工業(yè)4.0和現(xiàn)代工科基礎(chǔ)教育

袁曉明+于鳳龍+侯振興+沈明輝+俞濱

摘要：工業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)教育，近些年工業(yè)4.0越來(lái)越多地被人們提及，工業(yè)4.0包含著人們對(duì)未來(lái)工業(yè)發(fā)展的希望，而是其實(shí)現(xiàn)過(guò)程中重要的一環(huán)。本文闡述了工業(yè)4.0和現(xiàn)代工科基礎(chǔ)教育兩個(gè)方面的含義，并分析了兩者的聯(lián)系以及工業(yè)4.0的實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)代工科教育所提出的要求。

關(guān)鍵詞：工業(yè)4.0；現(xiàn)代；工科；基礎(chǔ)教育

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）27-0046-02

一、什么是工業(yè)4.0

德國(guó)政府在《德國(guó)2020高技術(shù)戰(zhàn)略》計(jì)劃中所提出的十大未來(lái)項(xiàng)目之一——工業(yè)4.0——由德國(guó)聯(lián)邦教育局及研究部等眾多經(jīng)濟(jì)技術(shù)部門(mén)聯(lián)合資助。該項(xiàng)目以加深制造業(yè)和智能化的結(jié)合程度，提高工業(yè)市場(chǎng)的適應(yīng)性、資源利用效率，更加合理地利用商業(yè)伙伴及客戶(hù)資源為宗旨。其中網(wǎng)絡(luò)實(shí)體系統(tǒng)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)便是保障這一項(xiàng)目實(shí)施的技術(shù)基礎(chǔ)。

二、為什么要進(jìn)行工業(yè)4.0

在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)飛速發(fā)展的社會(huì)，比特存在于任何一個(gè)實(shí)體產(chǎn)品，每個(gè)實(shí)體產(chǎn)品都有屬于自己的條形碼。因此，任何一項(xiàng)想要擁有盈利能力的產(chǎn)品都離不開(kāi)比特，未來(lái)的人類(lèi)社會(huì)必將向智能方向發(fā)展。例如人與機(jī)器的信息交流，機(jī)器與機(jī)器的信息交流。產(chǎn)品的智能化必將越來(lái)越普及，它是制造業(yè)的未來(lái)，也是人類(lèi)的未來(lái)。圖1便是不遠(yuǎn)的將來(lái)的智能城市。

工業(yè)4.0是通過(guò)技術(shù)轉(zhuǎn)型而完成的一場(chǎng)深刻的產(chǎn)業(yè)變革。這也是我們國(guó)家當(dāng)前極其需要的。在工業(yè)4.0中提及的智能制造是從產(chǎn)品的制造到產(chǎn)品失效進(jìn)行全方面的監(jiān)管，時(shí)時(shí)刻刻監(jiān)督產(chǎn)品的“健康狀態(tài)”。它可以用計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行建模仿真和動(dòng)態(tài)運(yùn)行仿真，提前發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)或者制造之中存在的問(wèn)題，使技術(shù)人員可以提前預(yù)防。通過(guò)信息通信技術(shù)的運(yùn)營(yíng)，將產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程和制造過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，大幅度減少資源和能源的浪費(fèi)，為中國(guó)的可持續(xù)發(fā)展保駕護(hù)航。

三、工業(yè)4.0所帶來(lái)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

毋庸置疑，德國(guó)是一個(gè)工業(yè)超級(jí)大國(guó)。而我國(guó)雖然已經(jīng)完成了很多矚目的成就，如量子衛(wèi)星的成功發(fā)射。但距離德國(guó)這種工業(yè)大國(guó)仍具有一定的差距。目前中國(guó)和德國(guó)已經(jīng)攜手進(jìn)入工業(yè)4.0的新時(shí)代，將數(shù)字化融入工業(yè)生產(chǎn)之中。這場(chǎng)合作，一定會(huì)為中德兩國(guó)帶來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇，并且能拉近中國(guó)與其他工業(yè)超級(jí)大國(guó)之間的差距。雙方共同認(rèn)為，兩國(guó)政府應(yīng)提供政策支持來(lái)幫助企業(yè)進(jìn)行組織結(jié)構(gòu)和工作方式的在工業(yè)4.0中的變革。既然有機(jī)遇，挑戰(zhàn)也會(huì)如影隨形，關(guān)注之一就是對(duì)于數(shù)據(jù)及客戶(hù)隱私的保密保護(hù)工作。如今網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題日益嚴(yán)重，因此這也是工業(yè)4.0的焦點(diǎn)。再就是前面提到的人機(jī)間地信息溝通，機(jī)器人和人工作在一起，不僅要機(jī)器人了解人的語(yǔ)言，甚至還可以解讀人的肢體語(yǔ)言，提高工作效率如圖2。對(duì)于現(xiàn)狀說(shuō)，還需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才能夠做到這一點(diǎn)。

四、現(xiàn)代工科基礎(chǔ)教育

一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新突破離不開(kāi)工科基礎(chǔ)教育。它是培養(yǎng)未來(lái)工程師最基礎(chǔ)的渠道也是最重要的渠道，能否培養(yǎng)高質(zhì)量人才，為中國(guó)的發(fā)展做出新的重要貢獻(xiàn)，便成為中國(guó)高等工程教育責(zé)無(wú)旁貸的使命。而隨著工業(yè)4.0的興起，能否將這一全新的工業(yè)革命深入普及到對(duì)現(xiàn)代工科基礎(chǔ)教育，這對(duì)工程實(shí)踐和工程教育改革具有重要的指導(dǎo)意義。如何用這一新潮思想來(lái)整合與改革現(xiàn)有工程教育理念、模式、內(nèi)容和方法，樹(shù)立當(dāng)代工程觀，構(gòu)建新的工程師培養(yǎng)體系，加強(qiáng)工科大學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)和實(shí)踐能力的培養(yǎng)已成為現(xiàn)代工程基礎(chǔ)的新焦點(diǎn)。

