居里鍇 ,徐建成 ,周成

(南京理工大學(xué)a.教務(wù)處;b.創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院;c.工程訓(xùn)練中心,南京 210094)

一、新工科視域下現(xiàn)代工程實踐教學(xué)的理性反思

(一)傳統(tǒng)固化的工程實踐教學(xué)理念亟待革新

新工科作為一種新型工程教育,從育人的角度來看其本質(zhì)沒有變,但人才的培養(yǎng)結(jié)構(gòu)要素構(gòu)成、目標價值取向兩個方面發(fā)生了重大的變化。

1.工程人才培養(yǎng)結(jié)構(gòu)要素構(gòu)成需多元化。當(dāng)前我國產(chǎn)業(yè)處于不均衡發(fā)展階段,電氣化、自動化、數(shù)字化以及智能化的工業(yè)正處于并行發(fā)展的道路上,這就決定了產(chǎn)業(yè)對于工程人才的需求是復(fù)雜多樣的,必須完善面向全產(chǎn)業(yè)鏈從研發(fā)、設(shè)計、制造、銷售到管理服務(wù)的多元化人才培養(yǎng)結(jié)構(gòu),因此工程實踐教育應(yīng)根據(jù)未來對工程人才的素質(zhì)能力要求,建立起工程教育轉(zhuǎn)型升級的供給機制。

2.工程人才培養(yǎng)目標價值取向應(yīng)面向未來。美國工程院發(fā)布的《2020的工程師:新世紀工程的愿景》中指出,未來的工程師應(yīng)當(dāng)具備優(yōu)秀的分析能力、實踐能力、創(chuàng)造力、溝通能力、商務(wù)和管理能力、領(lǐng)導(dǎo)力、終身學(xué)習(xí)能力等素質(zhì)。鐘登華認為未來的高素質(zhì)工程人才應(yīng)當(dāng)具備以下核心素養(yǎng):家國情懷、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、跨學(xué)科交叉融合、批判性思維、全球視野、自主終身學(xué)習(xí)、溝通與協(xié)商、工程領(lǐng)導(dǎo)力、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展、數(shù)字素養(yǎng)等[1]。人才培養(yǎng)目標的變化,決定了新工科視域下工程實踐教育中的“實踐”也已不再是傳統(tǒng)意義上的實踐,其內(nèi)涵也同樣發(fā)生了兩個方面的重要轉(zhuǎn)變。

第一,工程實踐由單一技術(shù)要素轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)要素、技術(shù)要素以及非技術(shù)要素相融合。就實質(zhì)而言,新型工程教育是一個科學(xué)、技術(shù)以及非技術(shù)要素有機耦合且具有整體性、綜合性、實踐性的系統(tǒng),是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造精神和創(chuàng)新思維、塑造行為方式和人生哲學(xué)、選擇自主終身提升與發(fā)展的新型教育理念與范式。因此,新型工程教育要求工程實踐教育從注重技術(shù)要素的教育轉(zhuǎn)化為注重科學(xué)要素、技術(shù)要素與人文社會價值理念等非技術(shù)要素深度融合的教育,并通過新型的工程實踐平臺與載體,構(gòu)建具有完整性、綜合性、創(chuàng)新性的工程實踐教育理念體系。這種體系從哲學(xué)角度來講是工程實踐教育發(fā)展的否定之否定,是在重新審視工程科學(xué)的基礎(chǔ)上全面增強工程實踐,實現(xiàn)對工程學(xué)科進行創(chuàng)造性的整合與集成,是繼承與創(chuàng)新發(fā)展的關(guān)系。

第二,工程實踐由單一的學(xué)科知識結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榭鐚W(xué)科的知識結(jié)構(gòu)。工程活動具有很強的實踐性,通常包含工程設(shè)計、工程實施、工程管理及工程運維等內(nèi)容,其復(fù)雜性、綜合性和交叉性需要現(xiàn)代工程人才具備跨學(xué)科知識結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)解決復(fù)雜工程問題的能力與素養(yǎng)。這要求高校培養(yǎng)的工程人才在工程實踐中不僅要學(xué)會選擇和集成各類技術(shù),還要學(xué)會對各類資源的組織與協(xié)調(diào),形成系統(tǒng)性、集成性、優(yōu)化性的整體思維模式[2]。

