培养实践能力 造就创新人才——访美籍科学家交大密西根学院院长倪军教授

夏有为

(《实验室研究与探索》编辑部， 上海 200030)

1 科学实验推动科学技术发展

夏有为(简称夏)：倪教授您在吴贤铭实验室从事机械制造领域的研究取得了卓越的成就，请结合您的经历谈谈科学实验的作用。

倪军(简称倪)：好的，先介绍一下我的导师吴贤铭。

1.1 在吴贤铭实验室里

吴贤铭教授是世界机械制造专业的泰斗，无数名牌大学的客座教授、名誉教授。在他近30年的学术生涯中，培养了124名博士。他的学生中很多都已经是名牌大学的教授，有的已经是美国工程院院士。在中国机械制造学术界，吴贤铭也是无人不晓。两任哈工大校长杨士勤，华中理工大学前任校长杨叔子院士都在吴贤铭的实验室做过访问学者，华中理工前任校长李培根院士也是吴贤铭教授的学生。

吴贤铭的刻苦和辉煌的成就使他只用了6年成为正教授。1987年，在威斯康星大学工作了25年后，他离开那里，被密西根大学邀请去做制造技术讲座教授，在这里吴教授以非常刻苦、非常成功的工作建立了全美国最大的密西根大学机械制造研究中心。

吴贤铭教授认为一个人的成功天资只是百分之十，机遇是百分之二十，自己的努力是百分之七十。关于天资，吴贤铭对他的学生经常讲能出国来读书的人的IQ都差不多，那种天才的人是很少的。机遇要好好把握，如果不努力，是难以抓住机遇的。只有努力，是我们唯一能自己控制的。吴贤铭教授就是按这种原则去工作。他没有休息，一周工作7天和6个晚上。他的这一切深深地影响着我。

1989年我在吴教授指导下读完博士后，把我留了下来。担任这个研究中心的ASSISTANT RESEARCH SCIENTIST。1992年吴贤铭教授的突然病逝给密西根大学工程学院蒙上了一层阴影。系主任找我长谈，问我有没有把握把这个中心办好。当时我充满信心地接受了下来。

为了纪念吴贤铭老师的成就，让老师的名字永远留在密西根的大地上。我们要求学校把中心名字改为“吴贤铭制造研究中心”。在美国大学里，通常只有向学校捐款几千万美元，学校才会以他的名字来命名某个中心或某一栋大楼。而吴贤铭教授完全是以他在学术上的成就而得到命名的。

在这个中心我团结周围的人，守住了它并且把中心不断扩大。现在中心有5位教授及研究员，30多个研究生，30多个博士后和访问学者等等。 在机械制造领域，这个中心是美国最有影响的研究中心之一。

1.2 实验推动了工程技术发展

夏：您具体的研究方向是什么？有哪些成果与实验有关？

倪：我的研究方向主要是在精密制造工程的建模和补偿控制以及智能维护系统等领域，这些年来也取得了一些成就。例如，在控制补偿方法用在GM的TRANSMISSION加工的CNC数控机床上，取得了巨大的经济效益。波音在制造新型737时，出了问题，无法交货。我和中心的研究人员帮助波音分析了机床加工颤震问题，尾部平衡架的振动问题就得到了解决。波音公司的总裁到密西根大学来观摩和向我们表示感谢。我们把统计方法和制造理论结合提出了机械加工过程中热变形误差补偿理论，切削力学模型。我们又参加组织车身制造质量的“2mm工程”计划。这些研究成果已经广泛应用在汽车、航空等领域。值得指出的是这些研究都需要提出设想、进行计算、经过实验才能得出结论，我们的基础研究工作都是在实验室进行的，实践证明，实验是推动科学技术发展的基本手段，而实验室是科学研究离不开的重要基地。

1994年，我被授予美国总统教授奖。这是对我在实验室刻苦钻研取得成果的肯定。1997年，被破格提升为正教授同时获得TENURE，那年我36岁。创业难，守业更难。在大家的支持配合下我继承了吴贤铭教授的事业，而且正在这条路上向更远方向走去。2009年国际机械工程大会暨博览会上被授予了美国机械制造领域最高奖——William T. Ennor Manufacturing Technology Award。2013年获得了国际制造工程师学会的金奖，是该奖1955年设立以来的首位华裔获奖人(图1，图2)。

图1 2009年获ASME最高奖

图2 2014年获Andrew Heiskell大奖

1.3 合作攻关的“飞行教授”

夏：交大有人称呼您为“飞行教授”是怎么回事？

倪：作为上海交通大学客座教授，过节正日益成为我的一种奢望。中国新春佳节，我要在美国一如平常，独守实验室挑灯夜战；而当美国人放大假，热火朝天地度圣诞时，我要趁隙飞到上海，继续我与交大的科研攻关及教学合作课题。交大的同行戏称我为“飞行教授”，这雅号倒也恰如其分。自从1998年，时任交大机械学院院长的严隽琪教授专程赶到我在美国的家，邀我担任母校长江学者讲座教授起，我便开始了终年无假期的工作日程——每年，除了在美国不分昼夜地工作外，还近乎两个月一次，频繁地往返于大洋两岸。只要赶上哪一边过年放大假，正是我提起行囊，飞向另一边的机会。尤其是过去8、9年，我几乎每个月都来回于中美之间。

