构建接轨国际专业认证标准的数字化技术项目综合训练

张晓青+刘溪涓+马雪芬

摘 要： 顺应国际工程教育发展趋势，反思现有工程教育实践教学中存在的缺陷与不足，构建接轨国际专业认证标准的数字化技术项目综合训练。

关键词： 项目综合训练；数字化技术；国际专业认证；工程教育

一、引言

在人类历史的不同时期，工程技术通过建筑、军事、桥梁、水利、冶金、机械、化工等不同领域的贡献，不断改变人类生活环境，更推动人类文明的进步。任何一个工程项目的實施与管理，都需要一定数量工程技术人员。工程教育肩负向社会输送工程技术人才的重任，受到各国社会的重视。

工程教育在起源阶段本着“以科学为基础、面向工程实践”的指导思想构建技术人才的培养体系，突出实践教学环节，教学目的并不是片面强调学生掌握科学知识的多寡，而是着重培养学生将科学知识转化为技术知识、解决实际工程问题的能力。当时，顺应社会发展需求的工程教育极大地推动了社会生产力的发展与进步。随着科学知识尤其各种跨学科知识的迅猛发展，加之世界大战、超级大国军备竞赛等国际因素，工程教育在过去的数十年间被过度学术化。教学过程中，工程科学教育的重要性被无限放大，居核心地位的工程实践内容骤减，偏离工程实践的工程教育虽然为社会培养了大量的科技型人才，但是工程毕业人才尽管熟记大量的科技理论与计算公式，却不能将之运用于解决工程实际问题中，拥有高等学历无法胜任工程岗位的情况屡见不鲜。上世纪九十年代，世界工业竞争力集体下滑的事实让西方发达国家充分意识到，工程教育偏离工程实践的错误必须予以纠正。让工程教育回归工程实践本体，成为当前国际高等工程教育发展的总体趋势。

我国高等教育步入“大众化教育”阶段，作为高等工程教育主力军的应用型高等教育迎来了发展契机与宽广的发展空间。为贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010-2020年）》，教育部实施“卓越工程师教育培养计划”，服务于建设创新型国家和人才强国的国家战略。2013年6月国际工程联盟大会上，当今世界上最具影响力的工程教育本科专业认证国际互认协议——《华盛顿协议》吸收我国为第21个会员。顺应国际工程教育发展趋势，在人才培养目标、课程内容设置、人才评估办法等各方面充分落实回归工程实践的精神，紧跟国际工程教育步伐，按照国际标准培养工程技术人才，是我国高等工程教育发展的必然趋势。

二、现有CAD/CAM综合实验存在的不足

美国工程技术认证委员会（ABET）是《华盛顿协议》的发起组织之一，是在国际上广泛承认的专业认证权威机构之一。ABET的工程教育质量标准中有11项能力指标用以评价学生学习成效，分别是：

（1）运用数学、科学和工程知识的能力；

（2）设计和实施实验及分析和解释数据的能力；

（3）考虑经济、环境、社会、政治、道德、健康、安全、易于加工、可持续性等现实约束条件下，设计系统、设备或工艺的能力；

（4）在团队中从不同学科角度发挥作用的能力；

（5）发现、提出和解决工程问题的能力；

（6）对所学专业的职业责任和职业道德的理解；

（7）有效沟通的能力；

（8）是否具备足够的知识面，能够在全球化、经济、环境的和社会背景下认识工程解决方案的效果；

（9）认识到需要终生学习以及具有终生学习的能力；

（10）具备从本专业角度理解当代社会和科技热点问题的知识；

（11）综合运用技术、技能和现代工程工具来进行工程实践的能力。

对照ABET工程教育质量标准中的能力指标，我国工程教育在工程技术人才培养方面确实存在着一定的不足，其原因是多方面的。实践教学环节是其中的一个重要因素。

高等工程教育人才培养体系中，实践教学环节是与实际社会生产联系最直接最紧密的部分。学生经历实践环节，可以验证专业课程中所学到的专业理论，加深相关知识点的理解与掌握。更重要的是，能同期获得经验性知识和过程性知识，与理论知识相互作用共同内化为解决实际问题的能力。相比西方发达国家，我国高等工程教育的社会环境不够成熟，企业更多地考虑自身利益，向高校学生开放实验实践资源非常有限，开放程度方面也存在诸多客观或主观原因造成的诸多限制。在现有状况下，校内实践教学更显至关重要。

