摘要: 随着全球制造业向智能化、数字化、网络化方向的迅速发展，智能制造成为推动工业升级和技术创新的核心领域。本文结合多篇关于智能制造专业实验教学的研究成果，系统探讨了智能制造专业实验教学体系的构建与实施策略。通过强调学生综合素质的协调发展、注重培养学生的社会责任感、安全环保意识和职业道德，构建科学合理的实验教学内容和课程体系，优化实验教学环境和资源，建立科学的评价和反馈机制，并提供必要的保障措施，文章提出了切实可行的实验教学策略和优化措施。研究结果表明，这些策略和措施对于培养具备创新能力、社会责任感、安全环保意识和职业道德的高素质智能制造技术人才具有重要意义，为智能制造专业的人才培养提供了有力的理论支持和实践指导。
Abstract: With the rapid development of global manufacturing towards intelligence, digitalization, and networking, intelligent manufacturing has become the core field for promoting industrial upgrading and technological innovation. This paper systematically explores the construction and implementation strategies of the experimental teaching system for intelligent manufacturing majors by combining multiple research results on the experimental teaching of intelligent manufacturing. Emphasizing the coordinated development of students’ comprehensive qualities, focusing on cultivating students’ social responsibility, safety and environmental awareness, and professional ethics, constructing a scientific and reasonable experimental teaching content and curriculum system, optimizing the experimental teaching environment and resources, establishing a scientific evaluation and feedback mechanism, and providing necessary support measures, this paper proposes feasible experimental teaching strategies and optimization measures. The results show that these strategies and measures are of great significance for cultivating high-quality intelligent manufacturing technology talents with innovative ability, social responsibility, safety and environmental awareness, and professional ethics, providing strong theoretical support and practical guidance for the cultivation of talents in intelligent manufacturing majors.
1. 引言
随着全球制造业向数字化、网络化和智能化方向迅速发展，智能制造逐渐成为推动工业升级和技术创新的核心领域。我国在实施“制造强国”战略中明确提出，以智能制造为主攻方向，力求实现从制造大国向制造强国的转变。然而，智能制造技术的快速发展对工程教育提出了新的挑战和更高的要求。智能制造专业的培养目标已不再局限于传统的机械工程，而是需要培养具备跨学科知识和综合应用能力的高素质复合型人才。为了满足这一需求，高校在课程设置和教学方法上进行了积极的探索和改革。实验教学作为工程教育的重要环节，在培养学生实践能力、创新精神和综合素质方面起到了不可替代的作用。
