周拓宇， 徐 巍， 阿迪力·麥麥提， 塞米江·依馬木

(上海交通大學(xué) a.工程訓(xùn)練中心; b.農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院; c.船舶海洋與建筑工程學(xué)院,上海 200240)

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“智巢”模式實(shí)踐教學(xué)探索

周拓宇a， 徐 巍a， 阿迪力·麥麥提b， 塞米江·依馬木c

(上海交通大學(xué) a.工程訓(xùn)練中心; b.農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院; c.船舶海洋與建筑工程學(xué)院,上海 200240)

首先從實(shí)踐目的、培養(yǎng)方式以及腦域開發(fā)等三個(gè)實(shí)踐教學(xué)的基本著眼點(diǎn)分析了上海交通大學(xué)等高校的工程訓(xùn)練中心實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)狀；針對目前實(shí)踐教學(xué)缺乏創(chuàng)新性這一普遍現(xiàn)象以及實(shí)踐教學(xué)只對專項(xiàng)技能開展這一事實(shí)，在前期“蜂巢”實(shí)踐教學(xué)模式的基礎(chǔ)上又最新提出了一種改進(jìn)型的具有社會(huì)化屬性的實(shí)踐教學(xué)模式——“智巢”實(shí)踐教學(xué)模式。論文簡要分析了“智巢”實(shí)踐教學(xué)模式的特征并詳細(xì)闡述了“智巢”實(shí)踐教學(xué)模式的六個(gè)組成部分(創(chuàng)意，評估，開發(fā)集成，試生產(chǎn)與測試，批量化與產(chǎn)品投放，評價(jià))的具體內(nèi)容以及各個(gè)階段的具體實(shí)施方案，同時(shí)說明了該模型可以在“工科大平臺(tái)”的建設(shè)中起到重要的助推作用，更好地服務(wù)各院系，更有效地配合“卓越工程師”計(jì)劃的實(shí)施和執(zhí)行。

實(shí)踐教學(xué)； “卓越工程師”計(jì)劃； 智巢模式

0 引 言

原清華大學(xué)實(shí)踐教育部主任傅水根教授在上海交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心2013年年度研討會(huì)上曾經(jīng)指出，在全國范圍幾乎全部的高校內(nèi)以及在幾乎所有專業(yè)的本科教學(xué)中大規(guī)模地引入實(shí)踐教學(xué)是中國高等教育的創(chuàng)舉，在世界上也是少見。實(shí)踐教學(xué)伴隨著國家的逐步改革開放，在國家實(shí)施高等教育發(fā)展的“985工程”和 “211工程”中建立和發(fā)展起來[1]，為學(xué)校高素質(zhì)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提供了重要支撐[2]。實(shí)踐教學(xué)和國家高校擴(kuò)招方針一起為培養(yǎng)和造就中國自己的工程師隊(duì)伍做出巨大的貢獻(xiàn)，中國也逐步成為制造業(yè)大國。在2011年2月的硅谷杰出人物聚餐上，美國總統(tǒng)奧巴馬打斷蘋果公司創(chuàng)始人喬布斯的談話，向喬布斯提了一個(gè)問題：為什么不能讓蘋果iPhone、iPad在美國制造？為什么不能把這些工作機(jī)會(huì)帶回家？[3]喬布斯在一個(gè)多月后在奧巴馬白宮再次追問時(shí)回答，在中國富士康公司有70萬員工為蘋果生產(chǎn)產(chǎn)品，所需的生產(chǎn)線、資金、廠房、技術(shù)和員工在美國都沒有問題，但每15～25名員工需配備1名具有熟練經(jīng)驗(yàn)的工程師，這3萬名工程師美國不能提供，這些工作不會(huì)回來。這從一個(gè)側(cè)面也反映了中國高等教育改革的成果。

1 現(xiàn) 狀

在中國成為制造業(yè)大國后，還有成為制造業(yè)強(qiáng)國的“中國夢”，與此相對應(yīng)的是在高等教育中提出的“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”[4](簡稱卓越計(jì)劃)，這是“中國夢”的延續(xù)，我校有幸入圍這一計(jì)劃的第一批名單，我們理解的這個(gè)“中國夢”就是基于工程實(shí)踐能力的創(chuàng)新夢。創(chuàng)新需要?jiǎng)?chuàng)新的人才，創(chuàng)新人才的培養(yǎng)需要?jiǎng)?chuàng)新的平臺(tái)，創(chuàng)新平臺(tái)的構(gòu)架一定是對既有模式的反思和凝練。

