基于產品開發實踐的卓越工程師動手能力培養

王雙喜 牛小東 范衠 趙永杰

[摘 要]當前，我國實施“中國制造2025”、“互聯網+”等重大戰略，對工程學科科技人才的培養提出了更高的要求。為了適應競爭日益激烈的全球化環境，一名卓越的機械產品開發工程師不僅要具備扎實的理論知識，更要具備較強的動手實踐能力。根據“CDIO工程教育”及“卓越工程師教育培養計劃”的目標要求，汕頭大學近年來開展了大學生校外實踐教學基地的建設。汕頭大學與汕頭輕工裝備研究院聯合建設了“粵東輕工裝備制造技術校外實踐教學基地” 的教學體系，探索了學科混合、年級梯度培養的動手實踐培養模式，通過典型案例驗證了在校高年級大學生參與產品開發提高動手能力這一實踐教學模式的優越性，提出了目前實踐教學基地尚需解決的一些問題。

[關鍵詞]CDIO工程教育；卓越工程師；培養基地；產品開發；DIY實踐

[中圖分類號] G64 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）10-0179-04

○、引言

近年來，我國高等工程教育發展迅速，工程教育規模位居世界首位，隨著社會對高素質工程技術人才的需求日益迫切，其對工程教育質量也提出了更高的要求。當前，我國實施“中國制造2025” 、“互聯網+”等重大戰略，對工程技術人才的培養提出了更高的要求。

為了促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國，培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才，近年來，我國教育部先后實施了“CDIO工程教育”、“卓越工程師教育培養計劃” （簡稱“卓越計劃”）等一系列政策舉措，有力地推動了我國工程教育的發展[1]。

CDIO工程教育最早于2000年由美國麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學提出，是近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），它以產品從研發到運行的生命周期為載體 ，讓學生以主動的、 實踐的、 課程之間有機聯系的方式學習工程。CDIO培養大綱將工程畢業生的能力分為工程基礎知識、 個人能力、 人際團隊能力和工程系統能力四個層面，大綱要求以綜合的培養方式使學生在這四個層面達到預定目標。CDIO體現了系統性、科學性和先進性的統一，代表了當代工程教育的發展趨勢[2]。

“卓越計劃”是國家教育部貫徹落實《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）》的重大改革項目，其主要目標是面向工業界、面向世界、面向未來，培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才，為建設創新型國家、實現工業化和現代化奠定堅實的人力資源優勢，增強我國的核心競爭力和綜合國力[3]。

汕頭大學作為國內最先引進CDIO工程教育模式高校以及第一批“卓越工程師教育培養計劃”試點高校，在工程教育領域進行了深入的改革探索，其中基于產品開發實踐的卓越工程師校企聯合培養模式成效顯著[4]。本文詳細介紹了汕頭大學與汕頭輕工裝備研究院聯合建設“粵東輕工裝備制造技術校外實踐教學基地”（以下簡稱“裝備教學基地”）的工作，分析了基于產品開發實踐的卓越工程師培養模式和教學體系，探索了學科混合、年級梯度培養的實踐模式，通過典型案例驗證了在校高年級大學生參與產品開發提高動手能力這一實踐教學模式的優越性，提出了目前實踐教學基地尚需解決的一些問題。

一、裝備教學基地的教學體系與管理

（一）基地的教學體系

“粵東輕工裝備制造技術校外實踐教學基地”是汕頭大學與汕頭輕工裝備研究院聯合建立的實踐教學基地。汕頭輕工裝備研究院成立于2006年，是粵東地區唯一的致力于輕工裝備產品開發的省級新型研發機構，研究院擁有一系列先進的儀器設備、先進的實驗室，以及完善的機械加工與裝配車間，基本滿足了大學生的教學實踐要求，研究院每年承接有大量的科研項目及企業課題，為學生提供實際的項目設計及產品開發機會。基地結合自身資源優勢，先后建立了多媒體培訓教室、機器視覺技術實驗室、數控技術實驗室、加工裝配車間等。按照大學生實踐教學基地建設的規劃，先后對研究院現有基礎進行升級改造，引進西門子數控培訓設備，使培訓場地和設施設備滿足學生實訓的需求，讓入住基地實踐的大學生能夠充分利用這里的設備和儀器資源，并在基地導師的指導下，完成裝備的DIY研發，掌握結構設計、程序設計、自動控制、零部件選型和機械加工等工程知識。同時在基地實踐的大學生也能夠隨基地工程師一起進入服務的企業生產第一線，實地調試自己開發的設備，并考察裝備制造企業的運行管理，將理論和實踐相結合，提高學習興趣，提升教學質量。