目前，智能制造专业的实验教学面临着诸多挑战，如实验设备更新滞后、实验内容单一、实验教学与行业需求脱节等问题。如何构建一个科学、系统、适应时代发展的实验教学体系，成为高校智能制造专业教育亟待解决的问题。本文结合多篇关于智能制造专业实验教学的研究成果，旨在系统探讨智能制造专业实验教学体系的构建与实施策略，为智能制造专业的人才培养提供有力的支持和保障。通过分析当前实验教学的现状与问题，提出一系列优化方案和创新思路，力求为智能制造专业的人才培养提供有力的支持和保障。在这一研究过程中，我们将重点关注实验教学理念的转变、实验教学环境的优化、实验教学内容的科学设置以及实验教学资源的高效利用。希望通过本研究，能够为智能制造专业的教育改革提供有益的借鉴和参考，从而推动智能制造产业的发展，为我国制造业的转型升级贡献力量。
2. 智能制造专业实验教学体系的构建
2.1. 实验教学理念
在智能制造专业教育中，实验教学不仅是理论知识的验证和应用，更是培养学生综合素质的重要途径。综合素质的发展包括知识、技能、能力和素养的全面提升。通过实验教学，学生不仅可以掌握专业技术，还能够培养创新思维、实践能力和解决实际问题的能力。智能制造技术的应用直接关系到社会的可持续发展，因此在实验教学中，要特别注重培养学生的社会责任感、安全环保意识和职业道德。实验教学需要打破传统教学模式的限制，从单一的知识传授转向综合素质的培养。在设计实验教学内容时，应该注重多学科知识的融合与应用，鼓励学生跨领域思考和创新[1]-[3]。例如，在进行工业机器人编程实验时，可以结合机械设计、电气控制、计算机编程等多方面知识，促使学生在实践中综合运用所学内容，提升其整体素质。智能制造技术的应用直接关系到社会的可持续发展，因此在实验教学中，要特别注重培养学生的社会责任感。通过设计相关实验项目，如节能减排技术、绿色制造工艺等，让学生意识到智能制造不仅是技术的进步，更是社会责任的体现。实验教学应引导学生关注技术对社会的影响，培养他们为社会服务的意识和责任感。
在实验教学过程中，可以通过案例分析、项目讨论等方式，探讨技术应用中的社会责任问题[4]。例如，在3D打印技术实验中，可以讨论如何减少材料浪费和降低生产成本，促使学生思考技术进步与社会责任的关系。智能制造涉及大量的机械操作和电子设备使用，安全环保意识的培养尤为重要。在实验教学中，必须严格执行安全操作规程，开展安全教育和环保教育，使学生在实践中养成良好的安全习惯和环保意识。实验教学内容应包括安全操作培训、安全防护知识及环保措施等。例如，在进行电气控制实验时，要求学生了解电气安全知识，掌握正确的操作步骤和应急处理方法。此外，还可以设置专门的环保实验项目，如废弃物处理技术、环保材料应用等，增强学生的环保意识。
为了确保上述实验教学理念的有效实施，需要从多个方面入手。首先，教师应更新教学理念，注重学生综合素质的培养，设计多样化、综合性的实验项目。其次，学校应提供良好的实验教学环境和充足的实验资源，支持教师开展创新教学[5]。最后，建立健全的评估和反馈机制，通过多维度的评估体系，及时了解学生的学习情况，进行针对性的教学改进。通过对智能制造专业实验教学相关理论的深入学习和研究，我们认为，实验教学理念的转变应基于建构主义学习理论、情境认知理论等现代教育理论。建构主义学习理论强调学生的主动建构和情境性学习，情境认知理论则关注学习与情境的紧密联系。在实验教学中，我们应充分运用这些理论，创设真实的实验情境，引导学生主动参与实验过程，培养他们的创新思维和实践能力。通过这些策略的实施，可以确保智能制造专业的实验教学不仅能提高学生的专业技能，还能全面提升其综合素质，为社会培养出具备创新能力、社会责任感、安全环保意识和职业道德的高素质智能制造技术人才。
2.2. 实验教学内容设计
据智能制造技术及社会需求，合理设置专业方向。通过细化培养目标，明确学生在不同阶段的知识、技能和素质要求，设计出具有针对性的实验教学内容。实验教学项目的设置应注重创新性、综合性和设计性，通过多样化的实验项目，培养学生的创新思维和实际操作能力。例如，可以在课程体系中设置智能产品设计与开发、智能制造工艺与装备设计等方向，培养学生在这些领域的专业能力[6]-[8]。在实验教学中，应根据学生的年级和学习进度，设计分阶段的实验教学内容。针对不同年级的学生，提供不同层次的实验项目，从基础技能训练逐步过渡到综合应用和创新实践。例如，低年级学生可以进行基础实验，如工程制图和电路原理实验，高年级学生则可以参与复杂的系统设计和优化实验。实验教学项目的设置应注重创新性、综合性和设计性。通过多样化的实验项目，培养学生的创新思维和实际操作能力。例如，可以设计涉及智能制造系统各个环节的实验项目，如工业机器人编程、3D打印技术应用等，促进学生在实践中综合运用所学知识，提升其解决实际问题的能力。实验教学资源的优化是保障实验教学质量的重要环节。通过校企合作，实现实验教学资源的共享与互补，提升实验教学的效果。例如，可以与企业合作共建实验室，引入企业的先进设备和技术，提升实验教学的实际应用价值。同时，学校应加强实验教学资源的管理和维护，确保实验设备的正常运行和更新换代。实验教学资源的优化是保障实验教学质量的重要环节，通过校企合作，实现实验教学资源的共享与互补，提升实验教学的效果。我们对几所高校的智能制造专业实验教学内容进行了调研，发现一些高校通过与企业合作，引入实际工程项目作为实验教学内容，取得了良好的效果。例如，某高校与一家汽车制造企业合作，开展了智能生产线优化的实验项目，学生在参与过程中，不仅提高了实践能力，还了解了行业的最新需求和技术发展趋势。
