉融合,其中尤以機械工程、電子信息學、材料科學等學科的交叉為主要體現(xiàn)。因此,促進智能制造專業(yè)學科交叉和融合已經(jīng)成為智能制造專業(yè)發(fā)展的必要條件。

在此背景下,國家提出了新工科建設的目標,旨在推進高等教育內涵式發(fā)展,培養(yǎng)符合新時代要求的工科人才。新工科建設要求專業(yè)課程設置科學、實踐教學環(huán)節(jié)充分、師資隊伍高水平、課程教學與科研緊密結合、產(chǎn)學研合作機制健全等,這與智能制造專業(yè)的學科交叉和融合要求高度契合[2]。因此,如何在新工科背景下解決智能制造專業(yè)學科交叉問題,成為當今教育領域和制造業(yè)界面臨的重要問題之一。

一、新工科背景下智能制造專業(yè)的學科交叉問題

(一)交叉學科的定義

學科交叉,指不同學科之間進行合作、交流、融合,以達到共同目標的一種教育與科學研究方法。學科交叉的本質在于打破學科的邊界,超越學科的限制,以更開放、包容的態(tài)度去探索和研究問題。學科交叉的實踐表明,它不僅有利于學科間的知識共享、創(chuàng)新思維的激發(fā),還能夠推動學科的發(fā)展和人才培養(yǎng)的多元化。學科交叉的具體形式可以是學科間的合作研究、跨學科教學、跨學科項目等。在學科交叉的過程中,各學科之間的知識和方法可以互相借鑒、融合,從而產(chǎn)生新的研究領域、新的研究方向和新的學科。

(二)智能制造專業(yè)學科交叉的問題

智能制造涉及多個學科的交叉,其中最主要的交叉學科包括機械工程、電子信息學、材料科學等。在新工科背景下,智能制造專業(yè)的學科交叉問題主要包括以下幾個方面:

1.知識體系不完整

隨著智能制造的快速發(fā)展,越來越多的跨學科領域涌現(xiàn),其中智能制造專業(yè)也不例外。智能制造專業(yè)旨在培養(yǎng)能夠掌握智能制造技術和方法,具有跨學科能力的高素質人才。然而,智能制造專業(yè)學科交叉的知識體系卻存在不完整的問題。首先,知識體系來源單一,智能制造專業(yè)學科交叉的知識體系主要來源于傳統(tǒng)的機械制造、電子信息與材料科學等單一學科領域,缺少其他學科的支持和融合。例如,在智能制造技術的應用中,涉及自動控制、計算機科學等學科,但是這些學科的知識并沒有得到充分的融合和應用,導致智能制造專業(yè)學科交叉的知識體系不完整。其次,智能制造專業(yè)學科交叉的知識體系參差不齊,存在一些細節(jié)和深入的問題缺乏解決。例如,智能制造的過程控制中需要結合材料的物理特性和機械加工技術,但是如何有效地將這些學科領域的知識結合起來,構建一個完整的知識體系,還需要更深入地研究和探索。另外,知識體系與實踐應用脫節(jié),智能制造專業(yè)學科交叉的知識體系與實踐應用脫節(jié)也是一個問題。雖然智能制造涉及多個學科領域的知識,但是由于現(xiàn)有的知識體系缺乏有效的實踐應用,導致學生對于實際操作的掌握程度較低。因此,智能制造專業(yè)需要更加注重實踐應用,將知識與實踐相結合,提高學生的操作技能。