“裝備教學基地”采用“理論課程+技能培訓+實操訓練+項目設計” 的教學體系，學生的工程訓練培養管理采用雙導師模式，以項目設計為核心、理論課程為基礎、技能培訓為輔導、實操訓練為手段，最終使培養的學生熟悉設備創新路徑，掌握基本的加工和裝配工藝技能，具備較強的團隊精神。“裝備教學基地”開設了一系列培訓課程：1.實用數控系統培訓：利用基地的數控培訓室，按照印刷包裝機械產品開發的要求，進行數控糾偏、張力控制等編程，并聯合西門子公司等企業給考核合格學生授予證書。2.企業與項目管理：提高基地實習學生對企業管理的認知，課程中通過對制造類企業的基本運作形態和各關鍵環節的計劃、組織、控制等內容的介紹，讓學生初步熟悉實用的管理方法，使其具備運用項目管理工具進行設備開發與制造作業優化的技能。3.機械裝備設計與裝配中的常見問題：邀請基地資深工程師結合具體產品設備對機械零件設計、產品選材、產品裝配與調試等進行系統講授。4.工程師職業道德與責任：介紹工程師在社會發展中所扮演的角色、工程師的社會責任、職業道德以及工程師對于公眾健康、安全、環境和可持續發展的責任。

（二）基地的管理架構

汕頭輕工裝備研究院是汕頭大學主導建設的具有獨立法人資格的廣東省級新型研發機構，因而在基地建設上能夠按照汕頭大學的培養計劃無縫對接。實踐基地建設模式采用汕頭大學指導、依托單位汕頭輕工裝備研究院主辦的方式。對于低年級學生，實訓基地可以作為機械制造、工業裝備、產品開發認知教育基地；對于高年級本科生和研究生，學生在基地主要能完成機械、電子等方面的一級項目作品設計與制造、數控技術培訓等課程訓練；通過參加企業設備開發項目，熟悉產品開發流程，掌握實用的設計知識和初步加工技能。基地組織管理架構如圖1所示。

（二）基地隊伍建設與教學管理

汕頭大學工學院有一批教師從事與輕工裝備及智能制造相關的科研工作，形成了具有輕工特色的研究基礎。為了支持“裝備教學基地”的建設，汕頭大學工學院指定9名教師參與基地的實踐教學工作。學院指導老師的工作形式分為幾種：1.與基地專業人員合作，根據學生實踐需求，聯手推出新課程或者短期培訓課；2.在寒暑假期間擔任基地實習學生的項目指導老師；3.承擔基地的科研任務并吸收學生參加。汕頭輕工裝備研究院篩選出實踐經驗豐富、表達能力較好的職業工程師兼職指導學生的實習，在基地形成一支教學與工程實踐互補的教學隊伍。基地負責人根據汕頭大學學生工程實踐的教學要求，總體規劃和協調在基地建設范圍內所開設的課程和培訓內容；制訂設備使用制度、基地科研項目管理辦法、基地指導教師考核條例、基地學生管理條例等。為鼓勵教師和基地工程師參與教學實踐基地的建設，汕頭大學工學院指導老師、汕頭輕工裝備研究院及其合作企業的指導工程師將被授予“裝備教學基地”指導老師的稱號，并按照指導工作量由汕頭輕工裝備研究院提供一定的勞務補貼和交通補助。

