居里鍇 ,徐建成 ,周成

(南京理工大學a.教務處;b.創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學院;c.工程訓練中心,南京 210094)

一、新工科視域下現(xiàn)代工程實踐教學的理性反思

(一)傳統(tǒng)固化的工程實踐教學理念亟待革新

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雜多樣的,必須完善面向全產(chǎn)業(yè)鏈從研發(fā)、設計、制造、銷售到管理服務的多元化人才培養(yǎng)結(jié)構(gòu),因此工程實踐教育應根據(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,未來的工程師應當具備優(yōu)秀的分析能力、實踐能力、創(chuàng)造力、溝通能力、商務和管理能力、領(lǐng)導力、終身學習能力等素質(zhì)。鐘登華認為未來的高素質(zhì)工程人才應當具備以下核心素養(yǎng):家國情懷、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、跨學科交叉融合、批判性思維、全球視野、自主終身學習、溝通與協(xié)商、工程領(lǐng)導力、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、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)學生創(chuàng)造精神和創(chuàng)新思維、塑造行為方式和人生哲學、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的基礎上全面增強工程實踐,實現(xiàn)對工程學科進行創(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科知識結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榭鐚W科的知識結(jié)構(gòu)。工程活動具有很強的實踐性,通常包含工程設計、工程實施、工程管理及工程運維等內(nèi)容,其復雜性、綜合性和交叉性需要現(xiàn)代工程人才具備跨學科知識結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)解決復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會選擇和集成各類技術(shù),還要學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]。

工程訓練作為培養(yǎng)大學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)工程訓練中心大多數(shù)都是從傳統(tǒng)實習工廠轉(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平臺必須具有復合性[3]。這種復合,從知識結(jié)構(gòu)上講是學科的綜合與交叉,在實踐中體現(xiàn)的是知識的整合與跨界。

工程訓練中心作為我國高等工程實踐教學的平臺已是所有工科院校的共識。然而,其建設視野、建設內(nèi)容、建設規(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平臺亟待提升。解決這一問題,就需要在工程教育中打破學科壁壘,重新進行能夠還原工程原貌的整合,通過建立跨學科工程實踐平臺,形成多學科交叉融合的工程環(huán)境,提升大學生工程實踐能力培養(yǎng)質(zhì)量。

(三)學科割裂、滯后于需求的工程實踐教學內(nèi)容亟待更新

我國高等工程教育普遍存在著學科割裂、多學科知識交叉、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,從而導致高等工程教育處于與經(jīng)濟建設主戰(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)的智能化帶來了設計、制造、運維以及管理、服務方式的根本性變化,這對工程人才的綜合能力提出了很高的要求。以當今現(xiàn)代工程人才應當具備的數(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)工程實踐教學內(nèi)容的變革。但實際上,我國工程實踐教學內(nèi)容長期以來是基于單一學科模式來確定的,注重相關(guān)學科專業(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)的工程實踐教學內(nèi)容存在內(nèi)容老化、學科交叉性不強、與人文社會學科融合度低等問題[5],這不符合當今行業(yè)產(chǎn)業(yè)對高素質(zhì)工程人才的迫切需求。因此,工程實踐教學在教學內(nèi)容上需要打破傳統(tǒng)教學內(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),設置跨學科的綜合性實踐教學內(nèi)容。

二、新工科視域下工程實踐教學體系的探索與踐行

新工科視域下改善后的工程實踐教學體系應有效適應未來科技發(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預判,也是對未來人才需求的有效回應,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)科學把握新工業(yè)模式特征,創(chuàng)建智能制造工程實踐教學體系

以智能制造為突破口,改造工程實踐教學體系。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)絡化、智能化,不斷提升企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量、效益、服務水平,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體系方面做了許多積極而有益的探索。山東大學工程訓練中心以物聯(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)建新工科工程訓練實踐創(chuàng)新教學模式[8]。華中科技大學以數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化為指導思想,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)與管控等基礎裝備條件,構(gòu)建新的工程實踐教學體系[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),其建設資金與資源籌措僅依靠學校這單一主體是遠遠不夠的,必須聯(lián)合政產(chǎn)學研用多方資源協(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依據(jù)改造后工程實踐教學體系的頂層設計,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,共建智能制造教學平臺。基于國際視野,以校企深度合作方式建設聯(lián)合實驗中心、產(chǎn)學研示范基地等模式,共同推動智能制造平臺建設。以南京理工大學為例,其與世界領(lǐng)先的物聯(lián)網(wǎng)/PLM/CAD 軟件供應商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,通過虛擬仿真設計實驗,提升學生的數(shù)字化設計、評價與優(yōu)化能力。

第二,共建校企聯(lián)合教學團隊。教學團隊質(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)化的工程實踐教學師資隊伍。為此,高校必須主動對外聘請一批具有多學科結(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)培訓學習,形成面向智能制造的多學科交叉、校企聯(lián)合工程實踐教學團隊。

第三,共同開展相關(guān)領(lǐng)域科學研究并轉(zhuǎn)化科研成果。案例與項目是工程實踐教學改造的特別抓手。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用等項目的科學研究,并將部分科研成果進行轉(zhuǎn)化,設計智能制造生產(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、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

組合式工程實踐平臺是新工科視域下的工程實踐教學平臺的創(chuàng)新升級,并不是以獨立形態(tài)脫離于現(xiàn)有學科專業(yè)教學體系,而是將一種新型工程實踐教學理念有機融合于現(xiàn)代工程人才培養(yǎng)的各個教學環(huán)節(jié)。高校應依托并圍繞組合式實踐平臺,主動響應智能制造領(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、優(yōu)化與完善工程實踐課程新體系,以此適應新工科視域下工程實踐教學的需求,進一步提升學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、基礎實習課程、綜合實習課程、跨學科合作項目、科研訓練、創(chuàng)新性實驗等工程實踐教學課程新體系。