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  • 高等工程教育改革的理念与实践 ——以麻省、伯克利、普渡、天大为例
  • 发布时间:2014-10-22
  • 高等工程教育改革的理念与实践

    ——以麻省、伯克利、普渡、天大为例

    王世斌 郄海霞 余建星 王杰 潘海生 孙克俐

    【摘要】本文通过对国外三所一流大学工程教育改革理念、模式及其内涵的分析发现,哲学理念和教育学理论在北美一流大学工程教育改革中具有积极的支撑作用。在此基础上,结合天津大学u求是"学部的工作,提出相关的思考和建议。

    【关键词】哲学理念一流大学高等工程教育卓越工程师

    【作者简介】王世斌,天津大学高等教育研究所教授、博士生导师;郄海霞,天津大学高等教育研究所副教授、博士;余建星,天津大学副校长、教授、博士生导师;王杰,天津大学高等教育研究所教授;潘海生,天津大学高等教育研究所讲师、博士;孙克俐,天津大学"求是"学部副教授、博士。

    近二十年来,美国的工程教育逐渐融合了技术取向和科学取向,以麻省理工学院(MIT)为代表的一些大学提出"回归工程实践"的改革理念,开始重视工程教育的实践性和创新性,改革的重点从注重科学和工程基础教育转向工程实践;从关注工程教育本身转向强调影响工程教育的哲学、教育学和文化学基础,高等工程教育的内涵得到新的诠释。许多一流大学都从课程设置、培养模式和教学方法等方面进行改革,强调产学研合作教育和创造力、领导力培养。近五年来,中国的工程教育也越来越强调工程实践能力和创新能力的培养,并且开始了有益的尝试。但与国外相比,中国的高等工程教育仍然面临一些亟待解决的问题,其中工程教育改革理念缺乏、人才培养模式单一、工程实践教育缺乏长效运行机制等问题值得我们深入思考和研究。作为教育部和中国工程院共同实施的工程教育改革实践项目的首批高校之一和第一批参与"卓越工程师培养计划"的试点高校之一,天津大学在卓越工程师培养方面正在进行积极的探索。

    一、一流大学工程教育改革的哲学理念

    科学技术飞速发展之时,也是回归哲学本源之日。与欧洲传统哲学强国相比,美国是一个更加注重实用而非思辨的国度,哲学的缺失和理论的苍白一直是美国工程教育改革中一个不争的事实。然而,这种状况自20世纪以来正在发生改变。

    (一)       实用主义哲学逐渐取得支配地位

    在美国著名高等教育学家布鲁贝克看来,指导高等教育发展的哲学主要有两种:认识论的高等教育哲学和政治论的高等教育哲学,前者以"闲逸的好奇"和自由探索真理为目的,后者以服务国家社会发展为使命,二者交替地影响着高等教育的发展。布鲁贝克认为,19世纪以前的高等教育主要受认识论高等教育哲学的左右,而20世纪之后的高等教育则主要受政治论高等教育哲学的主导,调和这两种哲学冲突的哲学思想就是实用主义这一基础。美国高等教育哲学理念的这种转变,在工程教育改革中体现得更加淋漓尽致。哈佛劳伦斯工学院的衰微与MIT的崛起直到斯坦福谱写硅谷传奇,一系列革命性变革已经为美国工程教育回归实用主义哲学作出了生动的注脚。美国的实用主义并非庸俗的功利思想,而是在独立战争、西部运动、本土化运动、工业革命、信息革命等一系列社会变革过程中形成的具有鲜明特色的生活哲学,它的核心思想不外乎三大原则:一是实用即真理,有效即有用。美国实用主义大师皮尔斯明确提出了"怀疑、探索、信念"的行动哲学,并明确表示科学知识总是在不断被批驳、修正、补充甚至否定的过程中发展的。美国另一位实用主义大师威廉•詹姆斯甚至认为"有用就是真理",这句名言构成了整个实用主义最典型的观点。实用主义思想对整个美国民众的思维行动产生了深刻影响,怀疑和探索几乎就是整个美利坚民族的灵魂。二是需求导向,服务至上。在美国,学生和顾客就是上帝,许多美国一流大学明确宣称,尊重学生的选择和权利,同时要和国家站在一起。三是事实重于假设。威廉•詹姆斯反复强调:"实用主义的方法,不是什么特别的结果,只不过是一种确定方向的态度,这种态度不是去看最先的事物、原则、范畴和假定是必需的东西,而是去看最后的事物、收获、效果和事实。"正是在实用主义哲学的指导下,美国社会出现了极其多元的发展格局。哈佛大学追求"大而全",加州理工则坚持"小而精,而麻省理工学院则孜孜不倦地要在"博"与"专"之间搭建桥梁,斯坦福大学在技术转化方面乐此不疲,康乃尔大学仍坚持将"农夫革命"进行到底。这些不同的思路和办学模式,正是美国实用主义哲学的具体体现。

