对接装备制造业实施高职院校专业群数字化转型的策略

王 佩，朱奎林，梁 毅，李 杰

（成都工贸职业技术学院（成都市技师学院），四川 成都 610000）

0 引言

2016 年，德国联邦职教所为回应德国“工业4.0”的战略发展，首次提出“职业教育4.0”，助力德国政府此后推出一系列数字化战略。2017 年俄联邦教育部出台了系列职业教育数字化转型战略，促进数字技术和职业教育的充分融合[1]。2020 年9 月，联合国教科文组织等又联合发布了“教育数字化转型：学校联通，学生赋能”，关注教育的数字化连通[2]。2022 年，我国教育部实施职业教育数字化战略行动，启动职业教育数字化校园建设试点等建设项目，2022 年3 月教育部职成司在“职业教育与继续教育2022 年工作要点”中明确指出要“推进职业教育与继续教育数字化升级”[3]。数字化已完全入驻职业教育领域，所有的政策和项目行动推动职业教育开展根本性数字化转型升级。

1 专业群数字化转型升级动因分析

1.1 政策引领：拓宽数字发展道路

从2019 年开始，国家出台“职业教育提质培优行动计划（2020—2023 年）”等多个文件从不同维度部署了职业教育数字化升级的行动方向。同时国务院在“国家职业教育改革实施方案”中提出“启动实施中国特色高水平高等职业学校和专业建设计划”[4]。在“关于实施中国特色高水平高职学校和专业建设计划的意见”中提出“集中力量建设一批引领改革、支撑发展、中国特色、世界水平的高职学校和专业群”[5]。一系列的政策促使以专业群为载体的职业教育实施数字化转型升级。

1.2 产业需要：培养数字技能人才

随着云计算、人工智能与区块链等新一代数字技术的发展应用，陆续推出数字化应用、管理平台，新技术的发展和应用离不开专业的人才[6]，而且新一代产业改革和技术发展不是基于某一个专业或者某一项技术，而是多学科、多专业的互嵌共融，所以专业之间的深度融合也尤为重要，只有做好专业群与产业的高度对接，培养出符合国家发展需求、数字化时代技术技能型人才，才能真正实现人才培养供给侧和产业需求侧结构要素全方位对接，从而更好地服务地方企业数字化转型升级。

1.3 技术崛起：促进数字技术创新

随着网络技术的发展，数字技术的崛起，为职业教育提供空前的技术支持。传统的课堂教学已经不复存在，取而代之的是形式多样的各类教学模式、资源、手段。如2022 年开通建设的世界上最大的教育资源库——国家智慧教育公共服务平台，实现了数字教育普及化、教学资源公平化，缩小了教育差异化；虚拟仿真实训的诞生，有效帮助解决了实训过程的“三高三难”的问题；基于大数据评价系统的应用，不仅使评价过程可视化、智能化，而且还切实提高了教学评价的科学性、准确性、有效性以及针对性。这些数字技术在职业教育中的有效应用，都为专业群数字化转型提供了丰富的实践渠道。

2 专业群数字化转型策略

2.1 实施专业群数字化转型主体的“思维升级”

主体在哲学中，和“客体”相对，是指客体有认识和实践能力的人。本研究提及的主体是指专业群数字化转型升级中所涉及的所有人，包括教育者（师资团队）和培养对象（人才）。随着职业教育数字化转型升级的逐步深入，在信息技术和数字化平台的包围裹挟之下，“人”依然是新时代职业教育高质量发展的重要前提[7]。所以要全面实现专业群数字化转型升级，首要任务就是关注“人”，首先解决“人”的思维问题，实现“人”的“思维升级”，才能助推专业群数字化转型升级。

2.1.1 教师队伍的数字能力提升是专业群数字化升级的基础保障

职业教育是为经济发展提供技术技能人才支撑的主阵地，但职业教育现有的培养模式、教学方法、教学内容以及技术已经落后，职业院校教师的教学理念陈旧，已经完全无法满足新时代数字化人才培养的需求。为实现电气自自动化技术专业群数字化升级，必须提升教师队伍的素质能力。

