培養(yǎng)實踐能力 造就創(chuàng)新人才
——訪美籍科學(xué)家交大密西根學(xué)院院長倪軍教授

夏有為

(《實驗室研究與探索》編輯部， 上海 200030)

1 科學(xué)實驗推動科學(xué)技術(shù)發(fā)展

夏有為(簡稱夏)：倪教授您在吳賢銘實驗室從事機(jī)械制造領(lǐng)域的研究取得了卓越的成就，請結(jié)合您的經(jīng)歷談?wù)効茖W(xué)實驗的作用。

倪軍(簡稱倪)：好的，先介紹一下我的導(dǎo)師吳賢銘。

1.1 在吳賢銘實驗室里

吳賢銘教授是世界機(jī)械制造專業(yè)的泰斗，無數(shù)名牌大學(xué)的客座教授、名譽(yù)教授。在他近30年的學(xué)術(shù)生涯中，培養(yǎng)了124名博士。他的學(xué)生中很多都已經(jīng)是名牌大學(xué)的教授，有的已經(jīng)是美國工程院院士。在中國機(jī)械制造學(xué)術(shù)界，吳賢銘也是無人不曉。兩任哈工大校長楊士勤，華中理工大學(xué)前任校長楊叔子院士都在吳賢銘的實驗室做過訪問學(xué)者，華中理工前任校長李培根院士也是吳賢銘教授的學(xué)生。

吳賢銘的刻苦和輝煌的成就使他只用了6年成為正教授。1987年，在威斯康星大學(xué)工作了25年后，他離開那里，被密西根大學(xué)邀請去做制造技術(shù)講座教授，在這里吳教授以非?？炭?、非常成功的工作建立了全美國最大的密西根大學(xué)機(jī)械制造研究中心。

吳賢銘教授認(rèn)為一個人的成功天資只是百分之十，機(jī)遇是百分之二十，自己的努力是百分之七十。關(guān)于天資，吳賢銘對他的學(xué)生經(jīng)常講能出國來讀書的人的IQ都差不多，那種天才的人是很少的。機(jī)遇要好好把握，如果不努力，是難以抓住機(jī)遇的。只有努力，是我們唯一能自己控制的。吳賢銘教授就是按這種原則去工作。他沒有休息，一周工作7天和6個晚上。他的這一切深深地影響著我。

1989年我在吳教授指導(dǎo)下讀完博士后，把我留了下來。擔(dān)任這個研究中心的ASSISTANT RESEARCH SCIENTIST。1992年吳賢銘教授的突然病逝給密西根大學(xué)工程學(xué)院蒙上了一層陰影。系主任找我長談，問我有沒有把握把這個中心辦好。當(dāng)時我充滿信心地接受了下來。

為了紀(jì)念吳賢銘老師的成就，讓老師的名字永遠(yuǎn)留在密西根的大地上。我們要求學(xué)校把中心名字改為“吳賢銘制造研究中心”。在美國大學(xué)里，通常只有向?qū)W校捐款幾千萬美元，學(xué)校才會以他的名字來命名某個中心或某一棟大樓。而吳賢銘教授完全是以他在學(xué)術(shù)上的成就而得到命名的。

在這個中心我團(tuán)結(jié)周圍的人，守住了它并且把中心不斷擴(kuò)大。現(xiàn)在中心有5位教授及研究員，30多個研究生，30多個博士后和訪問學(xué)者等等。 在機(jī)械制造領(lǐng)域，這個中心是美國最有影響的研究中心之一。

1.2 實驗推動了工程技術(shù)發(fā)展

夏：您具體的研究方向是什么？有哪些成果與實驗有關(guān)？

倪：我的研究方向主要是在精密制造工程的建模和補(bǔ)償控制以及智能維護(hù)系統(tǒng)等領(lǐng)域，這些年來也取得了一些成就。例如，在控制補(bǔ)償方法用在GM的TRANSMISSION加工的CNC數(shù)控機(jī)床上，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。波音在制造新型737時，出了問題，無法交貨。我和中心的研究人員幫助波音分析了機(jī)床加工顫震問題，尾部平衡架的振動問題就得到了解決。波音公司的總裁到密西根大學(xué)來觀摩和向我們表示感謝。我們把統(tǒng)計方法和制造理論結(jié)合提出了機(jī)械加工過程中熱變形誤差補(bǔ)償理論，切削力學(xué)模型。我們又參加組織車身制造質(zhì)量的“2mm工程”計劃。這些研究成果已經(jīng)廣泛應(yīng)用在汽車、航空等領(lǐng)域。值得指出的是這些研究都需要提出設(shè)想、進(jìn)行計算、經(jīng)過實驗才能得出結(jié)論，我們的基礎(chǔ)研究工作都是在實驗室進(jìn)行的，實踐證明，實驗是推動科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基本手段，而實驗室是科學(xué)研究離不開的重要基地。

