“智巢”模式實踐教學探索

周拓宇， 徐 巍， 阿迪力·麥麥提， 塞米江·依馬木

(上海交通大學 a.工程訓練中心; b.農業與生物學院; c.船舶海洋與建筑工程學院,上海 200240)

?

“智巢”模式實踐教學探索

周拓宇a， 徐 巍a， 阿迪力·麥麥提b， 塞米江·依馬木c

(上海交通大學 a.工程訓練中心; b.農業與生物學院; c.船舶海洋與建筑工程學院,上海 200240)

首先從實踐目的、培養方式以及腦域開發等三個實踐教學的基本著眼點分析了上海交通大學等高校的工程訓練中心實踐教學的現狀；針對目前實踐教學缺乏創新性這一普遍現象以及實踐教學只對專項技能開展這一事實，在前期“蜂巢”實踐教學模式的基礎上又最新提出了一種改進型的具有社會化屬性的實踐教學模式——“智巢”實踐教學模式。論文簡要分析了“智巢”實踐教學模式的特征并詳細闡述了“智巢”實踐教學模式的六個組成部分(創意，評估，開發集成，試生產與測試，批量化與產品投放，評價)的具體內容以及各個階段的具體實施方案，同時說明了該模型可以在“工科大平臺”的建設中起到重要的助推作用，更好地服務各院系，更有效地配合“卓越工程師”計劃的實施和執行。

實踐教學； “卓越工程師”計劃； 智巢模式

0 引 言

原清華大學實踐教育部主任傅水根教授在上海交通大學工程訓練中心2013年年度研討會上曾經指出，在全國范圍幾乎全部的高校內以及在幾乎所有專業的本科教學中大規模地引入實踐教學是中國高等教育的創舉，在世界上也是少見。實踐教學伴隨著國家的逐步改革開放，在國家實施高等教育發展的“985工程”和 “211工程”中建立和發展起來[1]，為學校高素質創新型人才培養提供了重要支撐[2]。實踐教學和國家高校擴招方針一起為培養和造就中國自己的工程師隊伍做出巨大的貢獻，中國也逐步成為制造業大國。在2011年2月的硅谷杰出人物聚餐上，美國總統奧巴馬打斷蘋果公司創始人喬布斯的談話，向喬布斯提了一個問題：為什么不能讓蘋果iPhone、iPad在美國制造？為什么不能把這些工作機會帶回家？[3]喬布斯在一個多月后在奧巴馬白宮再次追問時回答，在中國富士康公司有70萬員工為蘋果生產產品，所需的生產線、資金、廠房、技術和員工在美國都沒有問題，但每15～25名員工需配備1名具有熟練經驗的工程師，這3萬名工程師美國不能提供，這些工作不會回來。這從一個側面也反映了中國高等教育改革的成果。

1 現 狀

在中國成為制造業大國后，還有成為制造業強國的“中國夢”，與此相對應的是在高等教育中提出的“卓越工程師教育培養計劃”[4](簡稱卓越計劃)，這是“中國夢”的延續，我校有幸入圍這一計劃的第一批名單，我們理解的這個“中國夢”就是基于工程實踐能力的創新夢。創新需要創新的人才，創新人才的培養需要創新的平臺，創新平臺的構架一定是對既有模式的反思和凝練。

目前，各高校本科生實踐教學的主體一般都沒有自己的學生，僅是為學校各個學科的專業領域提供相互交叉知識類別的經典應用實踐為主，而高校的辦學方式又在從“校辦院”向“院辦?！钡慕M織形式過渡，人才培養過程中的個性特點顯現[5],實踐教學的繼續發展和提高遇到了新的問題。

《卓越工程師教育培養計劃通用標準》[6]對本科工程型人才培養提出了11個種類的要求。按照培養計劃給出的這“五面六能”(5個方面6種能力)的通用標準要求，反思實踐教學與院系理論教學在形式、培養目標、培養方法等的異同是多樣的，主要可以歸納為以下三點：