目前，各高校本科生實(shí)踐教學(xué)的主體一般都沒有自己的學(xué)生，僅是為學(xué)校各個(gè)學(xué)科的專業(yè)領(lǐng)域提供相互交叉知識(shí)類別的經(jīng)典應(yīng)用實(shí)踐為主，而高校的辦學(xué)方式又在從“校辦院”向“院辦校”的組織形式過渡，人才培養(yǎng)過程中的個(gè)性特點(diǎn)顯現(xiàn)[5],實(shí)踐教學(xué)的繼續(xù)發(fā)展和提高遇到了新的問題。

《卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃通用標(biāo)準(zhǔn)》[6]對本科工程型人才培養(yǎng)提出了11個(gè)種類的要求。按照培養(yǎng)計(jì)劃給出的這“五面六能”(5個(gè)方面6種能力)的通用標(biāo)準(zhǔn)要求，反思實(shí)踐教學(xué)與院系理論教學(xué)在形式、培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)方法等的異同是多樣的，主要可以歸納為以下三點(diǎn)：

1.1 實(shí)踐目的

院系理論教學(xué)中的實(shí)踐，是對本學(xué)科專業(yè)領(lǐng)域中的理論、方法、原理等的驗(yàn)證式實(shí)踐，是以理解、掌握各學(xué)科的知識(shí)點(diǎn)為目的，或可稱為“實(shí)驗(yàn)”；實(shí)踐教學(xué)的最高目標(biāo)是把這些人為劃分、抽象出的專業(yè)學(xué)科的知識(shí)點(diǎn)整合、交叉、還原成為整個(gè)人類社會(huì)生產(chǎn)實(shí)踐中各方面的具現(xiàn)或創(chuàng)新應(yīng)用，或可稱為“試驗(yàn)”?！皩?shí)驗(yàn)”具有檢驗(yàn)、復(fù)核的含義，而“試驗(yàn)”具有創(chuàng)新、探索和嘗試的意義[7]；通過“實(shí)驗(yàn)”可以發(fā)現(xiàn)和論證“新知”，探索自然界的規(guī)律，驗(yàn)證已有知識(shí)，創(chuàng)立科學(xué)理論；通過“試驗(yàn)”可以發(fā)明和創(chuàng)造合乎要求的“新品”，探索理論應(yīng)用的條件、途徑和方法[8]。通過嚴(yán)格的設(shè)計(jì)方案，驗(yàn)證某一理論或假說，觀察、了解某一現(xiàn)象和結(jié)果時(shí)的“實(shí)驗(yàn)”與帶有“嘗試性”感情色彩的“試驗(yàn)”比較[9]，不同的實(shí)驗(yàn)者“實(shí)驗(yàn)”的結(jié)果應(yīng)是相同的，不同的試驗(yàn)者“試驗(yàn)”的結(jié)果或會(huì)不同，兩者處在從實(shí)踐到認(rèn)識(shí)和從認(rèn)識(shí)到實(shí)踐的不同階段。如果這樣來分，結(jié)合現(xiàn)狀，實(shí)踐教學(xué)還有很長的路要走，也還有很大的發(fā)展空間。

1.2 培養(yǎng)方式

在院系本科階段的理論教學(xué)中，學(xué)生的學(xué)習(xí)方式以教師指導(dǎo)下的個(gè)人奮斗為主，通過個(gè)人的努力特別是其中優(yōu)秀人才的努力，提高整個(gè)社會(huì)的知識(shí)儲(chǔ)備；而高校的實(shí)踐教學(xué)則以集體、團(tuán)隊(duì)和個(gè)人相結(jié)合的方式，通過把這些知識(shí)物化來提高學(xué)生個(gè)人的具現(xiàn)及創(chuàng)新能力，特別地，這個(gè)能力也包括了與同行或相關(guān)行業(yè)同僚的交流能力。從這個(gè)角度看，實(shí)踐教學(xué)中的“度”就很重要了，舉例而言，“做出一個(gè)彈簧”相當(dāng)于社會(huì)的知識(shí)儲(chǔ)備，通過學(xué)習(xí)幾乎每個(gè)學(xué)生都可以實(shí)現(xiàn)；而“做出兩個(gè)一樣的彈簧”就是實(shí)踐教學(xué)的方向之一，也是個(gè)人實(shí)踐能力的體現(xiàn)。當(dāng)年，曾在全國征集做出四個(gè)一樣的彈簧。

