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智能制造背景下学生科学素质的养成

发布时间:2019-10-28 16:45所属平台:学报论文发表浏览:

摘要:智能制造时代对科技人员的知识结构、学习能力及创新意识提出了更高的要求。学生科学素质应从培养乐学精神、构建科学合理的知识结构及创新能力培养几方面阐述培养学生科学素质的途径与模式,为高素质的科技人才培养提供参考。 关键词:智能制造;乐学精

  摘要:智能制造时代对科技人员的知识结构、学习能力及创新意识提出了更高的要求。学生科学素质应从培养“乐学”精神、构建科学合理的知识结构及创新能力培养几方面阐述培养学生科学素质的途径与模式,为高素质的科技人才培养提供参考。

  关键词:智能制造;乐学精神;知识结构;创新教育

长江师范学院学报

  研究开发模拟与拓展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的科学技术称为人工智能(artificialintelligence,AI)。计算机是用来研究人工智能的主要物质基础,也是实现人工智能技术的平台。除了计算机科学,人工智能理论还涉及信息论、控制论、自动化、仿生学、生物学、心理学、数理逻辑、语言学、医学和哲学等多门学科。

  人工智能学科主要的研究内容包括知识表示、自动推理和搜索方法、机器学习和知识获取、知识处理系统、自然语言理解、计算机视觉、智能机器人、自动程序设计等方面。人工智能研究的终极目标是使机器能够胜任一些通常需要人类智能才能完成的复杂工作[1]。

  1概述

  随着德国工业4.0概念的提出,新一代人工智能技术的研发与应用已在全球各国蓬勃兴起。目前,人与人的互联已是常态,将来随着算法、大数据、智能芯片等关键技术的突破,人与物以及人与服务的连接将形成“物物互联”的崭新局面。

  现如今“网红”机器人成为讲解员、快递员、手术医师,家居智能化已令人刮目相看,智能汽车的发展突飞猛进,人工智能正在快速地开拓更多的应用领域,将融入千家万户的日常生活。曾经是科幻专有名词的人工智能,正在从“好看、好玩”变成“能用、好用”。作为人工智能领域的重要分支,智能制造(intelligentmanufacturing,IM)是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统。

  智能制造系统中的机器设备能进行智能活动,包括对制造过程进行分析、推理、判断、构思和决策等,智能制造已经把制造自动化的概念延展到柔性化、智能化和高度集成化等新的领域。智能制造把制造概念的内涵和外延进行了深度的挖掘和广泛拓展,对科技人员的知识结构及创新能力提出了更高的要求,单一且专门化的专业知识结构已远远不能适应智能制造的要求。

  科技人员不仅要具有一门专且精的专业知识,且知识面要宽泛,知识要厚重、结构要合理。重中之重的是科技工作人员要具有与时俱进的学习能力和创新意识,活到老学到老,跟上时代发展及知识更新换代的步伐。

  2学生的科学素质的培养

  人类社会中,人自身具有的能够影响人类活动的稳定的基本品质称为人的素质,它包括身体素质、心理素质、道德素质、劳动素质、审美素质、科学素质和交往素质[2]。学生走入社会、影响自身成才最重要的是科学素质,包括强烈的求知欲、良好的学习习惯、正确的学习方法、科学的知识结构、富于创造精神等。如何养成学生良好的科学素质是学校教育的一项重要责任。

  2.1培养乐学精神

  学习有三种境界:知学、好学、乐学。其中第一种境界只是被动学习知识,知其然,然后用于应付各种考试和检查。现在大部分的学生就处于这样的学习状态,每天听课、写作业、复习考试,循环往复,周而复始。为什么要学习?为谁而学?怎样学习?这样的问题是要探讨的,也是学校应重视的。“好学”者认为学习是一种乐趣,而不是一件苦差事。

