學生的能力結構與

第八講學生的能力結構與

機械工程教育知識體系吳昌林18.1科學、技術、工程與能力培養(yǎng)科學、技術與工程科學、技術、工程是三種不同的社會活動。

內容和性質不同：科學活動是以發(fā)現(xiàn)為核心的活動；技術是以發(fā)明為核心的活動；工程則是以建造為核心的活動。

成果有不同的性質和類型：科學活動成果的主要形式是科學理論，它是全人類的共同財富，是“公有的知識”；技術活動成果的主要形式是發(fā)明、專利、技術訣竅（當然也可能是技術文獻和論文），它往往在一定時間內是“私有的知識”，是有“產權”的知識；工程活動成果的主要形式是物質產品、物質設施，一般來說，它是直接的物質財富本身。

主體或主角不同：科學活動的主角是科學家；技術活動的主角是發(fā)明家；工程活動的主角是工程師、企業(yè)家和工人。28.1科學、技術、工程與能力培養(yǎng)科學、技術與工程科學、技術、工程是三種不同的社會活動。

不同的任務、對象和思維方式。科學活動的任務是研究和發(fā)現(xiàn)帶有普遍意義的“一般規(guī)律”，技術活動的任務是發(fā)明帶有普遍性和可重復性的“特殊方法”，任何科學規(guī)律和技術方法都必須具有“可重復性”，而不能是一次性的；工程活動就不是這樣，任何工程項目（請注意，這里說的是“工程項目”，而不是“工程科學”或“工程技術”）都是一次性的、個體性的。

這三種活動在制度安排和評價標準、社會生活中的地位和作用等方面也存在明顯區(qū)別。

強調科學、技術、工程有本質區(qū)別，絕不意味著否定它們之間存在密切聯(lián)系，相反，這是認識和把握三者轉化關系的邏輯前提。

科學與技術不是一回事。把科學與技術混為一談是不明智的，甚至在某種程度上會造成巨大的損失。38.1科學、技術、工程與能力培養(yǎng)科學、技術與工程

一個只有知識體系沒有技術經驗的人能設計出可靠的產品嗎？如神舟飛船，科學早在20世紀60年代就已證明它的可行性了，為什么時隔多年才飛上天？就是因為技術沒跟上。

從對社會的觀察中可以注意到，人們已經開始注意科學與技術的區(qū)別。如在人才招聘會上你會看到，很多公司打出了高薪聘請高級技術工人的牌子，提供的報酬甚至超過博士的一般薪資水平。

在工程實踐中，不區(qū)分科學與技術是十分有害的。以軟件行業(yè)為例，不少人知道印度的軟件業(yè)發(fā)展得很好，軟件出口量遠遠超過中國。在印度，高中學歷者是軟件開發(fā)的主力軍，或稱之為“軟件藍領”；若接觸到他們的程序代碼，可以看到其具有驚人的一致性。軟件開發(fā)是有章可循的，屬于技術的范疇。48.1科學、技術、工程與能力培養(yǎng)工程教育的核心是能力的培養(yǎng)

質量標準覆蓋教育的投入、過程、產出三個方面。近年來質量標準越來越注重學習產出，基于產出（outcomebased）的評價已被國際教育評估界普遍接受為保證質量的標準。之所以如此，是因為其體現(xiàn)了工程界對人才需求的價值取向。

世界范圍內知名度最高的國際本科工程教育認證協(xié)議——華盛頓協(xié)議的簽約成員的專業(yè)教育認證標準中均采用“能力導向”（capabilityoriented）的基本原則，即將接受教育人員的素質和潛在技能表現(xiàn)作為衡量教學成果的評價依據(jù)，并以促進其持續(xù)改進作為認證的最終目標。

其認證的工程專業(yè)教育的畢業(yè)生應具有的能力，作了如下的描述：在對系統(tǒng)、工藝和機器進行設計、操作和改進過程中，能夠應用數(shù)學、科學和工程技術的知識，發(fā)現(xiàn)并解決復雜的工程問題，了解并解決環(huán)境、經濟和社會中與工程相關的問題；具有進行有效向通的能力；能夠接受終身學習并促進職業(yè)發(fā)展；遵守工程職業(yè)道德準則；能在當今社會發(fā)揮作用。58.1科學、技術、工程與能力培養(yǎng)以學生為中心：我知情、我參與

把教育、人才培養(yǎng)比喻為產品的生產，人（教師）是產品的制造者，人（學生）又是產品本身。因而，在人才產品這種特殊的生產過程中，人（特別是學生）的知情權和參與度就顯得十分重要了。

