回歸工程實(shí)踐的數(shù)字化項(xiàng)目綜合訓(xùn)練

◆張曉青 孫 會(huì) 于忠海

回歸工程實(shí)踐的數(shù)字化項(xiàng)目綜合訓(xùn)練

◆張曉青 孫 會(huì) 于忠海

回顧工程教育發(fā)展歷程，回歸工程實(shí)踐是現(xiàn)代工程教育的發(fā)展趨勢(shì)。本文分析了國(guó)內(nèi)現(xiàn)有高等工程教育實(shí)踐課程存在的不足，闡述數(shù)字化項(xiàng)目綜合訓(xùn)練的內(nèi)容模式、特色優(yōu)勢(shì)及實(shí)施注意事項(xiàng)，認(rèn)為其能極大程度體現(xiàn)回歸工程實(shí)踐，并根據(jù)實(shí)踐情況提出項(xiàng)目綜合訓(xùn)練應(yīng)在工程教育中推廣應(yīng)用。

工程教育；工程實(shí)踐；數(shù)字化；項(xiàng)目綜合訓(xùn)練

一、工程教育的發(fā)展起源

1.工程教育的起源

工程教育源自西方社會(huì)的“學(xué)徒制”，伴隨工程師職業(yè)的發(fā)展于17世紀(jì)開(kāi)始逐步形成，后成熟發(fā)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(dāng)時(shí)工業(yè)革命的需求，順應(yīng)了教學(xué)社會(huì)化、標(biāo)準(zhǔn)化的歷史潮流，教學(xué)效率達(dá)到了“學(xué)徒制”無(wú)法企及的高度。起源階段的工程教育，本著“以科學(xué)為基礎(chǔ)、面向工程實(shí)踐”的指導(dǎo)思想開(kāi)設(shè)課程，確立工程實(shí)踐的核心地位與主導(dǎo)方向，強(qiáng)調(diào)科學(xué)理論知識(shí)在工程實(shí)踐中的應(yīng)用，培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)生產(chǎn)及設(shè)施建設(shè)需求的工程人才。

2.工程教育課程的定義

工程教育課程設(shè)置以實(shí)踐型課程為主，所開(kāi)設(shè)的少量科學(xué)理論課程均服務(wù)于后續(xù)的實(shí)踐課程，包括科學(xué)理論課程在內(nèi)的全部課程教學(xué)目的并不在于學(xué)生掌握科學(xué)知識(shí)本身，而是以培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力為最終目的。

例如，1914年美國(guó)麻省理工學(xué)院機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)所要求的全部80學(xué)分中，公共類(lèi)課程、基礎(chǔ)科學(xué)類(lèi)課程、工程技術(shù)類(lèi)課程的學(xué)分分別為18%、35%、47%，顯然工程技術(shù)類(lèi)課程占到了絕對(duì)多數(shù)。1925年法國(guó)里昂中央學(xué)校本科生課程計(jì)劃中，學(xué)生在第一學(xué)年主要學(xué)習(xí)基礎(chǔ)科學(xué)類(lèi)課程，第二、三學(xué)年主要學(xué)習(xí)工程技術(shù)類(lèi)課程，基礎(chǔ)科學(xué)類(lèi)課程與工程技術(shù)類(lèi)課程總學(xué)時(shí)之比為1：1.5，第四學(xué)年開(kāi)始包括實(shí)驗(yàn)、企業(yè)工作等不同形式共計(jì)18門(mén)課程，全部為集中實(shí)踐環(huán)節(jié)。工程教育的出現(xiàn)，完成了培養(yǎng)人才從自然科學(xué)人員到工程技術(shù)人才的轉(zhuǎn)型，很好地促進(jìn)當(dāng)時(shí)的社會(huì)化工業(yè)大生產(chǎn)。