  将知识学精、学透,融会贯通后解决实际问题,就会从中体验到无穷的学习乐趣与成就感。“乐学”是学习的最高境界,“乐在其中”,学习才能全神贯注,达到“深处闹市而不闻车马喧嚣”的状态,因此才有孔圣人的至理名言:知之者不如好之者,好之者不如乐之者。学生“乐学”精神的培养不是一朝一夕就能完成的,也不可能一蹴而就。

  智能制造时代的竞争是知识的竞争,有关资料显示,知识要素对知识经济的影响要超过50%,在发达国家其作用实际上已超过60%[3]。因此,入学伊始就要求学生端正学习态度,抓紧一切时间学习各种知识,向先贤学习,向同学中的优秀者学习,充分开发智力潜能,尽快完成基础科学知识储备工作,为毕业后的创新创业奠定知识基础。

  2.2重视方法学习

  学习态度端正了,学习就有了不竭的动力和源泉。但要取得事半功倍的学习效果,还要讲究科学的学习方法。学习的过程要劳逸结合,身体健康精力充沛才能事半功倍;学习的过程还要多动脑,多问为什么,多进行知识的纵向及横向比较,把知识学深学透,真正掌握其精髓。而不是死记硬背,生搬硬套。

  学习过程更应注重群体效应,注重培养良好的学习氛围。“一花独放不是春,百花齐放春满园”,良好的学习风气是可以相互感染的,大家在学习过程中互帮互助,比学赶帮超,奖励先进,激励后进,这种良性竞争的氛围能更加激发学生昂扬的学习热情。学习过程要使学生变被动为主动,变要你学为我要学。

  只有个体的积极主动参与,才能充分激发学生的主观能动性,挖掘学生的才智潜力。人的潜力的是无穷的,电影《勇闯夺命岛》有一句台词:“永远不要说你已经尽力了,失败者总是抱怨自己已经尽力了,只有胜利者才能赢得选美皇后的芳心!”学习过程中也要培养学生吃苦耐劳的精神。

  学习过程是艰辛的,要冬练三九,夏耐三伏,只有坚持不懈地努力,才能水滴石穿,才能到达成功的彼岸。学习的过程也是一点一滴积累的过程,没有运气与巧合,厚积才能薄发;学习过程中还要耐得住寂寞,经受住各种考验与诱惑,不能人云亦云,要学会做自己的主人,对不利学习与成长的言行要坚决地说“不”。

  3构建科学合理的知识结构

  作为人类智力重要组成部分的知识是人类社会各种能力的基础。一个人的创新层次和水平一定程度上取决于知识的拥有量,创新必须以一定的知识为基础[4],但知识拥有量与创新能力强弱并无简单的线性关系。因此,优化知识结构,拓宽知识来源渠道就显得尤为重要。合理的知识结构既要求有精深的专门知识,同时知识面又要尽量广而博。

  合理的知识结构是学生入职,是走入社会的必要条件,尤其在智能社会,每一个职业岗位都需要将所学的知识进行科学地组合,创造性地运用到实践中去。比如智能制造时代,只有机械制造或机械设计的专门知识是远远不够的,还要懂得计算机,要懂得控制系统的运行,要懂得仓储物流的基本常识,等等。广收博采才能得众家所长,方能汲取到各种营养,才能不断进步。鲁迅先生曾经说过:“学习必须如蜜蜂一样,采过许多花,这才能酿出蜜来,倘若叮在一处,所得就非常有限枯燥了。”

  3.1人才的知识结构主要模式

  1)宝塔型知识结构。其主要特征为学科前沿知识、位于高峰塔顶,基本理论、基本知识搭建宝塔基础。特点是学生基本理论、基础知识比较扎实,可以快速接近学科前沿。2)蜘蛛网型知识结构。这种知识结构以专业知识为中心,与相近专业相互作用,知识成网状连接,形如蜘蛛网。这种知识结构能够实现知识广度与深度的统一,是复合型人才的主要知识结构,也是深受用人单位欢迎的知识结构。

