曹其新， 李翠超， 張培艷

(上海交通大學(xué) 工程訓(xùn)練中心，上海 200240)

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中國特色的工程訓(xùn)練教學(xué)模式與內(nèi)容思考

曹其新， 李翠超， 張培艷

(上海交通大學(xué) 工程訓(xùn)練中心，上海 200240)

針對中國工程訓(xùn)練的特點和發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合國際工程教育認(rèn)證的能力要求，闡述了工程訓(xùn)練在落實工程教育中的重要作用。從工程訓(xùn)練的通識教育屬性出發(fā)，探討了工程訓(xùn)練課程新的功能定位、內(nèi)容范圍和發(fā)展趨勢，并對中國特色工程訓(xùn)練的教學(xué)模式和內(nèi)容提出了改革建議。

工程訓(xùn)練； 工程教育認(rèn)證； 通識教育； 產(chǎn)品全生命周期； 智能制造

0 引 言

工程訓(xùn)練是在我國特有的工程實踐教育方式，最初起源于金工實習(xí)，經(jīng)過十多年的發(fā)展，工程訓(xùn)練已從一種單一的以金工實習(xí)為主要內(nèi)容的實踐教學(xué)方式，拓展成一種實踐教育方式，成為高等工程教育的重要組成部分[1-2]。

目前工程訓(xùn)練站在了新一輪發(fā)展的歷史舞臺，在創(chuàng)新國家建設(shè)以及制造大國向智造大國轉(zhuǎn)變的今天，“金工+電工”實習(xí)為核心，實訓(xùn)為目的工程訓(xùn)練課程時刻面臨著知識老化、新技術(shù)更新、地位邊緣化等挑戰(zhàn)。在這種情況下，如何在各學(xué)科專業(yè)蓬勃發(fā)展的背景下確立地位，體現(xiàn)價值；怎樣順應(yīng)國際工程教育發(fā)展趨勢，既符合國情又理念創(chuàng)新，培育中國特色，實現(xiàn)工程訓(xùn)練的轉(zhuǎn)型和發(fā)展，最終得到國際同行認(rèn)可，本文進(jìn)行了一些探索。

1 中國特色的工程訓(xùn)練

世界各國都非常重視工程實踐教育，采取各具特色的工程實踐教育模式，以培養(yǎng)出高質(zhì)量的工程師。以德法為代表的歐洲模式，采用大學(xué)工程師職業(yè)精英培養(yǎng)模式，注重工程實踐能力培養(yǎng)，致力于培養(yǎng)成品工程師，其工程實踐教育主要依靠社會資源，在企業(yè)中進(jìn)行，一般設(shè)立專門的工程訓(xùn)練機(jī)構(gòu)。如德國工科大學(xué)學(xué)生在校的一半時間是在社會的企業(yè)中進(jìn)行工程實踐。美國模式則注重培養(yǎng)集經(jīng)濟(jì)、管理、工程、技術(shù)等于一體的工程師毛坯，采用多樣化的工程實踐模式，利用社會資源甚至國外資源開展有針對性訓(xùn)練。日本工程實踐教育采用課程訓(xùn)練和畢業(yè)后教育相結(jié)合的形式，高層次實踐訓(xùn)練會放在企業(yè)，企業(yè)通常會用1年以上的時間對剛進(jìn)入企業(yè)的大學(xué)生進(jìn)行專門的訓(xùn)練[3-4]。

在我國，學(xué)生在校期間要進(jìn)入企業(yè)完成工程實踐訓(xùn)練比較困難，即使千方百計進(jìn)入企業(yè)實習(xí)，也是走馬觀花，流于形式，無法真刀真槍完成工程實際任務(wù)。學(xué)生畢業(yè)后通常直接進(jìn)入工作崗位，多數(shù)企業(yè)很少對學(xué)生進(jìn)行有計劃的工程實踐能力培訓(xùn)。在這種特殊的國情下，工程訓(xùn)練在服務(wù)于高校的認(rèn)知實習(xí)、實踐教學(xué)、創(chuàng)新訓(xùn)練、科研探索等的同時，承擔(dān)起了中國企業(yè)未能完成的為社會培養(yǎng)工程人才的使命[1-2]。我國的工程訓(xùn)練是是學(xué)生走向社會的一個不可或缺的重要過程，更是一座通往現(xiàn)場工程師不可或缺的橋梁，這樣的工程實踐教育模式在國際上沒有參考案例，是我國工程教育的特有產(chǎn)物。我國的工程訓(xùn)練，只能根據(jù)中國國情，探索具有自身特色的可持續(xù)發(fā)展途徑，從課程定位，課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式等方面進(jìn)行改革。