3.工程教育課程的發(fā)展

20世紀(jì)中葉，由于科學(xué)知識(shí)的快速更新以及各種跨學(xué)科知識(shí)的發(fā)展，以及世界大戰(zhàn)及超級(jí)大國(guó)軍備競(jìng)賽等國(guó)際因素，工程教育被過(guò)度學(xué)術(shù)化，偏離了工程實(shí)踐的核心發(fā)展軌道。一方面工程科學(xué)教育的重要性被無(wú)限放大，人文社科、基礎(chǔ)科學(xué)理論課程的比重大幅增加，工程技術(shù)課程教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)為以工程科學(xué)為核心，更多地側(cè)重于理論教學(xué)，針對(duì)工程實(shí)踐的內(nèi)容驟減，貫穿工程技術(shù)人才培養(yǎng)整個(gè)過(guò)程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)淪為理論教學(xué)的附屬物，完全服務(wù)于理論教學(xué)；另一方面，課程考試內(nèi)容大多集中于原理性的理論知識(shí)，即便是工程技術(shù)課程，考核內(nèi)容與工程實(shí)踐相關(guān)度也極小，運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力在考核內(nèi)容中也很少體現(xiàn)。

在此期間，偏離工程實(shí)踐的工程教育雖然也為社會(huì)培養(yǎng)了大量的科技型人才，在一定程度上仍然推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，卻以整個(gè)世界工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的集體下降作為賠付的代價(jià)。學(xué)生在學(xué)習(xí)期間花費(fèi)大量的時(shí)間背記概念、原理及公式，對(duì)如何運(yùn)用這些概念、原理于工程實(shí)踐中解決問(wèn)題知之甚少，高分低能現(xiàn)象相當(dāng)普遍，擁有高等學(xué)歷不等于能夠勝任相應(yīng)的工程實(shí)踐崗位與工作。

20世紀(jì)90年代，西方發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)現(xiàn)工程技術(shù)人才質(zhì)量上的短缺造成社會(huì)生產(chǎn)力無(wú)法與科技發(fā)展相適應(yīng)，開(kāi)始意識(shí)到偏離工程實(shí)踐核心的工程教育不能與社會(huì)生產(chǎn)的發(fā)展相適應(yīng)，必須予以糾正。于是，“回歸工程實(shí)踐”成為當(dāng)前國(guó)際高等工程教育發(fā)展的總體趨勢(shì)。美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)等西方發(fā)達(dá)國(guó)家的高等工程教育，均經(jīng)歷了面向工程實(shí)踐、偏離工程實(shí)踐、回歸工程實(shí)踐的相同發(fā)展過(guò)程。

二、我國(guó)高等工程教育課程體系中存在的不足

我國(guó)高等教育實(shí)現(xiàn)了從“精英教育”向“大眾化教育”的戰(zhàn)略性轉(zhuǎn)移，高等工程教育正受到廣泛的重視與關(guān)注。為貫徹落實(shí) 《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要 （2010-2020年)》和 《國(guó)家中長(zhǎng)期人才發(fā)展規(guī)劃綱要 （2010-2020年)》，教育部實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，服務(wù)于建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家和人才強(qiáng)國(guó)的國(guó)家戰(zhàn)略，為我國(guó)高等工程教育指明了發(fā)展方向。我國(guó)高等工程教育，應(yīng)順乎國(guó)際工程教育的潮流，通過(guò)行之有效的改革舉措，在人才培養(yǎng)目標(biāo)、課程內(nèi)容設(shè)置、人才評(píng)估辦法等各方面也充分落實(shí)回歸工程實(shí)踐這一主旨。

現(xiàn)有高等工程教育課程體系由公共基礎(chǔ)課程、專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程、專(zhuān)業(yè)課程、實(shí)踐類(lèi)課程等組成，每一部分都應(yīng)適應(yīng)工程需求，依托一定的工程背景，回歸工程實(shí)踐，切實(shí)起到培養(yǎng)學(xué)生工程能力的作用。實(shí)踐類(lèi)課程由具體的實(shí)踐活動(dòng)構(gòu)成，直接將學(xué)生理論知識(shí)所學(xué)與專(zhuān)業(yè)技術(shù)能力聯(lián)系于一體，有別于其他以理論教學(xué)為主要形式的課程，其特殊性決定了其在回歸工程實(shí)踐教學(xué)改革中的重要地位。原有的實(shí)踐課程受囿于教學(xué)目的、資源條件等因素，主要存在以下幾方面不足：