10多年来，经过努力，上海交大与密西根大学开创了中外高教界从本科到博士培养全面合作的成功范例；在上海交大的实验室里(图3)，与交大教授林忠钦联手，一举完成了“汽车车身设计和制造误差不超过2mm”的攻关(图4)，不仅荣获国家科技进步大奖，更为国内多家大型汽车集团解决了重大难题。

图3 倪军教授在实验室里

图4 2 mm工程科研成果

也是在这些年里，帮助交大，促成美国通用汽车公司在北美之外设立了第一个卫星实验室，争取了价值2亿多美元的教学与科研软硬件系统捐赠；同时也支持交大全面改革了机械本科的教学体系；并促使交大与密大联合，将科研的方向瞄准世界制造科技的前沿——微纳系统，该系统研究的内容是微小尺寸的机械加工技术。能为母校、为中国高校做些努力，这是我梦寐以求的事情！

2 中国亟需更多的卓越工程师

夏：我国教育部正在实行卓越工程师教育培养计划的重大改革项目，也是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措,旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，对此，您有何看法？

倪：国家订计划培养卓越工程师这是非常正确也是非常必要的。关于卓越工程人才的培养我有一些想法。

2.1 仰望星空与脚踏实地

中国有210万工程师，大学生中有35%的学生学工科——“现役”和“后备”工程师的数量目前都排名世界第一。但是在瑞士达沃斯世界经济论坛发布的“世界竞争力报告”中，中国“合格工程师”的数量和总体质量，在参加排名的55个国家中却排在了第48位。据美国《财富》杂志公布的最新数据，美国“适合全球化要求”的工程师有54万，中国只有16万，连全国工程师总数的1/10都不到；而印度，符合全球化需求的工程师超过总数的70%。更关键的是，创造单位GDP，中国需要的科技工程人员数量是日本的3.68倍。

为何如此庞大的数量却培养不出卓越的工程人才？大学应该培养什么样的工程人才？如何培养工程人才？我想对于工程人才来说，非常重要的是既要抬头望天，也要脚踏实地具备解决实际问题的能力。

事实上，培养卓越的工程人才说起来容易，但是做起来并不那么容易。上海交大密西根学院从其前身的国际化试点班开始至今已有15年，一直以来，就是致力于如何通过先进的教学和管理体系踏踏实实地培养出具有较高综合能力的卓越工程人才。

2.2 卓越工程人才的能力

夏：培养卓越工程人才的能力具体是哪些内容，培养中应注意什么问题？

倪：我认为要注意以下几个方面的问题。

(1) 能力要素。首先，来看看我们理想中的卓越工程人才应该具备什么样的能力和素质？我认为，最重要的是发现问题和解决问题的能力。现在国内大学的人才培养模式大多是知识传授型的，我们的老师，包括教材、作业，都是把一些问题高度提炼成一些“可以解”的问题。所以我们的学生可以快速地、巧妙地解出方程式，这比国外学生要强得多。

但是，在这样的模式中培养出来的学生走上社会，当参与到一些实际的工程问题时，他们总是找不到方程式在哪儿，找不到解决问题的切入点和方法。因此，对我们来说，培养的学生必须具备这样的能力，就是：能够自己发现问题、提出问题、简化问题并最终能够解决问题。

(2) 问题所在。当前的国内大学里，学生学习中遇到的大多数问题都只有唯一解，而且学生也习惯于做完题目后，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，它将导致学生缺乏自信心。而在国外的大学，很多问题都是开放性的，没有唯一方案，也没有对错之分，学生也不知道是你的方法好，还是我的方法好。此时，大家往往就会各执己见，都认为自己做得好，甚至老师在课堂上提出解决方案后，学生仍然可以去挑战老师的方案，看是否能够有更好的方法来解决问题。

这样的训练带来的看似是活泼的教学风格，实际上是通过这种潜移默化的训练，学生可以抛开思维的依赖性，建立和强化自信心。因为当学生发现任何尝试都是被鼓励的，任何尝试都是有可能获得成功的时候，就会信心倍增。在上海交大密西根学院开设的Vg100、Vm250、350、450等很多课程，都有开放性的项目，并鼓励学生到实验室里去尝试创新(图5、图6)，我们学院每年举办的学生创新项目比赛、毕业设计展览项目绝大多数是在实验室里进行的(图7)，我们鼓励老师采用越来越多的开放性问题来激发学生学习的兴趣和主动性，帮助学生学习。

图5 学生在实验中

(3) 动手为要。对于培养一名卓越的工程人才来说，必须培养他们的创新能力、团队合作能力、表达能力、领导能力、动手能力等等。其中，最关键的是动手能力。大学传统的工科课程体系设置是，技术课完成后，会做一些“实验”，学生围在一起看一看专职的实验员把实验演示一下，记一些数据，填一下表，报告就炮制出来了。这样做 对于学生来说，只不过是多记了几个数据，很少能在脑海中产生什么深刻印象，更不用说是培养学生的兴趣和提高学生的动手能力了。上海交大密西根学院的课程是把所有课的实验内容都提取出来，汇总成几门较大的实验课。像机械工程专业学生要上的三年级395、四年级495。学生不只是抄几个数据，他们要考虑实验目的是什么，用什么样的设备、条件去获取所需要的数据。在整理数据时，他们还要考虑实验误差、仪器误差、不确定性等因素。学生还要掌握怎么样去处理实验结果。而且这个过程里，学生不仅要形成书面报告，还要做一个演讲。这样，经过一系列的实验锻炼，学生的综合能力就会提高很多。

图6 大一《工程导论》课堂展示

图7 学生设计自动导航系统

(未完待续)