    在实用主义高等教育哲学的统领之下,美国一流大学工程教育改革呈现乘风破浪之势。首先,工程教育改革的服务意识和服务能力显著增强。以学生为本,最大限度地开发潜能,服务国家和社会需要,已经成为许多一流大学的自觉行动。从满足学生的需要到满足国家和社会的需要,工程教育在美国社会经济发展中展现出越来越强大的影响。从雷达工程、曼哈顿工程到特洛伊工程,一系列重大成就铸就了美国工程教育在国家经济生活和国防安全各个方面无可替代的地位。其次,工程教育的理论深度和技术维度都获得了空前的拓展。通过多学科和跨学科合作,大工程观正在形成,工程学科的知识基础越来越深厚,工程学科同自然学科、人文学科之间的结合越来越紧密。同时,多学科合作也为工程学科解决实际问题提供了更多的思路和方法,因此,工程学科解决具体问题的能力显著增强。第三,工程教育的质量有了很大的改善和提高。工程教育的根本目的是要培养工程人才,通过探索多样化的办学模式,许多一流大学工程人才的培养质量不断提高,为美国的社会经济、国防科学技术培养了大批高技术人才。

    ()教育学理论的功能和作用得到认可和重视

    作为当今名副其实的超级大国,美国在政治、经济、科技、军事等方面无疑均居于世界领先地位。然而,通过我们对最近十年美国高校学位授予数量的统计,美国在自然科学、计算机科学、工程技术、军事科学、经济学、法律、政治等方面授予的高级学位(博士、硕士学位)并不是最多的,相反,教育学高级学位往往是第一大学位。虽然我国有学者认为这与越来越多的美国青年不愿意选择难度大的学科有关,但它确实反映了美国大学对教育学科的重视,反映了教育学在美国国家发展中的基础性和战略性地位。事实上,世界上许多一流大学往往是教育学理论的践行者和创造者,如哈佛大学的多元智能理论、斯坦福大学的教育经济研究、范德比尔特大学的教育人类学研究、加州伯克利大学的多校区研究,都具有世界性的影响。同时,一流大学的校长上任之后往往自觉地学习、运用和研究教育学知识,积极探索符合教育规律的发展道路。这样的案例不胜枚举,加州伯克利大学的克拉克•克尔、哈佛大学的德里克•博克、斯坦福大学的唐纳德•肯尼迪和亨利•莱文、剑桥大学的阿什比等等,他们大都曾推动自己的大学发生里程碑式的变革,并且都留下了传颂至今的教育学经典。如克尔的《大学的功用》、博克的《走出象牙塔》、肯尼迪的《学术责任》、阿什比的《科技发达时代的大学教育》等等,深刻地揭示了大学的本质、使命、责任和运行规律,为后人留下了重要的精神财富。总之,是否接受教育学知识体系并按教育规律办学,既体现一个国家和大学的学科包容性,也体现一个国家和大学的成熟度。

