基于情境认知的航空制造生产实习模式探究

2024-05-29孟庆实赵昌葆王朔

高教学刊 2024年15期

孟庆实赵昌葆王朔

摘要：生产实习是工科实践能力和创新能力培养的关键环节。分析目前生产实习中存在的问题，以航空钣金制造为例，提出基于情境认知的航空制造生产实习模式，包括完整反映航空制造过程的全景式真实情境，多层次、多角度的开放式实践任务，面向问题的高效互动工作群体以及基于问题解决过程的成绩评价四个部分。通过工程问题解决实现场景、任务、人员和过程紧密集成的生产实习模式，促进工程知识的转化和迁移，提高工程实践能力的培养水平，为制造工程类专业人才的培养提供参考模式和应用实践。

关键词：航空制造；生产实习；情境认知；钣金制造；工程问题

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2024）15-0159-05

Abstract： Production practice is a key link in the cultivation of practical ability and innovative ability of engineering students. This paper analyzes the problems existing in the current production practice. Taking the aviation sheet metal manufacturing as an example， it puts forward the aviation manufacturing production practice mode based on situational cognition， including four parts： panoramic real situation that fully reflects the aviation manufacturing process， multi-level and multi-angle open practice tasks， efficient problem oriented interactive working groups， and performance evaluation based on the problem solving process. Through engineering problem solving， the production practice mode integrating scenes， tasks， personnel and processes is realized， which promotes the transformation and migration of engineering knowledge， improves the training level of engineering practice ability， and provides a reference mode and application practice for the training of manufacturing engineering professionals.

Keywords： aeronautical manufacturing; production practice; situational cognition; sheet metal manufacturing; engineering problems

提高工科教育水平、培養高素质的工程技术人才已经成为全社会的共识，也引起了国家的高度重视，不管是卓越工程师计划，还是新工科建设，都突出体现了上述目标[1-2]。目前，高校工科教学中最接近工程实际的是生产实习，生产实习是进入生产单位，了解产品特点、研发现状、制造环境、生产组织和车间运行等内容，从工程实际中发现问题并利用专业知识解决问题，提高观察能力、分析能力、动手能力和解决问题能力的实践学习过程[3-4]。生产实习不仅提供了一个专业知识综合应用的实践环境，也反映了共同愿景下任务分工、技术协调和团队合作的真实情境。这些都是学校课堂教学和实践教学无法再现的，充分利用生产实习机会，积极融入生产实践，着力提高学生的实践能力和创新能力，是工科学生培养的一个关键环节。

一生产实习的现状与对策

高校工科专业是培养高级工程技术人员的主力军，承担着为社会输送高层次工程技术人员的责任。然而，从二十世纪九十年代开始一大批企业面向市场经营转型，加之高校扩招后学生数量大幅增长，生产实习操作难度增大，企业出于安全与效率方面的考虑，在学生动手操作上更加谨慎。因此，很多时候学生只是在教师带领下按照既定路线流水式参观生产现场，或者在会议室翻看企业提供的技术资料。这样的实习活动大部分学生兴趣索然、漫不经心，极少主动探询技术问题或请教技术人员。在企业不计成本提供生产实习环境的前提下，实习团队无法给企业留下良好的印象，企业支持生产实习的热情降低在所难免[5-6]。

为了改变上述局面，高校应主动改变思路，努力挖掘自身潜力，积极探索生产实习的创新模式。首先，要让学生找到实践学习的切入点，前提是将众多单科的“零散”知识通过企业实践联系起来，构建全面反映产品整个研制生产过程的场景，使学生明白特定工程问题在产品开发中的“定位”，理解活动的逻辑和事件的因果，这样学生才容易将理论和实践结合起来，探索有实际价值的解决方案。其次，要使学生深度参与到生产实践中，而不是停留在浏览式地观察、肤浅地了解和简单地操作，要获得分析和解决实际工程问题的机会，并就明确的问题与企业技术人员进行深入交流和探讨，而不是聆听企业人员对生产过程的介绍。再次，要使学生获得独立思考的空间，通过对企业产品研制生产过程的了解，发现实践中存在的问题，尝试提出自己的解决方法。企业产品开发涉及到市场、设计、工艺、工装、质量、供应和生产组织等各个方面，引导学生从不同的角度观察和分析。因此，高校要积极主动、充分筹备，提前安排教师进厂调研，按照生产实际调整当年的实习内容，并与企业协调好场地和人员；教师要重视实践、勤学不辍，平时下功夫拓宽知识面，多了解生产实践和行业状况，经常交流、互相学习，强化工程实践能力[7-8]。