我校开设的CAD/CAM综合实训课程，实训内容包括小型机构的三维建模与虚拟装配及单一零件的自动编程等三部分，无论是内容还是要求方面与国内大多数高校开设的同类课程基本相同，差异只是建模对象、编程零件的不同而已。与目前许多高等工程教育院校实验、课程设计等实践教学环节相似，现有的CAD/CAM实训课程主要存在以下几个方面的不足：

（1）实验实践内容大多仅针对单门课程中的某个或几个知识点，相互之间以及不同课程的实践环节之间关联度不大，对应的能力点犹如孤立存在的碎片，缺乏一定的关联度，导致学生对同一技术中的各个技能模块以及不同技术之间的内在联系缺乏系统的认识；

（2）教学目标与内容基本上多是单纯的理论知识验证及基本的实验实践技能掌握，实验实践步骤统一规范，对学生创新能力、工程表达能力、协作精神等应具备的非技能工程素质培养度有限；

（3）实验实践过程中教师决定着实验实践的整个过程，起着绝对的主导作用，学生按部就班地执行，缺乏个性化发挥空间，教学主体地位无法得到保证，主观能动性也得不到更大程度的发挥；

（4）实验实践成绩更多是对学生实践态度、实验实践结果与理论的吻合程度的评价，无法客观衡量评价学生运用理论知识解决实际问题的能力。

原有的CAD/CAM综合实训课程，与采用能力指标全面评价学生学习成效的国际工程质量标准相比，在学生工程能力培养方面存在很大差距，应通过课程建设予以完善。

三、构建数字化技术项目综合训练

近年来，上海电机学院在数字化工程技术人才培养过程中，进行了一系列的教学探索工作，建有国家重点建设课程 “CAD/CAM”、上海市重点课程“数控技术”两门核心课程，与机械制图与CAD、运动仿真、有限元分析、CAM应用技术等专业课程组成数字化课程群，统一规划共同建设。在原有的CAD/CAM综合实训课程基础上，反思现行工程教育实践教学存在的不足，参照ABET国际工程教育质量标准能力指標，构建并实施了数字化项目综合训练的实践课程。

所谓项目综合训练，是在完成相关工程技术类课程群的专业学习基础上，学生采用团队协作的形式，综合运用课程群内若干门课程的理论知识处理解决工程问题。数字化项目综合训练在数字化课程群全部课程教学工作结束后进行，打破以往单一理论课程开展实践训练的模式，将数字化课程群中各门课程的教学目的与能力要求整合为一个综合的数字化能力要求，采用完成工程项目的形式帮助学生进行能力锻炼。通过项目综合训练，学生加深了数字化课程群理论知识的系统理解，各单项数字化能力均得到锻炼提高，熟悉单项能力之间的内在联系以及单项技能不同的实施情况对后续环节所产生的影响，对数字化技能有了更全面的了解与更系统的掌握。

数字化项目综合训练设置的项目均为来源于工程实际应用的机构与装置，如输送线步进装置、包装机横封机构、酒类生产提升装置等，性能要求、技术参数等方面与实际工程应用保持一致，具有鲜明的工程特色。若干名学生组成的训练小组共同完成训练项目。根据项目要求，学生从概念设计着手，选择正确的工作原理与合适的机械机构，遵照一定技术的要求与参数，运用参数化建模手段创建零件的三维实体模型，根据机构及装置的实际情况综合运用自底向上、自顶向下两种方式完成装置的虚拟装配；通过运动仿真校验装置功能性运动的准确性，通过有限元分析校核零件的强度是否达到要求；CAM辅助编程技术获取部分零件的数控加工程序，经数据传送至数控机床加工获得对应的零件；采用3D打印技术能将零件三维模型转化为零件实物，装配成模型；设计方案与数据经工程图处理予以表达并保存，采用渲染技术呈现项目成品的视觉效果。项目中的各项训练内容，与数字化课程群中相应课程的理论教学内容相关（见表1），其中3D打印、渲染等内容在理论教学过程中并非教学重点，课堂讲解有限，在训练过程中需要学生带着问题、在指导教师的指导下进行研究学习。

