數(shù)字化與工業(yè)4.0時(shí)代下機(jī)械工程專業(yè)中的計(jì)算機(jī)科學(xué)教育

Christine Wahmkow

(施特拉爾松德應(yīng)用科學(xué)大學(xué)，德國(guó) 施特拉爾松德 18435)

0 引 言

“三分之二的學(xué)生都感到對(duì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型準(zhǔn)備不足?！边@是德國(guó)工程師協(xié)會(huì)(VDI)對(duì)933名工科大學(xué)生和652名職場(chǎng)新人就“數(shù)字化轉(zhuǎn)型時(shí)期的工程師教育”所做調(diào)查得出的結(jié)論。具體而言，在接受調(diào)查的工科大學(xué)生中，只有11%的人相信自己在計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)做好了充分準(zhǔn)備，而56%的被調(diào)查者都認(rèn)為自己根本沒(méi)有做好準(zhǔn)備。對(duì)職場(chǎng)新人來(lái)說(shuō)，情況看來(lái)更糟：只有9%的人感到自己已做好了相應(yīng)準(zhǔn)備，高達(dá)61%的人則認(rèn)為沒(méi)有或者根本沒(méi)有。即使是在對(duì)工程師來(lái)說(shuō)最重要的工科領(lǐng)域，也僅有五分之一的學(xué)生覺(jué)得自己為在相應(yīng)領(lǐng)域使用IT工具做好了充分準(zhǔn)備。[1]

筆者在施特拉爾松德應(yīng)用科學(xué)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院擔(dān)任計(jì)算機(jī)科學(xué)教授的多年經(jīng)驗(yàn)證實(shí)，目前對(duì)工科學(xué)生的計(jì)算機(jī)科學(xué)教育大多數(shù)還沒(méi)有超出EVA，即“輸入—處理—輸出”的水平。如果工科學(xué)生僅僅單一地把屏幕上“枯燥”的輸出結(jié)果作為模擬、建?；蛴?jì)算的成果來(lái)看待，則無(wú)論現(xiàn)在的編程語(yǔ)言多么現(xiàn)代，開(kāi)發(fā)界面多么吸引人，計(jì)算機(jī)多么快速，屏幕多么大，都不足以讓學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)產(chǎn)生真正的熱情。工程師教育在德國(guó)雖然發(fā)展歷來(lái)已久，但還缺乏各個(gè)學(xué)科之間的相互融合，特別是還未能把不同學(xué)科之間的關(guān)聯(lián)性用數(shù)字化形式表示出來(lái)。

基于上述存在的問(wèn)題，筆者產(chǎn)生了一個(gè)創(chuàng)新教學(xué)方案的想法，即開(kāi)發(fā)一個(gè)運(yùn)用現(xiàn)代數(shù)字化教學(xué)方法、行之有效的教學(xué)方案，目的是激發(fā)機(jī)械工程專業(yè)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)的興趣，使他們?cè)谶@一領(lǐng)域?yàn)閷?lái)的職業(yè)活動(dòng)做好充分準(zhǔn)備。本文將介紹數(shù)字化教學(xué)的現(xiàn)狀，以及筆者為開(kāi)發(fā)教學(xué)方案從所做教學(xué)實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出的項(xiàng)目模型，并在此基礎(chǔ)上闡釋開(kāi)發(fā)創(chuàng)新教學(xué)方案的思路、具體內(nèi)容、項(xiàng)目指導(dǎo)方法、跨學(xué)科合作和從高校教學(xué)法以及多媒體運(yùn)用能力培養(yǎng)角度對(duì)該教學(xué)方案所做評(píng)價(jià)。

1 數(shù)字化教學(xué)的現(xiàn)狀

1.1 數(shù)字化教學(xué)在德國(guó)的現(xiàn)狀

在數(shù)字化和工業(yè)4.0時(shí)代下，數(shù)字化教學(xué)是一種現(xiàn)代教學(xué)方法，有利于提高教學(xué)質(zhì)量。數(shù)字化教學(xué)的一個(gè)特點(diǎn)是有很多不同的規(guī)格和應(yīng)用方式供選擇。如下面的數(shù)字化教學(xué)范式[2]較為普遍：