  3)幕帘型知识结构。组织的成员依据其所处地位和所发挥的作用不同,知识结构存在差异。如一个机械产品生产企业,要求其成员具有机械设计、机械制造、营销、管理等知识。而不同的成员掌握上述知识的比例是不同的,如产品设计人员,一定要具有扎实的机械设计、机械结构、材料选用等方面的知识,产品营销策略、营销手段等不是他的知识侧重点。

  智能时代要求人自身调整知识结构的能力越来越强,全球竞争的经济格局以及“不进则退”的生存理念,每个人都要根据事业发展需要不断调整知识结构,以增强就业后的适应性及整个企业人才的“板凳”厚度。

  3.2建立合理的知识结构原则

  1)注重知识的整体性。要求做到专博相济,一专多通,广采百家所长。教学管理部门在制定各专业教学计划时肯定考虑到了知识的整体性,因此正规学校的学生都会接受到本专业完整的知识传授与训练。学生知识的广度和积累可以通过课外阅读、参加形形色色的“智力沙龙”、聆听各界精英或行业专家的学术报告等来实现本专业知识与其他专业知识的衔接与沟通。

  2)形成层次分明的知识结构。在人类大脑的知识库中,各种知识可以是纵向联系,也可以是横向联系。纵向联系的各种工程技术知识,应分为基础层次、中间层次和高级层次。打好了坚实的基础,才能形成人才知识的金字塔结构,才能厚积薄发,为以后的深入研究与发展提供不竭动力。蜘蛛网般横向联系的人文历史、天文地理、文学艺术等类知识,可以陶冶情操,激发创新的火花与灵感。

  3)合理配比各类知识。学海无涯,随着科学技术的快速发展,知识的广度和深度不断推进,学科门类越分越细,交叉学科不断涌现,要学习的知识太多。而人的一生太过短暂,可用的学习时间实在太少。因此,学习时一定要合理配比各类知识。什么都学,往往什么都学不好。各门学科知识的比例应根据职业规划来定,不同的发展方向所要求的知识结构的组成要素也是有差别的,要合理组合。

  4)与时俱进原则。社会在进步,知识更新换代的步伐越来越快。活到老学到老,每个人的知识结构总是在不断地动态调整。工作需要什么就学什么,未来发展需要什么就补充什么,这样才能不断研究探索新的课题和领域,跟上时代发展步伐。

  3.3敢于怀疑,勇于创新

  不破不立,敢于怀疑现有权威是推动人类社会发展的不竭动力。古希腊伟大的哲学家苏格拉底说过:“问题是接生婆,它能帮助新思想的诞生。”科学巨匠爱因斯坦也说过:“提出问题比解决问题更重要。”哥白尼敢于质疑“地心说”,才诞生了伟大的“日心说”和“天体运行论”;时年25岁的青年教师伽利略怀疑亚里士多德1700年来一直被奉为真理的“物体的下落速度和它的重量成正比,物体越重,下落的速度越快”理论,用“比萨斜塔实验”证明了轻重不同的物体从同一高度坠落,加速度一样,它们将同时着地,从而产生了自由落体定律。

  所以,学生学习时要多问为什么,要有打破砂锅问到底的精神,要知其然,更要知其所以然。学习过程中要不唯书、不唯师。正如剑桥大学校长艾丽森·理查德女士谈到大学的核心价值时所说:学习的重点不仅是关于已知的东西,还包括学术研究和发现,不仅要学习知识,还要培养批判性的、逻辑性的和刨根问底的思维方式[5]。

  1)教学相长。培养学生的创新教育体现在教学、科研工作的方方面面。要改变教师的授课方式,从“满堂灌”到学生的积极主动参与,真正践行“教学相长”。在学生讨论环节,教师要引导启发学生发现问题,学生可以天马行空,要少用权威和规则去约束学生的想象力。考试环节的改革也是势在必行,注重过程考核,而不是一考定终身;实践性较强的课程考核可以没有标准答案,只要学生给出可行性答案即可。

