回歸工程實踐的數字化項目綜合訓練

◆張曉青 孫 會 于忠海

回歸工程實踐的數字化項目綜合訓練

◆張曉青 孫 會 于忠海

回顧工程教育發展歷程，回歸工程實踐是現代工程教育的發展趨勢。本文分析了國內現有高等工程教育實踐課程存在的不足，闡述數字化項目綜合訓練的內容模式、特色優勢及實施注意事項，認為其能極大程度體現回歸工程實踐，并根據實踐情況提出項目綜合訓練應在工程教育中推廣應用。

工程教育；工程實踐；數字化；項目綜合訓練

一、工程教育的發展起源

1.工程教育的起源

工程教育源自西方社會的“學徒制”，伴隨工程師職業的發展于17世紀開始逐步形成，后成熟發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時工業革命的需求，順應了教學社會化、標準化的歷史潮流，教學效率達到了“學徒制”無法企及的高度。起源階段的工程教育，本著“以科學為基礎、面向工程實踐”的指導思想開設課程，確立工程實踐的核心地位與主導方向，強調科學理論知識在工程實踐中的應用，培養適應社會生產及設施建設需求的工程人才。

2.工程教育課程的定義

工程教育課程設置以實踐型課程為主，所開設的少量科學理論課程均服務于后續的實踐課程，包括科學理論課程在內的全部課程教學目的并不在于學生掌握科學知識本身，而是以培養學生運用科學知識解決實際工程問題的能力為最終目的。

例如，1914年美國麻省理工學院機械工程專業所要求的全部80學分中，公共類課程、基礎科學類課程、工程技術類課程的學分分別為18%、35%、47%，顯然工程技術類課程占到了絕對多數。1925年法國里昂中央學校本科生課程計劃中，學生在第一學年主要學習基礎科學類課程，第二、三學年主要學習工程技術類課程，基礎科學類課程與工程技術類課程總學時之比為1：1.5，第四學年開始包括實驗、企業工作等不同形式共計18門課程，全部為集中實踐環節。工程教育的出現，完成了培養人才從自然科學人員到工程技術人才的轉型，很好地促進當時的社會化工業大生產。

3.工程教育課程的發展

20世紀中葉，由于科學知識的快速更新以及各種跨學科知識的發展，以及世界大戰及超級大國軍備競賽等國際因素，工程教育被過度學術化，偏離了工程實踐的核心發展軌道。一方面工程科學教育的重要性被無限放大，人文社科、基礎科學理論課程的比重大幅增加，工程技術課程教學內容轉為以工程科學為核心，更多地側重于理論教學，針對工程實踐的內容驟減，貫穿工程技術人才培養整個過程的實踐教學環節淪為理論教學的附屬物，完全服務于理論教學；另一方面，課程考試內容大多集中于原理性的理論知識，即便是工程技術課程，考核內容與工程實踐相關度也極小，運用知識解決實際問題的能力在考核內容中也很少體現。

在此期間，偏離工程實踐的工程教育雖然也為社會培養了大量的科技型人才，在一定程度上仍然推動了科學技術的進步，卻以整個世界工業競爭力的集體下降作為賠付的代價。學生在學習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，高分低能現象相當普遍，擁有高等學歷不等于能夠勝任相應的工程實踐崗位與工作。

20世紀90年代，西方發達國家發現工程技術人才質量上的短缺造成社會生產力無法與科技發展相適應，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的發展相適應，必須予以糾正。于是，“回歸工程實踐”成為當前國際高等工程教育發展的總體趨勢。美國、德國、法國、英國等西方發達國家的高等工程教育，均經歷了面向工程實踐、偏離工程實踐、回歸工程實踐的相同發展過程。

二、我國高等工程教育課程體系中存在的不足

我國高等教育實現了從“精英教育”向“大眾化教育”的戰略性轉移，高等工程教育正受到廣泛的重視與關注。為貫徹落實 《國家中長期教育改革和發展規劃綱要 （2010-2020年)》和 《國家中長期人才發展規劃綱要 （2010-2020年)》，教育部實施“卓越工程師教育培養計劃”，服務于建設創新型國家和人才強國的國家戰略，為我國高等工程教育指明了發展方向。我國高等工程教育，應順乎國際工程教育的潮流，通過行之有效的改革舉措，在人才培養目標、課程內容設置、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。

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

1.實踐教學多針對單門理論課程，割裂了專業知識體系組成部分之間的聯系，實踐內容僅僅是獨立的能力碎片，缺乏對前后知識及應用技能銜接的關注，導致學生對工程技術前后各部分之間的相關性、連貫性缺乏認識。

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

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

三、數字化項目綜合訓練，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，項目綜合訓練是一種行之有效的實踐教學形式。所謂項目綜合訓練，是在完成相關工程技術類課程教學的基礎上，從企業具體實施的工程實踐中遴選出合適的項目內容，學生采用團隊協作的形式，綜合運用對應若干門先修工程技術類課程的理論知識，自行將理論所學轉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。本文以數字化項目綜合訓練為例加以說明。