3. 智能制造专业实验课程体系建设
3.1. 细化培养目标
智能制造专业的培养目标是为了适应现代制造业的发展需求，培养具备扎实理论基础、创新能力和实践能力的高素质复合型人才[9]。学生需要掌握自然科学基础知识、工程基础知识和专业知识，具备实践能力、管理和沟通能力，以及职业素质和社会责任感。此外，智能制造专业强调学生的实践能力，要求他们能够将所学知识应用于实际工程中，具备进行智能制造产品开发与设计、智能制造工艺与装备设计的能力，并能完成从设计、生产到管理的各个环节的实际操作，同时具备创新思维和独立解决问题的能力。在全球化背景下，学生还需具备良好的管理和沟通能力，包括团队合作能力、沟通表达能力和自主学习能力，能够与团队成员有效合作，协调工作，完成复杂工程项目，并能清晰地传达技术方案和工作成果。此外，培养学生的职业素质和社会责任感也是智能制造专业的目标之一，学生需具备良好的职业道德观念，遵守职业规范和伦理，在工作中履行职业责任和社会责任；具备安全生产和环保意识，在工作中落实安全和环保要求，保护环境和人类健康；具备为社会服务的意识，考虑技术应用对社会的影响，积极参与社会公益活动。通过系统构建智能制造专业的实验教学体系，以上培养目标可以在实际教学中得到有效实现，全面提升学生的综合素质、实践能力和社会责任感，为社会培养出高素质的智能制造技术人才，为我国制造业的转型升级提供有力支持。
3.2. 构建课程体系
3.2.1. 专业基础实验课程
专业基础实验课程是支撑智能制造工程专业教育的重要环节，能够为学生打下深厚的知识基础，培养扎实的基本技能。智能制造专业的专业基础实验课程是为本科生构建扎实的理论基础和基本技能的重要组成部分，涵盖了一系列核心课程，为学生打下深厚的知识基础，培养扎实的基本技能。具体包括工程制图与AutoCAD、电路原理、工程力学、电子技术、自动控制原理、机械设计基础、电机及拖动基础、机械制造基础、气压与液压传动、传感与检测技术、运动控制系统和人工智能技术及应用等课程[10]。例如，工程制图与AutoCAD课程教授学生机械工程图的基本原理和标准化制图方法，同时训练使用AutoCAD软件进行工程图设计的技能；电路原理课程讲授电路的基本原理和分析方法，包括模拟电路和数字电路的基础知识，帮助学生理解电子系统的设计和操作；工程力学课程传授工程力学的基本理论和应用，为学生理解力学在工程设计中的重要性打下基础；电子技术课程则教授电子元器件的基础知识及电路设计的基本技能；自动控制原理课程讲授自动控制理论，帮助学生掌握反馈控制系统的设计和分析方法；机械设计基础课程介绍机械设计的基本原理和方法，培养学生设计机械系统的能力；电机及拖动基础课程讲授电机工作原理和控制技术，涵盖电机的基本操作和应用；机械制造基础课程传授机械加工工艺和制造技术的基本知识，确保学生具备实际操作能力；气压与液压传动课程介绍气压和液压系统的工作原理及其在工程中的应用；传感与检测技术课程教授传感器的工作原理及其在智能制造中的应用；运动控制系统课程讲授运动控制系统的设计和实现，涵盖运动控制技术及其应用；人工智能技术及应用课程介绍人工智能的基本原理及其在智能制造中的应用。这些课程不仅为学生提供了坚实的知识基础，也为他们在智能制造领域的进一步学习和职业发展打下了坚实的基础。
3.2.2. 专业实验课程
智能制造专业的专业实验课程是本科生培养体系中至关重要的组成部分，旨在通过实际操作和综合实验，提升学生解决复杂工程问题的能力和创新实践能力[11]。这些课程围绕智能制造系统的典型生产环节设计，涵盖了设计、仿真、加工和控制等多个方面。例如，工业机器人编程与操作课程教授学生如何编程和操作工业机器人，使其能够设计和实现工业机器人系统的实际应用；3D打印技术课程介绍3D打印技术的原理、设备及其在制造业中的应用，培养学生使用3D打印技术进行产品开发的能力；智能制造工艺与装备设计课程讲授智能制造工艺及设备设计的方法，从工艺流程设计到设备实现，帮助学生掌握系统化的设计思路；智能生产系统仿真课程则教授智能生产系统的仿真技术，使学生能够进行智能生产系统的设计和优化，提升系统集成和优化能力；自动化生产线设计课程介绍自动化生产线的设计和实施，学生通过实际设计高效的自动化生产线，掌握生产线规划与实施的关键技术。通过这些专业实验课程，学生不仅能够在理论知识上加深理解，还能通过实践操作提升实际动手能力和解决问题的能力，从而在未来的职业生涯中具备较强的竞争力，为社会培养出具有创新能力和实践能力的高素质智能制造技术人才。
