張曉青+劉溪涓+馬雪芬

摘 要： 順應(yīng)國際工程教育發(fā)展趨勢，反思現(xiàn)有工程教育實踐教學(xué)中存在的缺陷與不足，構(gòu)建接軌國際專業(yè)認證標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化技術(shù)項目綜合訓(xùn)練。

關(guān)鍵詞： 項目綜合訓(xùn)練；數(shù)字化技術(shù)；國際專業(yè)認證；工程教育

一、引言

在人類歷史的不同時期，工程技術(shù)通過建筑、軍事、橋梁、水利、冶金、機械、化工等不同領(lǐng)域的貢獻，不斷改變?nèi)祟惿瞽h(huán)境，更推動人類文明的進步。任何一個工程項目的實施與管理，都需要一定數(shù)量工程技術(shù)人員。工程教育肩負向社會輸送工程技術(shù)人才的重任，受到各國社會的重視。

工程教育在起源階段本著“以科學(xué)為基礎(chǔ)、面向工程實踐”的指導(dǎo)思想構(gòu)建技術(shù)人才的培養(yǎng)體系，突出實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，教學(xué)目的并不是片面強調(diào)學(xué)生掌握科學(xué)知識的多寡，而是著重培養(yǎng)學(xué)生將科學(xué)知識轉(zhuǎn)化為技術(shù)知識、解決實際工程問題的能力。當(dāng)時，順應(yīng)社會發(fā)展需求的工程教育極大地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展與進步。隨著科學(xué)知識尤其各種跨學(xué)科知識的迅猛發(fā)展，加之世界大戰(zhàn)、超級大國軍備競賽等國際因素，工程教育在過去的數(shù)十年間被過度學(xué)術(shù)化。教學(xué)過程中，工程科學(xué)教育的重要性被無限放大，居核心地位的工程實踐內(nèi)容驟減，偏離工程實踐的工程教育雖然為社會培養(yǎng)了大量的科技型人才，但是工程畢業(yè)人才盡管熟記大量的科技理論與計算公式，卻不能將之運用于解決工程實際問題中，擁有高等學(xué)歷無法勝任工程崗位的情況屢見不鮮。上世紀九十年代，世界工業(yè)競爭力集體下滑的事實讓西方發(fā)達國家充分意識到，工程教育偏離工程實踐的錯誤必須予以糾正。讓工程教育回歸工程實踐本體，成為當(dāng)前國際高等工程教育發(fā)展的總體趨勢。

我國高等教育步入“大眾化教育”階段，作為高等工程教育主力軍的應(yīng)用型高等教育迎來了發(fā)展契機與寬廣的發(fā)展空間。為貫徹落實《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》，教育部實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”，服務(wù)于建設(shè)創(chuàng)新型國家和人才強國的國家戰(zhàn)略。2013年6月國際工程聯(lián)盟大會上，當(dāng)今世界上最具影響力的工程教育本科專業(yè)認證國際互認協(xié)議——《華盛頓協(xié)議》吸收我國為第21個會員。順應(yīng)國際工程教育發(fā)展趨勢，在人才培養(yǎng)目標(biāo)、課程內(nèi)容設(shè)置、人才評估辦法等各方面充分落實回歸工程實踐的精神，緊跟國際工程教育步伐，按照國際標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)工程技術(shù)人才，是我國高等工程教育發(fā)展的必然趨勢。

二、現(xiàn)有CAD/CAM綜合實驗存在的不足

美國工程技術(shù)認證委員會（ABET）是《華盛頓協(xié)議》的發(fā)起組織之一，是在國際上廣泛承認的專業(yè)認證權(quán)威機構(gòu)之一。ABET的工程教育質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中有11項能力指標(biāo)用以評價學(xué)生學(xué)習(xí)成效，分別是：

（1）運用數(shù)學(xué)、科學(xué)和工程知識的能力；

（2）設(shè)計和實施實驗及分析和解釋數(shù)據(jù)的能力；

（3）考慮經(jīng)濟、環(huán)境、社會、政治、道德、健康、安全、易于加工、可持續(xù)性等現(xiàn)實約束條件下，設(shè)計系統(tǒng)、設(shè)備或工藝的能力；