（1）更新教师教育理念是根本。让教师认识到时代已变，教师必须顺应时代发展，主动学习装备制造产业中的新工艺、新理念等，及时掌握新一代信息技术在产业中的应用，树立终身学习的教育理念。

（2）更新教师专业能力是手段。教师需要认识到当下传统的装备制造已经被“数字工厂”“柔性制造”等所替代，现有的专业课程体系培养出来的学生已经无法满足企业的需要，教师应该积极参加技术培训、下企业实践锻炼，深入了解企业一线的新技术，更新自己的知识结构，才能设计出符合企业需求的课程体系及内容。

（3）更新教师的教学方法是举措。教师可组建课程团队，参加各类教师教学能力比赛，提升自身对信息技术的应用能力；可依托课程建设项目，孵化数字教材、精品在线开放课程以及专业教学资源库等，学会使用和建设智慧教学平台、虚拟仿真、教学资源库等多种教学资源，从而更新教学方法。

2.1.2 人才数字化技能、素养的培养是专业群数字化升级的根本目的

《关于加强新时代高技能人才队伍建设的意见》中明确指出“围绕建设网络强国、数字中国，实施提升全民数字素养与技能行动”[8]。作为人才培养的重要阵地，提高人才数字素养无疑是职业教育的首要任务。

（1）提升人才数字信息素养是前提。一是提供优质的数字资源，如共建共享的专业教学资源库、数字化教材等，打造优质资源共建共享平台，帮助提升学生获取数字信息的能力。二是开展线上+线下翻转课堂，提升学生掌握和理解数字信息的能力。三是充分利用智慧教学平台的个人画像大数据分析、课堂笔记统计等，提升学生整合数字信息的能力。

（2）提升人才数字思维是基础。一是改进课堂教学环境，利用多媒体技术建设智慧教室等交互式、情景式的教学环境，为培养学生数字思维奠定基础。二是增设数字孪生技术、工业互联网等课程，促进学生专业思维和数字思维同生共长。三是重构专业核心课程内容，融合新岗位、1+X 证书、技能比赛要求，强化学生数字思维。

（3）提升人才数字技能是核心。一是建设虚拟仿真实训基地，为培养学生数字技能奠定基础。二是构建基于数字孪生的企业典型工作案例，借助基地的数字软件、设备开展技能训练，强化学生的数字技能。

（4）提升人才数字伦理是关键。一是通过数字道德失范行为等思政案例，树立数据伦理意识。二是健全考核评价机制，通过考评结果反馈，引导学生认识自我数字伦理方面的不足。三是加强学生数字道德主体性建设，帮助学生内化学术道德准则，从他律走向自律[9]。

2.2 实施专业群数字化转型本体的“结构升级”

本体，是哲学名词，代表的是事物的本身，本文所指本体是指需要数字化转型的电气自动化技术专业群本身，内部规律是本，外部规律是末，所以要向实现专业群数字化转型，首先应该理清专业群的内容规律，包括群内专业布局升级、专业群课程体系升级、专业群人才培养模式升级。

2.2.1 专业群的合理布局是专业群数字化升级的支撑条件

“高”和“动”既是专业群组群的逻辑起点，也是专业群建设的内涵要求。在构建专业群过程中，必须把握“高”和“动”两个特征[10]。所谓“高”，是指对接产业的吻合度高，所谓“动”，是指专业群具备动态调整机制，能够实时依据产业优化升级动态调整专业构成。

（1）对接产业，组建专业群，明确人才培养目标。一是，合理布局专业。考虑国家打造制造强国、四川实现制造强省、建设2035 年成渝地区双城经济圈全面建成世界级先进制造业集群等战略部署，依据《目录》，打造以重点专业电气自动化技术为核心、工业机器人技术为骨干、机电一体化技术、智能控制技术为支撑、工业互联网应用为特色的电气自动化技术专业群。二是，群内增设新专业。据2017 年《制造业人才发展规划指南》分析数据显示，到2025 年，十大重点领域中的工业互联网产业相关人才缺口预测达到1400万[11]，增设工业互联网应用专业是关键。三是对接岗位需求，修订人才培养目标。在人才培养目标上提出创新思维、数字素养、协调能力、工匠精神等素质目标。增设大数据、人工智能、工业互联网等方面的技能目标。

