培養實踐能力 造就創新人才
——訪美籍科學家交大密西根學院院長倪軍教授

夏有為

(《實驗室研究與探索》編輯部， 上海 200030)

1 科學實驗推動科學技術發展

夏有為(簡稱夏)：倪教授您在吳賢銘實驗室從事機械制造領域的研究取得了卓越的成就，請結合您的經歷談談科學實驗的作用。

倪軍(簡稱倪)：好的，先介紹一下我的導師吳賢銘。

1.1 在吳賢銘實驗室里

吳賢銘教授是世界機械制造專業的泰斗，無數名牌大學的客座教授、名譽教授。在他近30年的學術生涯中，培養了124名博士。他的學生中很多都已經是名牌大學的教授，有的已經是美國工程院院士。在中國機械制造學術界，吳賢銘也是無人不曉。兩任哈工大校長楊士勤，華中理工大學前任校長楊叔子院士都在吳賢銘的實驗室做過訪問學者，華中理工前任校長李培根院士也是吳賢銘教授的學生。

吳賢銘的刻苦和輝煌的成就使他只用了6年成為正教授。1987年，在威斯康星大學工作了25年后，他離開那里，被密西根大學邀請去做制造技術講座教授，在這里吳教授以非?？炭?、非常成功的工作建立了全美國最大的密西根大學機械制造研究中心。

吳賢銘教授認為一個人的成功天資只是百分之十，機遇是百分之二十，自己的努力是百分之七十。關于天資，吳賢銘對他的學生經常講能出國來讀書的人的IQ都差不多，那種天才的人是很少的。機遇要好好把握，如果不努力，是難以抓住機遇的。只有努力，是我們唯一能自己控制的。吳賢銘教授就是按這種原則去工作。他沒有休息，一周工作7天和6個晚上。他的這一切深深地影響著我。

1989年我在吳教授指導下讀完博士后，把我留了下來。擔任這個研究中心的ASSISTANT RESEARCH SCIENTIST。1992年吳賢銘教授的突然病逝給密西根大學工程學院蒙上了一層陰影。系主任找我長談，問我有沒有把握把這個中心辦好。當時我充滿信心地接受了下來。

為了紀念吳賢銘老師的成就，讓老師的名字永遠留在密西根的大地上。我們要求學校把中心名字改為“吳賢銘制造研究中心”。在美國大學里，通常只有向學校捐款幾千萬美元，學校才會以他的名字來命名某個中心或某一棟大樓。而吳賢銘教授完全是以他在學術上的成就而得到命名的。

在這個中心我團結周圍的人，守住了它并且把中心不斷擴大?，F在中心有5位教授及研究員，30多個研究生，30多個博士后和訪問學者等等。 在機械制造領域，這個中心是美國最有影響的研究中心之一。

1.2 實驗推動了工程技術發展

夏：您具體的研究方向是什么？有哪些成果與實驗有關？

倪：我的研究方向主要是在精密制造工程的建模和補償控制以及智能維護系統等領域，這些年來也取得了一些成就。例如，在控制補償方法用在GM的TRANSMISSION加工的CNC數控機床上，取得了巨大的經濟效益。波音在制造新型737時，出了問題，無法交貨。我和中心的研究人員幫助波音分析了機床加工顫震問題，尾部平衡架的振動問題就得到了解決。波音公司的總裁到密西根大學來觀摩和向我們表示感謝。我們把統計方法和制造理論結合提出了機械加工過程中熱變形誤差補償理論，切削力學模型。我們又參加組織車身制造質量的“2mm工程”計劃。這些研究成果已經廣泛應用在汽車、航空等領域。值得指出的是這些研究都需要提出設想、進行計算、經過實驗才能得出結論，我們的基礎研究工作都是在實驗室進行的，實踐證明，實驗是推動科學技術發展的基本手段，而實驗室是科學研究離不開的重要基地。

1994年，我被授予美國總統教授獎。這是對我在實驗室刻苦鉆研取得成果的肯定。1997年，被破格提升為正教授同時獲得TENURE，那年我36歲。創業難，守業更難。在大家的支持配合下我繼承了吳賢銘教授的事業，而且正在這條路上向更遠方向走去。2009年國際機械工程大會暨博覽會上被授予了美國機械制造領域最高獎——William T. Ennor Manufacturing Technology Award。2013年獲得了國際制造工程師學會的金獎，是該獎1955年設立以來的首位華裔獲獎人(圖1，圖2)。

圖1 2009年獲ASME最高獎

圖2 2014年獲Andrew Heiskell大獎

1.3 合作攻關的“飛行教授”

夏：交大有人稱呼您為“飛行教授”是怎么回事？

倪：作為上海交通大學客座教授，過節正日益成為我的一種奢望。中國新春佳節，我要在美國一如平常，獨守實驗室挑燈夜戰；而當美國人放大假，熱火朝天地度圣誕時，我要趁隙飛到上海，繼續我與交大的科研攻關及教學合作課題。交大的同行戲稱我為“飛行教授”，這雅號倒也恰如其分。自從1998年，時任交大機械學院院長的嚴雋琪教授專程趕到我在美國的家，邀我擔任母校長江學者講座教授起，我便開始了終年無假期的工作日程——每年，除了在美國不分晝夜地工作外，還近乎兩個月一次，頻繁地往返于大洋兩岸。只要趕上哪一邊過年放大假，正是我提起行囊，飛向另一邊的機會。尤其是過去8、9年，我幾乎每個月都來回于中美之間。

10多年來，經過努力，上海交大與密西根大學開創了中外高教界從本科到博士培養全面合作的成功范例；在上海交大的實驗室里(圖3)，與交大教授林忠欽聯手，一舉完成了“汽車車身設計和制造誤差不超過2mm”的攻關(圖4)，不僅榮獲國家科技進步大獎，更為國內多家大型汽車集團解決了重大難題。