五、教育的新起點(diǎn)

教育按教授的內(nèi)容分為理科和文科教育，理科教育主要是通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐來(lái)對(duì)客觀世界做出影響。而文科教育則是通過(guò)對(duì)學(xué)生進(jìn)行思想上的引導(dǎo)，建立一種內(nèi)在的思維能力，改造人類(lèi)的精神世界。在這個(gè)物質(zhì)第一性，精神第二性，物質(zhì)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(zhì)世界作為首要任務(wù)，而改變客觀物質(zhì)世界的方法是理工科教育。工科的教育重在基礎(chǔ)，工科教育就像蓋樓房一樣，基礎(chǔ)是地基，要是地基沒(méi)打牢固，樓房肯定不會(huì)安全，跟不可能蓋得很高，這就要求我們重視現(xiàn)代工科基礎(chǔ)教育。工業(yè)4.0是一個(gè)以智能化的工業(yè)時(shí)代，這還要求我們?cè)诠た苹A(chǔ)教育中要與時(shí)俱進(jìn)，不能機(jī)械地去傳授自然科學(xué)文化知識(shí)，還要將先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新性的運(yùn)用，注重基礎(chǔ)教育中各學(xué)科的結(jié)合創(chuàng)新。

我國(guó)的工科、工程教育較西方國(guó)家來(lái)說(shuō)，起步較晚，但從林則徐睜眼看世界和興辦于洋務(wù)運(yùn)動(dòng)的各式學(xué)堂之后，我國(guó)的工科教育水平得到了很大的提高，教育的發(fā)展也培養(yǎng)了一批高素質(zhì)工科人才。為了國(guó)家長(zhǎng)遠(yuǎn)的工業(yè)發(fā)展，我們的工科基礎(chǔ)教育要跟隨時(shí)代進(jìn)行不斷地調(diào)整。只有適應(yīng)時(shí)代的需要才能推動(dòng)工業(yè)向未來(lái)的工業(yè)4.0不斷邁進(jìn)。

六、現(xiàn)代工科教育在4.0的道路上可以走多遠(yuǎn)

工業(yè)4.0要求工科基礎(chǔ)教育理論與實(shí)踐緊密結(jié)合。為提高工科基礎(chǔ)教育中對(duì)學(xué)生的實(shí)踐能力的培養(yǎng)，首先，要明確實(shí)踐能力的正確內(nèi)涵，實(shí)踐能力不但包含了學(xué)生的動(dòng)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(dá)能力。在工科基礎(chǔ)教育中實(shí)踐能力的提升就是為了讓學(xué)生對(duì)未來(lái)可能遇見(jiàn)的工程應(yīng)用問(wèn)題提前適應(yīng)，工業(yè)4.0的實(shí)現(xiàn)需要的是有多方面才能的工程師，而不是操作技術(shù)嫻熟的操作工，作為工業(yè)4.0時(shí)代中的工程師，要能將各領(lǐng)域內(nèi)的知識(shí)技術(shù)善加利用，加以整合。其次，工業(yè)4.0時(shí)代對(duì)工科基礎(chǔ)教育還要求其在教學(xué)過(guò)程中注意培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維和創(chuàng)新能力，現(xiàn)代的中國(guó)的工程技術(shù)人員的數(shù)量已經(jīng)達(dá)到了一定的水平，但是整個(gè)隊(duì)伍的創(chuàng)新能力不足，不足以推動(dòng)社會(huì)向工業(yè)4.0時(shí)代邁進(jìn)。在工科基礎(chǔ)教育階段，學(xué)生的思維是最為活躍的，學(xué)生缺少的是正確的引導(dǎo)，應(yīng)努力引導(dǎo)學(xué)生建立創(chuàng)新性思維，逐步提高自己的創(chuàng)新能力。工業(yè)4.0時(shí)代是一個(gè)智能化水平高的工業(yè)生產(chǎn)模式，在這種模式中，創(chuàng)新能力如果跟不上，則整個(gè)模式的發(fā)展就不會(huì)走得長(zhǎng)遠(yuǎn)。

七、結(jié)束語(yǔ)

工業(yè)4.0時(shí)代是我們對(duì)未來(lái)的一種期望，也是時(shí)代發(fā)展的必然。正是有了這份期望，我們才會(huì)重新審視現(xiàn)在的社會(huì)，重新調(diào)整工科基礎(chǔ)教育中的各個(gè)環(huán)節(jié)，這樣才能在工業(yè)模式中平衡好時(shí)代發(fā)展的需求。讓教育更加緊密地貼近時(shí)代，實(shí)現(xiàn)教育與發(fā)展的相互促進(jìn)，最終推動(dòng)社會(huì)向更好的方向邁進(jìn)。實(shí)踐和創(chuàng)新只是工業(yè)4.0向工科基礎(chǔ)教育提出的兩個(gè)迫切要求，我們要在發(fā)展的同時(shí)一邊探索工業(yè)4.0時(shí)代和現(xiàn)代工科基礎(chǔ)教育之間的關(guān)系，這樣我們才能更好更快地進(jìn)入工業(yè)4.0時(shí)代。

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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