（4）在團隊中從不同學(xué)科角度發(fā)揮作用的能力；

（5）發(fā)現(xiàn)、提出和解決工程問題的能力；

（6）對所學(xué)專業(yè)的職業(yè)責(zé)任和職業(yè)道德的理解；

（7）有效溝通的能力；

（8）是否具備足夠的知識面，能夠在全球化、經(jīng)濟、環(huán)境的和社會背景下認識工程解決方案的效果；

（9）認識到需要終生學(xué)習(xí)以及具有終生學(xué)習(xí)的能力；

（10）具備從本專業(yè)角度理解當(dāng)代社會和科技熱點問題的知識；

（11）綜合運用技術(shù)、技能和現(xiàn)代工程工具來進行工程實踐的能力。

對照ABET工程教育質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的能力指標(biāo)，我國工程教育在工程技術(shù)人才培養(yǎng)方面確實存在著一定的不足，其原因是多方面的。實踐教學(xué)環(huán)節(jié)是其中的一個重要因素。

高等工程教育人才培養(yǎng)體系中，實踐教學(xué)環(huán)節(jié)是與實際社會生產(chǎn)聯(lián)系最直接最緊密的部分。學(xué)生經(jīng)歷實踐環(huán)節(jié)，可以驗證專業(yè)課程中所學(xué)到的專業(yè)理論，加深相關(guān)知識點的理解與掌握。更重要的是，能同期獲得經(jīng)驗性知識和過程性知識，與理論知識相互作用共同內(nèi)化為解決實際問題的能力。相比西方發(fā)達國家，我國高等工程教育的社會環(huán)境不夠成熟，企業(yè)更多地考慮自身利益，向高校學(xué)生開放實驗實踐資源非常有限，開放程度方面也存在諸多客觀或主觀原因造成的諸多限制。在現(xiàn)有狀況下，校內(nèi)實踐教學(xué)更顯至關(guān)重要。

我校開設(shè)的CAD/CAM綜合實訓(xùn)課程，實訓(xùn)內(nèi)容包括小型機構(gòu)的三維建模與虛擬裝配及單一零件的自動編程等三部分，無論是內(nèi)容還是要求方面與國內(nèi)大多數(shù)高校開設(shè)的同類課程基本相同，差異只是建模對象、編程零件的不同而已。與目前許多高等工程教育院校實驗、課程設(shè)計等實踐教學(xué)環(huán)節(jié)相似，現(xiàn)有的CAD/CAM實訓(xùn)課程主要存在以下幾個方面的不足：

（1）實驗實踐內(nèi)容大多僅針對單門課程中的某個或幾個知識點，相互之間以及不同課程的實踐環(huán)節(jié)之間關(guān)聯(lián)度不大，對應(yīng)的能力點猶如孤立存在的碎片，缺乏一定的關(guān)聯(lián)度，導(dǎo)致學(xué)生對同一技術(shù)中的各個技能模塊以及不同技術(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系缺乏系統(tǒng)的認識；

（2）教學(xué)目標(biāo)與內(nèi)容基本上多是單純的理論知識驗證及基本的實驗實踐技能掌握，實驗實踐步驟統(tǒng)一規(guī)范，對學(xué)生創(chuàng)新能力、工程表達能力、協(xié)作精神等應(yīng)具備的非技能工程素質(zhì)培養(yǎng)度有限；

（3）實驗實踐過程中教師決定著實驗實踐的整個過程，起著絕對的主導(dǎo)作用，學(xué)生按部就班地執(zhí)行，缺乏個性化發(fā)揮空間，教學(xué)主體地位無法得到保證，主觀能動性也得不到更大程度的發(fā)揮；

（4）實驗實踐成績更多是對學(xué)生實踐態(tài)度、實驗實踐結(jié)果與理論的吻合程度的評價，無法客觀衡量評價學(xué)生運用理論知識解決實際問題的能力。

原有的CAD/CAM綜合實訓(xùn)課程，與采用能力指標(biāo)全面評價學(xué)生學(xué)習(xí)成效的國際工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)相比，在學(xué)生工程能力培養(yǎng)方面存在很大差距，應(yīng)通過課程建設(shè)予以完善。