1.3 腦域開發(fā)

合格的現(xiàn)代工程師不僅必須具備較強(qiáng)的工程思維能力，而且應(yīng)當(dāng)具備正確的工程思維習(xí)慣，其前提條件就是要有正確的工程意識(shí)[10]。當(dāng)前，世界范圍內(nèi)都加強(qiáng)了對人腦的研究，加大了對人工智能的研發(fā)投入。近代腦科學(xué)認(rèn)為：當(dāng)我們開始學(xué)習(xí)新知識(shí)、新技術(shù)、新技能的時(shí)候，主要是大腦皮質(zhì)干預(yù)(發(fā)揮作用)，當(dāng)小腦接替大腦工作開始干預(yù)后，我們才能更好地或熟練地真正掌握所學(xué)[11]。大腦負(fù)責(zé)思考，小腦負(fù)責(zé)行動(dòng)[12]。

院系的理論教學(xué)開發(fā)了學(xué)生的大腦，培養(yǎng)出學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，使學(xué)生的思維能力越來越發(fā)展；實(shí)踐教學(xué)則開發(fā)學(xué)生的小腦，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，使學(xué)生的實(shí)踐能力越來越強(qiáng)大，并把大腦的開發(fā)成果，部分通過小腦的實(shí)踐活動(dòng)表現(xiàn)出來。

當(dāng)然，這些也是我們?nèi)藶閯澐值?，按照辯證法的觀點(diǎn)來說，它們也是對立統(tǒng)一的。

2 智巢實(shí)踐教學(xué)模式

實(shí)踐教學(xué)的目的是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，這個(gè)實(shí)踐能力最終是為社會(huì)實(shí)踐服務(wù)的。在實(shí)踐教學(xué)中用到的所有人員、設(shè)備、理論、方法等都基于對現(xiàn)階段社會(huì)生產(chǎn)實(shí)踐的定義、理解以及承繼，尤其是在“院辦校”可能造成同質(zhì)化或重復(fù)建設(shè)的現(xiàn)狀下。比如，在各中心取得很好效果的實(shí)學(xué)創(chuàng)新工坊，由于一般多采用常規(guī)工具設(shè)備，復(fù)制起來就較容易。一個(gè)可能的解決方案就是把這些工具設(shè)備向微型化發(fā)展使院系不屑于采用，或向巨型化發(fā)展使院系認(rèn)為不值得采用。這樣，各中心才能具有各自的特色，更好地為院系服務(wù)?，F(xiàn)實(shí)的制造業(yè)也是不斷向這兩個(gè)方向發(fā)展中。

在中國，許多學(xué)生并不了解國內(nèi)本科階段12個(gè)學(xué)科門類近80個(gè)(不包括軍事專業(yè))一級(jí)學(xué)科專業(yè)的使命以及不同專業(yè)的特點(diǎn)，大多是非主動(dòng)地選擇專業(yè)領(lǐng)域。讓這部分學(xué)生有進(jìn)一步了解其他專業(yè)領(lǐng)域的機(jī)會(huì)，從而能更好地選擇和確定自己的專業(yè)發(fā)展方向，也應(yīng)成為本科實(shí)踐教學(xué)的目的之一。

實(shí)踐教學(xué)是面向?qū)W校各個(gè)不同專業(yè)的，對實(shí)踐的定義很重要。實(shí)踐教學(xué)的特征之一是課程結(jié)束后都有一個(gè)具體的實(shí)物作為考核各種實(shí)踐技能的依據(jù)，是一個(gè)從“無”到“有”的過程。在確定實(shí)踐科目或定義實(shí)踐模型時(shí)希望可以涵蓋盡量多的專業(yè)領(lǐng)域，使學(xué)生在實(shí)踐教學(xué)中可以了解自己專業(yè)的屬性和與相關(guān)專業(yè)的聯(lián)系以及各不同專業(yè)的基本功用。我們在實(shí)踐教學(xué)的選修課程中，模仿新產(chǎn)品開發(fā)流程[13]，定義了一個(gè)具有社會(huì)化屬性的實(shí)踐教學(xué)六段模型，如圖1所示，認(rèn)為實(shí)踐教學(xué)應(yīng)包含設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、銷售、服務(wù)的各個(gè)階段。