“華盛頓協(xié)議”簽約成員國對于學習與教育目標的制定與公開十分重視，規(guī)定必須合理制定學習與教育目標，在校內外廣泛公開宣傳，使專業(yè)內的所有教師和學生都有所了解。

在教學活動中，教師的主導作用是必需的，但又不僅僅是教師單方面的“傳道、授業(yè)、解惑”，更應該強調學生是學習過程的主體，教學活動應以學生為主體，學生的主動參與程度將決定學習效果的好壞。

當今，大學生的自我意識、自主意識漸漸高漲，特別在學生社會活動中有很好的體現(xiàn)。遺憾的是，在學校的中心任務教學活動中，學校對知情權的強調以及學生主動參與的激情體現(xiàn)得還很不夠。68.2學生能力結構

應具備的認識（1）社會責任感和對職業(yè)道德的認識

機械專業(yè)為機械工業(yè)培養(yǎng)和輸送高素質專門人才的專業(yè)，所培養(yǎng)的學生必須具有強烈的社會責任感和歷史使命感，要有為推進國家機械科學技術進步獻身的精神和研發(fā)國家經濟建設所需機電裝備而不懈追求的決心。高尚的職業(yè)道德是機械工程技術從業(yè)人員必備的。（2）對現(xiàn)代社會問題的認識，進而對機械工程之于世界和社會的影晌的認識20世紀機械工程的成就改變了人類的生產和生活方式：各種載運工具（特別是飛機、汽車、航天飛機、宇宙飛船等）的成功使地球上點與點之間的運動時空大幅縮短；電影機、電視機、DVD等的出現(xiàn)使人類的日常生活變得豐富多彩；于機、掌上計算機的出現(xiàn)和普及使人們的通信、聯(lián)系更加迅捷；78.2學生能力結構

應具備的認識（2）對現(xiàn)代社會問題的認識，進而對機械工程之于世界和社會的影晌的認識

數(shù)控機床、加工中心的出現(xiàn)和發(fā)展把人類的機械制造技術提升到一個新的水平；原子、量子理論把機械工程的研究引進微觀世界，促使微、納米技術和微機電系統(tǒng)（MEMS）的研究成為機械工程領域的熱點。應具備的能力

（1）對數(shù)學、自然科學和機械工程科學知識的應用能力1）力學系列知識：理論力學、材料力學、流體力學、熱力學等。2）設計系列知識：工程圖學、工程材料、機械原理、機械設計3）機械制造知識：制造技術基礎、先進制造技術等。4）機電傳動與測控系列知識：電工學、電子學、控制理論、機電測控、計算機及其應用。88.2學生能力結構

應具備的能力

（2）制訂實驗方案、進行實驗、分析和解釋數(shù)據(jù)的能力

實驗是機械工程教育的必要環(huán)節(jié)，也是培養(yǎng)學生工程實踐能力和創(chuàng)新意識的基礎平臺。學生應能根據(jù)所學的理論知識，結合相關的實驗教學大綱、實驗教學指導書和實驗設備制訂實驗方案進行實驗。

實驗過程中仔細觀察實驗現(xiàn)象，分析實驗中的相關問題并能提出解決問題的方案、處理問題的措施。實驗數(shù)據(jù)是實驗結果的真實記錄，是實驗過程中內在規(guī)律的外部表現(xiàn)。學生應能通過分析所獲得的數(shù)據(jù)，判斷數(shù)據(jù)的正確、可靠性；對奇異數(shù)據(jù)，經分析能夠給出科學合理的解釋。（3）設計機械系統(tǒng)、部件和過程的能力

通過系統(tǒng)的學習和訓練，學生能應用所學的知識、根據(jù)設計要求設計一個完整的機械系統(tǒng)。設計過程中，要處理好能量的傳遞、轉換，信息的采集、變換與傳輸，結構的優(yōu)化、匹配，零部件制造、裝配和維修，產品的市場賣點和競爭力等問題。98.2學生能力結構

應具備的能力（3）設計機械系統(tǒng)、部件和過程的能力

或者能夠設計一個完整的機械部件，要求能正確設計部件的每一個零件（包括材料的選擇、結構設計、強度校核、剛度驗算和相關的工藝內容設計），合理選擇標準件。

學生還應具有機械制造過程的設計能力，例如編制機械系統(tǒng)或部件的制造工藝、裝配工藝、維修工藝、加工或管理軟件等。（4）對機械工程問題進行系統(tǒng)表達、建立模型、分析求解和論證的能力

