系統(tǒng)論思維下的工程訓(xùn)練教學(xué)

劉悅　鄭文忠　徐增梅

[摘 要] 隨著實踐教學(xué)改革和發(fā)展，作為高等工程教育實踐教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，工程訓(xùn)練教學(xué)理念和內(nèi)涵日益豐富，在大工程背景下，從系統(tǒng)論視角入手，將工程訓(xùn)練教學(xué)作為一項系統(tǒng)工程，遵循系統(tǒng)科學(xué)的理論指導(dǎo)，將系統(tǒng)論的思想、方法和原則滲透到工程實踐教學(xué)工作的各個方面，探討實踐教學(xué)的整體優(yōu)化，強化實踐教學(xué)環(huán)節(jié)要素之間的內(nèi)在聯(lián)系和有機結(jié)合，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)a，增強學(xué)生的工程實踐能力，從而實現(xiàn)工程訓(xùn)練中心整體功能。

[關(guān)鍵詞] 工程訓(xùn)練 ；系統(tǒng)論；要素； 實踐教學(xué)；整體性

[中圖分類號] G642 [文獻標(biāo)志碼] A [文章編號] 1008-2549（2016） 05-0103-03

工程訓(xùn)練是一門實踐性很強的綜合技術(shù)基礎(chǔ)課，經(jīng)過十多年的教學(xué)研究、探索完善，從初期傳統(tǒng)意義上機械加工到先進制造技術(shù)的應(yīng)用，經(jīng)歷由簡單技能操作向工程實踐綜合能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)轉(zhuǎn)換[1]，摒棄“金工實習(xí)”的傳統(tǒng)觀念，樹立“大工程”意識，如今工程訓(xùn)練教學(xué)理念內(nèi)涵日益豐富，現(xiàn)代的工程訓(xùn)練教學(xué)課程已形成多學(xué)科、多層次、多門類、多環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)配合，集機械、電子、控制、管理等綜合類的教育于一體龐大的實踐教學(xué)系統(tǒng)工程。

一 系統(tǒng)論的理論指導(dǎo)意義

相比于傳統(tǒng)的金工實習(xí)教學(xué)，工程訓(xùn)練課程具有實踐教學(xué)內(nèi)容綜合化，教學(xué)方法靈活，教學(xué)手段多樣化，教學(xué)過程復(fù)雜化等特點。工程訓(xùn)練中心要為學(xué)生的素質(zhì)培養(yǎng)和科技創(chuàng)新提供一個良好的熏陶環(huán)境和訓(xùn)練平臺，為了達到理想的教學(xué)效果，需要對實踐教學(xué)活動精心規(guī)劃、研究和實施。系統(tǒng)論作為一種應(yīng)對復(fù)雜問題有效的思維方法，其基本原則和指導(dǎo)思想為工程實踐教學(xué)工作提供了強大的思想理論基礎(chǔ)。

奧地利理論生物學(xué)家 L.V.貝塔朗菲（L.Von.Bertalanffy）創(chuàng)立的系統(tǒng)論是繼相對論和量子力學(xué)之后，又一次“改變了世界圖景和當(dāng)代科學(xué)家思維方式”的新理論[2-3]。系統(tǒng)論首先將研究對象看做一個系統(tǒng)，即由若干相互聯(lián)系、相互作用的要素構(gòu)成的、具有特定功能和運動規(guī)律的整體。[4]系統(tǒng)中各要素不會孤立地存在， 要素之間相互作用和相互依存， 構(gòu)成一個不可分割的整體。[5]用系統(tǒng)論的思維研究工程訓(xùn)練教學(xué)系統(tǒng)，構(gòu)建實踐教學(xué)整體框架體系，強化實踐教學(xué)的各個組成環(huán)節(jié)有機聯(lián)系，從系統(tǒng)論整體性原則的高度去全面安排整體優(yōu)化。發(fā)揮系統(tǒng)的整體功能和整體效益，使工程訓(xùn)練教學(xué)系統(tǒng)成為一個有機運行的整體，最大限度實現(xiàn)系統(tǒng)的功能。逐步構(gòu)建以工科為主，涵蓋多學(xué)科的大學(xué)生實踐創(chuàng)新基地。建立面向現(xiàn)代工業(yè)的制造工程能力培養(yǎng)體系，將機械制造工程向現(xiàn)代工業(yè)制造工程發(fā)展。[6]