二工程实践与情境认知

工程问题的解决离不开具体的工程环境，以制造工程为例，工程环境包括产品对象、研制设施、生产条件、人员组成、技术水平、组织机构和管理体系等，任何产品开发和生产制造等活动，都是在上述诸多因素作用下完成的[9]。在特定的工程环境下，技术人员以某种身份承担团队分派的任务，通过与团队成员的交流和合作，借助各种资源解决具体的工程问题，在实践中不断学习和成长，随着能力的提升，以更重要的角色参与更具挑战性的工作。上述场景反映了在真实情境中的认知和学习的过程，即在真实情境中通过相互协作完成实际任务，同时提高解决问题的能力[10]。

生产实习提供了通过现场实践认知工程现象和学习专业知识的环境，与情境认知与学习的过程完全契合，将情境认知的理念用于生产实习，构建基于情境认知的生产实习模式，可以最大限度地利用生产实习单位的资源和环境，调动学生学习的积极性，强化学生解决工程问题的能力[11]。钣金制造是航空航天产品制造重要内容，也是飞行器制造专业生产实习的主要项目。本文以飞机主机制造企业的钣金分厂为例，阐述了飞行器制造专业基于情境认知的钣金制造生产实习模式。

三基于情境认知的生产实习

基于情境认知的生产实习模式包括情境构建、任务规划、群体互动以及反馈评价四个方面。学生在真实的实习情境中，与企业人员形成一个群体，在企业支持下完成真实任务，教师和企业对实习成绩进行评定，如图1所示。

（一）全景式的实习情境

飞机产品具有结构复杂、零部件数量众多、制造方法各异和对协调配合要求高等特点，钣金零件作为飞机结构的重要组成部分，其制造过程影响到气动性能、结构效率、使用寿命和生产成本等多个方面[12]。飞机钣金制造质量要求高、协调因素多、准备周期长且工作量大，再现飞机钣金制造的真实情境，必须从产品对象、制造方法、生产方式等方面进行考察，只有全面反映钣金制造的真实情境，才能确切理解具体生产环境下的制造活动、生产决策和管理方法。

以手打成形为例，大部分航空主机制造企业保留手打成形作业，原因在于飞机除了蒙皮、框、肋等大钣金，还有用于支撑、连接、协调的小钣金，使用橡皮锤、橡皮条和简易型胎手打制作操作简便、生产灵活；此外，手打成形人员也是钣金零件修整的主要力量。学生理解了这一背景，就不会产生认识偏差。可以通过观察手打成形操作过程直观地认识塑性变形的完整路径，分析变形路径对成形质量的影响，体验操作人员对材料收放的精准控制，感受融合了知识、经验和技能的新时代工匠精神。

钣金制造的真实情境是理解所有研制生产活动的依据，也是钣金制造生产实习中现场学习的出发点。理解钣金制造生产实习情境的角度、内容及范围见表1，由表1可知，全景式的钣金制造生产实习情境以钣金零件研制生产为主线将各种相关要素联系在一起，将具有意识、能动性和学习能力的人和各种事物、活动、技术、群体及文化结合在一起。

（二）开放式的实习任务

全景式的钣金制造生产实习情境提供了广阔的观察视界和学习空间，教师可以因势利导，尊重学生的开放性选择，规划不同的实习任务。与学校的课程实验及工程实训不同，进驻企业的生产实习，关键目标不是现场操作和技能训练，而是全面、完整地了解制造过程，发现存在的工程问题，尝试运用专业知识解决工程问题，培养实践能力和创新能力[13]。