1.1 實踐目的

院系理論教學中的實踐，是對本學科專業領域中的理論、方法、原理等的驗證式實踐，是以理解、掌握各學科的知識點為目的，或可稱為“實驗”；實踐教學的最高目標是把這些人為劃分、抽象出的專業學科的知識點整合、交叉、還原成為整個人類社會生產實踐中各方面的具現或創新應用，或可稱為“試驗”?！皩嶒灐本哂袡z驗、復核的含義，而“試驗”具有創新、探索和嘗試的意義[7]；通過“實驗”可以發現和論證“新知”，探索自然界的規律，驗證已有知識，創立科學理論；通過“試驗”可以發明和創造合乎要求的“新品”，探索理論應用的條件、途徑和方法[8]。通過嚴格的設計方案，驗證某一理論或假說，觀察、了解某一現象和結果時的“實驗”與帶有“嘗試性”感情色彩的“試驗”比較[9]，不同的實驗者“實驗”的結果應是相同的，不同的試驗者“試驗”的結果或會不同，兩者處在從實踐到認識和從認識到實踐的不同階段。如果這樣來分，結合現狀，實踐教學還有很長的路要走，也還有很大的發展空間。

1.2 培養方式

在院系本科階段的理論教學中，學生的學習方式以教師指導下的個人奮斗為主，通過個人的努力特別是其中優秀人才的努力，提高整個社會的知識儲備；而高校的實踐教學則以集體、團隊和個人相結合的方式，通過把這些知識物化來提高學生個人的具現及創新能力，特別地，這個能力也包括了與同行或相關行業同僚的交流能力。從這個角度看，實踐教學中的“度”就很重要了，舉例而言，“做出一個彈簧”相當于社會的知識儲備，通過學習幾乎每個學生都可以實現；而“做出兩個一樣的彈簧”就是實踐教學的方向之一，也是個人實踐能力的體現。當年，曾在全國征集做出四個一樣的彈簧。

1.3 腦域開發

合格的現代工程師不僅必須具備較強的工程思維能力，而且應當具備正確的工程思維習慣，其前提條件就是要有正確的工程意識[10]。當前，世界范圍內都加強了對人腦的研究，加大了對人工智能的研發投入。近代腦科學認為：當我們開始學習新知識、新技術、新技能的時候，主要是大腦皮質干預(發揮作用)，當小腦接替大腦工作開始干預后，我們才能更好地或熟練地真正掌握所學[11]。大腦負責思考，小腦負責行動[12]。

院系的理論教學開發了學生的大腦，培養出學生的創新意識，使學生的思維能力越來越發展；實踐教學則開發學生的小腦，培養學生的創新能力，使學生的實踐能力越來越強大，并把大腦的開發成果，部分通過小腦的實踐活動表現出來。

當然，這些也是我們人為劃分的，按照辯證法的觀點來說，它們也是對立統一的。

2 智巢實踐教學模式

實踐教學的目的是培養學生的創新實踐能力，這個實踐能力最終是為社會實踐服務的。在實踐教學中用到的所有人員、設備、理論、方法等都基于對現階段社會生產實踐的定義、理解以及承繼，尤其是在“院辦?！笨赡茉斐赏|化或重復建設的現狀下。比如，在各中心取得很好效果的實學創新工坊，由于一般多采用常規工具設備，復制起來就較容易。一個可能的解決方案就是把這些工具設備向微型化發展使院系不屑于采用，或向巨型化發展使院系認為不值得采用。這樣，各中心才能具有各自的特色，更好地為院系服務?，F實的制造業也是不斷向這兩個方向發展中。

在中國，許多學生并不了解國內本科階段12個學科門類近80個(不包括軍事專業)一級學科專業的使命以及不同專業的特點，大多是非主動地選擇專業領域。讓這部分學生有進一步了解其他專業領域的機會，從而能更好地選擇和確定自己的專業發展方向，也應成為本科實踐教學的目的之一。

實踐教學是面向學校各個不同專業的，對實踐的定義很重要。實踐教學的特征之一是課程結束后都有一個具體的實物作為考核各種實踐技能的依據，是一個從“無”到“有”的過程。在確定實踐科目或定義實踐模型時希望可以涵蓋盡量多的專業領域，使學生在實踐教學中可以了解自己專業的屬性和與相關專業的聯系以及各不同專業的基本功用。我們在實踐教學的選修課程中，模仿新產品開發流程[13]，定義了一個具有社會化屬性的實踐教學六段模型，如圖1所示，認為實踐教學應包含設計、生產制造、銷售、服務的各個階段。