工程訓(xùn)練作為培養(yǎng)大學(xué)生工程實踐能力的重要途徑,已得到國內(nèi)工科高校的普遍重視,也取得了一些積極成效。然而觀其全貌,國內(nèi)工程訓(xùn)練中心大多數(shù)都是從傳統(tǒng)實習(xí)工廠轉(zhuǎn)型而來,缺乏理性認識和主動的建構(gòu)與變革。傳統(tǒng)固化的教學(xué)模式束縛著工程實踐的發(fā)展,在思想理念與發(fā)展方式上注重規(guī)模、數(shù)量增長、局部體系構(gòu)建的外延式發(fā)展,忽視內(nèi)涵式的質(zhì)量建設(shè)和發(fā)展,從而造成同質(zhì)化發(fā)展、與專業(yè)教育分離、未貫穿人才培養(yǎng)的全過程等問題,阻礙工程實踐教育改革的有效推進和可持續(xù)發(fā)展。顯而易見,這種無法適應(yīng)現(xiàn)代工程人才成長需求的理念亟待革新。

(二)工程環(huán)境缺失的單一工程實踐教學(xué)平臺亟待提升

現(xiàn)代工程是以工程鏈的形式呈現(xiàn),涉及眾多學(xué)科知識背景以及諸多人文、社會、經(jīng)濟、管理、倫理、道德、法律等非技術(shù)要素。工程的本質(zhì)決定了工程創(chuàng)新具有復(fù)雜、綜合、交叉的特征,這意味著以培養(yǎng)創(chuàng)新人才為本的工程實踐教學(xué)平臺必須具有復(fù)合性[3]。這種復(fù)合,從知識結(jié)構(gòu)上講是學(xué)科的綜合與交叉,在實踐中體現(xiàn)的是知識的整合與跨界。

工程訓(xùn)練中心作為我國高等工程實踐教學(xué)的平臺已是所有工科院校的共識。然而,其建設(shè)視野、建設(shè)內(nèi)容、建設(shè)規(guī)模都不同程度上囿于傳統(tǒng)的教育資源,普遍缺乏對復(fù)合式現(xiàn)代工程環(huán)境的營造。因此,面對高素質(zhì)現(xiàn)代工程人才的迫切需求,這種單一的工程實踐教學(xué)平臺亟待提升。解決這一問題,就需要在工程教育中打破學(xué)科壁壘,重新進行能夠還原工程原貌的整合,通過建立跨學(xué)科工程實踐平臺,形成多學(xué)科交叉融合的工程環(huán)境,提升大學(xué)生工程實踐能力培養(yǎng)質(zhì)量。

(三)學(xué)科割裂、滯后于需求的工程實踐教學(xué)內(nèi)容亟待更新

我國高等工程教育普遍存在著學(xué)科割裂、多學(xué)科知識交叉、社會市場信息和專業(yè)前沿嵌入嚴重不足以及人才培養(yǎng)與企業(yè)需求相脫節(jié)的問題。究其原因,過去的人才培養(yǎng)需求往往通過市場來反饋,由于人才培養(yǎng)具有一定的周期性,如果完全依靠從市場接受信息,則缺乏前瞻性預(yù)期與研判,如此一來,人才培養(yǎng)總是滯后于企業(yè)發(fā)展的需求,從而導(dǎo)致高等工程教育處于與經(jīng)濟建設(shè)主戰(zhàn)場和創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展需求相脫節(jié)的狀態(tài)。

在智能制造背景下,工業(yè)生產(chǎn)正朝著流程自動化、生產(chǎn)智能化和系統(tǒng)集成化方向邁進[4]。工業(yè)生產(chǎn)的智能化帶來了設(shè)計、制造、運維以及管理、服務(wù)方式的根本性變化,這對工程人才的綜合能力提出了很高的要求。以當(dāng)今現(xiàn)代工程人才應(yīng)當(dāng)具備的數(shù)字化能力為例。工程人才需要具備數(shù)字化研發(fā)能力,這要求工程人才能夠掌握對應(yīng)的算法、軟件、系統(tǒng)等的研發(fā);工程人才需要具備數(shù)字化制造能力,這要求工程人才能夠掌握如何與機器和AI交互,如何根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的變化運用工具軟件對工業(yè)制造過程進行有效的分析、判斷和預(yù)測,做到高效的人機協(xié)同;工程人才需要具備數(shù)字化管理能力,這要求工程人才能夠?qū)⑵髽I(yè)的經(jīng)營管理體系與數(shù)字化結(jié)合,形成新的管理模式,構(gòu)建涉及各個業(yè)務(wù)領(lǐng)域的全新管理平臺。這種對工程人才的數(shù)字化能力的需求必然要引發(fā)工程實踐教學(xué)內(nèi)容的變革。但實際上,我國工程實踐教學(xué)內(nèi)容長期以來是基于單一學(xué)科模式來確定的,注重相關(guān)學(xué)科專業(yè)的實踐操作技能、工藝流程、專業(yè)技術(shù)發(fā)展等內(nèi)容。面向智能制造等新興領(lǐng)域,傳統(tǒng)的工程實踐教學(xué)內(nèi)容存在內(nèi)容老化、學(xué)科交叉性不強、與人文社會學(xué)科融合度低等問題[5],這不符合當(dāng)今行業(yè)產(chǎn)業(yè)對高素質(zhì)工程人才的迫切需求。因此,工程實踐教學(xué)在教學(xué)內(nèi)容上需要打破傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容體系的藩籬,關(guān)注國家戰(zhàn)略發(fā)展方向,緊跟產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢,主動融入現(xiàn)代新興技術(shù),設(shè)置跨學(xué)科的綜合性實踐教學(xué)內(nèi)容。

