工業4.0和現代工科基礎教育

袁曉明+于鳳龍+侯振興+沈明輝+俞濱

摘要：工業的發展離不開教育，近些年工業4.0越來越多地被人們提及，工業4.0包含著人們對未來工業發展的希望，而是其實現過程中重要的一環。本文闡述了工業4.0和現代工科基礎教育兩個方面的含義，并分析了兩者的聯系以及工業4.0的實現對現代工科教育所提出的要求。

關鍵詞：工業4.0；現代；工科；基礎教育

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）27-0046-02

一、什么是工業4.0

德國政府在《德國2020高技術戰略》計劃中所提出的十大未來項目之一——工業4.0——由德國聯邦教育局及研究部等眾多經濟技術部門聯合資助。該項目以加深制造業和智能化的結合程度，提高工業市場的適應性、資源利用效率，更加合理地利用商業伙伴及客戶資源為宗旨。其中網絡實體系統及物聯網技術便是保障這一項目實施的技術基礎。

二、為什么要進行工業4.0

在現代網絡飛速發展的社會，比特存在于任何一個實體產品，每個實體產品都有屬于自己的條形碼。因此，任何一項想要擁有盈利能力的產品都離不開比特，未來的人類社會必將向智能方向發展。例如人與機器的信息交流，機器與機器的信息交流。產品的智能化必將越來越普及，它是制造業的未來，也是人類的未來。圖1便是不遠的將來的智能城市。

工業4.0是通過技術轉型而完成的一場深刻的產業變革。這也是我們國家當前極其需要的。在工業4.0中提及的智能制造是從產品的制造到產品失效進行全方面的監管，時時刻刻監督產品的“健康狀態”。它可以用計算機輔助進行建模仿真和動態運行仿真，提前發現結構或者制造之中存在的問題，使技術人員可以提前預防。通過信息通信技術的運營，將產品的設計過程和制造過程進行優化，大幅度減少資源和能源的浪費，為中國的可持續發展保駕護航。

三、工業4.0所帶來的機遇與挑戰

毋庸置疑，德國是一個工業超級大國。而我國雖然已經完成了很多矚目的成就，如量子衛星的成功發射。但距離德國這種工業大國仍具有一定的差距。目前中國和德國已經攜手進入工業4.0的新時代，將數字化融入工業生產之中。這場合作，一定會為中德兩國帶來新的發展機遇，并且能拉近中國與其他工業超級大國之間的差距。雙方共同認為，兩國政府應提供政策支持來幫助企業進行組織結構和工作方式的在工業4.0中的變革。既然有機遇，挑戰也會如影隨形，關注之一就是對于數據及客戶隱私的保密保護工作。如今網絡安全問題日益嚴重，因此這也是工業4.0的焦點。再就是前面提到的人機間地信息溝通，機器人和人工作在一起，不僅要機器人了解人的語言，甚至還可以解讀人的肢體語言，提高工作效率如圖2。對于現狀說，還需要相當長的時間才能夠做到這一點。

四、現代工科基礎教育

一個國家科學技術的創新突破離不開工科基礎教育。它是培養未來工程師最基礎的渠道也是最重要的渠道，能否培養高質量人才，為中國的發展做出新的重要貢獻，便成為中國高等工程教育責無旁貸的使命。而隨著工業4.0的興起，能否將這一全新的工業革命深入普及到對現代工科基礎教育，這對工程實踐和工程教育改革具有重要的指導意義。如何用這一新潮思想來整合與改革現有工程教育理念、模式、內容和方法，樹立當代工程觀，構建新的工程師培養體系，加強工科大學生創新素質和實踐能力的培養已成為現代工程基礎的新焦點。

五、教育的新起點

教育按教授的內容分為理科和文科教育，理科教育主要是通過動手實踐來對客觀世界做出影響。而文科教育則是通過對學生進行思想上的引導，建立一種內在的思維能力，改造人類的精神世界。在這個物質第一性，精神第二性，物質決定精神的世界，人們想要從根本上改變世界的話，就要把改變客觀物質世界作為首要任務，而改變客觀物質世界的方法是理工科教育。工科的教育重在基礎，工科教育就像蓋樓房一樣，基礎是地基，要是地基沒打牢固，樓房肯定不會安全，跟不可能蓋得很高，這就要求我們重視現代工科基礎教育。工業4.0是一個以智能化的工業時代，這還要求我們在工科基礎教育中要與時俱進，不能機械地去傳授自然科學文化知識，還要將先進的科學技術創新性的運用，注重基礎教育中各學科的結合創新。

我國的工科、工程教育較西方國家來說，起步較晚，但從林則徐睜眼看世界和興辦于洋務運動的各式學堂之后，我國的工科教育水平得到了很大的提高，教育的發展也培養了一批高素質工科人才。為了國家長遠的工業發展，我們的工科基礎教育要跟隨時代進行不斷地調整。只有適應時代的需要才能推動工業向未來的工業4.0不斷邁進。

六、現代工科教育在4.0的道路上可以走多遠

工業4.0要求工科基礎教育理論與實踐緊密結合。為提高工科基礎教育中對學生的實踐能力的培養，首先，要明確實踐能力的正確內涵，實踐能力不但包含了學生的動手操作能力，還包括其他各種能力，如交往能力、組織能力、管理能力、表達能力。在工科基礎教育中實踐能力的提升就是為了讓學生對未來可能遇見的工程應用問題提前適應，工業4.0的實現需要的是有多方面才能的工程師，而不是操作技術嫻熟的操作工，作為工業4.0時代中的工程師，要能將各領域內的知識技術善加利用，加以整合。其次，工業4.0時代對工科基礎教育還要求其在教學過程中注意培養學生的創新性思維和創新能力，現代的中國的工程技術人員的數量已經達到了一定的水平，但是整個隊伍的創新能力不足，不足以推動社會向工業4.0時代邁進。在工科基礎教育階段，學生的思維是最為活躍的，學生缺少的是正確的引導，應努力引導學生建立創新性思維，逐步提高自己的創新能力。工業4.0時代是一個智能化水平高的工業生產模式，在這種模式中，創新能力如果跟不上，則整個模式的發展就不會走得長遠。

七、結束語

工業4.0時代是我們對未來的一種期望，也是時代發展的必然。正是有了這份期望，我們才會重新審視現在的社會，重新調整工科基礎教育中的各個環節，這樣才能在工業模式中平衡好時代發展的需求。讓教育更加緊密地貼近時代，實現教育與發展的相互促進，最終推動社會向更好的方向邁進。實踐和創新只是工業4.0向工科基礎教育提出的兩個迫切要求，我們要在發展的同時一邊探索工業4.0時代和現代工科基礎教育之間的關系，這樣我們才能更好更快地進入工業4.0時代。

參考文獻：

[1]楊登秀.工科大學生實踐能力培養研究[D].重慶大學，2007.

[2]陳國松.我國重點大學本科工程教育實踐教學改革研究[D].華中科技大學，2012.

Abstract：Industrial development cannot leave the education. Recently，industry 4.0 has been raised by many people，which represents the hope for the future industrial development. The engineering foundation education takes an important part in engineering foundation education's achievement .This article explains the definition of industry 4.0 and modern industrial engineering education，and analyzes the association between them. To achieve industry 4.0，the industrial requirements proposed by modern engineering education are also analyzed.

Key words：Industry 4.0；modern；engineering；foundation education