二 工程實踐教學(xué)的重要性及整體要求

工程訓(xùn)練課程是高等工程教育實踐教學(xué)體系的重要環(huán)節(jié)，是學(xué)生學(xué)習(xí)工程材料及機械制造基礎(chǔ)與機械制造系列課程必不可或缺的必修課程，是以傳統(tǒng)加工技術(shù)和現(xiàn)代先進制造技術(shù)和機電一體化技術(shù)為載體，通過工程認知訓(xùn)練、工程實踐訓(xùn)練和創(chuàng)新項目等多層次訓(xùn)練活動，以實現(xiàn)增強學(xué)生工程實踐能力，提高綜合素質(zhì)，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力為教學(xué)目標(biāo)。是要激發(fā)學(xué)生面向工程實踐活動時所具有的潛能和適應(yīng)性，從根本上講是要培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)能力。

三 能力是系統(tǒng)綜合化、整體化的“新質(zhì)”

以能力為培養(yǎng)目標(biāo)，是深化教育改革的重要特征，《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》明確了教學(xué)發(fā)展和改革要堅持以能力培養(yǎng)為重，優(yōu)化知識結(jié)構(gòu)，著力提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實踐能力和創(chuàng)新能力的要求[7]，系統(tǒng)論整體性原則表明，系統(tǒng)整體所體現(xiàn)的功能和性質(zhì)不是其各個構(gòu)成要素的孤立特征及其迭加所能反映的。工程實踐教學(xué)系統(tǒng)要實現(xiàn)對學(xué)生多種能力和素質(zhì)的培養(yǎng)，這些能力的形成并非是所學(xué)知識的簡單綜合，而是將不同學(xué)科的知識和素質(zhì)要素融合在工程實踐活動中，使素質(zhì)要素在工程實踐活動中綜合化、整體化的“新質(zhì)”。這與系統(tǒng)論整體性原則要求完全一致，體現(xiàn)新時期素質(zhì)教育與人才培養(yǎng)的新要求，是基于對學(xué)生思想、品格、作風(fēng)等素質(zhì)和質(zhì)量意識、安全意識、經(jīng)濟意識等多種意識統(tǒng)一于一體的全面教育系統(tǒng)整體優(yōu)化培養(yǎng)的結(jié)果。

四 將系統(tǒng)論的思想滲透到實踐教學(xué)各方面

工程實踐教學(xué)工作圍繞實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)， 遵循系統(tǒng)科學(xué)的理論指導(dǎo)，從工程實踐教學(xué)系統(tǒng)整體出發(fā) ，著眼于系統(tǒng)整體的要求。從教學(xué)大綱、教學(xué)計劃的制定，到教材、實驗報告的編寫，教學(xué)過程的實施乃至后期的教學(xué)改進與發(fā)展。在教學(xué)過程中處理局部要素時， 就不能僅僅從這個要素出發(fā)， 而應(yīng)把這個要素放在系統(tǒng)之中， 把它們和各個要素聯(lián)系起來， 與系統(tǒng)整體聯(lián)系起來，對系統(tǒng)論的應(yīng)用不是在某個局部或某個層面，而是將系統(tǒng)論的思想滲透到實踐教學(xué)中的各個方面（圖1）。

