構(gòu)建接軌國際專業(yè)認證標準的數(shù)字化技術(shù)項目綜合訓練

1、    構(gòu)建接軌國際專業(yè)認證標準的數(shù)字化技術(shù)項目綜合訓練    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中存在的缺陷與不足，構(gòu)建接軌國際專業(yè)認證標準的數(shù)字化技術(shù)項目綜合訓練。關(guān)鍵詞： 項目綜合訓練；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

2、“以科學為基礎(chǔ)、面向工程實踐”的指導思想構(gòu)建技術(shù)人才的培養(yǎng)體系，突出實踐教學環(huán)節(jié)，教學目的并不是片面強調(diào)學生掌握科學知識的多寡，而是著重培養(yǎng)學生將科學知識轉(zhuǎn)化為技術(shù)知識、解決實際工程問題的能力。當時，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。隨著科學知識尤其各種跨學科知識的迅猛發(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)十年間被過度學術(shù)化。教學過程中，工程科學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，

3、擁有高等學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，當今世界上最具影響力的工程教育本科專業(yè)

4、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、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，按照國際標準培養(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)量標準中有11項能力指標用以評價學生學習成效，分別是：（1）運用數(shù)學、科學和工程知識的能力；（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

5、、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）對所學專業(yè)的職業(yè)責任和職業(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）認識到需要終生學習以及具有終生學習的能力；（10）具備從本專業(yè)角度理解當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)量標準中的能力指標，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。實踐教學環(huán)節(jié)是其中的一

6、個重要因素。高等工程教育人才培養(yǎng)體系中，實踐教學環(huán)節(jié)是與實際社會生產(chǎn)聯(lián)系最直接最緊密的部分。學生經(jīng)歷實踐環(huán)節(jié)，可以驗證專業(yè)課程中所學到的專業(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)實踐教學更顯至關(guān)重要。我校開設(shè)的cad/cam綜合實訓課程，實訓內(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

7、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)計等實踐教學環(huán)節(jié)相似，現(xiàn)有的cad/cam實訓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，導致學生對同一技術(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）教學目標與內(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；（

8、3）實驗實踐過程中教師決定著實驗實踐的整個過程，起著絕對的主導作用，學生按部就班地執(zhí)行，缺乏個性化發(fā)揮空間，教學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綜合實訓課程，與采用能力指標全面評價學生學習成效的國際工程質(zhì)量標準相比，在學生工程能力培養(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)項目綜合訓練近年來，上海電機學院在數(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探索工作，建有國家重點建設(shè)課程 “cad/cam”

9、、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綜合實訓課程基礎(chǔ)上，反思現(xiàn)行工程教育實踐教學存在的不足，參照abet國際工程教育質(zhì)量標準能力指標，構(gòu)建并實施了數(shù)字化項目綜合訓練的實踐課程。所謂項目綜合訓練，是在完成相關(guān)工程技術(shù)類課程群的專業(yè)學習基礎(chǔ)上，學生采用團隊協(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)字化項目綜合訓練在數(shù)字化課程群全部課程教學工作結(jié)束后進行，打破以往單一理論課程開展實踐訓練的模式，將數(shù)字化課程群中各門課程的教學目的與能力要求整合為一

10、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生進行能力鍛煉。通過項目綜合訓練，學生加深了數(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。若干名學生組成的訓練小組共同完成訓練項目。根據(jù)項目要求，學生從概念設(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

11、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。項目中的各項訓練內(nèi)容，與數(shù)字化課程群中相應(yīng)課程的理論教學內(nèi)容相關(guān)（見表1），其中3d打印、渲染等內(nèi)容在理論教學過程中并非教學重點，課堂講解有限，在訓練過程中需要學生帶著問

12、題、在指導教師的指導下進行研究學習。數(shù)字化技術(shù)項目綜合訓練成績由訓練表現(xiàn)、模塊完成度與項目報告三部分組成（見表2）。訓練表現(xiàn)通過訓練小組組員互評、指導教師評議兩部分綜合評定，從師生兩個不同的角度對學生的學習態(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練結(jié)果的精準性，還包括對前期階段工作的修改完善情況；項目報告要求學生運用工程語言對綜合訓練實踐過程、技能要點進行總結(jié)。項目綜合訓練學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)字化課程群的教學狀況，可以向各課教學提供建設(shè)性意見。相比于傳

13、統(tǒng)的cad/cam實訓課程，數(shù)字化項目綜合訓練要求學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)量標準所要求的學生能力指標，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）數(shù)字化項目綜合訓練整個過程涉及數(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，有助于提高學生綜合運用科學理論，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）綜合訓練的項目來源于實際生產(chǎn)，工程背景鮮明，學生采用工程邏輯而非學科邏輯思考問題，根據(jù)各種約束

14、條件開放式設(shè)計相應(yīng)的機構(gòu)裝置，從不同的學科角度發(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練過程有助于培養(yǎng)學生的工程意識；（3）項目綜合訓練中部分內(nèi)容是學生在理論學習階段中所接觸的重點，部分內(nèi)容為當代社會的新興技術(shù)，學生在開拓視野、及時接觸新知識新科技的同時，還需自行鉆研學習掌握，有助于培養(yǎng)學生終生學習的意識；（4）項目綜合訓練由訓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)域為訓練項目做出有益的貢獻，并在與其他成員相互學習、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

15、生強烈意識到自身在團隊中應(yīng)承擔的責任，是一個職業(yè)責任與職業(yè)道德的基礎(chǔ)培養(yǎng)場；（5）項目綜合訓練的成績考核不是對訓練結(jié)果的簡單評定，采用過程考核的方式對學生的訓練表現(xiàn)、模塊完成度與項目報告進行綜合評估，在考核學生運用數(shù)字化技能解決問題的能力的同時，對學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，起到鍛煉學生工程交流能力的作用。項目綜合訓練具體實施過程中，對師資力量提出了更高的要求。指導教師應(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)人員參與到指導教師隊伍中來，對學生進行指導；綜合訓練的評價標準應(yīng)盡可能接近企業(yè)的驗收標準，與普通的實踐課程有所不同。三、結(jié)束語教學實踐表明，數(shù)字化項目綜合訓練強調(diào)科學與技術(shù)、知識與能力的關(guān)聯(lián)，有益于學生工程意識的培養(yǎng)和運用專業(yè)知識解決實際問題的能力提高，幫