二、裝備教學基地培養模式

（一）基于CDIO工程教育的職業道德培養

CDIO是一種以工程項目設計為導向、工程能力培養為目標的工程教育模式，其特點在于所有需要學習和掌握的內容都圍繞項目設計這個核心，形成一個有機的整體[5]。目前年輕大學生普遍存在個性突出、團隊意識不強的問題，頻繁跳槽成了大學生畢業初期的一個普遍現象。這樣的行為，既給企業生產管理和人才建設帶來了巨大壓力，同時也對畢業大學生自己的成長非常不利。這種現象的出現，除了社會浮躁風氣的影響外，也反映出近年來我國工程教育重知識、輕技能與德育培養的傾向。針對這種教育缺失，汕頭大學提出了EIP-CDIO培養模式，即在CDIO工程教育培養體系中融入職業道德（Ethics）、誠信（Integrity）和職業素質（Professionalism）的培養[6]。在教學基地實習期間，邀請企業家和技術骨干現身說法，通過了解他們的成長經歷，理解企業對卓越工程師的目標要求，理解誠信、職業素養對自己成長的重要性，在成功者的模范教育下，形成回報社會、建立無我的高尚道德標準。

（二）梯度培養

隨著社會競爭的日益激烈，對工程應用型人才的要求越來越高，一名卓越的產品開發工程師不僅要求具備扎實的專業基礎、過硬的理論知識，同時還應具備較強的動手實踐能力。近年來，汕頭大學先后聯合多家企業，實行校企聯合培養，在汕頭、珠三角等地建立了多家實訓基地[6]，讓學生有機會到企業一線實習并參與產品開發。但這些實踐安排，由于地理空間限制，僅適用于四年級本科生。那些對科研有濃厚興趣的二、三年級學生基本上沒有機會參與到這種實踐培訓中。

汕頭輕工裝備研究院距離汕頭大學約2公里，二年級學生完成了本專業的基礎課程、具備一定的專業基礎知識后，便可以利用周末、假期、實習學期等時間，進行參觀實訓。二、三、四年級的學生可以組成興趣小組，參與企業項目設計、產品開發等實踐。同時，基地邀請工程師或專家對學生作相應的專業技能培訓，按照“學習助成長、實踐促成才”的工程教學理念在汕頭大學的合作指導下開展基地教學工作。不同年級的梯度混合培養，使產品開發具有了更好的傳承性，可以依托實習學生一代一代的升級。

（三）多學科混合培養

由于管理體制和習慣的關系，在大學內部，學生實習或項目興趣小組往往是以專業為邊界各自組織實施的。裝備教學基地打破了原來學校內部的院系邊界，承接的科研項目涉及機械、電子、計算機等不同工科專業，以項目為核心，形成了跨專業混合培養的良好平臺。計算機、電子系的學生在互聯網技術、傳感與視覺等方面基礎較好，機電系學生在機構設計、自動控制等方面優勢較明顯。不同學科學生的混合，與以前單一同專業學生的項目開發和實習相比，開發的作品新穎性更突出，如WiFi控制技術、機器識別技術與機械裝備有機的結合；不同工科專業的學生在項目開發過程中分別參與不同的模塊，加強了學生跨專業之間的知識體系的交流，更可以接受其他專業的相關知識的訓練，在項目實戰中不斷拓展自己的知識視野。

三、裝備基地教學的典型案例

近年來，隨著汕頭大學推行CDIO工程教育改革和卓越工程師培養計劃，工學院每年有30多名本科生、20多名研究生在粵東輕工裝備制造技術校外實踐教學基地實習或參與項目的開發，多名研究生、本科生以汕頭輕工裝備研究院及合作企業的產品開發為畢業選題。基地培養的學生作品先后獲得2015大學生國際創新工程設計競賽金獎、廣東省挑戰杯三等獎等佳績。一些以汕頭大學學生為主力軍開發的產品在企業生產線或教育培訓機構中得以應用。