五 系統(tǒng)論在實踐教學(xué)中的具體應(yīng)用

1 提高學(xué)生的系統(tǒng)分析能力

在系統(tǒng)中，整體是部分賴以存在的前提，整體包含部分又高于部分，部分是通過整體來揭示的，必須從整體出發(fā)去把握和認識部分，其次才是部分決定整體。[8]反映在對事物認識過程中，人們總是先對整體形象有大致的了解，繼而分析研究其組成部分，并在這個基礎(chǔ)上再綜合地、具體地認識整體。工程訓(xùn)練課一般都安排在大一、大二的時候開設(shè)，對于這些專業(yè)課才開始涉及，專業(yè)知識較少，長期習(xí)慣于單純理論學(xué)習(xí)模式下的學(xué)生，實訓(xùn)初期面對復(fù)雜的各類機械加工設(shè)備，種類繁多的工具、量具、卡具及各類加工材料，眼花繚亂，再有受課時和實訓(xùn)場地的限制，實訓(xùn)期間的各種項目內(nèi)容頻繁輪換，初期感性學(xué)習(xí)階段本身具有片面性，獲得的知識比較零散，因此要更多體現(xiàn)對實踐教學(xué)整體內(nèi)容的把握和引領(lǐng)，有些學(xué)校實行了“三段式”教學(xué)，這個問題解決的非常好，我們學(xué)校目前沒有條件實行“三段式”教學(xué)，為此，在相關(guān)項目實訓(xùn)初期安排系列專題概論課，作為先期的強化認知過程，為后續(xù)的實踐學(xué)習(xí)提供指導(dǎo)，如機械加工工藝基礎(chǔ)，共性的問題集中對比講解，如測量技術(shù)、數(shù)控加工技術(shù)、逆向工程技術(shù)概論?？焖俳榻B相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展歷程、設(shè)備分類、應(yīng)用方面等，播放相關(guān)內(nèi)容的視頻演示。通過觀察各類不同工件從毛坯到零件的完整加工過程，結(jié)合展柜，圖表掛圖等，系統(tǒng)展示工程實踐的主體內(nèi)容及相互關(guān)系（圖2），遵循認識由整體到部分，再由部分到整體認識的過程。讓學(xué)生首先對工程訓(xùn)練總體輪廓有一個整體的掌控。之后再將學(xué)生分散到各個實訓(xùn)項目中，學(xué)生能在短時期內(nèi)迅速進入到實質(zhì)性學(xué)習(xí)階段。

2 整合教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化知識的整體結(jié)構(gòu)

隨著科技的發(fā)展，以及創(chuàng)新性與復(fù)合型人才培養(yǎng)的需求，工程實踐課內(nèi)容涉及范圍越來越廣，雖然有教學(xué)大綱的整體要求，還是不能像其他的基礎(chǔ)課有嚴格的邏輯，自成體系，由于課時、場地環(huán)境等多方面的限制，工程訓(xùn)練課需要在諸多內(nèi)容方面進行取舍，整合現(xiàn)有的資源，刪去一些實際應(yīng)用價值不大或技術(shù)含量低而又耗時的實踐項目，如手工鍛造，刨削加工等，減少手工砂型鑄造、熱處理操作時間，增加先進技術(shù)加工內(nèi)容，如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心自動編，逆向工程等項目。這種變革不是簡單的刪減和增加，不是“先進技術(shù)”對“常規(guī)落后”的完全取代，是基于實踐教學(xué)整體結(jié)構(gòu)和功能的整合。如普通車床加工使用功能相對于數(shù)控車床，在加工精度、效率、勞動強度優(yōu)于普通車床，但普通車床在培養(yǎng)學(xué)生加工工藝知識方面，作為數(shù)控車床編程操作的基礎(chǔ)是無可替代的，同樣普通銑床一方面是數(shù)控銑床和加工中心操作的基礎(chǔ)，同時還要展示在齒輪、鍵槽等多項功能的應(yīng)用，課時安排上都要有所考慮，車削和銑削是實訓(xùn)的重要組成部分，對于那些已刪減的實訓(xùn)項目作為完整工藝組成部分還可以通過多媒體等多種數(shù)字信息教學(xué)手段加以補充，注重知識的深度和廣度同時保持知識的連貫性，兼顧傳統(tǒng)加工與現(xiàn)代加工的關(guān)系，總之，要圍繞工藝制造和科技發(fā)展兩條主線構(gòu)建并優(yōu)化實踐教學(xué)體系內(nèi)容。

