◆張曉青 孫 會 于忠海

回歸工程實踐的數(shù)字化項目綜合訓(xùn)練

◆張曉青 孫 會 于忠海

回顧工程教育發(fā)展歷程，回歸工程實踐是現(xiàn)代工程教育的發(fā)展趨勢。本文分析了國內(nèi)現(xiàn)有高等工程教育實踐課程存在的不足，闡述數(shù)字化項目綜合訓(xùn)練的內(nèi)容模式、特色優(yōu)勢及實施注意事項，認為其能極大程度體現(xiàn)回歸工程實踐，并根據(jù)實踐情況提出項目綜合訓(xùn)練應(yīng)在工程教育中推廣應(yīng)用。

工程教育；工程實踐；數(shù)字化；項目綜合訓(xùn)練

一、工程教育的發(fā)展起源

1.工程教育的起源

工程教育源自西方社會的“學(xué)徒制”，伴隨工程師職業(yè)的發(fā)展于17世紀開始逐步形成，后成熟發(fā)展為真正意義上的高等工程教育。摒棄師傅帶教模式的工程教育，最大限度地滿足了當(dāng)時工業(yè)革命的需求，順應(yīng)了教學(xué)社會化、標準化的歷史潮流，教學(xué)效率達到了“學(xué)徒制”無法企及的高度。起源階段的工程教育，本著“以科學(xué)為基礎(chǔ)、面向工程實踐”的指導(dǎo)思想開設(shè)課程，確立工程實踐的核心地位與主導(dǎo)方向，強調(diào)科學(xué)理論知識在工程實踐中的應(yīng)用，培養(yǎng)適應(yīng)社會生產(chǎn)及設(shè)施建設(shè)需求的工程人才。

2.工程教育課程的定義

工程教育課程設(shè)置以實踐型課程為主，所開設(shè)的少量科學(xué)理論課程均服務(wù)于后續(xù)的實踐課程，包括科學(xué)理論課程在內(nèi)的全部課程教學(xué)目的并不在于學(xué)生掌握科學(xué)知識本身，而是以培養(yǎng)學(xué)生運用科學(xué)知識解決實際工程問題的能力為最終目的。

例如，1914年美國麻省理工學(xué)院機械工程專業(yè)所要求的全部80學(xué)分中，公共類課程、基礎(chǔ)科學(xué)類課程、工程技術(shù)類課程的學(xué)分分別為18%、35%、47%，顯然工程技術(shù)類課程占到了絕對多數(shù)。1925年法國里昂中央學(xué)校本科生課程計劃中，學(xué)生在第一學(xué)年主要學(xué)習(xí)基礎(chǔ)科學(xué)類課程，第二、三學(xué)年主要學(xué)習(xí)工程技術(shù)類課程，基礎(chǔ)科學(xué)類課程與工程技術(shù)類課程總學(xué)時之比為1：1.5，第四學(xué)年開始包括實驗、企業(yè)工作等不同形式共計18門課程，全部為集中實踐環(huán)節(jié)。工程教育的出現(xiàn)，完成了培養(yǎng)人才從自然科學(xué)人員到工程技術(shù)人才的轉(zhuǎn)型，很好地促進當(dāng)時的社會化工業(yè)大生產(chǎn)。

3.工程教育課程的發(fā)展

20世紀中葉，由于科學(xué)知識的快速更新以及各種跨學(xué)科知識的發(fā)展，以及世界大戰(zhàn)及超級大國軍備競賽等國際因素，工程教育被過度學(xué)術(shù)化，偏離了工程實踐的核心發(fā)展軌道。一方面工程科學(xué)教育的重要性被無限放大，人文社科、基礎(chǔ)科學(xué)理論課程的比重大幅增加，工程技術(shù)課程教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)為以工程科學(xué)為核心，更多地側(cè)重于理論教學(xué)，針對工程實踐的內(nèi)容驟減，貫穿工程技術(shù)人才培養(yǎng)整個過程的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)淪為理論教學(xué)的附屬物，完全服務(wù)于理論教學(xué)；另一方面，課程考試內(nèi)容大多集中于原理性的理論知識，即便是工程技術(shù)課程，考核內(nèi)容與工程實踐相關(guān)度也極小，運用知識解決實際問題的能力在考核內(nèi)容中也很少體現(xiàn)。