    教育学理论对于工程教育的影响主要表现在三个方面:一是为工程教育改革提供理念支持和哲学依据。无论是工程人才目标的设定,还是大工程观的构建,乃至工程学科的设置、教育成本的控制,显然都离不开教育学的支持。而作为一种极其重要的教育类型,高等工程教育的人才培养、办学思路、办学方法等无不受到教育哲学思想的主导和影响。教育学知识不仅可以更新人们的办学观念和思想,充实和完善办学者的知识结构,而且可以为办学者和教育者提供直接的工作指导。二是有助于提升工程人才的人文素养。工程人才人文修养的相对欠缺一直是工程教育过程中无法克服的现象,无论是经济学家道格拉斯•诺斯的"两种制度\,还是文学家C.P.斯诺的u两种文化,实际上揭示的都是技术和文化之间不可调和的矛盾。社会学家马尔库塞更是用"单向度的人"来形容工业技术对人的异化。在人文关怀淡薄的时代背景下,以育人为根本研究对象的教育学,必然能够为工程人才的培养提供更多的人文关怀。早在20世纪30年代,赫钦斯就在芝加哥大学点燃了美国通识教育的火炬,时至今日,通识教育的思想早已遍及全美。三是教育学与工程科学的结合能为工程教育师资培养开辟新路径。工程教育师资大都来自理工类各个学科,大都缺乏人文社会科学背景,尤其缺乏教育学理论基础和教学经验,习惯于用工程科学的思维、视角和方法去开展教学和科研工作,从而有可能为工程教育带来某些偏差。正是基于此,美国普渡大学在工学院开设了跨学科性质的工程教育系(School of Engineering Education),通过教育学和工程科学的结合,培养高素质的工程教育师资。

    二、一流大学工程教育改革模式与内涵

    在实用主义哲学思想的影响下,美国工程教育的内涵和本质得到新的诠释,大工程观逐渐形成,涌现出许多成功的工程教育改革模式。

    ()MIT模式:专与通的经典演绎

    1.构建完整的课程体系。

    MIT的课程体系由自由选修课程、学科课程、核心课程三部分构成。自由选修课程是基础,学生可以在全校范围内任选,只要修满规定的学分即可。学科课程主要包括核心课程和专业领域课程。核心课程主要由9门自然科学课程和8门人文、社会科学类课程构成。通过选修课程,学生横向拓展了学科专业范围,大大丰富和拓展了自身的知识储备,改善了知识结构,为学生的全面发展奠定了初步基础。通过学科课程,学生掌握了本学科专业的基础知识和专业知识,实现了学科专业的专精发展,夯实了专业基础,为学生今后的职业发展奠定了坚实的基础。通过核心课程,学生进一步系统构建起比较全面的人文社会和科学知识结构,实现专与通的衔接和整合。

    2.建立个性化培养制度。

    在MIT,专与通的结合既是目标和结果,也是过程和方法。为了实现专与通的结合,MIT创造性地提出和建立了个性化的培养制度。早在

    1969年,MIT就率先提出了"本科生研究机会计划"(UROP)。本科生从一入学就可以参加教师的研究课题,也可以自行设计课题并请教师给予指导。大学四年中,大约有80%的学生至少从事过一项UROP研究项目。此外,MIT还实施了"独立活动期计划"(IAP)、自主选专业(Major Course of Study)、双学位和辅修(Double Majors & Minors)、三四年级PDF选择(Junior-Senior P/D/F)、外校学习(Study at Other Universities)、联合培养(Cross-registration Programs)、国外学习(Study Abroad Opportunities)和国外实习(Internships Abroad)等培养制度。这些个性化的培养制度将学生的学习从课堂延伸到课外,将专与通、学与用紧密结合起来。