在圖1中，大多數(shù)學(xué)科專業(yè)都可在一個(gè)或多個(gè)階段中找到自己的位置，或者說，這些專業(yè)本身就是服務(wù)于社會(huì)實(shí)踐中類似的一個(gè)或幾個(gè)階段。階段一的創(chuàng)意是指問題需求分析，人的想法一般會(huì)受到所處時(shí)代的政治、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、文化等的限制，好的想法應(yīng)該是對這些限制的突破。第二階段的評估包括技術(shù)支持、市場支持、授權(quán)等多方面以及合理利用中心實(shí)踐教學(xué)中各加工設(shè)備的可行性分析。第三階段的開發(fā)集成與第四階段的試生產(chǎn)與測試是創(chuàng)意的具體實(shí)現(xiàn)階段，根據(jù)具體實(shí)踐目標(biāo)的不同可以涵蓋各學(xué)科的多種領(lǐng)域。第五階段是目前實(shí)踐教學(xué)涉及較少卻是社會(huì)實(shí)踐急需的產(chǎn)品化階段，批量化包括冗余、抗干擾、穩(wěn)定性、外形、流水線等設(shè)計(jì)，投放涉及策劃、廣告、市場、倉儲(chǔ)、物流、管理、服務(wù)等多方面學(xué)科；在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)某一個(gè)功用相對較容易，但把它產(chǎn)品化相對較難，這也許或能成為各中心發(fā)展的特色之一。最后階段的評價(jià)體系也是實(shí)踐教學(xué)的一個(gè)重要內(nèi)容；理論教學(xué)是通過試卷來評價(jià)學(xué)生成績，社會(huì)實(shí)踐最終是通過“效益”來評價(jià)這個(gè)創(chuàng)意的；在這個(gè)模型里，我們的實(shí)踐教學(xué)通過實(shí)物的模擬市場化——虛擬貨幣來量化評價(jià)學(xué)生實(shí)踐教學(xué)成績，這個(gè)評價(jià)有一定的主觀性，所以在虛擬貨幣的基礎(chǔ)上還要看學(xué)生在這一過程中是否發(fā)現(xiàn)自己的特長，是否找到自己感興趣的領(lǐng)域，以及團(tuán)隊(duì)的合作和學(xué)科專業(yè)扮演的角色等方面，允許虛擬貨幣為零或負(fù)的情況發(fā)生。這一模式所構(gòu)建的主題思想是為了保護(hù)學(xué)生的新頭腦，即打破固有慣性限制的思維潛能，認(rèn)為每名學(xué)生在未來的社會(huì)實(shí)踐中都能找到自己的位置，都能成為各自專業(yè)的人才，都能在實(shí)踐中認(rèn)識(shí)自己、發(fā)現(xiàn)自我。

在具體實(shí)踐教學(xué)的組織形式上，基于中心原有的“多模式、多層次實(shí)踐教學(xué)模式”[14]以及“蜂巢實(shí)踐教學(xué)模式”[15]，結(jié)合目前社會(huì)實(shí)踐中效果顯著的“眾籌”模式，我們最新提出了“智巢”實(shí)踐教學(xué)模式，只是“眾籌”模式籌的是大眾的錢，“智巢”模式籌的是學(xué)生的智慧。在原有他組織或類自組織屬性[16]的“蜂巢”模式中的每一個(gè)蜂巢由不同專業(yè)的學(xué)生組成，每個(gè)蜂巢都做同一個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目，每個(gè)蜂巢的實(shí)踐結(jié)果不依賴于其他的蜂巢，交流只在每個(gè)蜂巢內(nèi)產(chǎn)生，最終實(shí)踐目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)不依賴于其他蜂巢的實(shí)踐結(jié)果，不受其他蜂巢的制約。這個(gè)新提出的自組織[16]屬性的“智巢”模式中的每一個(gè)“智巢”都由相同或相近專業(yè)的學(xué)生自愿組成，每個(gè)智巢只做同一個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目的一個(gè)階段，每個(gè)智巢的實(shí)踐結(jié)果依賴于其他智巢的內(nèi)容和結(jié)果，交流必須在不同智巢之間產(chǎn)生，最終實(shí)踐目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)依賴于每個(gè)階段每個(gè)智巢的實(shí)踐結(jié)果，受到其他智巢的制約。