三、構(gòu)建數(shù)字化技術(shù)項目綜合訓(xùn)練

近年來，上海電機學(xué)院在數(shù)字化工程技術(shù)人才培養(yǎng)過程中，進行了一系列的教學(xué)探索工作，建有國家重點建設(shè)課程 “CAD/CAM”、上海市重點課程“數(shù)控技術(shù)”兩門核心課程，與機械制圖與CAD、運動仿真、有限元分析、CAM應(yīng)用技術(shù)等專業(yè)課程組成數(shù)字化課程群，統(tǒng)一規(guī)劃共同建設(shè)。在原有的CAD/CAM綜合實訓(xùn)課程基礎(chǔ)上，反思現(xiàn)行工程教育實踐教學(xué)存在的不足，參照ABET國際工程教育質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)能力指標(biāo)，構(gòu)建并實施了數(shù)字化項目綜合訓(xùn)練的實踐課程。

所謂項目綜合訓(xùn)練，是在完成相關(guān)工程技術(shù)類課程群的專業(yè)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，學(xué)生采用團隊協(xié)作的形式，綜合運用課程群內(nèi)若干門課程的理論知識處理解決工程問題。數(shù)字化項目綜合訓(xùn)練在數(shù)字化課程群全部課程教學(xué)工作結(jié)束后進行，打破以往單一理論課程開展實踐訓(xùn)練的模式，將數(shù)字化課程群中各門課程的教學(xué)目的與能力要求整合為一個綜合的數(shù)字化能力要求，采用完成工程項目的形式幫助學(xué)生進行能力鍛煉。通過項目綜合訓(xùn)練，學(xué)生加深了數(shù)字化課程群理論知識的系統(tǒng)理解，各單項數(shù)字化能力均得到鍛煉提高，熟悉單項能力之間的內(nèi)在聯(lián)系以及單項技能不同的實施情況對后續(xù)環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的影響，對數(shù)字化技能有了更全面的了解與更系統(tǒng)的掌握。

數(shù)字化項目綜合訓(xùn)練設(shè)置的項目均為來源于工程實際應(yīng)用的機構(gòu)與裝置，如輸送線步進裝置、包裝機橫封機構(gòu)、酒類生產(chǎn)提升裝置等，性能要求、技術(shù)參數(shù)等方面與實際工程應(yīng)用保持一致，具有鮮明的工程特色。若干名學(xué)生組成的訓(xùn)練小組共同完成訓(xùn)練項目。根據(jù)項目要求，學(xué)生從概念設(shè)計著手，選擇正確的工作原理與合適的機械機構(gòu)，遵照一定技術(shù)的要求與參數(shù)，運用參數(shù)化建模手段創(chuàng)建零件的三維實體模型，根據(jù)機構(gòu)及裝置的實際情況綜合運用自底向上、自頂向下兩種方式完成裝置的虛擬裝配；通過運動仿真校驗裝置功能性運動的準(zhǔn)確性，通過有限元分析校核零件的強度是否達到要求；CAM輔助編程技術(shù)獲取部分零件的數(shù)控加工程序，經(jīng)數(shù)據(jù)傳送至數(shù)控機床加工獲得對應(yīng)的零件；采用3D打印技術(shù)能將零件三維模型轉(zhuǎn)化為零件實物，裝配成模型；設(shè)計方案與數(shù)據(jù)經(jīng)工程圖處理予以表達并保存，采用渲染技術(shù)呈現(xiàn)項目成品的視覺效果。項目中的各項訓(xùn)練內(nèi)容，與數(shù)字化課程群中相應(yīng)課程的理論教學(xué)內(nèi)容相關(guān)（見表1），其中3D打印、渲染等內(nèi)容在理論教學(xué)過程中并非教學(xué)重點，課堂講解有限，在訓(xùn)練過程中需要學(xué)生帶著問題、在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行研究學(xué)習(xí)。

數(shù)字化技術(shù)項目綜合訓(xùn)練成績由訓(xùn)練表現(xiàn)、模塊完成度與項目報告三部分組成（見表2）。訓(xùn)練表現(xiàn)通過訓(xùn)練小組組員互評、指導(dǎo)教師評議兩部分綜合評定，從師生兩個不同的角度對學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度與表現(xiàn)進行更為客觀的評價；模塊完成度部分，采用過程評議方式進行，按照各訓(xùn)練單項完成情況進行評定，后續(xù)模塊的成績評價的不僅包括本階段訓(xùn)練結(jié)果的精準(zhǔn)性，還包括對前期階段工作的修改完善情況；項目報告要求學(xué)生運用工程語言對綜合訓(xùn)練實踐過程、技能要點進行總結(jié)。項目綜合訓(xùn)練學(xué)生總體的完成情況以及各模塊完成過程中所暴露出的問題，能夠反映出各數(shù)字化課程群的教學(xué)狀況，可以向各課教學(xué)提供建設(shè)性意見。