1.實(shí)踐教學(xué)多針對(duì)單門(mén)理論課程，割裂了專(zhuān)業(yè)知識(shí)體系組成部分之間的聯(lián)系，實(shí)踐內(nèi)容僅僅是獨(dú)立的能力碎片，缺乏對(duì)前后知識(shí)及應(yīng)用技能銜接的關(guān)注，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)工程技術(shù)前后各部分之間的相關(guān)性、連貫性缺乏認(rèn)識(shí)。

2.實(shí)踐多以假設(shè)情境為對(duì)象進(jìn)行實(shí)施，多為單一的理論驗(yàn)證，與內(nèi)容豐富浩瀚的工程實(shí)踐相去甚遠(yuǎn)，學(xué)生從中得到的技能收獲有限，主觀能動(dòng)性的發(fā)揮受到限制。

3.實(shí)踐評(píng)價(jià)更多是對(duì)實(shí)踐態(tài)度和驗(yàn)證結(jié)果的評(píng)判，不能客觀衡量學(xué)生工程技術(shù)的應(yīng)用狀況，無(wú)法判斷學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力狀況。

三、數(shù)字化項(xiàng)目綜合訓(xùn)練，工程教育課程改革新路徑

在工程教育回歸工程實(shí)踐的改革探索中，項(xiàng)目綜合訓(xùn)練是一種行之有效的實(shí)踐教學(xué)形式。所謂項(xiàng)目綜合訓(xùn)練，是在完成相關(guān)工程技術(shù)類(lèi)課程教學(xué)的基礎(chǔ)上，從企業(yè)具體實(shí)施的工程實(shí)踐中遴選出合適的項(xiàng)目?jī)?nèi)容，學(xué)生采用團(tuán)隊(duì)協(xié)作的形式，綜合運(yùn)用對(duì)應(yīng)若干門(mén)先修工程技術(shù)類(lèi)課程的理論知識(shí)，自行將理論所學(xué)轉(zhuǎn)化為處理解決工程問(wèn)題的實(shí)際能力，共同完成所要求的工程項(xiàng)目。本文以數(shù)字化項(xiàng)目綜合訓(xùn)練為例加以說(shuō)明。

1.多項(xiàng)目融合，掌握各項(xiàng)數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用方法與核心

近二三十年來(lái)，機(jī)械工程借助于數(shù)字化技術(shù)煥發(fā)了適應(yīng)于新時(shí)代發(fā)展的勃勃生機(jī)，而數(shù)字化技術(shù)也在與機(jī)械工程的結(jié)合中拓展了自身工程實(shí)踐的應(yīng)用領(lǐng)域空間，并不斷地發(fā)展與壯大。在這個(gè)過(guò)程中，高校的機(jī)械類(lèi)及各近機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)最初僅開(kāi)設(shè)數(shù)控技術(shù)、機(jī)械CAD/CAM等少量理論課程，分別配以機(jī)床操作、上機(jī)等少量學(xué)時(shí)供學(xué)生實(shí)驗(yàn)，有限的課時(shí)只能幫助學(xué)生簡(jiǎn)單了解相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)。近年來(lái)隨著數(shù)字化技術(shù)的突飛猛進(jìn)，有限元分析、運(yùn)動(dòng)分析、虛擬仿真、數(shù)字化制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等數(shù)字化課程大量涌現(xiàn)，課內(nèi)的實(shí)踐環(huán)節(jié)依然屈指可數(shù)，有些課程甚至因課時(shí)有限而無(wú)法開(kāi)設(shè)實(shí)踐環(huán)節(jié)。在如今的實(shí)際生產(chǎn)中，數(shù)字化技術(shù)滲透到機(jī)械設(shè)計(jì)制造整個(gè)產(chǎn)品生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)，已形成了完整的數(shù)字化技術(shù)鏈，而現(xiàn)有數(shù)字化課程教學(xué)狀況顯然不能與實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)狀相呼應(yīng)，無(wú)法滿足工程技術(shù)對(duì)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才數(shù)字化技能的需求。數(shù)字化課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)必須進(jìn)行改革，打破現(xiàn)有模式重新構(gòu)建，使學(xué)生所接受的數(shù)字化技能訓(xùn)練能夠更好地與現(xiàn)實(shí)中的工程實(shí)踐相適應(yīng)。