——電子學(xué)習(xí)/在線學(xué)習(xí)是傳統(tǒng)的個(gè)人學(xué)習(xí)范式

——計(jì)算機(jī)支持的協(xié)作學(xué)習(xí)(CSCL)是理想的小組學(xué)習(xí)范式

——大規(guī)模在線公開(kāi)課(MOOC)是適合社群(Community)或大眾的學(xué)習(xí)范式

電子學(xué)習(xí)和在線學(xué)習(xí)可被視作數(shù)字化支持教學(xué)的一種傳統(tǒng)形式。采用這種方式的理念是激發(fā)學(xué)習(xí)者個(gè)人的學(xué)習(xí)動(dòng)力并促進(jìn)他們的學(xué)習(xí)過(guò)程，以及使學(xué)習(xí)成為可能。相關(guān)的學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)可以集成或增添各種移動(dòng)設(shè)備的應(yīng)用程序，從而能夠進(jìn)行隨時(shí)隨地的學(xué)習(xí)。此外，課堂教學(xué)的數(shù)字化使學(xué)生可以根據(jù)他們的個(gè)人需求做課前準(zhǔn)備或進(jìn)行課后復(fù)習(xí)。

在德國(guó)，有效利用電子學(xué)習(xí)平臺(tái)具有巨大的擴(kuò)展?jié)摿?。到目前為止，這些系統(tǒng)還僅僅主要用于課程管理，而不是支持學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程。在許多情況下，系統(tǒng)更多地只是被用于上傳電子講義和學(xué)習(xí)材料。

計(jì)算機(jī)支持的協(xié)作學(xué)習(xí)(CSCL)為學(xué)生創(chuàng)造在數(shù)字化環(huán)境中以小組形式一起學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。CSCL的使用對(duì)在溝通、語(yǔ)言和數(shù)字化領(lǐng)域培養(yǎng)學(xué)生的軟技能起很大的幫助作用。

開(kāi)設(shè)大規(guī)模在線公開(kāi)課(MOOC)的宗旨是，通過(guò)提供免費(fèi)訪問(wèn)的在線課程，向全世界的所有學(xué)生傳授學(xué)術(shù)知識(shí)?！伴_(kāi)放大學(xué)”的理念在此得到充分體現(xiàn)。但這種課程形式在德國(guó)普遍來(lái)說(shuō)還不廣泛，主要出現(xiàn)在醫(yī)學(xué)和心理學(xué)專業(yè)。隨著科技的不斷進(jìn)步和學(xué)習(xí)過(guò)程的不斷新式化，教師首先必須獲取/掌握這些領(lǐng)域的技能，并了解數(shù)字媒體可為學(xué)生學(xué)習(xí)帶來(lái)的功能與便利。這種能力被稱為“適應(yīng)性專長(zhǎng)”(adaptive Expertise)。

總體而言，在德國(guó)，數(shù)字化帶來(lái)的機(jī)遇還未得到充分利用。

1.2 數(shù)字化教學(xué)在國(guó)際上的現(xiàn)狀

關(guān)于數(shù)字化教學(xué)在國(guó)際上的發(fā)展，美國(guó)最具代表性。MOOCs在美國(guó)已經(jīng)十分普遍，尤其在哈佛和麻省理工學(xué)院等精英大學(xué)。美國(guó)有數(shù)百萬(wàn)人注冊(cè)了此類課程。初步研究已經(jīng)表明，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)課學(xué)習(xí)可以降低學(xué)生的考試不及格率。但批評(píng)觀點(diǎn)認(rèn)為，MOOCs既不能代替大學(xué)學(xué)習(xí)，也不能讓學(xué)生有資格取得大學(xué)學(xué)位。但這些平臺(tái)可以為學(xué)生通過(guò)數(shù)字化學(xué)習(xí)提供擴(kuò)展知識(shí)的機(jī)會(huì)。[3-4]