1994年，我被授予美國總統(tǒng)教授獎。這是對我在實驗室刻苦鉆研取得成果的肯定。1997年，被破格提升為正教授同時獲得TENURE，那年我36歲。創(chuàng)業(yè)難，守業(yè)更難。在大家的支持配合下我繼承了吳賢銘教授的事業(yè)，而且正在這條路上向更遠(yuǎn)方向走去。2009年國際機(jī)械工程大會暨博覽會上被授予了美國機(jī)械制造領(lǐng)域最高獎——William T. Ennor Manufacturing Technology Award。2013年獲得了國際制造工程師學(xué)會的金獎，是該獎1955年設(shè)立以來的首位華裔獲獎人(圖1，圖2)。

圖1 2009年獲ASME最高獎

圖2 2014年獲Andrew Heiskell大獎

1.3 合作攻關(guān)的“飛行教授”

夏：交大有人稱呼您為“飛行教授”是怎么回事？

倪：作為上海交通大學(xué)客座教授，過節(jié)正日益成為我的一種奢望。中國新春佳節(jié)，我要在美國一如平常，獨守實驗室挑燈夜戰(zhàn)；而當(dāng)美國人放大假，熱火朝天地度圣誕時，我要趁隙飛到上海，繼續(xù)我與交大的科研攻關(guān)及教學(xué)合作課題。交大的同行戲稱我為“飛行教授”，這雅號倒也恰如其分。自從1998年，時任交大機(jī)械學(xué)院院長的嚴(yán)雋琪教授專程趕到我在美國的家，邀我擔(dān)任母校長江學(xué)者講座教授起，我便開始了終年無假期的工作日程——每年，除了在美國不分晝夜地工作外，還近乎兩個月一次，頻繁地往返于大洋兩岸。只要趕上哪一邊過年放大假，正是我提起行囊，飛向另一邊的機(jī)會。尤其是過去8、9年，我?guī)缀趺總€月都來回于中美之間。

10多年來，經(jīng)過努力，上海交大與密西根大學(xué)開創(chuàng)了中外高教界從本科到博士培養(yǎng)全面合作的成功范例；在上海交大的實驗室里(圖3)，與交大教授林忠欽聯(lián)手，一舉完成了“汽車車身設(shè)計和制造誤差不超過2mm”的攻關(guān)(圖4)，不僅榮獲國家科技進(jìn)步大獎，更為國內(nèi)多家大型汽車集團(tuán)解決了重大難題。

圖3 倪軍教授在實驗室里

圖4 2 mm工程科研成果

也是在這些年里，幫助交大，促成美國通用汽車公司在北美之外設(shè)立了第一個衛(wèi)星實驗室，爭取了價值2億多美元的教學(xué)與科研軟硬件系統(tǒng)捐贈；同時也支持交大全面改革了機(jī)械本科的教學(xué)體系；并促使交大與密大聯(lián)合，將科研的方向瞄準(zhǔn)世界制造科技的前沿——微納系統(tǒng)，該系統(tǒng)研究的內(nèi)容是微小尺寸的機(jī)械加工技術(shù)。能為母校、為中國高校做些努力，這是我夢寐以求的事情！

2 中國亟需更多的卓越工程師

夏：我國教育部正在實行卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的重大改革項目，也是促進(jìn)我國由工程教育大國邁向工程教育強(qiáng)國的重大舉措,旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，對此，您有何看法？

倪：國家訂計劃培養(yǎng)卓越工程師這是非常正確也是非常必要的。關(guān)于卓越工程人才的培養(yǎng)我有一些想法。

2.1 仰望星空與腳踏實地

中國有210萬工程師，大學(xué)生中有35%的學(xué)生學(xué)工科——“現(xiàn)役”和“后備”工程師的數(shù)量目前都排名世界第一。但是在瑞士達(dá)沃斯世界經(jīng)濟(jì)論壇發(fā)布的“世界競爭力報告”中，中國“合格工程師”的數(shù)量和總體質(zhì)量，在參加排名的55個國家中卻排在了第48位。據(jù)美國《財富》雜志公布的最新數(shù)據(jù)，美國“適合全球化要求”的工程師有54萬，中國只有16萬，連全國工程師總數(shù)的1/10都不到；而印度，符合全球化需求的工程師超過總數(shù)的70%。更關(guān)鍵的是，創(chuàng)造單位GDP，中國需要的科技工程人員數(shù)量是日本的3.68倍。

為何如此龐大的數(shù)量卻培養(yǎng)不出卓越的工程人才？大學(xué)應(yīng)該培養(yǎng)什么樣的工程人才？如何培養(yǎng)工程人才？我想對于工程人才來說，非常重要的是既要抬頭望天，也要腳踏實地具備解決實際問題的能力。

