構(gòu)建接軌國(guó)際專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化技術(shù)項(xiàng)目綜合訓(xùn)練

張曉青+劉溪涓+馬雪芬

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

關(guān)鍵詞： 項(xiàng)目綜合訓(xùn)練；數(shù)字化技術(shù)；國(guó)際專業(yè)認(rèn)證；工程教育

一、引言

在人類歷史的不同時(shí)期，工程技術(shù)通過建筑、軍事、橋梁、水利、冶金、機(jī)械、化工等不同領(lǐng)域的貢獻(xiàn)，不斷改變?nèi)祟惿瞽h(huán)境，更推動(dòng)人類文明的進(jìn)步。任何一個(gè)工程項(xiàng)目的實(shí)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(fù)向社會(huì)輸送工程技術(shù)人才的重任，受到各國(guó)社會(huì)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(shí)踐”的指導(dǎo)思想構(gòu)建技術(shù)人才的培養(yǎng)體系，突出實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，教學(xué)目的并不是片面強(qiáng)調(diào)學(xué)生掌握科學(xué)知識(shí)的多寡，而是著重培養(yǎng)學(xué)生將科學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)化為技術(shù)知識(shí)、解決實(shí)際工程問題的能力。當(dāng)時(shí)，順應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求的工程教育極大地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展與進(jìn)步。隨著科學(xué)知識(shí)尤其各種跨學(xué)科知識(shí)的迅猛發(fā)展，加之世界大戰(zhàn)、超級(jí)大國(guó)軍備競(jìng)賽等國(guó)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(shí)踐內(nèi)容驟減，偏離工程實(shí)踐的工程教育雖然為社會(huì)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(jì)算公式，卻不能將之運(yùn)用于解決工程實(shí)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(jì)九十年代，世界工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力集體下滑的事實(shí)讓西方發(fā)達(dá)國(guó)家充分意識(shí)到，工程教育偏離工程實(shí)踐的錯(cuò)誤必須予以糾正。讓工程教育回歸工程實(shí)踐本體，成為當(dāng)前國(guó)際高等工程教育發(fā)展的總體趨勢(shì)。

我國(guó)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(jī)與寬廣的發(fā)展空間。為貫徹落實(shí)《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》和《國(guó)家中長(zhǎng)期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》，教育部實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，服務(wù)于建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家和人才強(qiáng)國(guó)的國(guó)家戰(zhàn)略。2013年6月國(guó)際工程聯(lián)盟大會(huì)上，當(dāng)今世界上最具影響力的工程教育本科專業(yè)認(rèn)證國(guó)際互認(rèn)協(xié)議——《華盛頓協(xié)議》吸收我國(guó)為第21個(gè)會(huì)員。順應(yīng)國(guó)際工程教育發(fā)展趨勢(shì)，在人才培養(yǎng)目標(biāo)、課程內(nèi)容設(shè)置、人才評(píng)估辦法等各方面充分落實(shí)回歸工程實(shí)踐的精神，緊跟國(guó)際工程教育步伐，按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)工程技術(shù)人才，是我國(guó)高等工程教育發(fā)展的必然趨勢(shì)。

二、現(xiàn)有CAD/CAM綜合實(shí)驗(yàn)存在的不足

美國(guó)工程技術(shù)認(rèn)證委員會(huì)（ABET）是《華盛頓協(xié)議》的發(fā)起組織之一，是在國(guó)際上廣泛承認(rèn)的專業(yè)認(rèn)證權(quán)威機(jī)構(gòu)之一。ABET的工程教育質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中有11項(xiàng)能力指標(biāo)用以評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)成效，分別是：

（1）運(yùn)用數(shù)學(xué)、科學(xué)和工程知識(shí)的能力；

（2）設(shè)計(jì)和實(shí)施實(shí)驗(yàn)及分析和解釋數(shù)據(jù)的能力；

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

（4）在團(tuán)隊(duì)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(duì)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(shí)面，能夠在全球化、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的和社會(huì)背景下認(rèn)識(shí)工程解決方案的效果；

（9）認(rèn)識(shí)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(huì)和科技熱點(diǎn)問題的知識(shí)；

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

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

高等工程教育人才培養(yǎng)體系中，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是與實(shí)際社會(huì)生產(chǎn)聯(lián)系最直接最緊密的部分。學(xué)生經(jīng)歷實(shí)踐環(huán)節(jié)，可以驗(yàn)證專業(yè)課程中所學(xué)到的專業(yè)理論，加深相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解與掌握。更重要的是，能同期獲得經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)和過程性知識(shí)，與理論知識(shí)相互作用共同內(nèi)化為解決實(shí)際問題的能力。相比西方發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)高等工程教育的社會(huì)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(shí)驗(yàn)實(shí)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(shí)踐教學(xué)更顯至關(guān)重要。

