我们的国家正在实施科教兴国、可持续发展和创新驱动的伟大战略,高校的工程实践教育领域、特别是工程训练教学领域要为这种战略目标的实现,尽最大的一份力量,这就需要培养我们的学生具备三种精神:科学家的精神、工程师的精神和工匠的精神。
一、科学家精神、工程师精神和工匠精神
那么,什么是科学家精神呢?
这就是在科学领域探究前沿,最后导致人类社会演进规律的重大发现与科技领域的划时代原创。科学家的精神是以兴趣为出发点,以持之以恒为落脚点,以追求真理为核心导向和最终目标的。
我国在贵州建设的口径为500米、世界最大的射电望远镜;我国成功发射的世界首颗“墨子”号量子卫星;我国积极参与的国际热核聚变实验堆计划(ITER)的研制进展已跃居国际合作七方的前列。这些都是为探究科技前沿而研制的。世界上不同领域的诺贝尔奖金获得者是科学家精神的最好体现。我国著名的火箭科学家钱学森,以及诺奖获得者、发明治疗疟疾特效药青蒿素的屠呦呦就是这种代表人物。
经过近40年的科研工作实践和观察,我把科学家的精神归纳为下面几个短语,这就是:怀疑的精神、批判的精神、实事求是的精神、追求真理的精神和坚持不懈的精神。
什么是工程师精神?
这就是面对人类社会需要解决的工程技术问题,利用人类所积累的科学知识与长期获取的工程经验,安于基层,不畏艰难,求真务实,予以创造性的工程解决,不仅实现价值的有效增加,而且使我们的社会变得更加美好,人民的生活变得更加幸福。中国科学院的学部委员、著名的桥梁专家茅以升就是卓越工程师的杰出代表。
什么是工匠精神?
这就是今天我们的新闻和报刊上反复倡导的一种精神。对于社会产品和社会服务,抱着一种坚持不懈、一丝不苟、精益求精和至臻至美的精神,使我们创造的社会产品不但从使用功能上,而且从人机工程学和美学上更加令人满意。我国发明举世闻名的群站的倪志福同志是工匠精神的杰出代表,世界级品牌瑞士的手表和小军刀是工匠精神的突出典范。
我们希望,我们的理工科大学、高职高专、职业技术院校培养出来的每位学生,无论你将来可能是科学家、是工程师,还是一位有才华、有造诣的工匠,都要向着具备科学家的精神、工程师的精神和工匠的精神去努力。
然而,不同的人们,处于不同的工作岗位,承担着不同的社会责任,对于科学家精神、工程师精神和工匠精神,不应该是等量齐观,而应该是各有侧重和相互关联的。例如,对于主要工作在实验室的科学家来说,更侧重于践行科学家的精神;对于主要工作在基层和工程现场的工程师来说,更侧重于践行工程师的精神;对于主要工作在各行各业生产一线的工匠来说,则更侧重于工匠精神。而对于科学技术高度发展的今天,要更好、更快、更有效地完成各自的任务,无论是科学家、工程师,还是工匠都存在着日益发展的紧密联系。
我们的工程训练教学领域,尽管只是高等工程教育领域里的一个占据有限学时的组成部分,但也要主动为国家的科教兴国与创新驱动战略服务,要为培养学生的科学家精神、工程师精神和工匠精和具备相应的才能和素质服务。这是因为工程训练教学领域具备丰厚的优质实践教学资源,拥有一支很优秀的师资队伍,拥有通过一系列的工艺装备和工艺方法,将有创意的设计图纸转化为零件、部件或完整产品的物化能力。这里所获取的作品或产品,如果有市场需求,就可以实现产业升级,就可以实现就业和创业。
那么,我们的工程训练教学领域怎样做好应该有的服务?
二、工程实践能力与物化能力
2004年,我主持的清华大学校级精品课程“机械制造实习”获得国家级精品课程称号,成为我国工程实践教育领域的首门国家级精品课程。
该课程的课程教学目标是:学习机电工艺知识,增强工程实践能力,提高综合素质,培养创新精神与创新能力。其中的工程实践能力和工程素质就是非常关键和核心的一点。在工程训练教学领域,我们经常不厌其烦地提及培养学生的工程实践能力和工程素质。
那么,什么是工程实践能力呢?
