工业4.0和现代工科基础教育

袁晓明+于凤龙+侯振兴+沈明辉+俞滨

摘要：工業的发展离不开教育，近些年工业4.0越来越多地被人们提及，工业4.0包含着人们对未来工业发展的希望，而是其实现过程中重要的一环。本文阐述了工业4.0和现代工科基础教育两个方面的含义，并分析了两者的联系以及工业4.0的实现对现代工科教育所提出的要求。

关键词：工业4.0；现代；工科；基础教育

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）27-0046-02

一、什么是工业4.0

德国政府在《德国2020高技术战略》计划中所提出的十大未来项目之一——工业4.0——由德国联邦教育局及研究部等众多经济技术部门联合资助。该项目以加深制造业和智能化的结合程度，提高工业市场的适应性、资源利用效率，更加合理地利用商业伙伴及客户资源为宗旨。其中网络实体系统及物联网技术便是保障这一项目实施的技术基础。

二、为什么要进行工业4.0

在现代网络飞速发展的社会，比特存在于任何一个实体产品，每个实体产品都有属于自己的条形码。因此，任何一项想要拥有盈利能力的产品都离不开比特，未来的人类社会必将向智能方向发展。例如人与机器的信息交流，机器与机器的信息交流。产品的智能化必将越来越普及，它是制造业的未来，也是人类的未来。图1便是不远的将来的智能城市。

工业4.0是通过技术转型而完成的一场深刻的产业变革。这也是我们国家当前极其需要的。在工业4.0中提及的智能制造是从产品的制造到产品失效进行全方面的监管，时时刻刻监督产品的“健康状态”。它可以用计算机辅助进行建模仿真和动态运行仿真，提前发现结构或者制造之中存在的问题，使技术人员可以提前预防。通过信息通信技术的运营，将产品的设计过程和制造过程进行优化，大幅度减少资源和能源的浪费，为中国的可持续发展保驾护航。

三、工业4.0所带来的机遇与挑战

毋庸置疑，德国是一个工业超级大国。而我国虽然已经完成了很多瞩目的成就，如量子卫星的成功发射。但距离德国这种工业大国仍具有一定的差距。目前中国和德国已经携手进入工业4.0的新时代，将数字化融入工业生产之中。这场合作，一定会为中德两国带来新的发展机遇，并且能拉近中国与其他工业超级大国之间的差距。双方共同认为，两国政府应提供政策支持来帮助企业进行组织结构和工作方式的在工业4.0中的变革。既然有机遇，挑战也会如影随形，关注之一就是对于数据及客户隐私的保密保护工作。如今网络安全问题日益严重，因此这也是工业4.0的焦点。再就是前面提到的人机间地信息沟通，机器人和人工作在一起，不仅要机器人了解人的语言，甚至还可以解读人的肢体语言，提高工作效率如图2。对于现状说，还需要相当长的时间才能够做到这一点。

四、现代工科基础教育

一个国家科学技术的创新突破离不开工科基础教育。它是培养未来工程师最基础的渠道也是最重要的渠道，能否培养高质量人才，为中国的发展做出新的重要贡献，便成为中国高等工程教育责无旁贷的使命。而随着工业4.0的兴起，能否将这一全新的工业革命深入普及到对现代工科基础教育，这对工程实践和工程教育改革具有重要的指导意义。如何用这一新潮思想来整合与改革现有工程教育理念、模式、内容和方法，树立当代工程观，构建新的工程师培养体系，加强工科大学生创新素质和实践能力的培养已成为现代工程基础的新焦点。

五、教育的新起点

教育按教授的内容分为理科和文科教育，理科教育主要是通过动手实践来对客观世界做出影响。而文科教育则是通过对学生进行思想上的引导，建立一种内在的思维能力，改造人类的精神世界。在这个物质第一性，精神第二性，物质决定精神的世界，人们想要从根本上改变世界的话，就要把改变客观物质世界作为首要任务，而改变客观物质世界的方法是理工科教育。工科的教育重在基础，工科教育就像盖楼房一样，基础是地基，要是地基没打牢固，楼房肯定不会安全，跟不可能盖得很高，这就要求我们重视现代工科基础教育。工业4.0是一个以智能化的工业时代，这还要求我们在工科基础教育中要与时俱进，不能机械地去传授自然科学文化知识，还要将先进的科学技术创新性的运用，注重基础教育中各学科的结合创新。

我国的工科、工程教育较西方国家来说，起步较晚，但从林则徐睁眼看世界和兴办于洋务运动的各式学堂之后，我国的工科教育水平得到了很大的提高，教育的发展也培养了一批高素质工科人才。为了国家长远的工业发展，我们的工科基础教育要跟随时代进行不断地调整。只有适应时代的需要才能推动工业向未来的工业4.0不断迈进。

六、现代工科教育在4.0的道路上可以走多远

工业4.0要求工科基础教育理论与实践紧密结合。为提高工科基础教育中对学生的实践能力的培养，首先，要明确实践能力的正确内涵，实践能力不但包含了学生的动手操作能力，还包括其他各种能力，如交往能力、组织能力、管理能力、表达能力。在工科基础教育中实践能力的提升就是为了让学生对未来可能遇见的工程应用问题提前适应，工业4.0的实现需要的是有多方面才能的工程师，而不是操作技术娴熟的操作工，作为工业4.0时代中的工程师，要能将各领域内的知识技术善加利用，加以整合。其次，工业4.0时代对工科基础教育还要求其在教学过程中注意培养学生的创新性思维和创新能力，现代的中国的工程技术人员的数量已经达到了一定的水平，但是整个队伍的创新能力不足，不足以推动社会向工业4.0时代迈进。在工科基础教育阶段，学生的思维是最为活跃的，学生缺少的是正确的引导，应努力引导学生建立创新性思维，逐步提高自己的创新能力。工业4.0时代是一个智能化水平高的工业生产模式，在这种模式中，创新能力如果跟不上，则整个模式的发展就不会走得长远。

七、结束语

工业4.0时代是我们对未来的一种期望，也是时代发展的必然。正是有了这份期望，我们才会重新审视现在的社会，重新调整工科基础教育中的各个环节，这样才能在工业模式中平衡好时代发展的需求。让教育更加紧密地贴近时代，实现教育与发展的相互促进，最终推动社会向更好的方向迈进。实践和创新只是工业4.0向工科基础教育提出的两个迫切要求，我们要在发展的同时一边探索工业4.0时代和现代工科基础教育之间的关系，这样我们才能更好更快地进入工业4.0时代。

参考文献：

[1]杨登秀.工科大学生实践能力培养研究[D].重庆大学，2007.

[2]陈国松.我国重点大学本科工程教育实践教学改革研究[D].华中科技大学，2012.

Abstract：Industrial development cannot leave the education. Recently，industry 4.0 has been raised by many people，which represents the hope for the future industrial development. The engineering foundation education takes an important part in engineering foundation education's achievement .This article explains the definition of industry 4.0 and modern industrial engineering education，and analyzes the association between them. To achieve industry 4.0，the industrial requirements proposed by modern engineering education are also analyzed.

Key words：Industry 4.0；modern；engineering；foundation education