    3.突出工程能力培养。

    工程人才的能力基础在于工程实践能力、工程设计能力与工程创新能力,然而,随着全球视野和全球合作思想的逐步形成,MIT开始重视学生工程领导力的培养。在MIT,工程领导力主要包括三方面的知识和素质:核心价值观和个人品质,如勇于开拓、擅长决策、行动果敢、有责任感和危机意识、富有激情、足智多谋等;领导才能,如对环境的悟性、社交能力、富有远见、能够实现目标等;丰富的知识,如学科知识、基础知识、技术知识、工程思维、批判思维等。为此,MIT发起了一系列强化性质的工程教育计划,如伯纳德•戈登领导力计划(Bernard M. Gordon-MIT Leadership Program)、雷蒙森计划(The Lemelson-MIT Program)、本科生实践计划(Undergraduate Practice Opportunities Program)、MIT创业竞争计划(MIT $100K Entrepreneurship Competition)等。这些计划旨在运用新的教学方法将MIT的毕业生培养成为工程界的领袖,巩固和加强MIT在美国工程技术领域的领导地位。

    ()伯克利模式:学与术的和谐统一

    1.将学术优先原则贯彻到工程教育。

    伯克利的学术优先原则不仅适于教师,而且已经深入到本科生。为了推动本科生科研,伯克利于1991年设立了本科生科研学徒计划(URAP)。根据该计划,任何一个年级的平均学分绩点(GPA)在2.0以上的本科生都可以申请做教师研究工作中的学徒;每个学生可同时申请3个项目,但如果申请成功,每个学期只可以从中选择做一个项目。此外,伯克利还设立了校长本科生研究奖学金计划(President's Undergraduate Fellowship , PUP),根据该计划,学生自己提出研究方案,学校出资,资助优秀本科生在教师指导下从事原创性研究工作。本科生完成科研后,必须提交论文,经审查合格,可获得1~4个学分。

    2.积极构建"大工程"课程模式。

    伯克利的"大工程"课程主要针对低年级学生,是低年级学生的共同课程。工学院各系的课程都包括两部分,一部分是所有工程基础课程,然后才是各专业课程。这种"大工程"的课程模式主要体现在本科生课程改革中,其重点包括:①低年级的课程更侧重概论性,如电子工程系的概论性课程共23门,占总课程数的1/4;②讲课重点放在问题解决方法上;③用最新的知识更新教学内容;④重视人文素质教育,人文通识课程在整个课程体系中的比例约占20~25%。

    3.在社会服务中提高工程研发和应用能力。

    伯克利的工程教育非常重视工程设计、工程研发和工程应用能力的培养,工学院明确将通过科研和技术开发服务社会作为自己的三大目标之一。通过本科生科研计划、校外实习等方式,学生的科研能力和解决问题的能力都获得了显著提高。伯克利的社会服务非常广泛,上至国防军事科研,如早期的雷达研究、核武器研究等,都有伯克利的身影;下至社会公共领域,如伯克利工学院的工程师发明了一种仿生腿,能够帮助截瘫病人重新站起来并直立行走。此外,伯克利工学院的教师还广泛参与加州水利灌溉、公共基础设施、市政系统的设计、建筑和研究等工作,为加州地区社会经济和市政发展作出了突出贡献。通过社会服务,加州伯克利大学将理论与实践紧密结合,大大提高了工程教育的质量。同时也为自己赢得了社会资源和社会声誉,成为公立大学当中少数几所一流大学之一。

    ()普渡模式:探索工程教育新途径

    1.构建宏大的工程人才培养体系。

    面对21世纪全球科学技术和经济挑战, 普渡大学提出了工程人才培养的三大支柱体系(The Three Pillars of the Purdue Engineering Undergraduate Education),并希望普渡的工程教育能够在2020年之前达到此目标。第一根支柱是能力维度。包括领导能力、小组合作能力、沟通交流能力、决策能力、认知和管理能力、在多元文化背景下有效工作的能力、在全球工程领域有效工作的能力,以及工程、商业和社会的综合分析能力。第二根支柱是知识维度。包括科学和数学知识、工程基础知识、分析技能、开放设计和解决问题的能力、多学科合作的能力、整合能力等。第三根支柱是质量维度,包括创新、职业道德、在全球技术背景下的伦理责任、变革环境中的适应能力、企业家精神和内在平衡能力、拥有好奇心并坚持终身学习[10]。为了实现这三个支柱,普渡大学提出并正在实施"2009~2014普渡工程教育战略规划"(PurdueEngineeringStrategicPlan2009~2014)。