根据长期的实践教育研究,我把它归纳为以下6点:
1)掌握机械、电工、电子技术领域基本工具的使用能力。这些基本工具,其内涵极为丰富,主要包括测试、制作和维修三部分。学生在不同的专业学习,他们学习与掌握的重点也是不同的。
2)掌握一种或几种常规设备的操作能力。如机械加工中的普通车床、普通铣床、磨床等。
3)掌握一种或几种先进制造设备的操作能力。如机械加工中的数控车床、数控铣床、激光加工机床、数控线切割机床、3D打印机的操作能力,电子工艺中印刷电路板的设计与制作能力等;
4)掌握一种高级设计与制造软件的使用能力。其他软件的设计思路都类似,基本可以做到一通百通。如CAXA, Pro/E, UG, Mastercam, Inventor等;
5)具有一定的装配与调试能力。如自行车、全国赛事中的无碳小车等;
6)比较深入了解一个先进制造系统的能力。如柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、智能制造系统(IMS)等。
经历了以上多个方面的综合训练,学生就具备了一定的工程实践能力。我们知道,工程实践能力是物化能力中的关键要素。
那么,什么是物化能力呢?
就是将设计图纸,利用常规与先进的制造装备与工艺,将原材料或毛坯转化为有用实物的能力。
根据主持完成科研项目中反复体验到的物化实践,我把物化能力归纳为下列6个方面:
1)个人的工程实践能力;
2)团队的工程实践能力;
3)获得原材料、标准件与功能部件的能力;
4)获得外部物化协作的能力;
5)团队本身根据项目的时间与专业需要不断演进与凝聚的能力;
6)要具备国际视野,了解国际企业、国际水平、国际市场。
其中物化能力中的3)、4)、5)需要进一步解释。
解释3):要学会根据设计图纸的需要,具备合理选择工件的原材料与毛坯的能力。另外,并非新产品中的任何零件和部件都要亲自设计,有不少到国内与国际上的市场上选购即可,特别是标准件和功能部件。如标准件中的各种螺钉、螺母、轴承、卡环、密封件等;功能部件中的数控分度头、数控工作台、滚珠丝杠副、步进电机、伺服电机、计算机等。我们亲自设计的核心与重点是具有创意的那部分。将选好的标准件和功能部件经过系统优化,植入到我们所设计的设备与系统中,可以提高我们的设计质量与物化效率。
解释4):在设计图纸完成后,本团队、本单位所完成不了的物化部分,就需要依靠外协合作,请有资质、有能力、有信誉的外单位协助解决。这需要善于学习与时间的积累。
解释5):有的研究项目比较前沿,延续的时间可能需要比较长,少则1~2年,多则3~5年,甚至10多年,此时团队的核心成员、工作的环境都可能发生变化。我所主持研制的数控旋转超声波加工机床,前后足足经历了15年时间,不断向前推进,还可以继续深入研究。因此,课题负责人要学会在一个时间较长、持续变化的环境中,要实现研究的最终目标,就需要根据实际情况,具备团队本身不断动态演进与凝聚,建立动态团队的能力。
三、培养学生的工程意识
我国高等工科院校除了党团组织在德育教育中下了很大的工夫外,教师在课堂教学中也注重教书育人、为人师表。这些综合作用,对学生爱国主义思想的培养、人生价值的取向、社会责任感的树立,以及人格、品行、道德和高尚情操的养成,起着重要的作用。然而,对于工程类的学生,除了德育教育外,还非常有必要引导他们,学会跳出纯工程技术的范畴,在一个复杂、不确定的社会工程环境中处事,这就需要对学生进行工程意识的培养。
那么,作为工程技术人员需要具备的工程意识的内涵有哪些?我把它归纳为12个方面:责任意识、安全意识、质量意识、群体意识、创新意识、环境意识、管理意识、成本意识、法律意识、竞争意识、市场意识和社会意识。
以上所提及的工程意识的养成,必须在一定时间内的工程环境中才能实现。而在我国的工程训练领域,不只是具备高校中最好的综合性工程实践环境,而且有针对不同专业的实践教学要求。与学生在大多数企业参观学习不同的是,在高校工程训练的完整过程中,学生不仅要学习一定的制造工艺理论知识,要亲手使用各种不同的工具,要亲自操作各种常规、现代的机电制造装备,要使用一种或多种高级软件,要装配、调试具有一定复杂程度的装配体,要参与各种以项目为牵引的创新实践,将个人或团队的创意通过一定的手段转化为实物。这些精心安排的训练过程,有助于培养学生的综合工程素养。
如果我们的学生,在工程训练所组织的教学活动中,以及在接受4年高等教育的完整过程中,掌握了一定的工程实践能力,具有较好的工程意识,又初步掌握了由设计图纸到产品转化的物化能力,这就为他们将来创新能力的充分发挥奠定了坚实的基础,我们的创新教育也才有了深厚的根基。
作者简介:傅水根,教授,国家级教学名师,清华大学基础工业训练中心原主任,IC评委会主任。