在圖1中，大多數學科專業都可在一個或多個階段中找到自己的位置，或者說，這些專業本身就是服務于社會實踐中類似的一個或幾個階段。階段一的創意是指問題需求分析，人的想法一般會受到所處時代的政治、經濟、技術、文化等的限制，好的想法應該是對這些限制的突破。第二階段的評估包括技術支持、市場支持、授權等多方面以及合理利用中心實踐教學中各加工設備的可行性分析。第三階段的開發集成與第四階段的試生產與測試是創意的具體實現階段，根據具體實踐目標的不同可以涵蓋各學科的多種領域。第五階段是目前實踐教學涉及較少卻是社會實踐急需的產品化階段，批量化包括冗余、抗干擾、穩定性、外形、流水線等設計，投放涉及策劃、廣告、市場、倉儲、物流、管理、服務等多方面學科；在實驗室實現某一個功用相對較容易，但把它產品化相對較難，這也許或能成為各中心發展的特色之一。最后階段的評價體系也是實踐教學的一個重要內容；理論教學是通過試卷來評價學生成績，社會實踐最終是通過“效益”來評價這個創意的；在這個模型里，我們的實踐教學通過實物的模擬市場化——虛擬貨幣來量化評價學生實踐教學成績，這個評價有一定的主觀性，所以在虛擬貨幣的基礎上還要看學生在這一過程中是否發現自己的特長，是否找到自己感興趣的領域，以及團隊的合作和學科專業扮演的角色等方面，允許虛擬貨幣為零或負的情況發生。這一模式所構建的主題思想是為了保護學生的新頭腦，即打破固有慣性限制的思維潛能，認為每名學生在未來的社會實踐中都能找到自己的位置，都能成為各自專業的人才，都能在實踐中認識自己、發現自我。

在具體實踐教學的組織形式上，基于中心原有的“多模式、多層次實踐教學模式”[14]以及“蜂巢實踐教學模式”[15]，結合目前社會實踐中效果顯著的“眾籌”模式，我們最新提出了“智巢”實踐教學模式，只是“眾籌”模式籌的是大眾的錢，“智巢”模式籌的是學生的智慧。在原有他組織或類自組織屬性[16]的“蜂巢”模式中的每一個蜂巢由不同專業的學生組成，每個蜂巢都做同一個實踐項目，每個蜂巢的實踐結果不依賴于其他的蜂巢，交流只在每個蜂巢內產生，最終實踐目標的實現不依賴于其他蜂巢的實踐結果，不受其他蜂巢的制約。這個新提出的自組織[16]屬性的“智巢”模式中的每一個“智巢”都由相同或相近專業的學生自愿組成，每個智巢只做同一個實踐項目的一個階段，每個智巢的實踐結果依賴于其他智巢的內容和結果，交流必須在不同智巢之間產生，最終實踐目標的實現依賴于每個階段每個智巢的實踐結果，受到其他智巢的制約。

“智巢”實踐教學模式相比較于“蜂巢”實踐教學模式更貼近于真實的社會實踐，成功并不只是自己努力就可以，還依賴于合作伙伴和其它不同因素的制約。在2012年和2013年，我們在選修的實踐教學課程中，采用“智巢”實踐教學模式進行了探索。圖2是基于GPL許可，具有生物可自我復制性的開源3D打印機實踐教學的一個例子。學生分為基于3D圖像設計的媒體設計組，基于python的軟件組，機架和安卓控制板的機電制作組，輔件和管理的文檔組。在GUN的GPL授權許可證下，學生對軟硬件、機和電都進行了優化。圖2中右邊圖像懸空部分的邊緣毛刺明顯，左邊的武士頭像是優化后的，可以看到邊緣更圓潤、細膩。

圖2 武士頭像比較圖

3 結 語

我國現在的制造業大國地位，主要依賴上述實踐教學模式圖中第四個階段的快速發展。以在中國制造的蘋果iPhone手機的利潤為例，在每個手機約210美元的利潤中，蘋果公司和因特爾公司為主分享了模式圖的前三個階段約100美元的利潤，后面的階段蘋果公司也享有了另一個近100美元利潤的主要部分。雖然幾乎所有的iPhone都在中國生產但中國僅在相當于第四階段中享有約7美元的利潤。目前提出的“卓越工程師”計劃，其目的應該是希望在模式的其他幾個階段實現“中國夢”。為配合“卓越工程師”計劃的實施，工程訓練中心同樣也在進行“工科大平臺”的建設。現階段，實踐教學除了把工程實踐訓練平臺向工程實踐創新平臺轉變以外，構建的創新實踐平臺還應有新產品的孵化器和產品化新產品的助推器功能。在過往他組織式的實踐教學中類似于從外部打碎雞蛋,得到的是食物；而自組織式實踐教學模式希望學生從內部打碎雞蛋從而產生生命，這樣的新生能更好地服務于各院系和“卓越工程師”計劃。

[1] 工程訓練中心. 上海交通大學工程訓練中心[J].實驗室研究與探索，2012，31(7)：2-3.