1.多項目融合，掌握各項數字化技術應用方法與核心

近二三十年來，機械工程借助于數字化技術煥發了適應于新時代發展的勃勃生機，而數字化技術也在與機械工程的結合中拓展了自身工程實踐的應用領域空間，并不斷地發展與壯大。在這個過程中，高校的機械類及各近機類專業最初僅開設數控技術、機械CAD/CAM等少量理論課程，分別配以機床操作、上機等少量學時供學生實驗，有限的課時只能幫助學生簡單了解相應知識點。近年來隨著數字化技術的突飛猛進，有限元分析、運動分析、虛擬仿真、數字化制造、產品數據管理等數字化課程大量涌現，課內的實踐環節依然屈指可數，有些課程甚至因課時有限而無法開設實踐環節。在如今的實際生產中，數字化技術滲透到機械設計制造整個產品生命周期的各個環節，已形成了完整的數字化技術鏈，而現有數字化課程教學狀況顯然不能與實際生產現狀相呼應，無法滿足工程技術對專業技術人才數字化技能的需求。數字化課程的實踐環節必須進行改革，打破現有模式重新構建，使學生所接受的數字化技能訓練能夠更好地與現實中的工程實踐相適應。

數字化項目綜合訓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實踐匯聚到一個工程項目中，學生的各項數字化技能在項目的實施過程中得以綜合運用，從而接受集中系統的訓練。數字化項目綜合訓練整合機械制圖、CAD/CAM、有限元分析、運動分析、虛擬仿真、數控技術等若干門數字化課程的教學成果，在上述所有課程教學活動結束后，要求學生團隊以生產流水線步進機構、牛頭刨床往復運動機構、靠模車削機構等小型設備或機構作為研究對象，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、數控自動編程、數控加工、3D打印等一系列任務。整個綜合訓練周期為四至五周，具體的訓練內容各院校專業可根據自身的課程設置與實際教學情況予以相應的調整。通過數字化項目綜合訓練，學生可掌握各項數字化技術的應用方法與核心關鍵，熟悉各數字化技術的功能及其不同應用狀況對后續銜接部分的影響，從而對數字化技術在機械設計制造全過程中的作用與地位有全面了解，為日后參加數字化設計制造工作奠定基礎。

2.以工程實踐為背景，凸顯數字化項目綜合訓練特色優勢

數字化項目綜合訓練中的項目，出自實際工程，鮮明的工程背景能夠為訓練提供真實的工程實踐情境，增加學生運用數字化技術解決問題的工程現場真實性。訓練也不像以往按圖索驥般地使用特定的命令構建指定的三維模型、執行特定的數控代碼完成零件加工等簡單驗證，更不是以往數個實踐環節的簡單疊加，其綜合性在于學生需獨立思考，將多門工程技術課程知識分別轉化為對應的數字化技術共同作用于同一工程項目，合力解決一個完整的數字化設計制造實際工程問題。相比以往的實驗模式，數字化項目綜合訓練具有以下特色優勢：

（1)工程背景：綜合訓練來源于實際生產中的項目，內容涵蓋構思、設計、運行整個過程，執行要求和驗收標準與工程實踐驗收標準相符，接近工程實踐的訓練情境有助于培養學生的工程意識。

（2)內容綜合：項目內容涵蓋專業教學中包含的多種理論知識及數字化技術，各種技術協同運用確保學生全面地掌握各項數字化技術。

（3)多維關聯：綜合訓練本身強調科學與技術、知識與能力的關聯，團隊合作的執行方式強調個人能力與團隊協作能力、工程實踐能力與人際交往能力的關聯。多維度關聯為學生日后更好地適應工程實踐提供了智商、情商的鍛煉機會。

（4)獨立創新：項目的構思與實施需要小組團隊獨立思考合力安排，課題內容和訓練環節不同程度地吸收數字化領域的最新技術與機械行業中的最新科技成果，能有效激發學生的學習興趣和創新意識，幫助其自發了解并學習新知識新技術，對專業知識與工程技能形成很好補充。

3.師資培訓，為項目綜合訓練實施提供保障

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

具體的教學實踐表明，數字化項目綜合訓練能幫助學生更好地知行統一，對數字化技術的專業知識與技術應用不再是原先的碎片式了解，對數字化技術整體的理解更加具象與清晰，并對數字化技術中每一環節的執行情況及其對后續工作的影響有直觀的了解，有助于學生更有效地掌握數字化技術，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、科技創新、終身學習等工程所需的“非技術”能力也得到相應的提高。

綜上所述，數字化項目綜合訓練符合“回歸工程實踐”的工程教育發展趨勢，能夠有效地培養學生運用專業知識解決工程實際問題的能力，并提高工程技能、激發創新意識，值得在工程教育實踐中推廣應用。

[1]崔軍.中外高等工程教育課程研究[M].南京：南京大學出版社,2013.

[2]李曼麗.工程師與工程教育新論[M].北京：商務印書館,2010.

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

（編輯：王春蘭）

張曉青，男，碩士，上海電機學院副教授。研究方向：數字化設計與制造；孫會，女，博士，上海電機學院機械學院副院長。研究方向：數字化設計與制造；于忠海，博士，上海電機學院教授。研究方向：數字化設計與制造。

G642

A

1671-0568（2015）35-0044-03