樊百林
北京科技大学机械工程学院 北京 100083
摘要： 通过35年前已知的核环境工程，新能源产品的研究应用，阐述了绿色工程的环境保护的必要性和现实性；通过三元桥整体置换工程，观天巨眼望远镜工程，现代工程实践教学真实的案例，阐述了现代工程的时效性和严谨性和生动性，同时阐述了工程技术中的人文工程科学的实践教育性。在获得国家奖的教学基础上，提出了“绿色工程、“科技工程、人文工程”的三工程综合实践教学新体系，体现了社会发展、教育发展的创新性、可持续性，体现了教育、教学与现代工程技术的密切联系性。
关键词：实践教学 整体置换 环境工程 责任 三工程
中国分类号： G642.0 文献标识符 A
工程教育是我国高等教育的重要组成部分，我国工程教育相对产业发展滞后,工程教育与产业对工程人才能力要求之间还普遍存在着差距。面对中国创新梦、中国制造、工业4.0，互联网+等国内国际经济发展形势，面对《国家中长期人才发展规划纲要》，培养适应社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务，探索现代工程教育与教学显得尤为重要。
现代工程特征体现在工程技术的先进性，工程技术的节能性，工程技术的环保性，工程技术的安全性，工程质量的严谨性，工程建设的时效性，工程技术管理的科学性，工程过程中人文科学的现实性【1】。
一、三工程综合实践教学新理念
21世纪，随着科技的高度发展，人类自身生存和发展的理念发生了根本变化，由过去纯粹的 “技术工程”专业理念逐渐转型到保护地球、爱护自然生存环境，呵护人类衣食住行的安全责任工程的现代“绿色工程、“科技工程、人文工程”，三工程新理念。这种综合工程理念，体现了社会发展、教育发展的创新性、可持续性，体现了教育、教学与现实密切联系性。
实践教学是一门新型的学科，它是主体人类对社会、自然界正在存在的事件进行去伪存真，全方位研究、分析、学习的一个过程[1]；同时，也是主体人类对生活、生产中使用的客观实体机器、客观事物及其规律，直接进行全方位分析、研究、学习的一个过程。在实践教学过程中，呈现出知识量大，知识涉及面广，现实直观性强，工程综合性强等特 [2]。
以人为本的“绿色工程、科技工程、人文工程”三工程综合实践教学新体系，即着眼于培养德才兼备的优秀人才，优秀人才创作出卓越的工程设计产品，具有高度责任意识的优秀人才和工程设计产品服务于人类自身，共同保护人类和其它生命体共有的地球生态环境家园的教学新体系【3】。
二、绿色工程
对于任何一位工程设计人员，质量意识维系到家庭的幸福和生命的安全。我们不仅要关心如何让交通工具更安全地运行，更重要的是让我们工程技术人员设计的产品使我们赖以生存的星球和生存环境更安全和谐。
1. 福岛核电站辐射
2011年3月11日，日本地震、海啸引发的福岛核电站安全事故，放射性污水约6万吨， 海水超标750万倍，福岛核电站辐射量为常态的6600倍，这一事件告诉我们，放射性的碘对于住在核电厂附近的人有危害，1986年切尔诺贝利核灾难之后有一些甲状腺癌病患即与此有关。核电站缺陷35年前已知，曾参与福岛反应堆建设的美国专家称，35年前已经察觉到核电站缺陷并无应对重大事故配套措施。福岛第一核电站6座反应堆由日本东芝和美国通用电气建造，当年通用和日方拒绝关闭核电站，所以通用退休工程师布里登博因为预见到核辐射的隐患，因为仁爱之心，决定离开了设计团队【1】。
科技设计者、管理部门的安全责任意识一旦增强，很多事件我们都是可以预见和预防的。我们人类宁要绿水青山，不要金山银山。正如习近平主席说：我们绝不能以牺牲生态环境为代价换取经济的一时发展[4]。
2. 风能再利用
随着能源短缺，环境保护形势的迫切，温室气体排放、能源消耗和尾气排放三大问题是否有效解决直接影响人类共同问题能够有效解决，新能源交通工具成为一种必然的趋势，智能电动汽车既环保又安全，由于电动汽车使用电能,在行驶中无废气排出,不污染环境，新能源汽车成为环保理念下购车者青睐的产品[5]。
同样风能也是可再生能源，取之不尽，用之不竭，若能将汽车在行驶过程的风能再利用，将风能转化为电能给汽车供电，那么将能够达到节能环保的目的。《风能汽车》的设计与研究将是未来发展的一个主要方向。
“十三五”全国可再生能源发展规划，全世界的风能总量约1300亿千瓦，中国的风能总量约16亿千瓦。所以风能发电是节能环保和可再生能源的一大研究重点。风能它不会因其本身的转化和人类的利用而减少，它是一种取之不尽用之不竭的清洁无污染的可再生新能源，风能发电不会造成污染，因为它不会产生和释放酸、烟雾或者温室气体。此外，风能是完全免费的，风能作为一种清洁能源，对于环境的保护以及气候的改善具有积极的促进作用[6]。新能源技术的应用，体现了工程技术的节能性，工程技术的环保性。