在此期間，偏離工程實踐的工程教育雖然也為社會培養(yǎng)了大量的科技型人才，在一定程度上仍然推動了科學(xué)技術(shù)的進步，卻以整個世界工業(yè)競爭力的集體下降作為賠付的代價。學(xué)生在學(xué)習(xí)期間花費大量的時間背記概念、原理及公式，對如何運用這些概念、原理于工程實踐中解決問題知之甚少，高分低能現(xiàn)象相當(dāng)普遍，擁有高等學(xué)歷不等于能夠勝任相應(yīng)的工程實踐崗位與工作。

20世紀90年代，西方發(fā)達國家發(fā)現(xiàn)工程技術(shù)人才質(zhì)量上的短缺造成社會生產(chǎn)力無法與科技發(fā)展相適應(yīng)，開始意識到偏離工程實踐核心的工程教育不能與社會生產(chǎn)的發(fā)展相適應(yīng)，必須予以糾正。于是，“回歸工程實踐”成為當(dāng)前國際高等工程教育發(fā)展的總體趨勢。美國、德國、法國、英國等西方發(fā)達國家的高等工程教育，均經(jīng)歷了面向工程實踐、偏離工程實踐、回歸工程實踐的相同發(fā)展過程。

二、我國高等工程教育課程體系中存在的不足

我國高等教育實現(xiàn)了從“精英教育”向“大眾化教育”的戰(zhàn)略性轉(zhuǎn)移，高等工程教育正受到廣泛的重視與關(guān)注。為貫徹落實 《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要 （2010-2020年)》和 《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要 （2010-2020年)》，教育部實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”，服務(wù)于建設(shè)創(chuàng)新型國家和人才強國的國家戰(zhàn)略，為我國高等工程教育指明了發(fā)展方向。我國高等工程教育，應(yīng)順乎國際工程教育的潮流，通過行之有效的改革舉措，在人才培養(yǎng)目標、課程內(nèi)容設(shè)置、人才評估辦法等各方面也充分落實回歸工程實踐這一主旨。

現(xiàn)有高等工程教育課程體系由公共基礎(chǔ)課程、專業(yè)基礎(chǔ)課程、專業(yè)課程、實踐類課程等組成，每一部分都應(yīng)適應(yīng)工程需求，依托一定的工程背景，回歸工程實踐，切實起到培養(yǎng)學(xué)生工程能力的作用。實踐類課程由具體的實踐活動構(gòu)成，直接將學(xué)生理論知識所學(xué)與專業(yè)技術(shù)能力聯(lián)系于一體，有別于其他以理論教學(xué)為主要形式的課程，其特殊性決定了其在回歸工程實踐教學(xué)改革中的重要地位。原有的實踐課程受囿于教學(xué)目的、資源條件等因素，主要存在以下幾方面不足：

1.實踐教學(xué)多針對單門理論課程，割裂了專業(yè)知識體系組成部分之間的聯(lián)系，實踐內(nèi)容僅僅是獨立的能力碎片，缺乏對前后知識及應(yīng)用技能銜接的關(guān)注，導(dǎo)致學(xué)生對工程技術(shù)前后各部分之間的相關(guān)性、連貫性缺乏認識。

2.實踐多以假設(shè)情境為對象進行實施，多為單一的理論驗證，與內(nèi)容豐富浩瀚的工程實踐相去甚遠，學(xué)生從中得到的技能收獲有限，主觀能動性的發(fā)揮受到限制。

3.實踐評價更多是對實踐態(tài)度和驗證結(jié)果的評判，不能客觀衡量學(xué)生工程技術(shù)的應(yīng)用狀況，無法判斷學(xué)生運用理論知識解決實際問題的能力狀況。

三、數(shù)字化項目綜合訓(xùn)練，工程教育課程改革新路徑

在工程教育回歸工程實踐的改革探索中，項目綜合訓(xùn)練是一種行之有效的實踐教學(xué)形式。所謂項目綜合訓(xùn)練，是在完成相關(guān)工程技術(shù)類課程教學(xué)的基礎(chǔ)上，從企業(yè)具體實施的工程實踐中遴選出合適的項目內(nèi)容，學(xué)生采用團隊協(xié)作的形式，綜合運用對應(yīng)若干門先修工程技術(shù)類課程的理論知識，自行將理論所學(xué)轉(zhuǎn)化為處理解決工程問題的實際能力，共同完成所要求的工程項目。本文以數(shù)字化項目綜合訓(xùn)練為例加以說明。