3 構(gòu)建“立體交錯” 的綜合知識體系

系統(tǒng)又是多層次、多等級的， 有橫向聯(lián)系、縱向聯(lián)系、縱橫聯(lián)系構(gòu)成立體交錯的網(wǎng)絡(luò)模式。這就是系統(tǒng)的有序性，是系統(tǒng)聯(lián)系的反映。[9]工程訓(xùn)練是一個復(fù)雜的大系統(tǒng)，實踐教學(xué)的每個要素內(nèi)容并不是彼此孤立的，而是相互聯(lián)系，縱橫交錯，多學(xué)科、共同構(gòu)成完整的工程訓(xùn)練學(xué)科知識體系。

工程訓(xùn)練作為高等工程教育實踐教學(xué)培養(yǎng)的主渠道，注重實踐教學(xué)的效應(yīng)，力求在工程訓(xùn)練過程中將基本工藝理論、基本工藝知識和基本工藝實踐有機結(jié)合起來。不是對車削、銑削、刨削、鉚焊、鑄造、熱處理、特種加工等實踐項目的機械式重復(fù)訓(xùn)練，避免學(xué)生對每項實踐訓(xùn)練的認識只局限加工面、銑槽，鉆孔攻絲這類簡單的加工操作層面，甚至機械記憶某種表面只能在某臺機器、特定的加工方式實現(xiàn)，死記硬背，生搬硬套，產(chǎn)生這種機械、僵化的思想，認為各個實踐項目是彼此孤立，從而看不到彼此之間的聯(lián)系。其實，任何一種加工方式的選擇，都是基于零部件整體質(zhì)量標(biāo)準要求基礎(chǔ)上，安排工藝過程總體布局的一個工序或工步，與其它工序存在承前啟后的關(guān)系，工程實訓(xùn)每個過程不僅僅包含對各類設(shè)備、加工手段的認知和實踐，同時還要包含質(zhì)量、安全、環(huán)境、成本、效益、管理、企業(yè)文化等多種工程意識的滲透體驗。因此，在指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)中，要把零散的知識納入知識體系，進行系統(tǒng)的掌握。通過不同項目共同完成一個完整教學(xué)樣件，一個試件多種加工方式的比照，減速機、無動力小車等綜合性實踐課題的引入等，結(jié)合老師對所學(xué)的知識梳理，在整體性原則的基礎(chǔ)上建構(gòu)起工程實踐知識結(jié)構(gòu)框架，使學(xué)生學(xué)會并充分利用所學(xué)學(xué)科內(nèi)部結(jié)構(gòu)的“有序性” 來建構(gòu)起完善的、“立體交錯” 的學(xué)科知識體系。[10]

4 動態(tài)的、開放性實踐系統(tǒng)

系統(tǒng)只有開放，與外界保持信息、能量和物質(zhì)交換，才能趨于有序，保持活力。[11]不能孤立、靜止地分析系統(tǒng)，而是把系統(tǒng)做整體、動態(tài)的研究，在現(xiàn)代制造業(yè)的整體化和高度綜合化發(fā)展的形勢下，工程實踐教學(xué)的實施必須主動置身于學(xué)校乃至社會大系統(tǒng)中，增強開放性，以便使素質(zhì)教育的內(nèi)容和形式得到不斷豐富和發(fā)展。使培養(yǎng)出來的學(xué)生能夠適應(yīng)未來人才發(fā)展的高要求。