3.2.3. 选修实验课程
智能制造专业的选修实验课程在本科生培养体系中提供了多样化、个性化的学习机会，提供了多样化、个性化的学习机会，满足学生的兴趣和未来职业发展的需求，拓展其专业知识和实践技能[12]。这些课程包括增材制造技术、EDA技术、Visual C语言程序设计、机器视觉技术、生产线工艺规划与仿真、智能工厂建模与仿真以及大数据基础与应用等。例如，增材制造技术课程介绍增材制造的基本原理及其在智能制造中的应用，培养学生使用增材制造技术进行创新设计的能力；EDA技术课程教授电子设计自动化技术，帮助学生掌握电子产品设计的先进方法；Visual C语言程序设计课程讲授C语言编程基础及其在智能制造中的应用，提升学生的编程能力和软件开发能力；机器视觉技术课程介绍机器视觉的基本原理及其在制造系统中的应用，培养学生使用机器视觉技术进行质量检测和控制的能力；生产线工艺规划与仿真课程教授生产线工艺规划和仿真技术，使学生能够设计和优化生产线工艺流程，提高生产效率和质量；智能工厂建模与仿真课程介绍智能工厂的建模和仿真方法，培养学生设计和优化智能工厂系统的能力；大数据基础与应用课程讲授大数据技术的基本原理及其在智能制造中的应用，使学生能够分析和利用大数据进行决策。通过选修这些课程，学生可以深入了解现代智能制造技术的前沿领域，增强自身的专业技能和创新能力，为未来的职业发展打下坚实的基础，培养出适应智能制造行业需求的高素质人才。
3.3. 制定考核方式和评分标准
智能制造专业在本科生课程培养体系中，制定科学合理的考核方式和评分标准至关重要，以全面评估学生的学习效果和实践能力。考核方式应包括课堂表现、在线学习、案例分析大作业、实验操作和期末考试等多方面内容。例如，课堂表现评估学生在课堂上的参与度和表现，通过提问、讨论和课堂活动等方式鼓励学生积极参与；在线学习则通过在线课程平台跟踪学生的学习进度和完成情况，确保学生能够自律并有效利用线上资源；案例分析大作业要求学生结合实际工程问题进行深入分析和研究，撰写详细的分析报告，以评估其综合应用知识和解决问题的能力；实验操作评估学生在实验中的操作规范性、数据处理能力和实验报告的质量，通过实际操作检验学生的动手能力和实验素养；期末考试则通过笔试或项目展示等形式，全面考察学生对课程内容的理解和掌握程度。为了确保考核的公平性和全面性，评分标准应明确具体的评价指标和评分细则，涵盖知识掌握、操作技能、创新能力、团队合作和沟通表达等多个维度。同时，应建立学生反馈机制，通过问卷调查、座谈会等方式收集学生的反馈意见，及时发现和改进教学中的不足，不断优化考核方式和评分标准，提升教学质量，确保学生在智能制造专业的学习过程中全面发展、综合素质得到提升，为未来职业发展打下坚实基础。
3.4. 学生反馈和教学改进
建立学生反馈机制，及时发现和改进实验教学中的不足。例如，通过问卷调查、座谈会等方式收集学生的反馈意见，了解学生在实验教学中的体验和需求，根据反馈结果进行教学改进，不断提升实验教学质量。通过系统构建智能制造专业的实验课程体系，可以有效提升学生的综合素质、实践能力和创新能力，为社会培养出高素质的智能制造技术人才，为我国制造业的转型升级提供有力支持。
4. 结论
随着全球制造业向智能化、数字化、网络化方向的迅速发展，智能制造成为推动工业升级和技术创新的核心领域。智能制造专业的人才培养需要紧跟时代步伐，进行深刻的教学改革。本文结合智能制造专业实验教学的研究成果，系统探讨了智能制造专业实验教学体系的构建与实施策略。通过详细的分析和研究，我们得出分析出智能制造专业的实验教学体系应注重学生综合素质的协调发展，培养学生的创新思维、实践能力和解决实际问题的能力。同时，要注重培养学生的社会责任感、安全环保意识和职业道德。实验教学内容和课程体系需要根据行业发展需求和学生的实际情况进行科学合理的设计，现代化、智能化的实验教学环境和资源是保障实验教学质量的重要基础，建立科学的评价和反馈机制是提升实验教学质量的关键。
综上所述，构建科学合理的智能制造专业实验教学体系，对培养具备创新能力、社会责任感、安全环保意识和职业道德的高素质智能制造技术人才具有重要意义。本文通过对智能制造专业实验教学的系统研究，提出了切实可行的实验教学策略和优化措施，为智能制造专业的人才培养提供了有力的理论支持和实践指导。未来，我们将继续关注智能制造技术的发展动态，不断优化实验教学体系，推动智能制造专业教育的进一步发展，为我国制造业的转型升级贡献力量。
基金项目
湖北工业大学2022年度教学研究项目“新工科”背景下智能制造专业实验教学体系的探索与研究(项目编号：20220200009)。