（2）产教融合，订单培养，构建多方育人模式。联合政府机构、产业园区和自动化等行业协会，与装备制造类代表企业实施现代学徒制、企业新型学徒制、现场工程师等定制化培养，密切对接企业实际需求，校企协同编制数字化人才培养方案、开展人才培养工作。

（3）依托诊改，建预警机制，动态调整专业（方向）。一是建立动态调整机制。装备制造产业从传统的机床操作、到自动化生产线、再到如今的“无人工厂”，这需要对群内专业实时进行动态更新，才能实现专业群与产业群之间的实时对接[12]。二是实施诊断预警机制，借助质量诊断改进平台开展诊断预警，通过预警反馈，及时优化专业（方向）结构和内涵。三是突出数字专业在专业群中的重要地位，大力支持如工业互联网应用等数字专业建设。

2.2.2 专业群的一体化课程体系是专业群数字化升级的核心策略

目前，职业院校的课程体系存在课程内容陈旧、课程内容学科式、未有效对接岗位工作过程问题，且各院校的课程体系同质化严重，创新和特色点不明显。重构底层共享、中层分立、顶层互选的弹性课程体系，是增强专业群对产业数字化升级适应性的核心举措，课程作为专业群建设的知识单元，必须从理念、内容、方式上开展数字化变革。

第一，岗赛证新，即引入岗位标准、技能竞赛标准、职业技能等级证书标准、新技术，升级数字化一体化课程。一是专业群基础课程底层共享，实施普职分类培养。由于新生生源有中职生和普高生，中职生源已学过机械制图、电子技术等专业基础课程，但其数学和物理等基础较弱，而高中生源有数学和物理基础，但没学过专业基础课程，所以如图1 所示，专业群课程体系底层主要是群内专业共享、普职分类培养，为后期专业核心课程学习减少生源差距。二是专业方向课程中层分立，实施岗证融合。专业方向课主要是依据群内各专业人才培养目标，对接装备制造产业的数字化转型中萌生出工业机器人系统运维员、工业互联网工程技术员等新数字岗位，融合运动控制系统开发与应用等1+X 证书标准，重构数字化专业技能核心课程，此类课程可采用基于工作过程的工学一体化课程模块，以企业典型工作案例为载体，这样既能为一体化教学模式改革做准备，又能对接工作过程，使学生毕业后实现学以致用、直接上岗。三是特色拓展课程顶层互选，实施新创融通。专业拓展课可分为专业限选课和专业任选课。限选课对接群内所有专业，融入世界技能大赛电气装置赛项、工业机器人系统集成赛项等竞赛技能点，以及数字孪生技术、大数据分析等新技术，各专业学生需从多门课程中限选两门课程。任选课主要对接技能竞赛、双创竞赛等，帮助学生拓展专业兴趣，学生可根据个人兴趣选择其中一个或者多个学习，通过学习参加竞赛获得奖项，还可抵扣相应课程学分。

图1 电气自动化技术专业群课程体系图

第二，校企深度合作，开发数字实践教学体系。一是产教融合，对接企业实际生产过程，构建“能力递进、专创融合”实践教学体系。专业群与西门子（中国）合作，以电子产品（西门子数字化工厂PLC 产品）柔性制造生产工艺为载体，基于基础、核心、综合三阶能力培养需求，建设基础实训、专项实训以及综合实训三阶实训体系，虚拟仿真实训基地的三层架构“基础实训虚拟仿真实训平台”“专项实训虚拟仿真实训平台”“与西门子PLC 柔性制造虚拟仿真生产线”分别与三阶实训体系对接。同时打造三层次“敬业、求精、卓越”工匠文化体验区，将工匠文化贯穿于整个实训体系。搭建三阶段的双创孵化中心“双创俱乐部、创客工坊、众创空间”，将双创元素贯穿实践教学的全过程。