2.師資力量不足

智能制造專業(yè)需要具備多個學科的知識背景,因此,需要擁有跨學科的教師隊伍。然而,目前跨學科的教師隊伍較為匱乏,導致智能制造專業(yè)的跨學科教學難以開展。首先,師資隊伍專業(yè)背景單一,智能制造專業(yè)涉及多個學科領域的知識,需要具備多學科交叉的背景。然而,由于師資隊伍的專業(yè)背景單一,大多數(shù)教師只掌握了某個領域的知識,難以對其他學科領域的知識進行深入講解。因此,師資隊伍需要不斷拓寬自己的知識領域,提高對跨學科領域的理解和掌握程度。其次,缺乏實踐經(jīng)驗,智能制造專業(yè)需要結合實踐應用進行教學,然而,由于師資隊伍缺乏實踐經(jīng)驗,無法將理論知識和實踐應用有機地結合起來,導致學生的實踐能力難以提高。因此,師資隊伍需要注重實踐經(jīng)驗的積累,不斷拓寬實踐應用的范圍,提高教學質量和學生的實踐能力。另外,研究成果少,智能制造專業(yè)學科交叉性強,需要對跨學科領域進行深入研究和探索,然而,目前師資隊伍中的教師研究成果較少。因此,師資隊伍需要積極投身研究工作,發(fā)表高水平的研究論文,提高學科交叉領域的研究水平。最后,師資隊伍數(shù)量不足,智能制造專業(yè)的學科交叉性使得師資隊伍的建設面臨數(shù)量不足的問題。目前,國內高校開設智能制造專業(yè)的較少,導致該領域的師資隊伍數(shù)量不足。因此,需要加強人才培養(yǎng),拓寬招聘渠道,吸引更多有實力和經(jīng)驗的教師加入智能制造專業(yè)教學和研究。

3.實踐教學環(huán)節(jié)不足

智能制造專業(yè)需要通過實踐來鍛煉學生的實際操作能力,但是,由于智能制造涉及的技術和設備比較復雜,實踐教學環(huán)節(jié)難以開展。首先,實踐教學環(huán)節(jié)缺乏,智能制造專業(yè)的學科交叉性決定了實踐教學環(huán)節(jié)必不可少。然而,目前智能制造專業(yè)的實踐教學環(huán)節(jié)仍然存在不足。由于設備、場地、經(jīng)費等方面的原因,很多學校無法提供足夠的實踐教學環(huán)節(jié),導致學生的實踐能力無法得到有效的提高。其次,實踐教學內容缺乏,智能制造專業(yè)的實踐教學需要涉及多個學科領域,然而,由于實踐教學內容的缺乏,學生在實踐過程中往往無法有效地應用相關的學科知識,難以達到實踐教學的目的。因此,需要在實踐教學中注重學科交叉性的應用,提高學生的實踐能力。另外,實踐教學環(huán)節(jié)設計不合理,智能制造專業(yè)的實踐教學環(huán)節(jié)需要具有一定的科學性和針對性。然而,由于實踐教學環(huán)節(jié)設計不合理,往往無法達到教學目的,學生的實踐能力得不到有效的提高。因此,需要加強實踐教學環(huán)節(jié)的設計,針對學生的實踐需求進行合理的設計和安排。最后,實踐教學師資力量不足,智能制造專業(yè)的實踐教學需要有具備多學科交叉背景的教師來進行指導。然而,目前師資隊伍中缺乏具備相關實踐經(jīng)驗和跨學科背景的教師,導致實踐教學的效果無法達到預期。因此,需要加強師資隊伍的建設,提高師資隊伍的實踐教學能力。

4.學科交叉的教學模式需要探索

目前大部分學校的智能制造課程設置還停留在單一學科領域,缺少多學科交叉教學的實踐。實踐教學是智能制造專業(yè)教學的重要組成部分,是培養(yǎng)學生實踐能力和創(chuàng)新能力的關鍵。因此,設計適合智能制造專業(yè)的實踐教學模式是十分必要的。探索新的實踐教學模式,不僅可以提高學生的實踐能力,還可以提高學生的跨學科背景和跨專業(yè)交流的能力,為學生將來的就業(yè)打下堅實的基礎。首先,課堂教學需要和實驗室實踐相結合,智能制造專業(yè)的課程體系比較豐富,需要學生掌握多種技能和理論知識。因此,在實踐教學中可以采用課堂教學和實驗室實踐相結合的方式,讓學生通過理論課程學習相關的基礎知識,然后再通過實驗室實踐進行鞏固和應用。這樣可以使學生更好地理解理論知識,并將理論知識應用到實際操作中。其次,實踐教學需要和校外實踐相結合,智能制造專業(yè)需要學生具備一定的實踐能力,而校內的實驗室可能無法滿足學生的實踐需求。因此,可以通過組織學生參加校外實踐活動,讓學生親身體驗工業(yè)制造流程和現(xiàn)代制造技術,增強學生的實踐能力和職業(yè)素養(yǎng)。另外,需要跨學科教學模式,智能制造專業(yè)涉及多個學科領域,因此需要采用跨學科的教學模式,讓學生接觸和學習不同領域的知識和技能。例如,可以組織機械工程和計算機科學的教師一起授課,讓學生同時學習機械和計算機的相關知識。這種跨學科教學模式可以提高學生的綜合素質,讓學生具備更強的跨學科能力。