首先應能用機械工程的語言機械工程圖準確表達自己的設計理念；

其次是能應用力學、機械學和工程材料相關知識表達機械設計方案中的結構強度、運動學和動力學等問題；

再次，應能應用電工、電子、計算機、信息和控制等方面知識表達機電傳動、測控的相關問題。108.2學生能力結構

應具備的能力（4）對機械工程問題進行系統(tǒng)表達、建立模型、分析求解和論證的能力

總之，應能將實際的機械工程原型抽象為對應的物理模型和數(shù)學模型，通過計算機仿真求解，論證機械設計方案的合理性、結構強度的可靠性等。（5）在機械工程實踐中初步掌握并使用各種技術、技能和現(xiàn)代化工程工具的能力

能初步掌握機械制造過程中的各種主要加工設備，如數(shù)控機床、加工中心等；

能應用機械設計制造相關的計算機軟、硬件能力，例如能熟練應用CAD、CAM、CAPP、CAE等常用的計算機軟件；

能正確使用機械零部件加工精度與制造質量的監(jiān)測與檢測儀器設備等。118.2學生能力結構

應具備的能力（6）在多學科團隊中發(fā)揮作用的能力和較強的人際交流能力

機械系統(tǒng)或機電產品往往是多學科、多技術交叉融合的產物。一個現(xiàn)代機械系統(tǒng)的設計與制造，必須由多學科專業(yè)的技術人才齊心協(xié)力、共同合作才能完成。機械工程專業(yè)畢業(yè)的技術人才要想在團隊中發(fā)揮自己的技術特長，必須善于同合作共事的人員溝通思想、交流體會，雙方相互取長補短、幫助和促進，才能確保任務的順利完成。

人際交流能力是人應具有的一種重要能力，是一個人的核心競爭力之一。能夠清晰地表達自己的意愿、準確地理解對方的思想和情感、及時地采取恰如其分的應對措施，是社會活動成功的關鍵。

溝通有兩種方式：一是情感溝通，修煉意識；二是藝術溝通，培養(yǎng)技巧。溝通能力與親和力和表達力緊密相關。

對于情感向通，誠信是前提和基礎，寬容和理解是橋梁；128.2學生能力結構

應具備的能力（6）在多學科團隊中發(fā)揮作用的能力和較強的人際交流能力

對于藝術向通，技巧是關鍵，針對具體的人物、事情或環(huán)境，準確地掌握相關背景，靈活地采取相應的溝通方式，才可能獲得良好的效果。溝通能力主要體現(xiàn)在以下三個方面：1）能有效地以書面形式交流思想感情。2）在正式場合和非正式場合都能借助于恰如其分的肢體語言，有效地口頭表達自己的意愿和思想感情。3）能準確地理解他人的感受和所表述的內容，并且能切題地發(fā)表自己的見解或提出建設性的意見。（7）終身教育意識和繼續(xù)學習的能力

械工程技術的不斷進步，使得機械工程學科面臨的問題往往涉及多學科的交叉與融合，并且這些問題還在隨著相關學科的發(fā)展和相關技術的涌現(xiàn)而不斷發(fā)生變化，因此機械工程專業(yè)的科技人員必須不斷學習。

138.2學生能力結構

應具備的能力（7）終身教育意識和繼續(xù)學習的能力

終身學習的能力有藏于寬厚的理論知識基礎和很強的自學能力。在校學習期間，應刻苦鉆研基礎理論，牢固掌握基礎知識，為今后的發(fā)展構筑寬厚的基礎平臺；通過創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，不斷激勵自己的求知欲望和學習興趣，培養(yǎng)自學能力，以便畢業(yè)后利用各種有利條件，根據(jù)所從事的工作不斷汲取知識、提高能力，更好地達到完善自我和適應社會的目的。

終身學習已成為個人適應當代社會生活的必要條件。終身學習無論對個人、組織或社會，均是必要的。終身學習不能理解為每天不間斷學習，而是：①具備終身學習的思想意識；②延續(xù)到每個人一生的整個過程；③不斷汲取新知識、掌握新技術的思想追求，具備與時俱進的學習能力；④增加主動學習的興趣，增強渴求知識的欲望；⑤要學會學習，掌握正確自學方法。