    2.成立工程教育系强化工程师资培养。

    为了加强工程教育师资培养,普渡大学于2004年在工程学院成立了工程教育系,该系由新生工程学系(The Department of Freshman Engineering)与跨学科工程部(the Division of Interdisciplinary Engineering)合并而成,专门致力于工程教育师资的培养。工程教育系共包括三个层次的工作,第一个层次是新生工程课程教学。第二个层次是工程教育系的本科生教育,包括跨学科工程教育课程和多学科工程课程,前者由那些需要接受工程教育但不接受工程实践的学生学习,后者由偏向工程实践的学生学习。第三个层次是研究生教育,重点在于博士生教育。学生在接受完博士教育并获得教师资格证书以后,可以成为工程教育师资。普渡的经验证明,通过专门的工程教育师资培养,可以更好地提高工程人才培养质量。应该说,普渡大学的这项实践目前在一流大学工程教育中独具特色。

    三、天津大学工程教育改革的探索与实践

    中美两国高等工程教育的哲学理念有着各自深厚的文化传统和生长土壤,但是,二者却有着异曲同工的内涵,如中国传统文化中儒家、墨家、兵家、法家等哲学流派都非常强调学思结合,知行合一,这和美国的实用主义哲学内涵是一致的。在教育全球化背景之下,中西哲学理念的融合是历史发展的必然,学习借鉴西方发达国家尤其是美国高等工程教育的哲学理念和改革实践,对于我国高等工程教育改革具有重要意义。基于此,天津大学以教育部u卓越工程师培养计划"为契机,积极探索工程教育改革的创新之路,于2009年9月成立了实体性的"求是"学部,目前已完成基本框架建设。

    ()"求是"学部的初步探索

    1.对卓越工程师的认识。

    科学家与工程师是两个不同的概念,正如著名核物理学家冯•卡门所言:"科学是探索世界的本源,而工程师则是创造世界上没有的东西。"但是,科学和工程又是不可分割的。对于工程人的培养而言,我们认为,卓越工程师不是普通的工程技术人员,而是必须兼具科学家和工程师双重品质的高级人才。他们既有科学家的探索精神又有工程师的创造力;既能够认识和发现世界又能够创造和改变世界;既善于独立钻研,又善于团队合作;既能够立足本地区本行业,又能够具备战略眼光和全球视野;既有过硬的个人素质和行动能力,又有较高的组织领导能力;既有强烈的接受性又有敏锐的批判性。显然,卓越工程师应该是工程人才中最有能力、最具竞争力和最高端的人才。从对卓越工程师的认识可以看出,现代工程教育的人才培养必须将科学和工程思维紧密结合在一起,卓越工程师应该是手脑并重的高级人才。基于此,我校在卓越工程师的培养上坚持高起点和高标准。首先在生源上按照能力差异选定一定比例的优秀新生作为"卓越计划"的培养对象;其次在学科设置上,主要集中在我校几个优势工程学科如电子信息工程、化工材料、建筑工程等进行重点建设;三是在培养过程中,选配全校最优秀的师资进行教学,坚持严格的学业标准和淘汰制度。最后,经过两年"卓越计划"集中培养和强化学习以后,学生自主选择到各个专业继续学习。通过"卓越计划",我们希望学生既有宽厚的基础又有扎实的专业训练,为其今后更好地适应社会需要奠定坚实的基础。

    2."求是"学部的目标定位。

    "求是"学部从成立之初的目标定位就非常清楚,即根据建设创新型国家对工程人才的要求,以学校若干优势专业为依托,通过与行业、企业的密切合作,从培养模式、课程体系、教学方法、评价手段等方面入手,实施工程人才培养改革的综合试点,深入推进多方位、多层次、多模式的改革实践,努力探索有天津大学特色的适应可持续发展的高素质工程创新人才培养之路,为国家培养一批未来工程领域的领军人物和一大批适应社会经济发展需要的卓越工程师。"求是"学部是天津大学积极推进创新战略的结果,是天津大学教育教学改革的试验场和第一线。在这个试验场里,所有科学合理的教育教学模式都可以大胆探索和尝试,所有的课程体系和评价标准都可以被质疑和修正,这里只尊重学术规则和教育规律。"求是"学部是天津大学基础性战略性的实体部门,有健全的组织管理机构,有充足的经费保障,配备了全校最优秀的师资,将对全校的工程教育改革提供实验和参照。