經(jīng)驗(yàn)表明，采用數(shù)字化教學(xué)和學(xué)習(xí)方式時(shí)，應(yīng)當(dāng)首先考慮是否因此可以促進(jìn)教學(xué)內(nèi)容的傳授、提高教學(xué)效果。在此，“翻轉(zhuǎn)課堂”之類的教學(xué)方法被認(rèn)為是最佳實(shí)踐模式。[5]

2 教學(xué)實(shí)驗(yàn)

開(kāi)發(fā)創(chuàng)新教學(xué)方案之前，筆者首先確定了采用項(xiàng)目教學(xué)的方式，并通過(guò)若干個(gè)小型項(xiàng)目在幾個(gè)小組中展開(kāi)了教學(xué)實(shí)驗(yàn)，從中總結(jié)出以下針對(duì)不同年級(jí)學(xué)生，可以繼續(xù)完善的最佳的項(xiàng)目教學(xué)模型：

項(xiàng)目教學(xué)模型一：在“Arduino Starter Kit”環(huán)境下編程，需要配備Arduino微控制器和一系列常規(guī)配置的傳感器與執(zhí)行器。讓學(xué)生通過(guò)編程控制LED燈的開(kāi)關(guān)或明暗變化，記錄和評(píng)估傳感器數(shù)據(jù)、操控電動(dòng)機(jī)，并在他們的智能手機(jī)上啟動(dòng)一個(gè)小型應(yīng)用程序。學(xué)生雖然只需進(jìn)行簡(jiǎn)單編程就可以完成上述任務(wù)，但這個(gè)小項(xiàng)目能夠激發(fā)學(xué)生的興趣，并渴望實(shí)現(xiàn)自己“更多”的想法。

項(xiàng)目教學(xué)模型二：讓學(xué)生分組，每個(gè)小組完成同樣的任務(wù)。給一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)流程中的一個(gè)環(huán)節(jié)建模，并使用Arduino傳感器和執(zhí)行器來(lái)控制。這個(gè)任務(wù)特別能夠激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性，讓他們可以發(fā)揮創(chuàng)造力并看到自己的出色成果。

項(xiàng)目教學(xué)模型三：全體學(xué)生分組完成一個(gè)共同的任務(wù)，每個(gè)小組完成一個(gè)子任務(wù)。具體任務(wù)是每個(gè)小組制作一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)流程中的一個(gè)站點(diǎn)，然后把各個(gè)站點(diǎn)連接起來(lái)，形成一個(gè)生產(chǎn)流程(見(jiàn)圖1)。學(xué)生通過(guò)這樣的項(xiàng)目便可學(xué)習(xí)到如何規(guī)劃并實(shí)施工業(yè)4.0意義上的生產(chǎn)流程。

圖1 工業(yè)4.0 的直觀化

視頻鏈接：https://www.hochschule-stralsund.de/fileadmin/hs-stralsund/Wahmkow/I40_Jan2018.mp4

3 開(kāi)發(fā)創(chuàng)新教學(xué)方案的思路

有了最佳項(xiàng)目教學(xué)模型，接下來(lái)要回答的問(wèn)題是：如何從教育學(xué)角度巧妙地通過(guò)多媒體教學(xué)法把類似項(xiàng)目模型融入并固化到教學(xué)中？需要考慮到每年都要給學(xué)生設(shè)計(jì)并確定新的、具體的項(xiàng)目任務(wù)，教師還要給學(xué)生指導(dǎo)，最后評(píng)價(jià)他們的項(xiàng)目工作。

如果教案僅僅停留在制作講座課視頻，將其在線提供給學(xué)生，使學(xué)生可以隨時(shí)隨地“上課”，或者做課前準(zhǔn)備和課后復(fù)習(xí)，則這樣一定不會(huì)達(dá)到開(kāi)發(fā)創(chuàng)新教學(xué)方案所追求的最終目標(biāo)，即激發(fā)機(jī)械工程專業(yè)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)的興趣，使他們?cè)谶@一領(lǐng)域?yàn)閷?lái)的職業(yè)活動(dòng)做好充分準(zhǔn)備。