2 面向工程教育認(rèn)證的工程訓(xùn)練

工程教育國際互認(rèn)已成為一個必然的發(fā)展趨勢，2013年6月，我國成為《華盛頓協(xié)議》的預(yù)備會員，標(biāo)志著我國工程教育認(rèn)證邁出了里程碑的一步[5]。依據(jù)《華盛頓協(xié)議》畢業(yè)生素質(zhì)要求，我國現(xiàn)行的工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)(2012年7月修訂)明確規(guī)定了工程畢業(yè)生應(yīng)具有的10條能力要求，簡要列舉如圖1中橫坐標(biāo)所示[6-8]。這10條能力標(biāo)準(zhǔn)闡明了工程教育的產(chǎn)出要求和培養(yǎng)目標(biāo)，是我國各工程專業(yè)人才培養(yǎng)的核心。

分析這10條能力標(biāo)準(zhǔn)可見，現(xiàn)代工程教育十分注重實踐與創(chuàng)新能力的鍛煉(3，4，5條)，強(qiáng)調(diào)多學(xué)科系統(tǒng)思維的培養(yǎng)(3，4，5條)，并且關(guān)注工程意識、團(tuán)隊精神、協(xié)調(diào)溝通、自主學(xué)習(xí)等綜合素質(zhì)的提升[1,9](6，7，8，9，10條)。10條能力標(biāo)準(zhǔn)可經(jīng)過三個目標(biāo)層次逐步推進(jìn)，第一層(認(rèn)知)，第二層(理解)，第三層(應(yīng)用)，有的可通過理論學(xué)習(xí)獲得相應(yīng)的目標(biāo)層次，有的則必須通過工程實踐才能達(dá)到最終的目標(biāo)，如圖1所示。理論教育對認(rèn)知與理解學(xué)習(xí)更有效，而工程實踐對應(yīng)用學(xué)習(xí)更有效[10]。課堂教學(xué)可以為獲取上述能力打下基礎(chǔ)，但是不能充分給學(xué)生傳授實際環(huán)境下的技能和素質(zhì)。

圖1 中國工程教育認(rèn)證能力標(biāo)準(zhǔn)、能力層次與工程實踐的關(guān)系

隨著當(dāng)今技術(shù)的飛躍發(fā)展，工程系統(tǒng)愈來愈呈現(xiàn)出復(fù)雜、不確定、多尺度、多學(xué)科交叉等特點，許多工程問題無法用單一的現(xiàn)成理論指導(dǎo)，這時，以綜合性、實踐性、設(shè)計性、研究性、創(chuàng)新性見長的工程訓(xùn)練更有助于培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題的能力[11]?，F(xiàn)代工程教育，已絕非傳統(tǒng)的專業(yè)教育能獨自勝任，如果說傳統(tǒng)的專業(yè)教育是導(dǎo)引工程教育能力標(biāo)準(zhǔn)的有效環(huán)節(jié)，那工程實踐則真正兌現(xiàn)了工程教育的能力目標(biāo)。工程實踐是落實工程教育的必由之路，把工程實踐納入工程教育認(rèn)證的核心實施流程是深化工程教育的有效途徑。

3 對工程訓(xùn)練教學(xué)內(nèi)容和模式的幾點思考

3.1 工程訓(xùn)練課程特點再認(rèn)識

初期工程訓(xùn)練課程，主要是為一、二年級本科生提供工程技能和操作實踐訓(xùn)練，同時也為其他課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等提供相應(yīng)的實踐條件。受思維定勢的影響，更多關(guān)注的是此類課程的專業(yè)屬性，實際上工程訓(xùn)練課程具有通識性和公共基礎(chǔ)性的特征，是面向本科各專業(yè)，給學(xué)生以工程實踐的教育、工業(yè)制造的了解和工程文化的體驗，是各專業(yè)人才培養(yǎng)不可缺少的支撐，也是實現(xiàn)學(xué)科交叉、文理交融、科研教學(xué)結(jié)合的創(chuàng)新教育新模式[12]。在逼真的工程環(huán)境中組織教學(xué)，具備逼真的工程背景；呈現(xiàn)以“做中學(xué)”和“做中融”為特點的實踐性，及以學(xué)科專業(yè)內(nèi)知識的綜合、專業(yè)間的交叉融合為特點的綜合性，是該類課程的突出特點，并具備教學(xué)平臺運行與學(xué)科專業(yè)面向的開放性特點[13]。

