智能化设备教学问题研究

智能化设备教学问题研究

杨乐 梁蕾 寇峰 韦关潮

山东青州范公亭南街12号高新技术研究院

随着人工智能技术的不断迭代更新，基于各种计算机、总线、传感器等新技术的应用越来越广泛，设备自动化、集成化、模块化程度大大提高，智能化设备的应用也逐渐体现在社会生产诸多方面。

当前智能化设备操作虽然大大简化，但操作背后的机理却更加复杂难懂，这对操作人员学习原理，从而更好完成设备日常维护和故障分析排除等操作，带来了较大困难；另外，设备智能化程度虽然高，但是并不代表一键式操作就可以解决操作中的所有问题，比如一键式操作前需要满足一定的系统边界值，需要操作人员熟练操作遥控器，还提出了更多的注意事项、把关要点、维护保养等内容。

本文首先完成智能化设备教学特点的研究与分析；其次基于特点分析，完成智能化设备对教学提出新的教学目标研究；最后，开展智能化设备教学内容设置研究，对接智能化设备对技术工人提出新的能力素质要求，最大程度上提高新时代技术工人智能化素养。

一、国内外现状分析

1、国外现状分析

智能化设备以人工智能技术为基础。全球各国陆续出台人工智能产业发展战略，助力人工智能产业发展。中美高校是全球人工智能人才培养的高地，2021年度全球高校的计算机科学综合实力TOP20的情况显示，美国大学占比68%，居于首位，其次是中国，占据9%，再次是新加坡、以色列等。可以看到全球各国在人工智能人才培养方面，高校扮演了非常重要的角色。高校是主要的培养场所，美国的人才培养处于世界第一梯队。

美国在人工智能研发战略规划中对人工智能的研发做了具体划分，而人工智能的人才培养也与此规划一脉相承。美国提出了“全方位培养一批多元化、有道德的AI（人工智能）队伍，维持美国领导地位”的人才培养目标。除了在高等教育阶段进行人才培养外，美国将AI教育全学段覆盖，同时重视吸引女性和少数民族学生等代表性不足群体和弱势群体参与到AI培训计划中。英国提出金字塔型人才培养目标，旨在培养适应未来行业发展的多层次AI技能人才。在培养高水准的AI研究型的AI研发专家、博士、硕士外，还注重较低层实用人才技能的培养，重视全民STEAM（集科学、技术、工程、艺术、数学多领域跨学科融合的综合教育）教育及数据技能培养。

日本在课程标准中很少提及STEM或STEAM等词汇，但在包括科学、数学等学科方面有国际标准。日本从教育改革入手，将信息技术能力培养贯彻为全民培养模式，集中产官学资源，强化社会人员职业再教育，积极引进国际人才引进，鼓励创新创业。日本政府提出“加强基础科学研究力量”的21世纪人才培养战略目标。在具体教育中，日本倾向于培养研究型人才，提高学生对于科学等内容的兴趣和热情。韩国教育科学技术部在年业务报告中提出，要强化旨在培养创新人才的小初高STEAM教育。韩国教育部颁布《振兴整合人才教育（STEAM）计划》，提出实施以科学和数学为核心，结合技术和工程，培养具有STEAM素养的综合人才，该计划总结了4个STEAM课程实施计划，为所有中小学实施STEAM课程提供指导。STEAM教育将从单一学科向多学科多维度综合应用发展。

2、国内现状分析

2015年5月国务院发布了《中国制造2025》文件，提出中国制造业要以全面转型和提升来带动产品的加工制造，转型升级要以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线，以智能制造为突破口和主攻方向。“中国制造2025”是立足于国际产业变化趋势所做出的全面提升中国制造业发展质量和水平的重大战略部署，被称为中国版的“工业4.0”。

国内高校关于智能制造、人工智能等专业课程教学模式主要有：湖南信息职业技术学院电子工程学院谭立新采用以问题为导向的教学法（PBL）；复旦大学提出的对分课堂PAD教学模式；辽宁机电职业技术学院王忠诚提出的以就业为导向的“四通型”教学模式；常州机电职业技术学院张东辉提出的国际高技能人才“工匠型学徒”教学模式；青岛市教育科学研究院李珊提出的“三环五步”混合式教学模式；以及多所高等院校基于20世纪90年代初哈佛大学物理系的马祖尔教授提出的同侪教学法，开展多种有针对性的服务智能化设备、智能制造等专业的教学模式。

以上国内高校尤其是高职类院校，针对各自开设的关于智能化设备、智能制造、人工智能等专业，采取了相适应的较为科学有效的教学模式。

二、智能化设备教学特点分析

1、国内外智能专业教学特点研究

针对研究报告中关于国内外现状分析，国外关于智能设备、智能制造、人工智能等专业的教学，具有教学方法手段多样的特点，如芬兰的横贯能力培养模式、麻省理工的CDIO工程教育模式、英国的BETC教学模式等。

国内多所高校开设人工智能相关专业教学，具有跨学科、跨专业知识的特点，需要同所院校不同院系的教师完成学生联合培养。目前也都积极采取了有针对性的教学模式，如以问题为导向的教学法（PBL）、对分课堂PAD教学模式、以就业为导向的“四通型”教学模式、“三环五步”混合式教学模式等。