二是工学一体，以企业典型案例为基础，构建实践课程体系。根据电子产品（西门子数字化工厂PLC产品）“原料入库→订单下达→物料运输→SMT 贴片→PLC 组装与检测→产品包装出库”的柔性制造生产工艺，构建可覆盖专业群的实践课程体系实训项目，实训项目体现知识体系和能力体系“双递进”，学历与技能“双提升”。三是虚实结合，以企业典型案例为基础，嵌入实践数字项目。以西门子PLC 柔性制造工艺流程步骤和工作项目案例模型，开发项目式、情景式、工作过程为导向的数字孪生实训教学项目化课程。实践教学项目按照制造工艺流程设计，每个实践教学项目下的实训模块按照知识和技能提升的层次实现“基础-专项-综合”的进阶，并对标国家职业资格证书和“1+X”证书，实现课证融通。同时根据任务教学的要求，合理设计虚拟仿真实训与真实实操实训的比例。

2.3 实施专业群数字化转型载体的“技术升级”

载体，科学技术上指某些能传递能量或承载其他物质的物质。现也泛指一切能够承载其他事物的事物[13]。狭义的载体表示传播的工具。本文所指的载体是指电气自动化技术专业群数字化转型所需用的工具，专业群数字化转型升级的逻辑起点在于专业群基础设施数字化转型升级，即数字化资源、虚拟仿真实训基地等作为专业群数字化转型的工具，需要技术升级。

2.3.1 数字化资源建设是数字化转型升级的有力保障

数字资源以电子数据的形式表现信息内容，让教师、学生可以突破时间、空间、设备等的限制，从而获得高质量的课程资源[14]。所以构建形式丰富、实时更新、资源共享资源库，可以为学习者提供多样化、个性化优质的学习材料和环境。

（1）开发资源，构建共享型专业群数字教学资源库。一是一体化设计资源库建设方案。电气自动化技术专业群教学资源涉及知识点多、内容杂，必须对标国家专业教学标准，按照“行业企业调研→企业专家岗位能力分析→教育专家岗位知识能力分析→国家专业教学标准→确定资源库专业教学标准→一体化设计资源库课程模块”的资源库建设路径，联合企业、协会等对资源库建设方案进行整体规划。二是合理构建结构化课程。资源库的“内涵”包括课程、资源、场景，其中课程是资源库建设的核心，所以需要依据学生的认知规律，按照由简单到复杂遴选专业教学资源库的项目课程，构建能力递进的资源库结构化课程体系[15]。三是丰富颗粒化教学资源。资源的制作需利用现代信息技术，通过嵌入交互式、趣味性、体验式的技能实训项目，提升学习者的学习兴趣[16]。资源库可以按照基本资源、拓展资源和冗余资源分类建设，基本资源主要体现专业基本知识点和岗位技能点。拓展资源主要包括岗位技能培训、证书考核培训，以及技能竞赛训练等相关内容。冗余资源主要体现新技术、新工艺、新规范等相关内容，确保课程资源紧随行业发展前沿。

（2）建设教材，开发活页式、数字化教材。一是依托课程资源建设数字教材。数字教材与传统教材除了呈现形式不同以外，数字教材较传统教材有更多体现数字化技术的优势，它嵌入教学视频、互动式微课、动画等生动形象的视频资源，融入线上测试、学习笔记等考核评价。所以数字教材除了需要完成文字内容外，还需要大量的数字资源，可依托国家级、省级、校级三级在线精品开放课程项目建设，搭建数字教材数字资源框架，建设数字资源，为数字教材建设提供数字支撑。二是融入新岗位等四新技术，更新教材内容。自目录发布后，与专业课程相匹配的教材还未出现，教材中与数字化相关的技能知识点内容也未体现，现有的教材严重缺乏新技术、新知识，也未匹配信息素养、数字素养等学习目标，所以亟需重新梳理岗位尤其是新岗位需要，实现教材的数字化动态更新，增强教材的适应性。三是融入思政元素，提升立德树人能力。教材是落实教书育人的重要抓手，教书育人表示既要“授业”也要“传道”。在大力倡导“课程思政”的大背景下，从教材入手，在专业教材内容中融入“润物细无声”的思政元素，是实现“三全育人”有效举措。