钣金制造全景式的真实情境中包含的内容非常丰富，教师在特定的场景下要有所侧重，比如在车间现场主要观察制件的塑性变形，以及模具和设备的作用方式；在工艺段主要了解工艺方案的制定依据，以及工艺参数的确定方法；在工装段主要了解工装的结构形式，以及工装对成形过程的影响。同时，鼓励学生现场观察，发现工程实际中的各种问题，尤其是学校教学中未出现的解决方法，比如不同形状和数量的混合排样，成形和切削相结合制造钣金零件，板材多种下料方法的灵活运用，一胎多模的工装设计思路，成组零件的柔性成形等。可以因人而异安排开放式的实习任务，学生兴趣被激发的同时也开阔了思维，在具体工程背景下探索不同的解决方法，本身就是在实践中创新的过程。图2给出了钣金制造生产实习的开放式任务类型，可以满足学生各个层次的探索需求，学生根据兴趣和能力选择具体任务，在生产实习情境中尝试解决。

（三）高效互动的工作群体

钣金制造生产实习中，学生以新手身份存在于真实情境中，通过完成特定任务，了解专业背景和实践环境，获得实践知识和解决问题能力，增强专业素养，塑造工程师品格。学生与企业技术人员、操作人员由于面对共同任务而形成紧密联系的工作群体——小组，实习教师作为群体外围的辅助者。学生解决工程问题的过程中，通过与技术人员和操作人员之间的互动得到技术和资源方面的支持。钣金制造生产实习中的群体互动关系如图3所示。学生为了深度融入群体，必须主动接受企业文化，遵守安全、保密和紀律方面的行为规范，尊重每一个岗位，从而实现更好的互动，获得更广泛的支持[14]。

1 群体成员间的互动方式

面向开放式任务形成的群体中，学生作为任务的推动者和完成者，与技术人员、操作人员进行大量的互动；教师作为外围辅助者，起引导和助推作用，与企业员工之间的交流也必不可少。

学生与操作人员之间的互动：钣金制造生产实习中，解决工程问题的第一步是准确地理解问题，学生须通过与操作人员交流，搞清楚问题的背景和约束作为解决问题的前提条件。例如，分析钣金零件的成形缺陷需要了解缺陷形式和产生频率，以及设备状态、模具构型、成形条件和毛坯类型等信息。与操作人员的互动，不但可以了解问题产生的原因，而且可以获得实践操作知识，将抽象问题和具体情境联系起来，便于从中找到解决问题的线索。

学生与技术人员之间的互动：技术人员是企业的技术开发者，也是主要的技术协调者，对问题有深刻的理解。学生解决工程问题离不开实践经验，与技术人员交流探讨，可以不断积累经验知识。例如，在分析钣金零件成形缺陷原因时，技术人员了解凸凹模尺寸、加载情况、毛坯形态和摩擦状态等因素对材料流动的影响，能提供有价值的意见。技术人员的支持具有关键作用，他们可以审查学生制定的方案并评判其实施效果，使学生能够借助于正确实用的方法解决问题。

教师与企业员工之间的互动：新的生产实习模式下，实习教师必须转换角色，为了实现学校教学与工程实践的紧密结合，营造学校和企业之间良好的合作氛围，实习教师除了向企业人员虚心学习外，还要主动与企业进行技术交流，分享最新的专业知识和研究成果，积极参与、解决企业的技术难题，回馈企业付出的同时深化学校和企业之间的合作关系。

2 互动过程中的知识转化

生产实习的真实情境下，学生通过现场观察和体验，可以获得许多碎片式的工程知识，例如钣金零件的手打成形操作、装配定位的手工调整、热处理状态的目视确认、材料组织的声音识别和制件缺陷的直觉判断等，这种继承于前人或来源于实践，获得成功应用但没有明确表述的知识，称为隐性知识。学生获得隐性知识后，要运用专业知识分析现象背后的原因，并与企业人员交流探讨，得到可以具体指导实践的显式知识[15]。