二、新工科視域下工程實踐教學(xué)體系的探索與踐行

新工科視域下改善后的工程實踐教學(xué)體系應(yīng)有效適應(yīng)未來科技發(fā)展變化,助力提升未來工程師的創(chuàng)造能力、實踐能力、綜合素養(yǎng)等,同時還必須有利于探尋繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享的正確途徑,以期培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型的卓越工程人才[6]。這是高等工程實踐教育發(fā)展的必然選擇,是對未來人才培養(yǎng)工程實踐走勢的科學(xué)預(yù)判,也是對未來人才需求的有效回應(yīng),已然成為新工科視域下人才培養(yǎng)提質(zhì)增效的基本向度與根本遵循。

(一)科學(xué)把握新工業(yè)模式特征,創(chuàng)建智能制造工程實踐教學(xué)體系

以智能制造為突破口,改造工程實踐教學(xué)體系。曾任中國工程院院長的周濟對此有深刻而全面的闡述:“智能制造是先進制造技術(shù)與新一代信息技術(shù)的深度融合,貫穿于產(chǎn)品、制造、服務(wù)全生命周期的各個環(huán)節(jié)及制造系統(tǒng)集成,實現(xiàn)制造的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化,不斷提升企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量、效益、服務(wù)水平,推進制造業(yè)創(chuàng)新、綠色、協(xié)調(diào)、開放、共享發(fā)展?！盵7]選擇以智能制造為突破口改造工程實踐教學(xué)體系,不僅符合我國加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式以達到高質(zhì)量發(fā)展的現(xiàn)實需求,而且也滿足現(xiàn)代工程人才培養(yǎng)結(jié)構(gòu)要素多元化的渴望,有助于從學(xué)科角度切實形成交叉融合的知識體系,實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新與人文情懷的培養(yǎng)。

近幾年國內(nèi)一些高校在面向智能制造積極改造工程實踐教學(xué)體系方面做了許多積極而有益的探索。山東大學(xué)工程訓(xùn)練中心以物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)為使能技術(shù),以實踐產(chǎn)品群為主線,以實踐項目為驅(qū)動載體,重構(gòu)了課程體系,構(gòu)建新工科工程訓(xùn)練實踐創(chuàng)新教學(xué)模式[8]。華中科技大學(xué)以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化為指導(dǎo)思想,基于智能制造工廠產(chǎn)品生產(chǎn)全流程,突出產(chǎn)品智能制造中質(zhì)量控制、資源管理、生產(chǎn)過程控制的關(guān)鍵問題,依托智能裝備、智能感知儀器與技術(shù)、虛擬仿真智能制造系統(tǒng)與管控等基礎(chǔ)裝備條件,構(gòu)建新的工程實踐教學(xué)體系[9]。

(二)持續(xù)推進內(nèi)合外聯(lián)、產(chǎn)教科教融合,提升組合平臺建設(shè)水平

組合實踐平臺是培養(yǎng)工程人才的主場地。它云集眾多智能軟件、匯聚多樣前沿技術(shù),其建設(shè)資金與資源籌措僅依靠學(xué)校這單一主體是遠遠不夠的,必須聯(lián)合政產(chǎn)學(xué)研用多方資源協(xié)同打造工程實踐平臺的新模式、新思路和新方法。幾年來南京理工大學(xué)依據(jù)改造后工程實踐教學(xué)體系的頂層設(shè)計,通過自主開發(fā)、科研成果轉(zhuǎn)化、校企合作共建等多種方式,全方位地提升了組合實踐平臺內(nèi)涵與硬軟件水平,獨具一格地創(chuàng)造了共建平臺、共建團隊、共同開發(fā)的新理念與新局面。