  还有一部分课程可以采用案例讨论、小组辩论或完成学期论文等方式完成结业考试[6]。注重实践环节在学生创新能力培养中的地位和作用。作为高等教育的重要组成部分,实验教学旨在培养学生操作技能,发现问题、分析和解决问题的能力,但目前多数高校的实验教学仅是一种课堂教学辅助形式,在学生的综合能力、创造能力和研究能力等方面的训练和作用不够。

  有鉴于此,高校的实验教学应偏重设计性实验和创新性实验,其中前者培养实践能力和研究能力,而后者则是实验教学的最高境界。教师安排的设计性实验,或直接取自企业的生产实际,或非常贴近工程实际,教师可以只给出产品的总装图、技术指标、完成期限和验收方式,至于每个零件具体的加工路线设计、精度检验、装配方案制订及装配精度保证等则全部由学生自主完成。这样的设计性实验充分发挥了学生的主观能动性,调动了学生积极参与的热情,学生的能力训练效果才能显著提升。

  2)实验创新。在以问题和课题研究为核心的创新性实验中,学生是实验的设计师和工艺师,教师只给出实验的宏观要求,至于学生采用何种理论、何种仪器设备、何种技术路线完成实验,则应由学生群策群力提出建议,这样才能体现集体的智慧。创新实验使学生能充分运用所学知识解决实际问题,训练学生的科学研究与发明创造能力,能够改变目前高等教育培养过程中实践教学环节薄弱,动手、动脑能力训练不足的现状。鼓励高年级学生更多地参与到教师的科研、教学活动中。

  校级研究性课程,采用教师指导、学生申报的方式,学生自定研究内容,后续所有的研究工作也由学生独立完成。这个过程,锻炼了学生提炼问题、语言组织、团队合作、分析问题与解决问题的能力。这样的研究性课程能够激发学生探索发现真理、综合应用知识、勇于实践创新的勇气和信心,为学生毕业后的创新、创业奠定了良好的基础。积极融入教师科研项目也是学生创新教育的重要举措。

  教师获批立项的科研项目,包括政府指导的纵向类项目和企业需要解决的横向类项目,研究目标明确,研究方法和技术路线较为先进成熟,并且都涉及了该领域的前沿技术。在完成项目的过程中,学生会增长见识,基本科研素质和创新潜能会得到挖掘和提升,而且在具体的实验操作或计算机建模仿真的研究过程中学生发现问题、解决问题的能力得到锻炼。

  4结语

  学生经过系统学习和训练,牢固掌握了本专业的基础知识,兼容了其他知识,形成了“专”与“博”的科学合理的知识结构。由于具备了一定的自主学习能力,学生自我适应调整知识结构的能力有所增强。分析判断问题可以做到基本正确、客观,具备了解决复杂技术问题的创新意识与创新能力。高校培养出大量科学素质高超的技术人才,会大大提升中国赶超世界强国的速度,实现中华民族的伟大复兴。

  参考文献:

  [1]姚锡凡,刘敏,张剑铭,等.人工智能视角下的智能制造前世今生与未来[J].计算机集成制造系统,2019,25(1):19-34.

  [2]林权,方石银,林铮,等.机械专业本科学生素质与能力的培养研究—以武夷学院为例[J].湘南学院学报,2017,38(5):83-86.

  [3]何岫芳.知识在生产力构成中地位演进问题探析—从生产力构成的动态变化来系统考察[J].商场现代化,2007(3):387-389.

  [4]腾发祥.知识与创新的关系[J].发明与创新(综合版),2005(5):13-14.

  学生教育论文投稿学报:《长江师范学院学报》(双月刊)曾用刊名:涪陵师专学报;涪陵师范专科学校学报;涪陵师范学院学报,1985年创刊,坚持学术个性、地缘优势、前卫姿态的办刊方针,大力实施品牌发展战略,精心策划,开门办刊,全力打造精品学报。

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《智能制造背景下学生科学素质的养成》

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