2、智能化设备教学的特点分析

智能化设备存在技术新、原理新的特点，开展智能化设备教学，需要梳理智能化设备使用的智能化技术，包括传感器测量、信息融合、通信技术、控制流程、视觉识别、轨迹规划及决策逻辑等方面；其次，针对智能化设备带来的新变化，研讨人员技能培养的适应性方法，探究新技术条件下操作人员的能力需求。总体来说，其教学存在“智—技”融合、“手—脑”结合、“理—实”一体的特点。

三、智能化设备对教学提出新的教学目标研究

1、总目标要求

针对智能化设备教学特点的研究与分析，确立智能化设备对技术工人教学提出新的教学总目标要求是：培养具有以精益求精为核心的大国工匠精神，适应新时代智能化制造要求的科技素养和身心素质，具备扎实理论支撑的设备操作维护能力、培训管理能力，胜任本专业岗位的新时代高素质技能人才。这里的科技素养需要包含创新素养、信息素养、新时代高新技术素养，尤其是智能素养。

2、知识目标要求

针对智能化设备教学特点，对教学提出的知识目标要求：掌握必备的物理、数学等自然科学基本概念和基本理论，熟悉互联网+、物联网、云计算、大数据、人工智能、5G技术等数字时代高新科技知识。以仪器测试专业为例，还需掌握仪器测试专业必需的电工技术、电子技术、传感器原理及应用、微机原理及应用、智能化技术及应用等专业基础知识，能结合知识分析仪器测控原理等。

3、能力目标要求

针对智能化设备教学特点，对教学提出的能力目标要求：具有使用信息化智能化工具获取、处理和运用信息的能力，具备较强的科技认知力、创新力、运用力。以仪器测试专业为例，还需具有初步运用基本理论分析、解决实际问题的能力；具有熟练的仪器测试专业岗位设备操作、维护保养一般故障分析排除和技术特情处置能力；具备适应新时代智能化设备发展变化和专业岗位转换的迁移能力；具备自主学习和终身学习的意识，具备可持续发展能力。

4、素质目标要求

针对智能化设备教学特点，对教学提出的素质目标要求：具有理性思考的科学意识、探索求实的科学精神和严谨务实的科学态度。以仪器测试专业为例，还需具有自觉运用信息技术、智能技术、创新思维解决现实问题的信息意识、智能意识和创新意识。具有运用专业知识和工作经验发现、处理实际问题的基本素养；具有维护与保养设备的良好习惯；具备较强的责任意识和团结协作精神等。

四、智能化设备专业教学内容设置研究

1、教学内容设置的原则

教学内容作为智能化设备专业教学体系的核心，直接决定着技术人才的素质，决定着高素质技术人才的培养目标能否实现。因此，应着眼社会实际需求和未来智能制造对技术人才的素质要求，科学设置培训内容。要以智能化设备对教学提出新的教学目标为牵引，提高教学内容的实用性。以提高技术人才智能素养为重点，增强教学内容的先进性，以智能化设备新技术、新特点为依据，提高教学内容的针对性。

2、主要课程设置

以仪器测试专业为例，主要课程主要包括马克思主义基本原理概论、习近平新时代中国特色社会主义思想等政治理论模块，企业安全生产基础知识、企业基层管理等社会基础模块，数学、物理、计算机应用基础、应用电子技术等任职基础模块，仪器设计、信号测试等任职岗位模块。

针对智能化设备专业教学内容设置原则，需要在任职基础模块中体现智能化设备新技术，在企业培训中不断更新优化课程设置，增加了智能化新技术，力求让受训人员熟悉信息社会高新科技知识，具有较强的实践应用能力、科技运用能力，具备良好的科学素养、信息素养和智能素养。例如，在传感器原理及应用、智能化技术等培训内容中增加智能化设备传感器测量、信息融合、智能识别、机器学习、计算机视觉、智能规划、决策逻辑、深度学习等知识。

3、各课程的教学内容要点设置

智能化新技术课程中，设置互联网+、物联网、云计算、大数据、人工智能、5G技术、区块链、量子信息、虚拟现实、高新技术伦理与安全等要点专题，为智能化设备教学提供良好的科学素养、信息素养和智能素养。

在传感器与控制元件课程中，设置激光测距传感器、视觉定位传感器、麦克纳姆轮、智能控制理论等相关模块；在微机及嵌入式系统课程中，设置SOC、机器学习、决策逻辑、深度学习、神经算法、智能总线控制等系列内容要点；在仪器测试课程中，设置信息融合、总线测试、智能集中控制、智能排故等系列内容要点。另外在面向岗位的课程教学中，以“知识链接”的形式，适量灵活拓展一点智能化新技术、新应用，辅助好相应的智能化设备教学。

五、结语

身处智能化时代，职业院校教学改革、内容设置要牢牢把握住智能化教学特点、合理设定教学目标、科学设置教学内容，为新时代提供更多的高素质技术人才，为强国智造事业添砖加瓦。

参考文献

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