重要的著手點(diǎn)應(yīng)當(dāng)是以合適的方法為學(xué)生提供硬件和軟件模塊，讓他們采用團(tuán)隊(duì)做項(xiàng)目的方式，盡量只需要很少的指導(dǎo)就可以把工業(yè)4.0(見(jiàn)圖2)時(shí)代的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程直觀地展示出來(lái)。

特別需要注意的是，教學(xué)對(duì)象是機(jī)械工程專業(yè)的學(xué)生，也就是說(shuō)不能期望他們對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)有特別多的概念。應(yīng)向?qū)W生提供易操作的軟件和硬件組件，像模板(Template)和/或明確定義了接口的組件，要能夠像拼圖一樣組合在一起。此原則適用于從基礎(chǔ)課到專業(yè)深化課的教學(xué)，可以提升現(xiàn)代機(jī)械工程的教學(xué)質(zhì)量，并可使畢業(yè)生的專業(yè)能力適應(yīng)日益增長(zhǎng)的數(shù)字化勞動(dòng)力市場(chǎng)的需求。

4 創(chuàng)新教學(xué)方案的具體內(nèi)容

4.1 工業(yè)4.0情境下的教學(xué)方案

鑒于目前到處都在提“智能”技術(shù)，所以筆者設(shè)計(jì)了一個(gè)旨在明確智能技術(shù)對(duì)工業(yè)企業(yè)產(chǎn)生影響的項(xiàng)目，圖2為項(xiàng)目構(gòu)思示意圖。學(xué)生應(yīng)當(dāng)通過(guò)該項(xiàng)目理解下列事物之間的關(guān)系：

——通訊與移動(dòng)設(shè)備

——互聯(lián)網(wǎng)與物

——模擬與數(shù)字化世界；傳感器、執(zhí)行器和微控制器作為接口

——數(shù)據(jù)庫(kù)、大數(shù)據(jù)以及知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的應(yīng)用

——能源與能源效率

圖2 智能技術(shù)下的工業(yè)4.0

4.2 項(xiàng)目實(shí)施中的各個(gè)步驟

針對(duì)該項(xiàng)目實(shí)施中的各個(gè)步驟和具體任務(wù)，將特別列出涉及的機(jī)械工程專業(yè)中的傳統(tǒng)學(xué)科，及其與計(jì)算機(jī)科學(xué)之間的關(guān)系。

步驟1

任務(wù)：零件仿真與尺寸標(biāo)注

涉及學(xué)科：數(shù)學(xué)、工程力學(xué)、材料技術(shù)、熱力學(xué)等，即涉及機(jī)械工程的基礎(chǔ)學(xué)科，以及高年級(jí)的仿真

與計(jì)算機(jī)科學(xué)之間的關(guān)系：基于MatLab、Excel等易操作的工具把結(jié)果(零件的幾何形狀、材料等)輸入到數(shù)據(jù)庫(kù)

步驟2

任務(wù)：零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

涉及學(xué)科：CAD

與計(jì)算機(jī)科學(xué)之間的關(guān)系：通過(guò)提供圖形用戶界面形式的可操作工具，使用3D CAD(例如Solidworks)進(jìn)行自動(dòng)設(shè)計(jì)，從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取零件的幾何形狀并創(chuàng)建CAD文檔， 可以連接到ERP系統(tǒng)

步驟3

任務(wù)：加工制造

涉及學(xué)科：加工制造技術(shù)、生產(chǎn)技術(shù)、物流

與計(jì)算機(jī)科學(xué)之間的關(guān)系：根據(jù)交貨日期和能源狀況(圖2)為產(chǎn)品生產(chǎn)放行；根據(jù)零件的材料和幾何形狀智能選擇加工工藝和機(jī)床；在機(jī)械加工或3D打印之間做出選擇；在遇到瓶頸時(shí)自主找到替代的加工站點(diǎn)；與數(shù)據(jù)庫(kù)或通過(guò)RFID保持不間斷地通訊；對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行不間斷地記錄和評(píng)估(圖2)。