148.3機械工程教育知識體系

知識體系的結構機械工程學科的本科生教育知識體系，簡稱MEEK（mechanicalengineeringeducationknowledge）。機械工程教育知識體系劃分成四個層次：知識領域（knowledgearea）、子知識領域（subknowledgearea）、知識單元（unit）和知識點（topic）。一個知識領域可以分解為若干個子知識領域，一個子知識領域又可以分為若干個知識單元，一個知識單元又包含若干個知識點。

知識體系的最高層是知識領域，它代表了特定的學科子域，通常被認為是本科生應該了解的機械工程知識體系的一個重要部分。知識領域是用于組織、分類和描述軟件工程知識體系的高級結構元素。

知識體系的第二層是子知識領域，表示知識領域中獨立的主題模塊。知識體系的第三層是知識單元，表示子知識領域中獨立的主題模塊。知識體系的最底層是知識點。158.3機械工程教育知識體系

知識體系的結構（1）核心知識單元

核心知識單元定義為最小集合，因此它們并不構成一個完整的本科生課程計劃。除了核心知識單元以外，每一個本科生教學計劃還應包含軟件工程知識體系內部和外部的一些選修知識單元。

核心知識單元并不限于本科生課程前期的一些初級課程。盡管許多所謂核心知識單元確實是介紹性的，但是也有一些核心知識單元明確要求學生必須具備此知識領域的主要背景知識。

例如，項目管理、需求獲取和高層抽象建模等工作所需的知識和經驗是一些低年級學生所不具備的。（2）知識單元的時間單位

采用我國傳統(tǒng)的學時數(shù)來標識某一特定知識單元所需的時間量，1學時相當于以傳統(tǒng)形式授課所用的實際上課時間。1）1學時是指45分鐘。168.3機械工程教育知識體系

知識體系的結構（2）知識單元的時間單位2）除了傳統(tǒng)的面授形式外，還存在其他行之有效的授課形式。在有些授課形式中，學時的概念可能難以使用。盡管如此，本教程采用的時間規(guī)格至少可以看做是一個可比較的度量標準。例如，一個5學時的知識單元所花費的教學時間大致是1學時知識單元的5倍，這與授課形式元關。3）為每個知識單元分配的學時數(shù)僅指講課的時間，不包括教師的備課時間或學生課外所花的時間。4）一個知識單元所列的學時數(shù)表示使一個學生達到該知識單元學習目標所需的最少講課學時。在實施時，一個知識單元可以花費更多的講課學時。（3）課程的學時數(shù)

我國的高等教育基本上都采用學期制，一門課程在一個學期內以每周相同的學時數(shù)進行講解。178.3機械工程教育知識體系

專業(yè)教育組成

教學計劃對各組成部分都應給予相應的重視和保證充分的時間，符合專業(yè)的教育目標。

教學計劃必須使學生能為工程實踐作好準備，其畢業(yè)設計及論文應能綜合運用所學到的知識和技能，結合使用工程標準、考慮各種實際制約因素。（1）專業(yè)教育知識體系1）數(shù)學類和自然科學類

二者總計最少為450學時，其中每類不少于200學時。

數(shù)學類包括線性代數(shù)、微積分、微分方程、概率和數(shù)理統(tǒng)計、計算方法等不同課程。

自然科學類的科目包括物理和化學，也可包括生命科學基礎等。2）工程科學類、工程設計與實踐類

三者總計最少1000學時，其中每類應不少于350學時。188.3機械工程教育知識體系

專業(yè)教育組成2）工程科學類、工程設計與實踐類

工程科學類的科目以數(shù)學和基礎科學為基礎，但是它本身則更多地傳授創(chuàng)造性應用方面的知識。一般應包括數(shù)學或數(shù)值技術、模擬、仿真和試驗方法的應用，側重于發(fā)現(xiàn)并解決實際的工程問題。

這些科目包括理論力學、材料力學、流體力學、傳熱學、熱力學、電工電子學、控制理論和材料科學基礎及其他相關學科的科目。

工程設計與實踐類綜合了數(shù)學、基礎科學、工程科學、零部件與系統(tǒng)，以及滿足特殊需要的加工工藝等方面的專業(yè)課程，主要包括機械設計基礎、機械制造基礎、機電控制、工程測試及信息處理等相關科目與實踐性教學環(huán)節(jié)。