[2] 哈爾濱工程大學.哈爾濱工程大學實驗教學中心建設成果縱覽[J].實驗室研究與探索,2012,31(10): 1-3

[3] 新華海外財經.蘋果深陷“中國血汗工廠”漩渦[EB/OL].東方早報http://www.dfdaily.com/html/113/2012/1/31/734057.shtel. 2012年1月31日

[4] 中華人民共和國教育部.教育部關于實施卓越工程師教育培養計劃的若干意見[EB/OL]. http://www.moe.gov.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s5179/201102/xxgk_115066.html. 教高[2011]1號

[5] 倪 杰,吳遠征.經管類實驗教學示范中心建設與實踐[J].實驗室研究與探索，2013,32(6)：108-113.

[6] 教育部，中國工程院. 教育部 中國工程院關于印發《卓越工程師教育培養計劃通用標準》的通知[EB/OL].http://www.moe.gov.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s7915/201312/xxgk_160923.html. 教高函[2013]15號

[7] 張麗君,潘 文. “實驗”與“試驗"在編輯工作中的規范使用[J].西部中醫藥，2012,25(10)：75-76.

[8] 李 碩. 科技詞匯“實驗”與“試驗”的歷史考證及詞義辨析[J].山東外語教學，2011,142(3)：38-40.

[9] 楊 勇. “實驗”與“試驗”慣常用法管見[J].中國科技期刊研究,2008,19(4):699-701.

[10] 任正義,劉思嘉. 現代工程師的工程意識[J]. 實驗室研究與探索，2013,32(3)：194-234.

[11] 尼克·阿諾德.自命不凡的大腦[M].育桐.北京：北京少年兒童出版社,2004.27-29.

[12] 蘇珊·格林菲爾德.大腦的故事[M].上海：上?？茖W普及出版社,2004.21-22.

[13] 任君卿,周根然.新產品開發[M].2版.北京：科學出版社, 2009.

[14] 王留芳,董德禮.多模式、多層次電子電工實踐教學改革的探索與實踐[J].實驗室研究與探索,2011,30(3):94-96.

[15] 周拓宇,董德禮. “蜂巢”模式實踐教學探索[C]//華東高校工程訓練教學學會第九屆學術年會論文集,北京：國防工業出版社,2011.27-28.

[16] 何 躍,李怡唯.基于自組織與他組織視角的中美高校創新人才培養方式比較分析[J].學校黨建與思想教育,2012(6):92-94.

Exploration on the Practical Teaching Model Named “Smart Nest”

ZHOUTuo-yua，XUWeia，AdilMuhemmmetb，SamijianImamc

(a. Engineering Training Center; b. School of Agriculture and Biology; c. School of Naval Architecture，Ocean and Civil Engineering， Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China)

This paper analyzed the current situation of the practical teaching provided by Engineering Training Center in Shanghai Jiao Tong University and other universities. Aiming at the common phenomenon that the current practical teaching is less innovative as well as the fact that the current practical teaching is only designed for a certain specific skill, this paper proposed a new practical teaching model called “Smart Nest” model, which is characterized with social attributes and is an improved version of the previous “Honeycomb” model. By analyzing the characteristics and describing the six steps of this teaching model in detail, it was shown that this model can facilitate the implementation of the “Outstanding Engineers Program”.

practical teaching； Outstanding Engineers program； Smart Nest model

2015-04-16

上海交通大學本科生研究計劃(T410PRP27006)

周拓宇(1968-)，男，安徽淮南人，碩士，高級工程師，主要從事電機、電器的數字化控制應用研究及電子電工實踐教學。

Tel.：021-54742932-836,13818576491；E-mail：tyzhou@sjtu.edu.cn

G 642.0

A

1006-7167(2016)03-0192-04