從課程體系來看，工程訓(xùn)練系列課程不僅包括了面向工科專業(yè)的工程訓(xùn)練系列課程、面向非工科(理科、人文社科)的工程素質(zhì)訓(xùn)練系列課程及基于工程實踐的創(chuàng)意創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類系列課程、工程訓(xùn)練特色課程或項目以及第二課堂、學(xué)科競賽、工程創(chuàng)新活動等。

3.2 工程訓(xùn)練教學(xué)內(nèi)容要體現(xiàn)系統(tǒng)性與綜合性

3.2.1 課程內(nèi)容涵蓋產(chǎn)品現(xiàn)代制造各類技術(shù)

工程訓(xùn)練由原來的以機(jī)械和電子為主，逐漸演變到材料、能源、信息、環(huán)境、管理、系統(tǒng)工程等各類現(xiàn)代技術(shù)的綜合使用，拓展成了一個更廣闊的平臺[14]。從機(jī)械制造領(lǐng)域傳統(tǒng)的冷熱加工(歷史上的金工)，到新型的制造技術(shù)(如數(shù)控加工技術(shù)、特種加工技術(shù)、快速原型制造技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)等)，再到先進(jìn)的制造集成技術(shù)(如計算機(jī)集成制造、數(shù)字化柔性制造、綠色制造、虛擬制造等)，工程訓(xùn)練，已逐漸向產(chǎn)品現(xiàn)代制造各類技術(shù)拓展，不斷充實現(xiàn)代工程實踐內(nèi)容，反映現(xiàn)代制造工藝的全貌及前沿。

在現(xiàn)代工程訓(xùn)練中，學(xué)生全方位學(xué)習(xí)體驗各類制造技術(shù)，靈活運用不同技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品的加工制造，同時考慮時間、質(zhì)量、成本、服務(wù)、環(huán)境等因素，融入系統(tǒng)工程及管理科學(xué)，培養(yǎng)綜合利用各種手段解決復(fù)雜問題的能力，提高其綜合素質(zhì)。

3.2.2 工程訓(xùn)練范圍擴(kuò)展至產(chǎn)品生命全周期

在面向大制造工程領(lǐng)域的背景下，工程訓(xùn)練逐步打通了設(shè)計、制造與運行之間的隔膜，從產(chǎn)品設(shè)計、物料選擇、加工裝配到質(zhì)量檢測、經(jīng)營管理、市場銷售和服務(wù)等，現(xiàn)代工程訓(xùn)練強(qiáng)調(diào)將制造全過程的一系列活動綜合為系統(tǒng)，將制造工業(yè)中科學(xué)、技術(shù)、非技術(shù)與工程實踐融為一體，力求讓學(xué)生在一個完整而逼真的工程活動系統(tǒng)中，進(jìn)行產(chǎn)品全生命周期的運作體驗，建立全面的工業(yè)生產(chǎn)意識。

以產(chǎn)品全生命周期為載體，讓學(xué)生充分理解各環(huán)節(jié)的分工和緊密聯(lián)系，使其能把加工能力、裝配困難、客戶需求等都能反映到設(shè)計中，進(jìn)行系統(tǒng)地設(shè)計考慮。學(xué)生在此訓(xùn)練模式下不僅提高了實踐創(chuàng)新能力、工程素質(zhì)等，更重要的是鍛煉了在準(zhǔn)企業(yè)和工業(yè)環(huán)境下的構(gòu)思-設(shè)計-實施-運行能力。

3.3 工程訓(xùn)練教學(xué)內(nèi)容要體現(xiàn)時代性與發(fā)展性

3.3.1 工程訓(xùn)練內(nèi)容的與時俱進(jìn)

隨著制造業(yè)不斷吸收信息技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)的成果，智能制造成為了制造業(yè)發(fā)展新的焦點。德國2013年提出的以智能制造為主導(dǎo)的“工業(yè)4.0”(第四次工業(yè)革命)引起了社會各界的廣泛關(guān)注，“工業(yè)4.0”是一種革命性的生產(chǎn)模式，其涉及到信息物理系統(tǒng)與制造、物流技術(shù)深度融合，以及物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和服務(wù)網(wǎng)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，智能工廠是“工業(yè)4.0”的核心。機(jī)器人技術(shù)、3D打印技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等新技術(shù)的集成與融合將成為智能化的主流[15]。