數(shù)字化項(xiàng)目綜合訓(xùn)練摒棄原有單課程的實(shí)踐模式，將多門(mén)課程原先離散的工程技術(shù)實(shí)踐匯聚到一個(gè)工程項(xiàng)目中，學(xué)生的各項(xiàng)數(shù)字化技能在項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中得以綜合運(yùn)用，從而接受集中系統(tǒng)的訓(xùn)練。數(shù)字化項(xiàng)目綜合訓(xùn)練整合機(jī)械制圖、CAD/CAM、有限元分析、運(yùn)動(dòng)分析、虛擬仿真、數(shù)控技術(shù)等若干門(mén)數(shù)字化課程的教學(xué)成果，在上述所有課程教學(xué)活動(dòng)結(jié)束后，要求學(xué)生團(tuán)隊(duì)以生產(chǎn)流水線步進(jìn)機(jī)構(gòu)、牛頭刨床往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、靠模車(chē)削機(jī)構(gòu)等小型設(shè)備或機(jī)構(gòu)作為研究對(duì)象，先后完成三維建模、虛擬裝配、有限元分析、運(yùn)動(dòng)分析、工程圖處理、數(shù)控自動(dòng)編程、數(shù)控加工、3D打印等一系列任務(wù)。整個(gè)綜合訓(xùn)練周期為四至五周，具體的訓(xùn)練內(nèi)容各院校專(zhuān)業(yè)可根據(jù)自身的課程設(shè)置與實(shí)際教學(xué)情況予以相應(yīng)的調(diào)整。通過(guò)數(shù)字化項(xiàng)目綜合訓(xùn)練，學(xué)生可掌握各項(xiàng)數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用方法與核心關(guān)鍵，熟悉各數(shù)字化技術(shù)的功能及其不同應(yīng)用狀況對(duì)后續(xù)銜接部分的影響，從而對(duì)數(shù)字化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造全過(guò)程中的作用與地位有全面了解，為日后參加數(shù)字化設(shè)計(jì)制造工作奠定基礎(chǔ)。

2.以工程實(shí)踐為背景，凸顯數(shù)字化項(xiàng)目綜合訓(xùn)練特色優(yōu)勢(shì)

數(shù)字化項(xiàng)目綜合訓(xùn)練中的項(xiàng)目，出自實(shí)際工程，鮮明的工程背景能夠?yàn)橛?xùn)練提供真實(shí)的工程實(shí)踐情境，增加學(xué)生運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)解決問(wèn)題的工程現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)性。訓(xùn)練也不像以往按圖索驥般地使用特定的命令構(gòu)建指定的三維模型、執(zhí)行特定的數(shù)控代碼完成零件加工等簡(jiǎn)單驗(yàn)證，更不是以往數(shù)個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)的簡(jiǎn)單疊加，其綜合性在于學(xué)生需獨(dú)立思考，將多門(mén)工程技術(shù)課程知識(shí)分別轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的數(shù)字化技術(shù)共同作用于同一工程項(xiàng)目，合力解決一個(gè)完整的數(shù)字化設(shè)計(jì)制造實(shí)際工程問(wèn)題。相比以往的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，?shù)字化項(xiàng)目綜合訓(xùn)練具有以下特色優(yōu)勢(shì)：

（1)工程背景：綜合訓(xùn)練來(lái)源于實(shí)際生產(chǎn)中的項(xiàng)目，內(nèi)容涵蓋構(gòu)思、設(shè)計(jì)、運(yùn)行整個(gè)過(guò)程，執(zhí)行要求和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)與工程實(shí)踐驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)相符，接近工程實(shí)踐的訓(xùn)練情境有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)。