圖3 倪軍教授在實驗室里

圖4 2 mm工程科研成果

也是在這些年里，幫助交大，促成美國通用汽車公司在北美之外設立了第一個衛星實驗室，爭取了價值2億多美元的教學與科研軟硬件系統捐贈；同時也支持交大全面改革了機械本科的教學體系；并促使交大與密大聯合，將科研的方向瞄準世界制造科技的前沿——微納系統，該系統研究的內容是微小尺寸的機械加工技術。能為母校、為中國高校做些努力，這是我夢寐以求的事情！

2 中國亟需更多的卓越工程師

夏：我國教育部正在實行卓越工程師教育培養計劃的重大改革項目，也是促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國的重大舉措,旨在培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才，對此，您有何看法？

倪：國家訂計劃培養卓越工程師這是非常正確也是非常必要的。關于卓越工程人才的培養我有一些想法。

2.1 仰望星空與腳踏實地

中國有210萬工程師，大學生中有35%的學生學工科——“現役”和“后備”工程師的數量目前都排名世界第一。但是在瑞士達沃斯世界經濟論壇發布的“世界競爭力報告”中，中國“合格工程師”的數量和總體質量，在參加排名的55個國家中卻排在了第48位。據美國《財富》雜志公布的最新數據，美國“適合全球化要求”的工程師有54萬，中國只有16萬，連全國工程師總數的1/10都不到；而印度，符合全球化需求的工程師超過總數的70%。更關鍵的是，創造單位GDP，中國需要的科技工程人員數量是日本的3.68倍。

為何如此龐大的數量卻培養不出卓越的工程人才？大學應該培養什么樣的工程人才？如何培養工程人才？我想對于工程人才來說，非常重要的是既要抬頭望天，也要腳踏實地具備解決實際問題的能力。

事實上，培養卓越的工程人才說起來容易，但是做起來并不那么容易。上海交大密西根學院從其前身的國際化試點班開始至今已有15年，一直以來，就是致力于如何通過先進的教學和管理體系踏踏實實地培養出具有較高綜合能力的卓越工程人才。

2.2 卓越工程人才的能力

夏：培養卓越工程人才的能力具體是哪些內容，培養中應注意什么問題？

倪：我認為要注意以下幾個方面的問題。

(1) 能力要素。首先，來看看我們理想中的卓越工程人才應該具備什么樣的能力和素質？我認為，最重要的是發現問題和解決問題的能力?，F在國內大學的人才培養模式大多是知識傳授型的，我們的老師，包括教材、作業，都是把一些問題高度提煉成一些“可以解”的問題。所以我們的學生可以快速地、巧妙地解出方程式，這比國外學生要強得多。

但是，在這樣的模式中培養出來的學生走上社會，當參與到一些實際的工程問題時，他們總是找不到方程式在哪兒，找不到解決問題的切入點和方法。因此，對我們來說，培養的學生必須具備這樣的能力，就是：能夠自己發現問題、提出問題、簡化問題并最終能夠解決問題。

(2) 問題所在。當前的國內大學里，學生學習中遇到的大多數問題都只有唯一解，而且學生也習慣于做完題目后，互相看一看答案是否一致，如果一致，那大家都放心了。久而久之，它將導致學生缺乏自信心。而在國外的大學，很多問題都是開放性的，沒有唯一方案，也沒有對錯之分，學生也不知道是你的方法好，還是我的方法好。此時，大家往往就會各執己見，都認為自己做得好，甚至老師在課堂上提出解決方案后，學生仍然可以去挑戰老師的方案，看是否能夠有更好的方法來解決問題。

這樣的訓練帶來的看似是活潑的教學風格，實際上是通過這種潛移默化的訓練，學生可以拋開思維的依賴性，建立和強化自信心。因為當學生發現任何嘗試都是被鼓勵的，任何嘗試都是有可能獲得成功的時候，就會信心倍增。在上海交大密西根學院開設的Vg100、Vm250、350、450等很多課程，都有開放性的項目，并鼓勵學生到實驗室里去嘗試創新(圖5、圖6)，我們學院每年舉辦的學生創新項目比賽、畢業設計展覽項目絕大多數是在實驗室里進行的(圖7)，我們鼓勵老師采用越來越多的開放性問題來激發學生學習的興趣和主動性，幫助學生學習。

圖5 學生在實驗中

(3) 動手為要。對于培養一名卓越的工程人才來說，必須培養他們的創新能力、團隊合作能力、表達能力、領導能力、動手能力等等。其中，最關鍵的是動手能力。大學傳統的工科課程體系設置是，技術課完成后，會做一些“實驗”，學生圍在一起看一看專職的實驗員把實驗演示一下，記一些數據，填一下表，報告就炮制出來了。這樣做 對于學生來說，只不過是多記了幾個數據，很少能在腦海中產生什么深刻印象，更不用說是培養學生的興趣和提高學生的動手能力了。上海交大密西根學院的課程是把所有課的實驗內容都提取出來，匯總成幾門較大的實驗課。像機械工程專業學生要上的三年級395、四年級495。學生不只是抄幾個數據，他們要考慮實驗目的是什么，用什么樣的設備、條件去獲取所需要的數據。在整理數據時，他們還要考慮實驗誤差、儀器誤差、不確定性等因素。學生還要掌握怎么樣去處理實驗結果。而且這個過程里，學生不僅要形成書面報告，還要做一個演講。這樣，經過一系列的實驗鍛煉，學生的綜合能力就會提高很多。

圖6 大一《工程導論》課堂展示

圖7 學生設計自動導航系統

(未完待續)