相比于傳統(tǒng)的CAD/CAM實訓(xùn)課程，數(shù)字化項目綜合訓(xùn)練要求學(xué)生掌握的工程技能貼近工程實踐，內(nèi)容更為豐富，更接近國際工程教育專業(yè)認證質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)所要求的學(xué)生能力指標(biāo)，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）數(shù)字化項目綜合訓(xùn)練整個過程涉及數(shù)字化設(shè)計、分析、制造等產(chǎn)品生命周期的各個環(huán)節(jié)，并結(jié)合機械設(shè)計制造技術(shù)專業(yè)知識，有助于提高學(xué)生綜合運用科學(xué)理論，豐富工程知識，原先呈能力碎片排列的各項數(shù)字化技能構(gòu)建成為一個有機的整體，前期階段實施效果對后續(xù)環(huán)節(jié)的影響效果直觀明了，有助于培養(yǎng)學(xué)生綜合辨析工程執(zhí)行狀況、提出并解決問題的能力；

（2）綜合訓(xùn)練的項目來源于實際生產(chǎn)，工程背景鮮明，學(xué)生采用工程邏輯而非學(xué)科邏輯思考問題，根據(jù)各種約束條件開放式設(shè)計相應(yīng)的機構(gòu)裝置，從不同的學(xué)科角度發(fā)現(xiàn)問題、解決工程問題，最終制作出模型。接近工程實踐情境中的訓(xùn)練過程有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程意識；

（3）項目綜合訓(xùn)練中部分內(nèi)容是學(xué)生在理論學(xué)習(xí)階段中所接觸的重點，部分內(nèi)容為當(dāng)代社會的新興技術(shù)，學(xué)生在開拓視野、及時接觸新知識新科技的同時，還需自行鉆研學(xué)習(xí)掌握，有助于培養(yǎng)學(xué)生終生學(xué)習(xí)的意識；

（4）項目綜合訓(xùn)練由訓(xùn)練小組通過合作自主完成，要求每位成員發(fā)揮自己的主觀能動性，在自我擅長的領(lǐng)域為訓(xùn)練項目做出有益的貢獻，并在與其他成員相互學(xué)習(xí)、共同協(xié)作的過程中完善提升自身的數(shù)字化綜合能力。訓(xùn)練過程凸顯出個人能力與團隊協(xié)作能力、工程實踐能力與人際交往能力的關(guān)聯(lián)，能使學(xué)生強烈意識到自身在團隊中應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任，是一個職業(yè)責(zé)任與職業(yè)道德的基礎(chǔ)培養(yǎng)場；

（5）項目綜合訓(xùn)練的成績考核不是對訓(xùn)練結(jié)果的簡單評定，采用過程考核的方式對學(xué)生的訓(xùn)練表現(xiàn)、模塊完成度與項目報告進行綜合評估，在考核學(xué)生運用數(shù)字化技能解決問題的能力的同時，對學(xué)生運用工程語言歸納總結(jié)項目的實施過程與完成情況也作出具體的要求，起到鍛煉學(xué)生工程交流能力的作用。

項目綜合訓(xùn)練具體實施過程中，對師資力量提出了更高的要求。指導(dǎo)教師應(yīng)具備一定的工程背景，需要有工程實踐經(jīng)歷人員甚至企業(yè)在職技術(shù)人員參與到指導(dǎo)教師隊伍中來，對學(xué)生進行指導(dǎo)；綜合訓(xùn)練的評價標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)盡可能接近企業(yè)的驗收標(biāo)準(zhǔn)，與普通的實踐課程有所不同。

三、結(jié)束語

教學(xué)實踐表明，數(shù)字化項目綜合訓(xùn)練強調(diào)科學(xué)與技術(shù)、知識與能力的關(guān)聯(lián)，有益于學(xué)生工程意識的培養(yǎng)和運用專業(yè)知識解決實際問題的能力提高，幫助學(xué)生更好地實現(xiàn)知行統(tǒng)一，所培養(yǎng)的學(xué)生工程能力能夠更好地與國際專業(yè)認證指標(biāo)接軌。項目綜合訓(xùn)練這一教學(xué)模式在工程教育中的廣泛推廣，一定能將高等工程教育的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)推進到一個新的發(fā)展階段。

參考文獻

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