人类生存离不开水，离不开电和煤，在煤炭开采过程中，一旦撞击火花产生，就容易引发瓦斯爆炸。一种乳化液发电的煤炭开采机，在开采过程中不会发生火花，新的技术，新的产品，是这种产品能造福煤矿工人家庭，减少死亡率，带来安全的希望【7】。这种新技术的引用体现了工程技术的先进性，工程技术的安全性。
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三、科技工程
工作质量是指与质量有关的各项工作对产品质量、服务质量的保证程度。工作质量的五大控制过程，即设计质量、制造质量、使用质量、服务质量。在每一个质量过程要素中，责任要素起到至关重要的作用。
1. 高度和谐的安全责任工程
三元桥“换梁疗伤”从工程启动到结束，整体置换工作仅仅持续了43小时。“整体置换工法”是将新旧桥梁整体置换，它的特点是工期短、对交通的影响小、社会成本低，是桥梁维修的创新新方法。“在国外需要花3年才能建成或要3个总统任期才能完成。”而在中国，三元桥改造工程的速度43小时，让外国人震惊、对中国肃然起敬，给全世界人民显示了中国在基建上的质量和高效，如图1所示。
工程造价大约比常规方法需要的３６００万元增加３００万元。总重约１３００吨的新梁分９片进入指定位置，实现了北京三元桥的“整体置换”。ＧＰＳ、激光定位、机器人焊接钢梁、驮运架一体机整体置换等，实践了国内大城市重要交通节点桥梁维修的新创新方法。
在三元桥维修工程指挥部的墙壁上，一张时间与工程进度匹配的指示图精确到每个单元１０分钟，桥梁置换过程的细节都在图上标出，确保施工安全、精准。
高效的三元桥整体置换工程工作的成功实施是科技工程、责任工程、环保工程的高度和谐，是设计、制图、制造、运输、管理、施工、安全、环保等各个环节工程人员的技术、责任到位的高度显现。整个工程从启动到完工给市民交通不便带来的时间最少，体现了工程建设的时率性，工程技术管理的科学性。
图1三元桥整体置换工程 图2 发动机实践教学 图3 望远镜工程
3、现代工程发动机实践教学
由笔者创建的现代工程实践教学，是国家二等奖的重大闪光点，先后全国外地40多所学校来参观学习如图2所示【8】。
发动机工程实践教学课程涵盖了 《车辆工程》、《机械制造工艺》、《机械设计》、《机械原理》、《安全工程》、《金工实习》、《材料工程》等多方面的知识内容， 这些内容要渗透到实践教学中，不仅需要教师的专业知识、专业基础知识、工程实践经验，而且需要教师投入大量的时间、精力，才能使教学效果得到真正的保证。在实践教学过程中，呈现出知识量大、知识互溶性大、知识涉及面广、现实直观性强等特点。实践教学过程充分体现了综合工程意识和综合工程知识的传递。
发动机有上百零件组成，一个装不进去，这台设备就无法运行，学生通过实践教学收益匪浅，学生邓昊说：发动机如此精巧，是人类智慧的结晶，齿轮，轴，这类基本零件，虽然在机械制图中学习过，从来没有如此直观，切身体会过组合在一起是什么样子，如何运行，这些东西书本和课堂根本学不到，只有之间亲身体会才能领悟其中奥秘。大学生范欣欣实践体会：“通过本次发动机拆装，让我们体会到做任何事，没有认真的态度，耐心的精神，严谨的素质都是难以完成的[2]。”
在发动机实践教学过程中，如果发动机一旦掉到地下时，很危险，不小心就有可能伤了学生的腿和脚，在教学中的安全教育成为首要任务，也是老师最担心的事情。发动机实践教学体现了工程技术的严谨性和工程技术的先进性。
四、人文工程
科技是生产力，是社会发展的关键核心，没有科学技术，管理部门是独守空门，领导部门就是唱空城计，就像是没有发动机的车，停止不前。
1.工程技术的人文科学的现实性
中国的观天巨眼望远镜，这是一个复杂的航天航空技术设计工程，也是一个复杂的制造、安装工程。FAST的灵敏度可达Arecibo望远镜的2倍，巡天速度是它的10倍，如图3所示。南仁东老先生作为项目首席科学家、总工程师，负责编订FAST科学目标，全面指导FAST工程建设，并主持攻克了索疲劳、动光缆等一系列技术难题。在这里深切缅怀科技界的精英，敬爱的南仁东老先生，他的爱国热情、工匠精神和对事业的奉献精神值得我们学习。没有他的付出，就不会有今天的FAST的成功。巨大的工程，巨大的付出，巨大的收获，工程的伟大，南先生生的伟大。
2. 实践教学的人文科学现实性