（2)內(nèi)容綜合：項(xiàng)目?jī)?nèi)容涵蓋專(zhuān)業(yè)教學(xué)中包含的多種理論知識(shí)及數(shù)字化技術(shù)，各種技術(shù)協(xié)同運(yùn)用確保學(xué)生全面地掌握各項(xiàng)數(shù)字化技術(shù)。

（3)多維關(guān)聯(lián)：綜合訓(xùn)練本身強(qiáng)調(diào)科學(xué)與技術(shù)、知識(shí)與能力的關(guān)聯(lián)，團(tuán)隊(duì)合作的執(zhí)行方式強(qiáng)調(diào)個(gè)人能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、工程實(shí)踐能力與人際交往能力的關(guān)聯(lián)。多維度關(guān)聯(lián)為學(xué)生日后更好地適應(yīng)工程實(shí)踐提供了智商、情商的鍛煉機(jī)會(huì)。

（4)獨(dú)立創(chuàng)新：項(xiàng)目的構(gòu)思與實(shí)施需要小組團(tuán)隊(duì)獨(dú)立思考合力安排，課題內(nèi)容和訓(xùn)練環(huán)節(jié)不同程度地吸收數(shù)字化領(lǐng)域的最新技術(shù)與機(jī)械行業(yè)中的最新科技成果，能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識(shí)，幫助其自發(fā)了解并學(xué)習(xí)新知識(shí)新技術(shù)，對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)與工程技能形成很好補(bǔ)充。

3.師資培訓(xùn)，為項(xiàng)目綜合訓(xùn)練實(shí)施提供保障

當(dāng)然，項(xiàng)目綜合訓(xùn)練在具體實(shí)施過(guò)程中，對(duì)師資力量與教學(xué)管理也提出了更高的要求。首先，指導(dǎo)教師應(yīng)具備一定的工程背景，需要有工程實(shí)踐經(jīng)歷人員甚至企業(yè)在職技術(shù)人員對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)；其次，需多位教師共同參與指導(dǎo)，不同訓(xùn)練內(nèi)容的日常管理也可能有所不同；再次，綜合訓(xùn)練的評(píng)價(jià)體系同樣應(yīng)該具有一定的工程特質(zhì)，不能等同于普通的實(shí)踐課程，應(yīng)接近企業(yè)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

具體的教學(xué)實(shí)踐表明，數(shù)字化項(xiàng)目綜合訓(xùn)練能幫助學(xué)生更好地知行統(tǒng)一，對(duì)數(shù)字化技術(shù)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)與技術(shù)應(yīng)用不再是原先的碎片式了解，對(duì)數(shù)字化技術(shù)整體的理解更加具象與清晰，并對(duì)數(shù)字化技術(shù)中每一環(huán)節(jié)的執(zhí)行情況及其對(duì)后續(xù)工作的影響有直觀的了解，有助于學(xué)生更有效地掌握數(shù)字化技術(shù)，積極主動(dòng)地將之運(yùn)用于解決實(shí)際問(wèn)題的工程實(shí)踐中。在鍛煉工程實(shí)踐能力的同時(shí)，團(tuán)隊(duì)合作溝通、科技創(chuàng)新、終身學(xué)習(xí)等工程所需的“非技術(shù)”能力也得到相應(yīng)的提高。

綜上所述，數(shù)字化項(xiàng)目綜合訓(xùn)練符合“回歸工程實(shí)踐”的工程教育發(fā)展趨勢(shì)，能夠有效地培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，并提高工程技能、激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)，值得在工程教育實(shí)踐中推廣應(yīng)用。

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

[2]李曼麗.工程師與工程教育新論[M].北京：商務(wù)印書(shū)館,2010.

[3]黃正榮,汪應(yīng)洛,李伯聰,等.工程哲學(xué)[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(jī)學(xué)院副教授。研究方向：數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造；孫會(huì)，女，博士，上海電機(jī)學(xué)院機(jī)械學(xué)院副院長(zhǎng)。研究方向：數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造；于忠海，博士，上海電機(jī)學(xué)院教授。研究方向：數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造。

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1671-0568（2015）35-0044-03