“智巢”實(shí)踐教學(xué)模式相比較于“蜂巢”實(shí)踐教學(xué)模式更貼近于真實(shí)的社會(huì)實(shí)踐，成功并不只是自己努力就可以，還依賴于合作伙伴和其它不同因素的制約。在2012年和2013年，我們在選修的實(shí)踐教學(xué)課程中，采用“智巢”實(shí)踐教學(xué)模式進(jìn)行了探索。圖2是基于GPL許可，具有生物可自我復(fù)制性的開源3D打印機(jī)實(shí)踐教學(xué)的一個(gè)例子。學(xué)生分為基于3D圖像設(shè)計(jì)的媒體設(shè)計(jì)組，基于python的軟件組，機(jī)架和安卓控制板的機(jī)電制作組，輔件和管理的文檔組。在GUN的GPL授權(quán)許可證下，學(xué)生對軟硬件、機(jī)和電都進(jìn)行了優(yōu)化。圖2中右邊圖像懸空部分的邊緣毛刺明顯，左邊的武士頭像是優(yōu)化后的，可以看到邊緣更圓潤、細(xì)膩。

圖2 武士頭像比較圖

3 結(jié) 語

我國現(xiàn)在的制造業(yè)大國地位，主要依賴上述實(shí)踐教學(xué)模式圖中第四個(gè)階段的快速發(fā)展。以在中國制造的蘋果iPhone手機(jī)的利潤為例，在每個(gè)手機(jī)約210美元的利潤中，蘋果公司和因特爾公司為主分享了模式圖的前三個(gè)階段約100美元的利潤，后面的階段蘋果公司也享有了另一個(gè)近100美元利潤的主要部分。雖然幾乎所有的iPhone都在中國生產(chǎn)但中國僅在相當(dāng)于第四階段中享有約7美元的利潤。目前提出的“卓越工程師”計(jì)劃，其目的應(yīng)該是希望在模式的其他幾個(gè)階段實(shí)現(xiàn)“中國夢”。為配合“卓越工程師”計(jì)劃的實(shí)施，工程訓(xùn)練中心同樣也在進(jìn)行“工科大平臺(tái)”的建設(shè)。現(xiàn)階段，實(shí)踐教學(xué)除了把工程實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)向工程實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)轉(zhuǎn)變以外，構(gòu)建的創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)還應(yīng)有新產(chǎn)品的孵化器和產(chǎn)品化新產(chǎn)品的助推器功能。在過往他組織式的實(shí)踐教學(xué)中類似于從外部打碎雞蛋,得到的是食物；而自組織式實(shí)踐教學(xué)模式希望學(xué)生從內(nèi)部打碎雞蛋從而產(chǎn)生生命，這樣的新生能更好地服務(wù)于各院系和“卓越工程師”計(jì)劃。

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Exploration on the Practical Teaching Model Named “Smart Nest”

ZHOUTuo-yua，XUWeia，AdilMuhemmmetb，SamijianImamc

(a. Engineering Training Center; b. School of Agriculture and Biology; c. School of Naval Architecture，Ocean and Civil Engineering， Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China)

This paper analyzed the current situation of the practical teaching provided by Engineering Training Center in Shanghai Jiao Tong University and other universities. Aiming at the common phenomenon that the current practical teaching is less innovative as well as the fact that the current practical teaching is only designed for a certain specific skill, this paper proposed a new practical teaching model called “Smart Nest” model, which is characterized with social attributes and is an improved version of the previous “Honeycomb” model. By analyzing the characteristics and describing the six steps of this teaching model in detail, it was shown that this model can facilitate the implementation of the “Outstanding Engineers Program”.

practical teaching； Outstanding Engineers program； Smart Nest model

2015-04-16

上海交通大學(xué)本科生研究計(jì)劃(T410PRP27006)

周拓宇(1968-)，男，安徽淮南人，碩士，高級(jí)工程師，主要從事電機(jī)、電器的數(shù)字化控制應(yīng)用研究及電子電工實(shí)踐教學(xué)。

Tel.：021-54742932-836,13818576491；E-mail：tyzhou@sjtu.edu.cn

G 642.0

A

1006-7167(2016)03-0192-04