二、智能制造專業(yè)學科交叉問題的解決思路

為了解決智能制造專業(yè)學科交叉問題,需要采取一系列措施來促進學科之間的交叉和融合。具體來說,可以從以下幾個方面進行思考。

(一)優(yōu)化課程設置

智能制造專業(yè)學科交叉課程的優(yōu)化需要考慮課程設置、教材使用和教學方法等方面。首先,課程設置應該注重交叉融合,強化學科之間的聯(lián)系,以此提高學生的綜合素質和創(chuàng)新能力[3]。例如,在機械工程、電子工程和材料科學等學科之間建立聯(lián)系,設計一些跨學科的實踐項目,如智能機器人等,以此加強學生的綜合能力和跨學科的思維能力。其次,可以引入前沿技術以拓展課程深度和廣度。智能制造專業(yè)學科交叉課程應該緊跟科技發(fā)展的前沿,引入一些新的技術和理念,如物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等,以此拓展課程深度和廣度,增強學生的創(chuàng)新能力和實踐能力。另外,還可以采用靈活多樣的教學方式,例如采用多元化的教學方式,包括課堂教學、項目教學、實踐教學等[4],以此加強學生的實踐能力和探究能力。除了教學內容的整合和重構,智能制造專業(yè)學科交叉課程還需要優(yōu)化教學方法。通過采用多種教學方法和手段,可以提高學生的學習興趣和學習效果,促進學生的主動學習和實踐能力的提升。例如,在智能制造與人工智能的交叉課程中,可以設計一個項目,讓學生通過實踐來實現(xiàn)一個智能化生產(chǎn)線的設計,從而深入了解智能制造和人工智能的交叉應用。

(二)加強師資隊伍建設

針對智能制造專業(yè)學科交叉問題,需要建立專業(yè)的跨學科師資隊伍。首先,教師不僅要熟悉機械、電子、計算機等傳統(tǒng)學科的知識,還要具備掌握人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新興技術的能力。只有這樣,才能夠更好地跨越學科的邊界,提供更加全面、深入的教學。其次,需要加強師資的培養(yǎng)和引進工作。在培養(yǎng)方面,需要制訂具有前瞻性的培養(yǎng)計劃,培養(yǎng)學生的跨學科能力,同時也要注重教師的跨學科培養(yǎng)。在引進方面,應該通過合理的引進政策,吸引具有豐富跨學科教學經(jīng)驗的優(yōu)秀教師加盟。另外,對于已有教師的培養(yǎng),也要建立完善的培訓機制,提升其跨學科能力,使其能夠更好地融合不同學科的知識,開展跨學科研究和教學。此外,還需要加強教師的交流與合作,促進跨學科交叉的深入發(fā)展。學校可以通過組織跨學科研究團隊、召開跨學科交流會議、開展教學研討等方式,促進教師之間的交流與合作。同時,也要建立跨學科課程的評估和監(jiān)督機制,確?？鐚W科教學質量的穩(wěn)定和提高[5]。最后,要重視教師的激勵機制。對于跨學科師資隊伍,學校應該建立起合理的激勵機制,包括薪酬、職稱評定、獎勵等方面的政策。這樣可以激發(fā)教師的積極性,提高他們的工作熱情和投入度,從而推動跨學科教學的發(fā)展。

(三)加強實踐教學環(huán)節(jié)

在智能制造專業(yè)學科交叉的實踐教學中,行業(yè)合作是非常重要的一環(huán)。通過與企業(yè)合作,學生可以接觸到實際的生產(chǎn)環(huán)境和行業(yè)需求,深入了解企業(yè)的生產(chǎn)過程和流程控制,提高實踐操作和問題解決能力[6]。首先,可以建立行業(yè)合作平臺,通過與企業(yè)合作開展實踐教學活動,包括實地調研、生產(chǎn)過程模擬、生產(chǎn)線調試、生產(chǎn)優(yōu)化等活動,提高學生的實踐能力,培養(yǎng)學生面對實際問題的解決能力。其次,探索多元化的實踐教學模式。智能制造專業(yè)涉及機械、電子、計算機等多個學科,實踐教學內容也非常豐富。再次,在教學過程中,需要探索多種實踐教學模式。例如,可以采用案例教學、項目式教學、模擬實驗等方式,讓學生通過真實案例、實際項目、虛擬實驗等多種形式進行實踐操作和問題解決,從而提高學生的實踐能力和解決問題的能力。另外,需提供實踐教學資源和設備支持。智能制造涉及很多高端的設備和技術,學生需要進行相關實踐操作和應用。最后,學?？梢约訌妼嵺`教學資源和設備的投入,提供先進的實踐教學設備和平臺,包括3D打印、數(shù)控加工、機器人等,為學生提供更好的實踐教學環(huán)境和條件,使其更好地掌握專業(yè)技能和實踐能力。學校還要加強實踐教學管理。實踐教學管理是保障實踐教學質量的關鍵環(huán)節(jié)[7]。學校應該建立完善的實踐教學管理體系,明確教學目標和教學內容,確保教學環(huán)節(jié)的安全和規(guī)范。