通过学生的亲自拆装实践，学生不仅学到了科技知识，更可贵的是实践教学本身成为了人文教育的场所。大学生鱼江永实践体会： 我对在一线工作的工人有了一种另一个角度的敬佩，他们靠实践总结经验，是他们把理论成果直接变为应用成果。我们应该对“实践”给予高度重视！【2】。学生这样写到：“…我对机械不感兴趣，经过樊老师给我们详细讲解了摩托车发动机结构原理，并且把金工实习的内容和发动机拆装联系起来讲解，就连拧螺栓都有方法…，使我对发动机里面的机械运动产生了浓厚的兴趣…，樊老师在发动机方面的积极钻研精神、坚忍不拔的意志是我今后工作应该学习的榜样，我一生都应该这样工作…”。学生王慧写到：回想四年所学的所有课程，就觉的老师的课最有特色，这是一堂任何课堂都无法比拟的课，信息量是普通课堂的十倍百倍。
来科技大学参观交流实践教学的高校教师说：“这给教师本人带来多大的教学难度! 一般人苦都吃不了……搞这么大的教学改革，默默无闻、无私奉献，从教30年，见过独此你一人。”“你是中国高等教育工程教育模式的最早开创者! ”，“北京科技大学国家教学团队实践教学筹建者负责人，中国高等工程教育实践教学创始人当之无愧!’在开会两次无人筹建的实践教学，笔者在书记的邀请下，筹建捐资开展了实践教学，并为国家奖获得做出了重大贡献【8，9】。
一种乳化液发电的煤炭开采机，需要在中国煤矿井下实际实验才能得到中国煤炭业的认可。张波来到深几百米的地下矿井进行实验，作为一名工程技术人员，用他自己的话说，下去就没有想着活着出来。一种新产品得到认可就是这样艰难！用生命验证！他曾经为实验在矿井下面呆了4天4夜没有出来，这是常有的事，张波说：我不敢说感动天、感动地，但是我感动了我自己。从煤矿井口出来，坐在那里，呼吸，感受第一口新鲜空气，瞬间，我感觉到自己还活着……睁开眼睛顿觉：“气清更觉山川近，心远方知宇宙宽”。
大学生王琳炜杰写出：知识会离开我们 但时间冲不淡人格的教育。大学生贾婷写出了：“感恩、感动、感悟”。 大学生采访笔者：什么代表成功？人活着的意义是什么？面对现实，理想是否要坚持下去？大学生请问笔者：文化的本质是什么？ 就是仁爱中奉献。没有仁爱，哪来的奉献；没有无私，哪来的感动；没有舍身，哪来的国家, 这就是人文工程的精魂所在。
五、总结
绿色环保，责任安全，利在当代，功在千秋。要着力推进人与自然和谐共生，同时也要重视企业道德、职业道德、社会公德，更重要的是健全的人心，才会有健全的政策，仁慈博爱的人心，才会有健全的政策落实。
国家安全审核员黄钢汉曰：“企业道德，跟企业家的道德水平及道德观念分不开。” 高度和谐的三元桥整体置换安全责任工程，是企业科技、环保、责任、道德健全的完美体现。人类赖以生存的衣食住行工程涉及到我们每个人的生存和生存环境。
科技工程、环境工程、安全工程乃至于其它任何工程，工程的设计者、管理者提起职业道德、责任规范、安全意识、环保意识，人文管理，科技意识，我们就可以预见和预防很多错误的做法，不必要的失误，就不会带来不必要的麻烦和事件，就会使整个中国制造成为中国人放心、世界人民放心、有信誉的产品，就会大大提高民族自心信，人民的物质和精神生活水平才会真正提高。
三工程实践教育的落实，在培养具有先进科学技术人才的基础上，培养具有责任意识，环保意识，具有以人为本的管理意识的优秀人才成为一种先进的教育理念，使国家的健康发展的中国梦成为有效的落实途径之一。
参考文献
【1】樊百林编著 《现代工程设计制图实践教程》 铁道出版社 2017年 3
【2】樊百林编著，《发动机原理与拆装实践教程》2016，邮电出版社。
【3】樊百林 论实践教学 [J]《中国科技创新导刊》2011-04 l 。
【4】.http://news.youth.cn/sz/201609/t20160903_8621680.htm
【5】https://baike.baidu.com/item/item/电动汽车/429130#10
【6】王俊鹏 小型垂直轴风力发电机的结构设计和气动性能分析优化【D】.北京科技大学。2020.
【7】樊百林著作，《从空中回来》北京，时代文化出版社，2014.1月.P39.
【8】 中国科学家协会编辑委员会 “中国CDIO工程教育模式的最早开创者” 《中国科学家》 2015.3
【9】胡月，“教学创新模式，引领时代精神” 科技文摘报 2016.9.23，第17版。
项目基金： 北京科技大学教学改革项目，项目号1283B07012。
作者简介 : 樊百林，北京科技大学机械工程学院副教授，硕士生导师，国家教学团队现代工程实践教学创始人，从事车辆车身隐形寿命研究、风电汽车节能功研究、节能型新型除尘器开发研究，工程机械设备隐形寿命结构研究，金属材料流动应力研究， 金属材料3D打印制造研究，机械设计及理论研究研究。