（四）基于機器視覺的手機觸摸屏檢測設備

基于機器視覺的手機觸摸屏檢測設備，是2015年以汕頭大學2011級機電系四年級學生鄒阮兵、崔敬麟以及2名三年級電子系學生和1名二年級機械系學生為主體，在教學基地開發的一種適用于智能手機觸摸屏邦定引腳質量檢測的自動化檢測設備。2014年暑假期間兩名即將進入四年級的學生隨基地售后服務工程師一起在汕尾市信利光電股份公司進行自動清洗去污檢測設備的調試。秋季學期開學后，他們便與電子系、機電系的師弟師妹自組團隊，結合信利企業手機觸摸屏電極印刷質量自動檢測的新需求，在基地老師和工程師的指導下，設計了一套基于機器視覺技術的自動在線檢測流程。設計的手機觸摸屏檢測設備包括邦定機械手自動上料、檢測滑臺移動、視覺模塊檢測以及自動分揀等功能。該設備具備自動檢測引腳水平偏移及垂直偏移、ACF（Anisotropic Conductive Film，各向異性導電膜）缺膠等缺陷的功能。實現了±0.01mm的檢測精度、4秒/片的檢測速度、0.32%的誤檢率，檢測效率是工人檢測的2倍左右，達到了代替人工對觸摸屏引腳邦定質量的全自動在線動態檢測要求。該項目榮獲2015年廣東省挑戰杯大學生課外科技作品競賽三等獎。

（二）移動服務機器人

移動服務機器人是2016年汕頭大學2013級電子系學生陳文釗以及機電系學生鄭浩東等人在基地暑期實習期間開發的項目，他們在學校已經開發過移動機器人作品。在基地輔導老師的引導下，他們團隊以在學校累積的技術為基礎，分析市場的需求，開發了一款面向醫院、養老院的移動服務機器人。該產品主要基于他們自有技術的全向輪自主導航機器人平臺，通過嫁接激光掃描、機器視覺、自動避障、網絡互聯等先進技術，實現安防監控、物品送取、看護照顧以及醫療消毒等應用功能，老人通過手機語音識別就可以控制機器人。通過移動服務機器人項目，團隊新吸收了3位分別來自電子、機械、計算機專業的二年級學生，大家取長補短，在產品開發過程中互相學習，該作品獲得了2016年全國智能制造創新創業大賽的金獎。

四、結語

汕頭大學工學院聯合汕頭輕工裝備研究院建立的校外實踐教學基地，在基于產品開發的卓越工程師培養中取得了一定的成效，受到了在基地實習學生的廣泛歡迎。同時其培養的學生動手實踐能力、職業素養較高，受到了用人單位的高度評價。然而需要指出的是，在目前教育體制下，校外實踐教學基地建設工作依然存在許多需要進一步解決的問題。例如，校外實踐教學基地培訓的長期資金投入并沒有形成機制保障、校外實踐教學基地指導教師的工作考核以及交通伙食補貼與現行高校管理政策協調不足等。這些都需要在政府和學校層面進一步出臺政策和保障措施，以利于校外實踐教學基地的健康發展。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 林健.面向世界培養卓越工程師[J].高等工程教育研究，2012（2）：1-15.

[2] 顧佩華，包能勝，康全禮，陸小華，熊光晶，林鵬，陳嚴.CDIO在中國（上）[J].高等工程教育研究，2012（3）：24-40.

[3] 林健.高校“卓越工程師教育培養計劃”實施進展評析（2010～2012）（上）[J].高等工程教育研究，2013（4）：1-12.

[4] 顧佩華，胡文龍，林鵬，包能勝，陸小華，熊光晶，陳嚴.基于“學習產出”（OBE）的工程教育模式——汕頭大學的實踐與探索[J].高等工程教育研究，2014（1）：27-37.

[5] 康全禮，丁飛己.中國CDIO工程教育模式研究的回顧與反思[J].高等工程教育研究，2016（4）：40-46.

[6] 顧佩華，李昇平，沈民奮，陸小華，范穎暉.以設計為導向的EIP-CDIO創新型工程人才培養模式[J].中國高等教育，2009（Z1）：47-49.

[責任編輯：劉鳳華]