事實上，培養(yǎng)卓越的工程人才說起來容易，但是做起來并不那么容易。上海交大密西根學(xué)院從其前身的國際化試點班開始至今已有15年，一直以來，就是致力于如何通過先進(jìn)的教學(xué)和管理體系踏踏實實地培養(yǎng)出具有較高綜合能力的卓越工程人才。

2.2 卓越工程人才的能力

夏：培養(yǎng)卓越工程人才的能力具體是哪些內(nèi)容，培養(yǎng)中應(yīng)注意什么問題？

倪：我認(rèn)為要注意以下幾個方面的問題。

(1) 能力要素。首先，來看看我們理想中的卓越工程人才應(yīng)該具備什么樣的能力和素質(zhì)？我認(rèn)為，最重要的是發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力?，F(xiàn)在國內(nèi)大學(xué)的人才培養(yǎng)模式大多是知識傳授型的，我們的老師，包括教材、作業(yè)，都是把一些問題高度提煉成一些“可以解”的問題。所以我們的學(xué)生可以快速地、巧妙地解出方程式，這比國外學(xué)生要強(qiáng)得多。

但是，在這樣的模式中培養(yǎng)出來的學(xué)生走上社會，當(dāng)參與到一些實際的工程問題時，他們總是找不到方程式在哪兒，找不到解決問題的切入點和方法。因此，對我們來說，培養(yǎng)的學(xué)生必須具備這樣的能力，就是：能夠自己發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、簡化問題并最終能夠解決問題。

(2) 問題所在。當(dāng)前的國內(nèi)大學(xué)里，學(xué)生學(xué)習(xí)中遇到的大多數(shù)問題都只有唯一解，而且學(xué)生也習(xí)慣于做完題目后，互相看一看答案是否一致，如果一致，那大家都放心了。久而久之，它將導(dǎo)致學(xué)生缺乏自信心。而在國外的大學(xué)，很多問題都是開放性的，沒有唯一方案，也沒有對錯之分，學(xué)生也不知道是你的方法好，還是我的方法好。此時，大家往往就會各執(zhí)己見，都認(rèn)為自己做得好，甚至老師在課堂上提出解決方案后，學(xué)生仍然可以去挑戰(zhàn)老師的方案，看是否能夠有更好的方法來解決問題。

這樣的訓(xùn)練帶來的看似是活潑的教學(xué)風(fēng)格，實際上是通過這種潛移默化的訓(xùn)練，學(xué)生可以拋開思維的依賴性，建立和強(qiáng)化自信心。因為當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)任何嘗試都是被鼓勵的，任何嘗試都是有可能獲得成功的時候，就會信心倍增。在上海交大密西根學(xué)院開設(shè)的Vg100、Vm250、350、450等很多課程，都有開放性的項目，并鼓勵學(xué)生到實驗室里去嘗試創(chuàng)新(圖5、圖6)，我們學(xué)院每年舉辦的學(xué)生創(chuàng)新項目比賽、畢業(yè)設(shè)計展覽項目絕大多數(shù)是在實驗室里進(jìn)行的(圖7)，我們鼓勵老師采用越來越多的開放性問題來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和主動性，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)。

圖5 學(xué)生在實驗中

(3) 動手為要。對于培養(yǎng)一名卓越的工程人才來說，必須培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力、團(tuán)隊合作能力、表達(dá)能力、領(lǐng)導(dǎo)能力、動手能力等等。其中，最關(guān)鍵的是動手能力。大學(xué)傳統(tǒng)的工科課程體系設(shè)置是，技術(shù)課完成后，會做一些“實驗”，學(xué)生圍在一起看一看專職的實驗員把實驗演示一下，記一些數(shù)據(jù)，填一下表，報告就炮制出來了。這樣做 對于學(xué)生來說，只不過是多記了幾個數(shù)據(jù)，很少能在腦海中產(chǎn)生什么深刻印象，更不用說是培養(yǎng)學(xué)生的興趣和提高學(xué)生的動手能力了。上海交大密西根學(xué)院的課程是把所有課的實驗內(nèi)容都提取出來，匯總成幾門較大的實驗課。像機(jī)械工程專業(yè)學(xué)生要上的三年級395、四年級495。學(xué)生不只是抄幾個數(shù)據(jù)，他們要考慮實驗?zāi)康氖鞘裁?，用什么樣的設(shè)備、條件去獲取所需要的數(shù)據(jù)。在整理數(shù)據(jù)時，他們還要考慮實驗誤差、儀器誤差、不確定性等因素。學(xué)生還要掌握怎么樣去處理實驗結(jié)果。而且這個過程里，學(xué)生不僅要形成書面報告，還要做一個演講。這樣，經(jīng)過一系列的實驗鍛煉，學(xué)生的綜合能力就會提高很多。

圖6 大一《工程導(dǎo)論》課堂展示

圖7 學(xué)生設(shè)計自動導(dǎo)航系統(tǒng)

(未完待續(xù))