步驟4

任務(wù)：物料流

涉及學(xué)科：夾卸技術(shù)(Handhabungstechnik)、物流

與計(jì)算機(jī)科學(xué)之間的關(guān)系：自動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)與最小型機(jī)器人的使用

步驟5

任務(wù)：質(zhì)量保證

涉及學(xué)科：質(zhì)量管理

與計(jì)算機(jī)科學(xué)之間的關(guān)系：對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)行不間斷的質(zhì)量監(jiān)控(IoT)、自動(dòng)生成質(zhì)量檢測(cè)計(jì)劃

步驟6

任務(wù)：可視化

涉及學(xué)科：全部學(xué)科

與計(jì)算機(jī)科學(xué)之間的關(guān)系：在移動(dòng)終端設(shè)備上顯示當(dāng)前狀況，并輸入和輸出指令，以及能夠?qū)α鞒踢M(jìn)行主動(dòng)干預(yù)；通過(guò)移動(dòng)終端設(shè)備通訊(圖2)

步驟7

任務(wù)：提供能源

涉及學(xué)科：所有與能源有關(guān)的學(xué)科

與計(jì)算機(jī)科學(xué)之間的關(guān)系：加入小型光伏模塊和風(fēng)力渦輪機(jī)、壓縮能源消耗量、開(kāi)發(fā)虛擬能源管理系統(tǒng)(虛擬電池)、天氣預(yù)報(bào)、把能源價(jià)格預(yù)測(cè)融入到工藝過(guò)程中，提高能源效率(圖2)

步驟8

任務(wù)：回答問(wèn)題：什么是智能？(圖2)

涉及學(xué)科：機(jī)械工程中的全部學(xué)科、計(jì)算機(jī)科學(xué)

與計(jì)算機(jī)科學(xué)之間的關(guān)系：“收集”生產(chǎn)過(guò)程的所有數(shù)據(jù)、借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和統(tǒng)計(jì)方法對(duì)其進(jìn)行評(píng)估、根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建議對(duì)過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié)

針對(duì)各個(gè)步驟的實(shí)施而言，完全沒(méi)有必要使用成本高昂的設(shè)備。學(xué)生只需開(kāi)發(fā)出模型。項(xiàng)目的重點(diǎn)在于讓學(xué)生明白各個(gè)設(shè)備的作用、發(fā)出的信號(hào)、對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的評(píng)估、每一個(gè)設(shè)備的操作對(duì)下一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的設(shè)備產(chǎn)生的影響，以及如何使各個(gè)設(shè)備相互連接。

可使用的硬件包括：現(xiàn)有的低成本3D打印機(jī)、現(xiàn)有的低成本電動(dòng)螺絲刀、Arduino和Raspberry微控制器、機(jī)器人(Arduino機(jī)器人Braccio，或Raspberry Pi機(jī)器人套件，或DOBOT Magican，或FESTO[6])、現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、自己研發(fā)的運(yùn)輸系統(tǒng)或機(jī)器模型、傳感器、平板電腦和智能手機(jī)。

軟件也無(wú)需購(gòu)買昂貴的。可以使用一些標(biāo)準(zhǔn)的軟件(例如MatLab、Excel等)進(jìn)行仿真和尺寸標(biāo)注。一般來(lái)說(shuō)，所需的軟件系統(tǒng)都是現(xiàn)有的。所需數(shù)據(jù)庫(kù)、互聯(lián)網(wǎng)編程語(yǔ)言、Wifi、遠(yuǎn)程訪問(wèn)、云端存儲(chǔ)都是學(xué)?，F(xiàn)有，并且可以為項(xiàng)目的實(shí)施做相應(yīng)處理并使用。

5 項(xiàng)目指導(dǎo)