1.多項目融合，掌握各項數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用方法與核心

近二三十年來，機械工程借助于數(shù)字化技術(shù)煥發(fā)了適應(yīng)于新時代發(fā)展的勃勃生機，而數(shù)字化技術(shù)也在與機械工程的結(jié)合中拓展了自身工程實踐的應(yīng)用領(lǐng)域空間，并不斷地發(fā)展與壯大。在這個過程中，高校的機械類及各近機類專業(yè)最初僅開設(shè)數(shù)控技術(shù)、機械CAD/CAM等少量理論課程，分別配以機床操作、上機等少量學(xué)時供學(xué)生實驗，有限的課時只能幫助學(xué)生簡單了解相應(yīng)知識點。近年來隨著數(shù)字化技術(shù)的突飛猛進，有限元分析、運動分析、虛擬仿真、數(shù)字化制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等數(shù)字化課程大量涌現(xiàn)，課內(nèi)的實踐環(huán)節(jié)依然屈指可數(shù)，有些課程甚至因課時有限而無法開設(shè)實踐環(huán)節(jié)。在如今的實際生產(chǎn)中，數(shù)字化技術(shù)滲透到機械設(shè)計制造整個產(chǎn)品生命周期的各個環(huán)節(jié)，已形成了完整的數(shù)字化技術(shù)鏈，而現(xiàn)有數(shù)字化課程教學(xué)狀況顯然不能與實際生產(chǎn)現(xiàn)狀相呼應(yīng)，無法滿足工程技術(shù)對專業(yè)技術(shù)人才數(shù)字化技能的需求。數(shù)字化課程的實踐環(huán)節(jié)必須進行改革，打破現(xiàn)有模式重新構(gòu)建，使學(xué)生所接受的數(shù)字化技能訓(xùn)練能夠更好地與現(xiàn)實中的工程實踐相適應(yīng)。

數(shù)字化項目綜合訓(xùn)練摒棄原有單課程的實踐模式，將多門課程原先離散的工程技術(shù)實踐匯聚到一個工程項目中，學(xué)生的各項數(shù)字化技能在項目的實施過程中得以綜合運用，從而接受集中系統(tǒng)的訓(xùn)練。數(shù)字化項目綜合訓(xùn)練整合機械制圖、CAD/CAM、有限元分析、運動分析、虛擬仿真、數(shù)控技術(shù)等若干門數(shù)字化課程的教學(xué)成果，在上述所有課程教學(xué)活動結(jié)束后，要求學(xué)生團隊以生產(chǎn)流水線步進機構(gòu)、牛頭刨床往復(fù)運動機構(gòu)、靠模車削機構(gòu)等小型設(shè)備或機構(gòu)作為研究對象，先后完成三維建模、虛擬裝配、有限元分析、運動分析、工程圖處理、數(shù)控自動編程、數(shù)控加工、3D打印等一系列任務(wù)。整個綜合訓(xùn)練周期為四至五周，具體的訓(xùn)練內(nèi)容各院校專業(yè)可根據(jù)自身的課程設(shè)置與實際教學(xué)情況予以相應(yīng)的調(diào)整。通過數(shù)字化項目綜合訓(xùn)練，學(xué)生可掌握各項數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用方法與核心關(guān)鍵，熟悉各數(shù)字化技術(shù)的功能及其不同應(yīng)用狀況對后續(xù)銜接部分的影響，從而對數(shù)字化技術(shù)在機械設(shè)計制造全過程中的作用與地位有全面了解，為日后參加數(shù)字化設(shè)計制造工作奠定基礎(chǔ)。

2.以工程實踐為背景，凸顯數(shù)字化項目綜合訓(xùn)練特色優(yōu)勢

數(shù)字化項目綜合訓(xùn)練中的項目，出自實際工程，鮮明的工程背景能夠為訓(xùn)練提供真實的工程實踐情境，增加學(xué)生運用數(shù)字化技術(shù)解決問題的工程現(xiàn)場真實性。訓(xùn)練也不像以往按圖索驥般地使用特定的命令構(gòu)建指定的三維模型、執(zhí)行特定的數(shù)控代碼完成零件加工等簡單驗證，更不是以往數(shù)個實踐環(huán)節(jié)的簡單疊加，其綜合性在于學(xué)生需獨立思考，將多門工程技術(shù)課程知識分別轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的數(shù)字化技術(shù)共同作用于同一工程項目，合力解決一個完整的數(shù)字化設(shè)計制造實際工程問題。相比以往的實驗?zāi)Ｊ?，?shù)字化項目綜合訓(xùn)練具有以下特色優(yōu)勢：