（1） 加強與院系、實驗室之間的合作與交流。工程訓(xùn)練中心作為學(xué)校獨立的實踐教學(xué)單位，但同時又是全校大的教學(xué)系統(tǒng)中的一個子系統(tǒng)，實踐教學(xué)內(nèi)容對學(xué)生的整體專業(yè)學(xué)習(xí)起到承前啟后的作用，首先必須掌控每批將要參加實訓(xùn)學(xué)生的學(xué)業(yè)基礎(chǔ)情況，如專業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)了哪幾門，學(xué)到什么程度，有什么樣的基礎(chǔ)，其次實訓(xùn)結(jié)束后學(xué)生將來又要學(xué)什么，要搞哪些課程設(shè)計，學(xué)校相關(guān)的創(chuàng)新活動都有哪些，參加實踐創(chuàng)新競賽需要什么樣知識儲備等，針對不同專業(yè)，不同階段的學(xué)生安排不同的培養(yǎng)方案，需要與院系、相關(guān)實驗室?guī)熒?jīng)常合作交流，特別是與機械類課程教師的溝通，在實踐教學(xué)及配套教材與其它課程關(guān)聯(lián)內(nèi)容盡可能做到概念內(nèi)容、使用符號趨于統(tǒng)一。對教學(xué)內(nèi)容統(tǒng)一部署，從而合理安排實踐教學(xué)計劃。注重課程之間的對接與延續(xù)，如學(xué)生在大一、大二學(xué)過的工程制圖、金屬材料、切削原理等理論知識已經(jīng)學(xué)過，在實踐中相關(guān)的理論部分要避免多次重復(fù)教學(xué)，針對學(xué)生工程制圖設(shè)計課已完成齒輪減速機設(shè)計基礎(chǔ)上，工程實訓(xùn)中鉗工、鏜工項目安排了減速機裝配及相關(guān)主要零件的加工演示，通過從設(shè)計、加工到裝配這一系列的實踐過程使學(xué)生對產(chǎn)品制造過程有了完整的體驗。更有利于學(xué)生完滿認知結(jié)構(gòu)的形成。

（2）與科學(xué)技術(shù)發(fā)展相接軌，適應(yīng)社會發(fā)展需求。盡管現(xiàn)有的工程訓(xùn)練課程幾經(jīng)發(fā)展有了科學(xué)合理的體系，伴隨著科技的發(fā)展和進步，新技術(shù)、新材料、新工藝的發(fā)展成果層出不窮，與實踐教學(xué)相關(guān)的數(shù)控加工設(shè)備、刀具、夾具、測量檢測設(shè)備、加工工藝及相關(guān)軟件日新月異，光整加工、電火花加工等過去所謂的特種加工手段，已經(jīng)不再稱奇，激光快速成型、3D打印已經(jīng)開啟了全新的加工理念，作為高等教育實踐教學(xué)基地的工程訓(xùn)練中心，實踐教學(xué)內(nèi)容不能是一成不變的，加強與企業(yè)及用人單位的聯(lián)系，結(jié)合相關(guān)學(xué)科創(chuàng)新體系與發(fā)展趨勢要求，創(chuàng)建具有前瞻性、開放性的實踐教學(xué)課程配置體系，教學(xué)與科技發(fā)展相接軌，注重設(shè)備的更新與配置教學(xué)內(nèi)容的完善，能夠以動態(tài)發(fā)展的態(tài)勢保持與社會發(fā)展的必然聯(lián)系和動態(tài)平衡。[12]

總之，兩年來，東北大學(xué)工程訓(xùn)練中心將實踐教學(xué)納入系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃，強調(diào)整體性原則前提下，采用系統(tǒng)思維的方式，轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，改進教學(xué)手段，詳細審定了每個教學(xué)環(huán)節(jié)，對學(xué)生進行了系統(tǒng)培養(yǎng)指導(dǎo)，營造以突出開放性、綜合性、設(shè)計性、研究性、創(chuàng)新性為特點的實踐教學(xué)環(huán)境。實踐證明，近兩年學(xué)生綜合成績優(yōu)秀率比往屆學(xué)生成績有了明顯提高，學(xué)習(xí)熱情高漲，思維活躍，參加科技創(chuàng)新和機械技能賽事更加踴躍。充分體現(xiàn)了系統(tǒng)科學(xué)的強大指導(dǎo)作用。在今后的工作中，還將在教師培養(yǎng)，設(shè)備采購與配置及教材編寫方面更深入使用系統(tǒng)論來指導(dǎo)實踐教學(xué)工作。

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