我校開設(shè)的CAD/CAM綜合實(shí)訓(xùn)課程，實(shí)訓(xùn)內(nèi)容包括小型機(jī)構(gòu)的三維建模與虛擬裝配及單一零件的自動(dòng)編程等三部分，無論是內(nèi)容還是要求方面與國(guó)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(duì)象、編程零件的不同而已。與目前許多高等工程教育院校實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)相似，現(xiàn)有的CAD/CAM實(shí)訓(xùn)課程主要存在以下幾個(gè)方面的不足：

（1）實(shí)驗(yàn)實(shí)踐內(nèi)容大多僅針對(duì)單門課程中的某個(gè)或幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)，相互之間以及不同課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)之間關(guān)聯(lián)度不大，對(duì)應(yīng)的能力點(diǎn)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(duì)同一技術(shù)中的各個(gè)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(rèn)識(shí)；

（2）教學(xué)目標(biāo)與內(nèi)容基本上多是單純的理論知識(shí)驗(yàn)證及基本的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐技能掌握，實(shí)驗(yàn)實(shí)踐步驟統(tǒng)一規(guī)范，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力、工程表達(dá)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(shí)驗(yàn)實(shí)踐過程中教師決定著實(shí)驗(yàn)實(shí)踐的整個(gè)過程，起著絕對(duì)的主導(dǎo)作用，學(xué)生按部就班地執(zhí)行，缺乏個(gè)性化發(fā)揮空間，教學(xué)主體地位無法得到保證，主觀能動(dòng)性也得不到更大程度的發(fā)揮；

（4）實(shí)驗(yàn)實(shí)踐成績(jī)更多是對(duì)學(xué)生實(shí)踐態(tài)度、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐結(jié)果與理論的吻合程度的評(píng)價(jià)，無法客觀衡量評(píng)價(jià)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。

原有的CAD/CAM綜合實(shí)訓(xùn)課程，與采用能力指標(biāo)全面評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)成效的國(guó)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(xiàng)目綜合訓(xùn)練

近年來，上海電機(jī)學(xué)院在數(shù)字化工程技術(shù)人才培養(yǎng)過程中，進(jìn)行了一系列的教學(xué)探索工作，建有國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)課程 “CAD/CAM”、上海市重點(diǎn)課程“數(shù)控技術(shù)”兩門核心課程，與機(jī)械制圖與CAD、運(yùn)動(dòng)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(shí)訓(xùn)課程基礎(chǔ)上，反思現(xiàn)行工程教育實(shí)踐教學(xué)存在的不足，參照ABET國(guó)際工程教育質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)能力指標(biāo)，構(gòu)建并實(shí)施了數(shù)字化項(xiàng)目綜合訓(xùn)練的實(shí)踐課程。

所謂項(xiàng)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(tuán)隊(duì)協(xié)作的形式，綜合運(yùn)用課程群內(nèi)若干門課程的理論知識(shí)處理解決工程問題。數(shù)字化項(xiàng)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(jìn)行，打破以往單一理論課程開展實(shí)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(gè)綜合的數(shù)字化能力要求，采用完成工程項(xiàng)目的形式幫助學(xué)生進(jìn)行能力鍛煉。通過項(xiàng)目綜合訓(xùn)練，學(xué)生加深了數(shù)字化課程群理論知識(shí)的系統(tǒng)理解，各單項(xiàng)數(shù)字化能力均得到鍛煉提高，熟悉單項(xiàng)能力之間的內(nèi)在聯(lián)系以及單項(xiàng)技能不同的實(shí)施情況對(duì)后續(xù)環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的影響，對(duì)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(xiàng)目綜合訓(xùn)練設(shè)置的項(xiàng)目均為來源于工程實(shí)際應(yīng)用的機(jī)構(gòu)與裝置，如輸送線步進(jìn)裝置、包裝機(jī)橫封機(jī)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(shí)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(xiàng)目。根據(jù)項(xiàng)目要求，學(xué)生從概念設(shè)計(jì)著手，選擇正確的工作原理與合適的機(jī)械機(jī)構(gòu)，遵照一定技術(shù)的要求與參數(shù)，運(yùn)用參數(shù)化建模手段創(chuàng)建零件的三維實(shí)體模型，根據(jù)機(jī)構(gòu)及裝置的實(shí)際情況綜合運(yùn)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(yùn)動(dòng)仿真校驗(yàn)裝置功能性運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性，通過有限元分析校核零件的強(qiáng)度是否達(dá)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(jī)床加工獲得對(duì)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(shí)物，裝配成模型；設(shè)計(jì)方案與數(shù)據(jù)經(jīng)工程圖處理予以表達(dá)并保存，采用渲染技術(shù)呈現(xiàn)項(xiàng)目成品的視覺效果。項(xiàng)目中的各項(xiàng)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(diǎn)，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(jìn)行研究學(xué)習(xí)。