    3."求是"学部的课程设置。

    "求是"学部的课程设置完全按照"大工程观"进行构建,包含了工程领域所有的基础课程,学生经过两年学习后进入全校各专业继续学习。"求是"学部采取大类培养模式,入学选拔时根据学生志愿以及测试确定大类方向,并分别按照化工材料、电气信息、建筑工程、机械动力大类要求安排基础课程教学。完成大类基础课程教学后,根据学生志愿并参考综合考评结果在大类中选择主修方向。

    ()未来的设想。

    1.深入挖掘卓越工程师的内涵。

    卓越工程师的内涵不是单一的而是多元和多层次的,必须不断挖掘和拓展。第一层次的内涵是知识,既包括通过课堂教学获得的课程知识,也包括各种实践知识。第二层次的内涵是技能,即解决各种实际问题的技术、工艺、素质和能力。第三层次的内涵是品质,包括公德心、责任感、全球视野、合作精神、诚信、博爱等等。在过去的工程教育中,我们更多地强调了卓越工程师的第一和第二层次,而对于第三层次的内涵关注和投入不够。因此,在未来的工程人才培养中,我们将强化工程师的社会责任感、全球视野和领导力的培养。为此,初步设想在"求是"学部实施"领导力培训计划,培养工科学生未来引领本国和世界工程科技发展的能力,让经过"求是"学部两年培养的这批学生无论在今后的专业学习还是走向社会之后,都能够担当重任,成为领导型或领军型人物。

    2.积极探索新的教学模式。

    从目前"求是"学部选拔的本科生生源看,他们具有这样几个特点:一是他们是各学院各专业的优秀生,在高考中取得了优秀的成绩,在同专业当中名列前茅,在进入"求是"学部之前,又经历了综合测试,学业成绩和综合素质均表现优秀;二是这批学生刚刚经历高考进入天津大学学习,并经历了各学院各专业的短期学习,具有旺盛的求知欲和探索精神,而"求是"学部为他们的学习和探索提供了一个很好的实验场;三是这批学生思维敏锐,敢于创新,富有批判精神,对于现有的课堂教学模式无疑是一种挑战。针对"求是"学部新生的这些特点,将继续发挥天津大学的学科优势,以"求是"学部为纽带,充分依靠行政、学科等多方面的力量,打通学科专业壁垒,开展数理基础强化试验、大口径专业基础强化试验、复合型培养试验、本硕分阶段统筹培养试验、实践强化试验等教学改革,让"求是"学部的教学工作上台阶,上水平,显特色。

    3.寻找突破口,深化校企合作。

    "求是"学部的工作仅仅完成了卓越工程师培养计划的一部分,要完成培养计划的另一部分,必须有企业和行业的参与,开展工学结合和校企合作。只有这样,才能将学与术、产与研、通与专有效结合,培养兼具科学家头脑和工程师实践能力的卓越工程师。近年来,随着我国社会经济的发展,大学与企业的合作面临一些新的问题和挑战,高校社会实践受其影响,使得部分工程实践主要在实验室中完成,缺乏亲临其境的参与,从而影响了学生的实践创新能力。"求是"学部已经意识到这一点并积极探索新出路,尝试在毕业设计阶段将学生送到企业中,和企业研发人员一起工作,从而使毕业设计具有较强的实践基础。在今后的工作中,求是"学部将通过增加投入、建立产业联盟、合理分担成本、共享科研成果、人员互派等方式,进一步巩固现有的校外实习实践基地,力争实现校企合作的双赢。