該項(xiàng)目教學(xué)的目的是讓學(xué)生明白：工業(yè)4.0并不是建立在全新技術(shù)上的，一方面通過(guò)各個(gè)設(shè)備設(shè)施以及物的相互連接，另一方面通過(guò)對(duì)現(xiàn)有大量軟件和技術(shù)的運(yùn)用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。為了讓學(xué)生對(duì)此有深入理解，需要自己去思考并動(dòng)手操作，教師僅提供必要的指導(dǎo)。因此，為學(xué)生開(kāi)發(fā)和提供模板(Templates)是一項(xiàng)重要的任務(wù)。

該項(xiàng)目要求學(xué)生模擬一項(xiàng)現(xiàn)代數(shù)字化的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)，意味著他們需要用到機(jī)械工程專業(yè)幾乎所有的學(xué)科，并要把相關(guān)知識(shí)與計(jì)算機(jī)科學(xué)建立起聯(lián)系。有必要注意，不能在計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域?qū)W(xué)生過(guò)于苛求。學(xué)生應(yīng)當(dāng)已經(jīng)通過(guò)講座課、練習(xí)課、實(shí)驗(yàn)課等形式充分掌握了機(jī)械工程領(lǐng)域的相關(guān)學(xué)科知識(shí)。

為了指導(dǎo)學(xué)生做項(xiàng)目，作者開(kāi)發(fā)了一個(gè)模塊化系統(tǒng)和學(xué)習(xí)材料，目的是在此基礎(chǔ)上促進(jìn)學(xué)生發(fā)揮他們的創(chuàng)造力，完成各個(gè)步驟(步驟1-8)。

關(guān)于模塊化系統(tǒng)集成了涵蓋諸如以下任務(wù)的模板：提供具有部分預(yù)定結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)、提供用于從“物”到“互聯(lián)網(wǎng)”(IoT)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膒hp腳本、提供用于傳輸傳感器數(shù)據(jù)的腳本、提供用于通過(guò)藍(lán)牙，LAN，WLAN，或者串行通信傳輸數(shù)據(jù)的腳本、提供用于評(píng)估統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)估數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工具[7]。

學(xué)習(xí)材料應(yīng)采用簡(jiǎn)潔、像食譜一樣的語(yǔ)言作為講義或輔導(dǎo)材料提供給學(xué)生。并非每個(gè)學(xué)生或團(tuán)隊(duì)成員都必須閱讀所有內(nèi)容，只要研讀了對(duì)他們自己需要完成的工作部分重要的內(nèi)容即可。在處理模板時(shí)，學(xué)生應(yīng)當(dāng)可以使用數(shù)字化的學(xué)習(xí)材料。此外，通過(guò)集成了一個(gè)學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)(LMS)，得以實(shí)現(xiàn)學(xué)生之間或?qū)W生與教授之間的溝通，因此，每個(gè)團(tuán)隊(duì)成員都可以看到誰(shuí)做了什么或誰(shuí)正在處理什么任務(wù)，并可以隨時(shí)查看工作進(jìn)展。

團(tuán)隊(duì)合作是至關(guān)重要的。每個(gè)團(tuán)隊(duì)成員都有義務(wù)在Wiki中記錄其工作和工作進(jìn)度。 在面授課堂上，學(xué)生們報(bào)告他們的工作進(jìn)度和成果，討論他們自己的工作和其他人工作之間的相互依存關(guān)系，以使每個(gè)人都清楚地知道項(xiàng)目的整體框架搭建如何，以及自己都有哪些具體任務(wù)。他們之間相互依存的關(guān)系同時(shí)也是促進(jìn)他們完成項(xiàng)目和增進(jìn)彼此了解的動(dòng)力。

6 跨學(xué)科合作

跨學(xué)科合作是指在機(jī)械工程學(xué)院內(nèi)部，不同學(xué)科之間展開(kāi)合作來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)想法。該項(xiàng)目實(shí)施的戰(zhàn)略過(guò)程必須被理解為是整個(gè)學(xué)院的發(fā)展過(guò)程。無(wú)論將來(lái)教學(xué)的發(fā)展目標(biāo)，還是體制上的決策都關(guān)乎到整個(gè)學(xué)院。所以必須與學(xué)院里所有相關(guān)人員共同構(gòu)建統(tǒng)一的發(fā)展戰(zhàn)略。