在這種背景下，工程訓(xùn)練應(yīng)始終保持著與時俱進(jìn)的步伐，順應(yīng)制造大國向智造大國轉(zhuǎn)變的趨勢，密切配合工業(yè)化、現(xiàn)代化的發(fā)展，使工程訓(xùn)練課程成為學(xué)生接觸工業(yè)新技術(shù)、了解工業(yè)前沿動向的主要陣地。工程實踐教育，不可能脫離社會這個大背景孤立存在[16]，只有在一個保持先進(jìn)與充滿活力的準(zhǔn)工業(yè)環(huán)境中才能培養(yǎng)出真正的工程師。

3.3.2 工程訓(xùn)練與各學(xué)科的協(xié)同發(fā)展

工程訓(xùn)練中心具有獨特的優(yōu)勢，擁有近乎完備的工藝裝備，擁有技能嫻熟的技師和工程能力較強(qiáng)的教師。在完成教學(xué)的基礎(chǔ)上，應(yīng)該獨立開展研究，進(jìn)行新技術(shù)、新工藝、新材料、新產(chǎn)品等方面的拓展研究，發(fā)展自己的科研方向，甚至創(chuàng)建隸屬于工程訓(xùn)練的學(xué)科。

同時，工程訓(xùn)練中心應(yīng)該運用自己優(yōu)勢，與各學(xué)科開展科研項目協(xié)作。目前各專業(yè)院所在開展課題時，常因缺乏工藝設(shè)備而進(jìn)展不順暢。工程訓(xùn)練中心可以提供加工制造服務(wù)，承擔(dān)工藝試驗，參與各學(xué)科的課題研究，實現(xiàn)與各學(xué)科的共同發(fā)展。還可以用科研成果擴(kuò)充實踐教學(xué)的內(nèi)容，增加實踐的技術(shù)深度，為工程訓(xùn)練的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造有利的條件。

3.4 工程訓(xùn)練教學(xué)模式轉(zhuǎn)變

工程訓(xùn)練實踐教學(xué)，由傳統(tǒng)的師傅帶徒弟式的基本技能培訓(xùn)逐漸發(fā)展到集基本技能訓(xùn)練、先進(jìn)技術(shù)訓(xùn)練、工程素質(zhì)和工程文化訓(xùn)練、綜合與創(chuàng)新實踐訓(xùn)練為一體的綜合訓(xùn)練模式[17]，這是一個正向的本質(zhì)變化。為適應(yīng)這些變化，建議更多地采用MOOCS(慕課)、翻轉(zhuǎn)教學(xué)、CDIO、科技競賽、項目驅(qū)動等新的教學(xué)手段。積極探索問題式、引導(dǎo)式、討論式和探究式的授課方式，考慮部分課程與慕課接軌，探索“蜂巢”式教學(xué)模式，探討在大量學(xué)生參與的情況下，以項目牽引來完成綜合訓(xùn)練與創(chuàng)新實踐訓(xùn)練，注重對學(xué)生科學(xué)思維和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，實現(xiàn)“技能學(xué)習(xí)”向集知識、能力、素質(zhì)和創(chuàng)新實踐為一體的“工程實踐”的轉(zhuǎn)變。

4 小結(jié)與展望

工程訓(xùn)練是我國特有的工程實踐教育方式，其具有通識實踐教育屬性，是落實工程教育、實現(xiàn)工程教育認(rèn)證能力標(biāo)準(zhǔn)的重要環(huán)節(jié)。現(xiàn)代的工程訓(xùn)練，不僅僅服務(wù)于課程教學(xué)，更是一個完整而逼真的工程活動系統(tǒng)，內(nèi)容涵蓋產(chǎn)品現(xiàn)代制造各類技術(shù)，范圍擴(kuò)展至產(chǎn)品生命全周期，在面向大制造工程領(lǐng)域的訓(xùn)練體驗中，不僅讓學(xué)生學(xué)習(xí)工程領(lǐng)域各種技術(shù)、技能和工程工具，還讓學(xué)生接觸到工程系統(tǒng)的分析和管理，工程訓(xùn)練具有專業(yè)教育無法取代的實踐性、整合性、創(chuàng)新性特點。因此只有轉(zhuǎn)變理念，改革工程訓(xùn)練教學(xué)模式及內(nèi)容，順應(yīng)工程教育發(fā)展趨勢，將工程訓(xùn)練有機(jī)融入到學(xué)科專業(yè)發(fā)展與學(xué)生個人發(fā)展中，這樣工程訓(xùn)練才能在本科人才培養(yǎng)的服務(wù)與支撐中體現(xiàn)更多價值與優(yōu)勢，才能培養(yǎng)出在國內(nèi)外得到更廣泛的認(rèn)可的工程人才。

[1] 孫康寧,傅水根.淺論工程實踐教育中的問題、對策及通識教育屬性[J].中國大學(xué)教學(xué),2011(9):17-20.