数字化技术项目综合训练成绩由训练表现、模块完成度与项目报告三部分组成（见表2）。训练表现通过训练小组组员互评、指导教师评议两部分综合评定，从师生两个不同的角度对学生的学习态度与表现进行更为客观的评价；模块完成度部分，采用过程评议方式进行，按照各训练单项完成情况进行评定，后续模块的成绩评价的不仅包括本阶段训练结果的精准性，还包括对前期阶段工作的修改完善情况；项目报告要求学生运用工程语言对综合训练实践过程、技能要点进行总结。项目综合训练学生总体的完成情况以及各模块完成过程中所暴露出的问题，能够反映出各数字化课程群的教学状况，可以向各课教学提供建设性意见。

相比于传统的CAD/CAM实训课程，数字化项目综合训练要求学生掌握的工程技能贴近工程实践，内容更为丰富，更接近国际工程教育专业认证质量标准所要求的学生能力指标，具体表现在以下几个方面：

（1）数字化项目综合训练整个过程涉及数字化设计、分析、制造等产品生命周期的各个环节，并结合机械设计制造技术专业知识，有助于提高学生综合运用科学理论，丰富工程知识，原先呈能力碎片排列的各项数字化技能构建成为一个有机的整体，前期阶段实施效果对后续环节的影响效果直观明了，有助于培养学生综合辨析工程执行状况、提出并解决问题的能力；

（2）综合训练的项目来源于实际生产，工程背景鲜明，学生采用工程逻辑而非学科逻辑思考问题，根据各种约束条件开放式设计相应的机构装置，从不同的学科角度发现问题、解决工程问题，最终制作出模型。接近工程实践情境中的训练过程有助于培养学生的工程意识；

（3）项目综合训练中部分内容是学生在理论学习阶段中所接触的重点，部分内容为当代社会的新兴技术，学生在开拓视野、及时接触新知识新科技的同时，还需自行钻研学习掌握，有助于培养学生终生学习的意识；

（4）项目综合训练由训练小组通过合作自主完成，要求每位成员发挥自己的主观能动性，在自我擅长的领域为训练项目做出有益的贡献，并在与其他成员相互学习、共同协作的过程中完善提升自身的数字化综合能力。训练过程凸显出个人能力与团队协作能力、工程实践能力与人际交往能力的关联，能使学生强烈意识到自身在团队中应承担的责任，是一个职业责任与职业道德的基础培养场；

（5）项目综合训练的成绩考核不是对训练结果的简单评定，采用过程考核的方式对学生的训练表现、模块完成度与项目报告进行综合评估，在考核学生运用数字化技能解决问题的能力的同时，对学生运用工程语言归纳总结项目的实施过程与完成情况也作出具体的要求，起到锻炼学生工程交流能力的作用。

项目综合训练具体实施过程中，对师资力量提出了更高的要求。指导教师应具备一定的工程背景，需要有工程实践经历人员甚至企业在职技术人员参与到指导教师队伍中来，对学生进行指导；综合训练的评价标准应尽可能接近企业的验收标准，与普通的实践课程有所不同。

三、结束语

教学实践表明，数字化项目综合训练强调科学与技术、知识与能力的关联，有益于学生工程意识的培养和运用专业知识解决实际问题的能力提高，帮助学生更好地实现知行统一，所培养的学生工程能力能够更好地与国际专业认证指标接轨。项目综合训练这一教学模式在工程教育中的广泛推广，一定能将高等工程教育的实践教学环节推进到一个新的发展阶段。

参考文献

[1]崔军.中外高等工程教育课程研究[M].南京大学出版社，2013.

[2]李培根，许晓东，陈国松.我国本科工程教育实践教学问题与原因探析[J].高等工程教育研究，2012（3）.

[3]林健.“卓越工程师教育培养计划”质量要求与工程教育认证 [J].高等工程教育研究，2013（6）.