工程設計與實踐是一種具有創(chuàng)造性、重復性并通常無止境的過程，它要受到標準或法律的約束，并不同程度取決于規(guī)范。

198.3機械工程教育知識體系

專業(yè)教育組成3）人文和社會科學類

人文和社會科學類不少于400學時，可用于學習哲學、政治經濟學、法律、社會學、環(huán)境、歷史、文學藝術、人類學、外語、管理學、工程經濟學和情報交流等方面的知識。（2）學科類別專業(yè)教育組成舉例1）數(shù)學類和自然科學類

數(shù)學類（296學時）：

微積分(176學時）；線性代數(shù)（40學時）；復變與積分（40學時）；概率與數(shù)理統(tǒng)計(40學時）

自然科學類(180學時）：

大學物理（56學時）；物理實驗1（32學時）；物理實驗2（24學時）；工程化學（40學時）。

208.3機械工程教育知識體系

專業(yè)教育組成2）工程科學類、工程設計與實踐類工程科學類（404學時）：

材料力學（56學時）；理論力學（60學時）；力學實驗（16學時）；流體力學（32學時）；傳熱學（32學時）；熱力學（32學時）；電路理論（40學時）；模擬電子技術（40學時）；數(shù)字電子技術（32學時）；工程控制基礎（40學時）；工程材料學（32學時）工程設計與實踐類（640學時）：

工程制圖(104學時）；機械設計（56學時hCAD技術（40學時）；三維機械構形設計（32學時）；計算機圖形學（32學時）；機械原理（56學時）；互換性測量技術基礎（40學時）；機械制造技術基礎（40學時）；機械制造技術基礎2(40學時）；機電傳動控制（64學時）；工程測試技術（40學時）；數(shù)控技術（48學時）；液壓與氣壓傳動（48學時）

218.3機械工程教育知識體系

專業(yè)教育組成3）人文和社會科學人文與社會科學（505學時）：

毛澤東思想概論（36學時）；鄧小平理論（70學時）；馬列主義政治經濟學原理（36學時）；馬列主義哲學原理（54學時）；思想道德修養(yǎng)（51學時）；法律基礎（34學時）；英語（224學時）。

機械工程教育知識領域機械工程教育知識體系包含：機械設計原理與方法（principleandmethodofmechanicaldesign);機械制造工程原理與技術（mechanicalmanufacturingengineeringprincipleandtechnology);計算機輔助技術（computerapplicationtechnology);機械系統(tǒng)中的傳動和控制（transmissionandcontrolinmechanicalengineering);熱流體（heatandfluid）

228.3機械工程教育知識體系

機械工程教育知識領域

（1）機械設計原理與方法知識領域

械設計的最終目的：為市場提供優(yōu)質高效、價廉物美的機械產品，在市場競爭中取得優(yōu)勢，贏得用戶，取得良好經濟效益。

沒有高質量的設計，就不可能有高質量的產品；沒有其經濟觀念的設計者，絕不可能設計出性能價格比高的產品。

因此，在機械產品設計中，特別強調和重視從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，合理地確定系統(tǒng)的功能；重視機電技術的有機結合，注意新技術、新工藝及新材料等的采用。此外，要努力提高產品的可靠性、經濟性及保證安全性?；疽螅?）了解機械設計的目的、意義、基本要求和一般過程，能根據(jù)科技進步與市場需求進行設計，以滿足產品的社會競爭力。2）了解設計規(guī)范，具有運用標準、規(guī)范、于冊、圖冊及網絡信息等技術資料的能力。238.3機械工程教育知識體系

機械工程教育知識領域基本要求：3）掌握用計算機、儀器和徒手繪圖的方法，具有閱讀工程圖樣、進行形體設計和表達工程設計思想的能力。4）掌握機械設計與分析的基本理論、基本知識和基本技能，具有初步擬訂機構及其系統(tǒng)運動方案、分析和設計機構的能力。5）掌握機械零部件設計的基本理論、基本知識、基本技能，具有初步設計機械傳動裝置和簡單機械的能力。6）掌握工程材料的基本特性和應用范圍，能合理選用材料。7）掌握互換性基本理論，能進行零部件的精度設計。8）掌握力學基本理論與方法，并能用其處理機械工程實際問題。9）初步掌握基本的機械實驗技術，具有制訂實驗方案、進行實驗、分析和解釋數(shù)據(jù)的能力。10）了解機電系統(tǒng)總體設計的全過程及各部分設計協(xié)作的重要性及其方法。248.3機械工程教育知識體系

機械工程教育知識領域知識單元：

機械設計原理與方法知識領域的子知識領域：

機械制圖重點培養(yǎng)學生對機械零部件結構構思和表達能力；

理論力學、