[2] 傅水根.我國高等工程實踐教育的歷史回顧與展望[J].實驗技術(shù)與管理,2011,28(2):1-4.

[3] 張安富,劉興鳳.實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的思考[J].高等工程教育研究,2010(4):56-59.

[4] 覃凌云.歐美工程師的培養(yǎng)模式及認(rèn)證研究[D].上海：華東理工大學(xué),2012.

[5] 方 崢.中國工程教育認(rèn)證國家化之路[J].高等工程教育研究,2013(6):72-76.

[6] 教育部.工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)(試行)[EB/0L].http://www.moe.gov.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s3861/201110/125419.html

[7] ABET.EngineeringChange:AStudyoftheImpactofEC2000[EB/OL]. http://www.abet.org/uploadedFiles/Publications/Special_Reports/EngineeringChange-executive-summary.pdf.

[8] 畢家駒.美國ABET的工程專業(yè)鑒定新進(jìn)展[J].高教發(fā)展與評估,2005,21(5):44-51.

[9] 林 健.“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”通用標(biāo)準(zhǔn)研制[J].高等工程教育研究,2010(4):21-29.

[10] 胡 玨.工程教育改革背景下的工程訓(xùn)練平臺研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2009.

[11] 李 蓓,姚 慶,管圖華.工程訓(xùn)練中心平臺在實施“卓越工程師計劃”中的作用探析[J].實驗技術(shù)與管理,2014,31(5):167-170.

[12] 陸順壽,曹其新.新穎的創(chuàng)新實踐場所“實學(xué)創(chuàng)新工坊”建設(shè)[J].實驗室研究與探索,2012,31(2):98-100.

[13] 盧達(dá)溶,湯 彬,李雙壽，等.基于廣泛科研資源和人文資源的工程文化體驗[J].清華大學(xué)教育研究,2009,30(2):33-38.

[14] 徐志農(nóng),周繼烈,倪益華，等.大工程背景下工程訓(xùn)練課程項目設(shè)置及建設(shè)[J].實驗室研究與探索,2012,31(9):98-101.

[15] 張 曙,工業(yè)4.0和智能制造[J].機(jī)械設(shè)計與制造工程,2014,43(8):1-5.

[16] 朱華炳,闞緒平.準(zhǔn)工業(yè)化工程訓(xùn)練基地建設(shè)與教學(xué)改革實踐[J].實驗科學(xué)與技術(shù),2008,6(4):121-123.

[17] 李曉春,曲曉海,楊 洋，等.工程訓(xùn)練教學(xué)改革探索與實踐[J].實驗室研究與探索,2014,33(1):229-232.

On Teaching Modes and Contents of Engineering Training with Chinese Characteristics

CAOQi-xin,LICui-chao,ZHANGPei-yan

(Engineering Training Center, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China)

Presently, with China’s accession to the ‘Washington Accord’, engineering training, regard as the engineering practical education with Chinese characteristics, is facing on challenge of knowledge aging and marginalization. In order to establish status and adapt the development trend of international engineering education, compare to foreign engineering education, special mission of engineering training is illustrated in this paper. Combining with capacity requirement of international engineering education accreditation, the importance of engineering training in engineering education implementation is described in detail. After the general education nature of engineering training is reaffirm this paper, some reform suggestions on teaching modes and contents of engineering training are proposed. Based on consolidation of practical teaching core function of engineering training center, course content shall cover each technology of modern manufacturing, course range shall extend to product overall lifecycle. What's more, engineering training shall achieve coordination development with other disciplines, follow with "Industry 4.0", and move with times. By serving to our country transform from big manufacturing to a strong one, engineering training can provide better function and show self-worth.

engineering training; engineering education accreditation; general education; product lifecycle; intelligent manufacturing

2015-03-20

曹其新(1960-)，男，上海人，教授，博士生導(dǎo)師，上海交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心主任，教育部高等學(xué)校工程訓(xùn)練教學(xué)指導(dǎo)委員會副主任；主要研究方向：工程實踐教學(xué)、移動機(jī)器人、智能控制。

Tel.：13501832438；E-mail：qxcao@sjtu.edu.cn

G 642.0

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1006-7167(2016)01-0129-03