數(shù)字化技術(shù)項(xiàng)目綜合訓(xùn)練成績(jī)由訓(xùn)練表現(xiàn)、模塊完成度與項(xiàng)目報(bào)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(píng)、指導(dǎo)教師評(píng)議兩部分綜合評(píng)定，從師生兩個(gè)不同的角度對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度與表現(xiàn)進(jìn)行更為客觀的評(píng)價(jià)；模塊完成度部分，采用過程評(píng)議方式進(jìn)行，按照各訓(xùn)練單項(xiàng)完成情況進(jìn)行評(píng)定，后續(xù)模塊的成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)的不僅包括本階段訓(xùn)練結(jié)果的精準(zhǔn)性，還包括對(duì)前期階段工作的修改完善情況；項(xiàng)目報(bào)告要求學(xué)生運(yùn)用工程語言對(duì)綜合訓(xùn)練實(shí)踐過程、技能要點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)。項(xiàng)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(shí)訓(xùn)課程，數(shù)字化項(xiàng)目綜合訓(xùn)練要求學(xué)生掌握的工程技能貼近工程實(shí)踐，內(nèi)容更為豐富，更接近國(guó)際工程教育專業(yè)認(rèn)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(gè)方面：

（1）數(shù)字化項(xiàng)目綜合訓(xùn)練整個(gè)過程涉及數(shù)字化設(shè)計(jì)、分析、制造等產(chǎn)品生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)，并結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)專業(yè)知識(shí)，有助于提高學(xué)生綜合運(yùn)用科學(xué)理論，豐富工程知識(shí)，原先呈能力碎片排列的各項(xiàng)數(shù)字化技能構(gòu)建成為一個(gè)有機(jī)的整體，前期階段實(shí)施效果對(duì)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(xiàng)目來源于實(shí)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(jì)相應(yīng)的機(jī)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(shí)踐情境中的訓(xùn)練過程有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)；

（3）項(xiàng)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(diǎn)，部分內(nèi)容為當(dāng)代社會(huì)的新興技術(shù)，學(xué)生在開拓視野、及時(shí)接觸新知識(shí)新科技的同時(shí)，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(shí)；

（4）項(xiàng)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(dòng)性，在自我擅長(zhǎng)的領(lǐng)域?yàn)橛?xùn)練項(xiàng)目做出有益的貢獻(xiàn)，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(gè)人能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、工程實(shí)踐能力與人際交往能力的關(guān)聯(lián)，能使學(xué)生強(qiáng)烈意識(shí)到自身在團(tuán)隊(duì)中應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任，是一個(gè)職業(yè)責(zé)任與職業(yè)道德的基礎(chǔ)培養(yǎng)場(chǎng)；

（5）項(xiàng)目綜合訓(xùn)練的成績(jī)考核不是對(duì)訓(xùn)練結(jié)果的簡(jiǎn)單評(píng)定，采用過程考核的方式對(duì)學(xué)生的訓(xùn)練表現(xiàn)、模塊完成度與項(xiàng)目報(bào)告進(jìn)行綜合評(píng)估，在考核學(xué)生運(yùn)用數(shù)字化技能解決問題的能力的同時(shí)，對(duì)學(xué)生運(yùn)用工程語言歸納總結(jié)項(xiàng)目的實(shí)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(xiàng)目綜合訓(xùn)練具體實(shí)施過程中，對(duì)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(shí)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(duì)伍中來，對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)；綜合訓(xùn)練的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)盡可能接近企業(yè)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，與普通的實(shí)踐課程有所不同。

三、結(jié)束語

教學(xué)實(shí)踐表明，數(shù)字化項(xiàng)目綜合訓(xùn)練強(qiáng)調(diào)科學(xué)與技術(shù)、知識(shí)與能力的關(guān)聯(lián)，有益于學(xué)生工程意識(shí)的培養(yǎng)和運(yùn)用專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力提高，幫助學(xué)生更好地實(shí)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(guó)際專業(yè)認(rèn)證指標(biāo)接軌。項(xiàng)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(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)推進(jìn)到一個(gè)新的發(fā)展階段。

參考文獻(xiàn)

[1]崔軍.中外高等工程教育課程研究[M].南京大學(xué)出版社，2013.

[2]李培根，許曉東，陳國(guó)松.我國(guó)本科工程教育實(shí)踐教學(xué)問題與原因探析[J].高等工程教育研究，2012（3）.

[3]林健.“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”質(zhì)量要求與工程教育認(rèn)證 [J].高等工程教育研究，2013（6）.