工程实践中广泛运用到各类经验知识，它们以隐性知识或显性知识（例如参数的经验取值、结构的设计要领、工序的操作要求）的形式存在。经验知识是企业实践过程中积累的财富，学生接触到经验知识时，要尝试发掘其中蕴含的理论和原则，在技术人员和实习教师的帮助下进行归纳和验证，尽可能形成具有明确应用条件的理论知识。

将隐性知识转化为显性知识，或使经验知识上升为理论知识，都是对工程现象或规律更进一步的认识，都是学生深入理解工程问题、探索工程实践的过程。个人将实习情境中获得或转化的各类工程知识共享到群体中，既可以使之得到充分检验，又有助于群体任务的推进，增强群体的聚合力，从而促进群体成员之间更积极的交流互动。

（四）基于过程的成绩评价

在真实的实习情境下，存在多种类型和难度不同的实习任务，无法采用统一标准和最终结果进行评价，需要实习教师全面掌握学生实习的过程和动态。真实情境中生产实习成绩评价侧重以下几个方面。

1）独立思考：生产实习过程中，要充分利用企业产品研制生产的真实情境，积极引导学生认真观察、用心体会和深入分析，摆脱先验知识的束缚，发现实践中存在的问题，问题本身就是实践过程改进的方向。为了培养学生独立思考的习惯和敏锐的洞察力，发现问题作为成绩评价的重要组成部分。

2）工程思维：实际问题往往具有许多约束，除了技术外还要考虑成本、周期、安全和环保等。学生解决工程问题时，要与企业人员积极交流，全面了解企业的实践活动，在折衷权衡的基础上得出解决办法，锻炼工程问题解决能力。为了培养学生的工程思维和工程视野，将调查、交流、分析及决策等过程纳入成绩评价[16]。

3）小组协作：大部分工程问题涉及面比较广，分解后各子问题相互耦合，为了达到总体目标，小组内成员需要协商一致，部分成员需要作出调整和让步。为了培养学生的团体意识和协作精神，成绩评价应包含对团队价值的认可和群体合作中的行为。

四实施方法和效果

飞行器制造专业大四年级2个班学生在某飞机主机制造企业钣金厂实习3周时间，本专业在保持“面向工程、注重实践”传统的基础上，持续改进教学过程，探索真实情境下的生产实习模式，已经完成了六届学生的生产实习。按照钣金厂的产品类型、任务饱和度和员工数量组成若干个实习小组，每个小组包括几名技术人员和操作人员，考虑学生意愿的前提下大体平均分配至各小组，在企业人员的帮助下完成实习任务。实习教师分派到指定的小组，负责该组的现场引导、过程跟踪和日常管理。不同的实习任务所需的时间不尽相同，实行弹性时限，进驻企业的实习周期结束后，未完成的工作允许返校后继续，甚至在实习任务基础上进一步扩展深挖，完成毕业设计。最终的成绩由各组的企业负责人和实习教师共同评定。

实践证明，基于情境认知的生产实习模式可以激发学生的专业实践热情，开阔学生的专业视野，培养学生对工程实践的洞察力，提高解决工程问题的能力。毕业生选择在本专业就业的比例平稳增长，后续观察和用人单位反馈表明，学生入职后短时间内就能融入团队，并较快地承担起重要的专业工作。

五结束语

基于情境认知的航空制造生产实习模式，构建了航空零件生产制造的全景，为学生提供了发现、分析和解决工程问题的真实背景，学生在此情境中开放式地选择工程问题作为实习任务，与企业的技术人员和操作人员形成密切互动的群体，在企业和教师的引导和帮助下完成任务，在获得经验知识的同时锻炼了解决实际问题的能力。飞行器制造专业的生产实习实践，说明了该模式能够有效地激发学生的学习积极性和专业热情，培养实践能力和创新能力，达到新工科背景下创新型高级工程技术人才的培养要求。

参考文献：

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