第一,共建智能制造教學(xué)平臺?；趪H視野,以校企深度合作方式建設(shè)聯(lián)合實驗中心、產(chǎn)學(xué)研示范基地等模式,共同推動智能制造平臺建設(shè)。以南京理工大學(xué)為例,其與世界領(lǐng)先的物聯(lián)網(wǎng)/PLM/CAD 軟件供應(yīng)商PTC 公司建立國內(nèi)首家以智能制造為主題的“PTC-南京理工大學(xué)聯(lián)合實驗中心”。以國家智能制造裝備安全標準化創(chuàng)新基地建設(shè)為契機,聯(lián)合美國PTC、日本歐姆龍與愛德克、德國皮爾磁、瑞士ABB以及上海拜睿、北京精雕等國內(nèi)外在智能制造領(lǐng)域具有領(lǐng)先優(yōu)勢的企業(yè)共建智能制造生產(chǎn)實驗系統(tǒng)。與全國機械安全標準化技術(shù)委員會、日本歐姆龍、德國皮爾磁、英國福帝斯積極開展合作,共建智能安全技術(shù)實驗室,實現(xiàn)了國內(nèi)外高等教育安全實驗室平臺“零”突破。與上海曼恒數(shù)字技術(shù)有限公司共建虛擬現(xiàn)實仿真實驗室,通過虛擬仿真設(shè)計實驗,提升學(xué)生的數(shù)字化設(shè)計、評價與優(yōu)化能力。

第二,共建校企聯(lián)合教學(xué)團隊。教學(xué)團隊質(zhì)量與有效組合是工程實踐教育提質(zhì)增效的關(guān)鍵因素,必須組建一批專兼結(jié)合的多元化、高素質(zhì)、專業(yè)化的工程實踐教學(xué)師資隊伍。為此,高校必須主動對外聘請一批具有多學(xué)科結(jié)構(gòu)的專家、優(yōu)秀企業(yè)家、創(chuàng)業(yè)者、行業(yè)領(lǐng)袖為兼職教授;嚴格篩選青年骨干教師到國內(nèi)外相關(guān)企業(yè)培訓(xùn)學(xué)習(xí),形成面向智能制造的多學(xué)科交叉、校企聯(lián)合工程實踐教學(xué)團隊。

第三,共同開展相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)研究并轉(zhuǎn)化科研成果。案例與項目是工程實踐教學(xué)改造的特別抓手。高校要與國內(nèi)頂尖科研院所及企業(yè)合作開展國家重點研發(fā)計劃、工信部智能制造綜合標準化與新模式應(yīng)用等項目的科學(xué)研究,并將部分科研成果進行轉(zhuǎn)化,設(shè)計智能制造生產(chǎn)實驗系統(tǒng)、智能安全實驗系統(tǒng)等案例,為提升卓越工程師綜合實踐課程提供可見、可學(xué)、可用的創(chuàng)新實踐平臺。

(三)依托并圍繞組合式實踐平臺,優(yōu)化工程實踐課程體系建設(shè)

組合式工程實踐平臺是新工科視域下的工程實踐教學(xué)平臺的創(chuàng)新升級,并不是以獨立形態(tài)脫離于現(xiàn)有學(xué)科專業(yè)教學(xué)體系,而是將一種新型工程實踐教學(xué)理念有機融合于現(xiàn)代工程人才培養(yǎng)的各個教學(xué)環(huán)節(jié)。高校應(yīng)依托并圍繞組合式實踐平臺,主動響應(yīng)智能制造領(lǐng)域?qū)?chuàng)新人才的需求,突破傳統(tǒng)課程體系框架,通過重構(gòu)課程體系結(jié)構(gòu),逐步建設(shè)、優(yōu)化與完善工程實踐課程新體系,以此適應(yīng)新工科視域下工程實踐教學(xué)的需求,進一步提升學(xué)生綜合工程實踐能力、創(chuàng)新能力,致力于形成以智能制造技術(shù)內(nèi)涵為主的通識教育課程、基礎(chǔ)實習(xí)課程、綜合實習(xí)課程、跨學(xué)科合作項目、科研訓(xùn)練、創(chuàng)新性實驗等工程實踐教學(xué)課程新體系。