(四)建立產(chǎn)學研合作機制

可以通過建立產(chǎn)學研合作機制,來促進學科之間的交叉和融合。通過企業(yè)實踐和科研項目的合作,可以讓學生更好地了解智能制造的應用和發(fā)展趨勢。隨著產(chǎn)業(yè)升級和技術進步,智能制造已經(jīng)成為制造業(yè)轉型升級的必由之路[8]。而智能制造的實現(xiàn)離不開產(chǎn)學研合作的支持和推動,這也是智能制造專業(yè)學科交叉中重要的一環(huán)。因此,建立產(chǎn)學研合作機制,開展跨學科合作,共同推進智能制造的研究和應用具有非常重要的意義。首先,產(chǎn)學研合作機制有利于加強專業(yè)學科交叉的教學與研究。在智能制造專業(yè)學科交叉中,產(chǎn)業(yè)界擁有更加豐富的實踐經(jīng)驗和技術資源,學校則擁有更加先進的學術理論和研究方法。通過建立產(chǎn)學研合作機制,學?？梢越柚髽I(yè)的實踐資源,更好地開展智能制造專業(yè)的實踐教學,并探索新的研究方向和應用場景。同時,企業(yè)可以通過與學校的合作,獲取到更加前沿的技術研究成果和高素質的人才,為自身的技術創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級提供支撐和動力。其次,產(chǎn)學研合作機制有利于搭建智能制造創(chuàng)新平臺。通過產(chǎn)學研合作機制,可以形成由企業(yè)、學校和科研機構組成的創(chuàng)新聯(lián)盟,共同探索智能制造領域的前沿技術和應用,促進產(chǎn)業(yè)的技術升級和轉型發(fā)展。同時,這種合作機制也有助于建立智能制造產(chǎn)業(yè)鏈和生態(tài)圈,實現(xiàn)產(chǎn)學研深度融合和資源共享,形成智能制造產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展格局[9]。最后,建立產(chǎn)學研合作機制有利于提高智能制造專業(yè)的就業(yè)和創(chuàng)業(yè)能力。通過產(chǎn)學研合作,學?？梢詫a(chǎn)業(yè)界的需求納入教學和研究中,更好地培養(yǎng)符合企業(yè)需求的高素質人才。同時,企業(yè)也可以通過與學校的合作,挖掘和培養(yǎng)優(yōu)秀的人才,并為其提供更好的就業(yè)和創(chuàng)業(yè)機會。這種緊密的產(chǎn)學研合作關系,可以為智能制造專業(yè)的人才培養(yǎng)和就業(yè)創(chuàng)業(yè)搭建更廣闊的平臺。

結語

本文從新工科背景下的智能制造出發(fā),探討了智能制造專業(yè)學科交叉問題,并對智能制造專業(yè)學科交叉問題的解決思路進行了探討。通過加強師資隊伍建設、優(yōu)化課程設置、加強實踐教學環(huán)節(jié)和建立產(chǎn)學研合作機制等措施,可以促進智能制造專業(yè)學科交叉和融合,為培養(yǎng)具有跨學科綜合素質的智能制造人才奠定良好的基礎。通過本文的探討,可以看出當前智能制造專業(yè)學科交叉存在的問題,也可以看到未來智能制造專業(yè)學科交叉的解決思路與發(fā)展方向。只有不斷完善和深化跨學科的教學體系和培養(yǎng)模式,才能夠培養(yǎng)出更多的智能制造人才,推動智能制造的不斷發(fā)展和進步。