（1)工程背景：綜合訓(xùn)練來源于實際生產(chǎn)中的項目，內(nèi)容涵蓋構(gòu)思、設(shè)計、運行整個過程，執(zhí)行要求和驗收標準與工程實踐驗收標準相符，接近工程實踐的訓(xùn)練情境有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程意識。

（2)內(nèi)容綜合：項目內(nèi)容涵蓋專業(yè)教學(xué)中包含的多種理論知識及數(shù)字化技術(shù)，各種技術(shù)協(xié)同運用確保學(xué)生全面地掌握各項數(shù)字化技術(shù)。

（3)多維關(guān)聯(lián)：綜合訓(xùn)練本身強調(diào)科學(xué)與技術(shù)、知識與能力的關(guān)聯(lián)，團隊合作的執(zhí)行方式強調(diào)個人能力與團隊協(xié)作能力、工程實踐能力與人際交往能力的關(guān)聯(lián)。多維度關(guān)聯(lián)為學(xué)生日后更好地適應(yīng)工程實踐提供了智商、情商的鍛煉機會。

（4)獨立創(chuàng)新：項目的構(gòu)思與實施需要小組團隊獨立思考合力安排，課題內(nèi)容和訓(xùn)練環(huán)節(jié)不同程度地吸收數(shù)字化領(lǐng)域的最新技術(shù)與機械行業(yè)中的最新科技成果，能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識，幫助其自發(fā)了解并學(xué)習(xí)新知識新技術(shù)，對專業(yè)知識與工程技能形成很好補充。

3.師資培訓(xùn)，為項目綜合訓(xùn)練實施提供保障

當(dāng)然，項目綜合訓(xùn)練在具體實施過程中，對師資力量與教學(xué)管理也提出了更高的要求。首先，指導(dǎo)教師應(yīng)具備一定的工程背景，需要有工程實踐經(jīng)歷人員甚至企業(yè)在職技術(shù)人員對學(xué)生進行指導(dǎo)；其次，需多位教師共同參與指導(dǎo)，不同訓(xùn)練內(nèi)容的日常管理也可能有所不同；再次，綜合訓(xùn)練的評價體系同樣應(yīng)該具有一定的工程特質(zhì)，不能等同于普通的實踐課程，應(yīng)接近企業(yè)的驗收標準。

具體的教學(xué)實踐表明，數(shù)字化項目綜合訓(xùn)練能幫助學(xué)生更好地知行統(tǒng)一，對數(shù)字化技術(shù)的專業(yè)知識與技術(shù)應(yīng)用不再是原先的碎片式了解，對數(shù)字化技術(shù)整體的理解更加具象與清晰，并對數(shù)字化技術(shù)中每一環(huán)節(jié)的執(zhí)行情況及其對后續(xù)工作的影響有直觀的了解，有助于學(xué)生更有效地掌握數(shù)字化技術(shù)，積極主動地將之運用于解決實際問題的工程實踐中。在鍛煉工程實踐能力的同時，團隊合作溝通、科技創(chuàng)新、終身學(xué)習(xí)等工程所需的“非技術(shù)”能力也得到相應(yīng)的提高。

綜上所述，數(shù)字化項目綜合訓(xùn)練符合“回歸工程實踐”的工程教育發(fā)展趨勢，能夠有效地培養(yǎng)學(xué)生運用專業(yè)知識解決工程實際問題的能力，并提高工程技能、激發(fā)創(chuàng)新意識，值得在工程教育實踐中推廣應(yīng)用。

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[3]黃正榮,汪應(yīng)洛,李伯聰,等.工程哲學(xué)[M].北京：高等教育出版社,2007.

（編輯：王春蘭）

張曉青，男，碩士，上海電機學(xué)院副教授。研究方向：數(shù)字化設(shè)計與制造；孫會，女，博士，上海電機學(xué)院機械學(xué)院副院長。研究方向：數(shù)字化設(shè)計與制造；于忠海，博士，上海電機學(xué)院教授。研究方向：數(shù)字化設(shè)計與制造。

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1671-0568（2015）35-0044-03