倡議并實(shí)施試點(diǎn)項(xiàng)目，包括通過(guò)跨學(xué)科合作實(shí)施本文介紹的項(xiàng)目都在此起著重要的作用。最理想的情況是，機(jī)械工程專業(yè)的所有學(xué)科都能以戰(zhàn)略性和系統(tǒng)性的方式共同推動(dòng)數(shù)字化。

7 多視角評(píng)價(jià)

7.1 高校教學(xué)法視角

讓學(xué)生自始至終積極參與并設(shè)計(jì)教學(xué)十分有利于其在機(jī)械工程專業(yè)的學(xué)習(xí)。雖然該專業(yè)現(xiàn)在涉及的學(xué)科面很廣，但還較缺少教學(xué)內(nèi)容之間的跨學(xué)科結(jié)合。在數(shù)字化和能源轉(zhuǎn)型時(shí)期，職業(yè)崗位的要求變得越來(lái)越多樣化?；跀?shù)字化理念對(duì)教學(xué)方法進(jìn)行面向未來(lái)的升級(jí)，可確保畢業(yè)生能夠勝任將來(lái)的工作。通過(guò)實(shí)施互動(dòng)式教學(xué)，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)意愿，并增強(qiáng)學(xué)生的集體感。模塊化結(jié)構(gòu)的教學(xué)方案則保證它具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，可以在不同情況下得到調(diào)整和完善，因此也為教學(xué)質(zhì)量的提高做出貢獻(xiàn)。

7.2 多媒體運(yùn)用能力培養(yǎng)

Dieter Baacke在[Braacke][8]稱，項(xiàng)目教學(xué)是讓學(xué)生獲取多媒體運(yùn)用能力的“最佳方法”。如上所述，學(xué)生做項(xiàng)目時(shí)，教師給學(xué)生提供模塊和模板形式的學(xué)習(xí)材料。這些雖然是核心的學(xué)習(xí)資料，但還不是全部，其他的學(xué)習(xí)資料需要由學(xué)生自主地通過(guò)創(chuàng)建與項(xiàng)目配套的Wiki，以數(shù)字化的形式制作。

Wiki是一個(gè)網(wǎng)站，訪問(wèn)者不僅可以閱讀上面的內(nèi)容，還可以直接在Web瀏覽器(Web 2.0應(yīng)用程序)上對(duì)內(nèi)容進(jìn)行編輯和修改。目的是面向社群收集大家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)(集體智慧)，并以目標(biāo)群體可以理解的形式記錄下來(lái)[Wiki][9]。

通過(guò)在Wiki上做記錄，任何團(tuán)隊(duì)成員都可以隨時(shí)關(guān)注項(xiàng)目進(jìn)展?？杀挥涗浽赪iki中的內(nèi)容有：每個(gè)團(tuán)隊(duì)成員的工作部分、工作進(jìn)度、其他的任務(wù)要求、說(shuō)明工作中的交集、確定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(例如數(shù)據(jù)類型)、有建設(shè)性解決方案的摘錄和說(shuō)明(源文本)。一段時(shí)間后，Wiki就會(huì)發(fā)展成為存滿創(chuàng)意和解決方案的真正寶庫(kù)。當(dāng)作者在通過(guò)小型項(xiàng)目做教學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，就把使用Wiki的想法付諸于行，并證實(shí)產(chǎn)生了很好的效果。因此，應(yīng)擴(kuò)大Wiki的使用范圍并使之有進(jìn)一步的發(fā)展。每個(gè)學(xué)生也應(yīng)當(dāng)在學(xué)習(xí)期間都在Wiki上貢獻(xiàn)過(guò)自己的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，項(xiàng)目中的工作與演示報(bào)告和視頻資料都可以在Wiki中記錄下來(lái)，學(xué)?？梢猿鲇谛麄鞯哪康南蛲饨绨l(fā)布或提供給感興趣者。