2.3.2 虚仿基地的建设是数字化转型升级的重要举措

目前，大部分职业院校实训基地的实训设备老旧、技术落后，已跟不上数字化时代发展。虚拟仿真实训基地的建设是产业转型升级的必然产物，也是解决专业群人才数字思维落后、数字技能缺乏的关键。所以对标《职业教育示范性虚拟仿真实训基地建设指南》，通过西门子数字双胞胎技术、虚拟现实和人工智能等新一代信息技术，将智能制造生产过程虚拟化并在校内重现。

（1）建设虚拟仿真实训基地综合管理系统。一是搭建虚拟仿真实训基地体系。实训基地体系是基地建设的总体规划，是确保实训基地利用率，避免重复建设的有效路径，电气自动化技术专业群围绕西门子PLC 产品生产工艺，建设的“8+10”的虚实结合实训基地体系。二是建设虚拟仿真实训基地综合管理系统。实训管理平台具备实训室管理和资源共享功能，可以通过整合ERP、MES、考核评价等系统，收集基地内教学运行过程中各项数据上“云”管理。并通过管理平台实现资源共享。

（2）建设基于数字双胞胎技术的实训基地。一是新建西门子PLC 柔性制造虚拟仿真生产线。将西门子成都数字化工厂PLC 柔性制造生产线全仿真，通过西门子Tecnomatix 平台搬到“云”上。在虚拟环境完成虚拟仿真实训中心所有综合实训项目的虚拟仿真教学。二是新建虚拟仿真实训平台。通过建设包括仓储仿真实训平台等七个虚拟仿真实训平台，实现基础和专项实训项目的虚拟仿真教学，并搭配虚拟仿真生产线完成综合实训项目的虚拟仿真教学。三是克隆西门子PLC 柔性制造示范性生产线。将数据源贯穿设计、规划、工程、生产直到服务的整个生命周期，实现从研发到交付的端到端水平集成。通过西门子PLC柔性制造示范性生产线，实现所有综合实训项目的真实工作环境的联合调试。四是提升建设专线实训工作站。对应虚拟仿真实训平台，建设7 个真实环境专项实训工作站，针对专项能力的培养开展实训。

（3）建设共享性虚拟仿真实训项目。一是建设基于工业软件的数字孪生实训项目。基于西门子MCD、Tecnomatix 等数字化工业软件，以及机电一体化桌面调试主机、数控系统桌面调试主机等虚拟调试硬件，建设支撑虚拟实训教学全流程的精品在线虚拟仿真资源。二是建设基于PC 端的虚拟仿真实训项目。针对基础模块的结构认知和虚拟仿真类实训，使用万维引擎搭建基于电脑端的虚拟仿真实训项目，用户可以随时通过电脑登录系统，进入实训项目练习，实现“人际交互”到“人机交互”的升级。三是建设基于VR/AR虚拟增强现实的实训项目。针对国家智能制造技术发展现状，通过文字、图片、模型、多媒体等方式，以AR/VR/MR 等技术手段为支撑，通过沉浸式、互动式体验对产业发展情况和新技术、新工艺开展教学，提高学生对专业的认知，并促进专业紧跟时代发展。

3 结语

装备制造产业作为制造业的核心和支柱，是我国从“制造大国”迈向“制造强国”的重要支撑。在装备制造业实现数字化的进程中，准确把握产业数字化升级发展方向，做好专业布局调整，增强人才培养适应性，是实现职业教育与装备制造产业数字化升级同生共长的重要举措。