土木工程领域工程设计教育方案的探索

芮大虎，杨建辉，赵雨霞

(河南理工大学 土木工程学院，河南 焦作 454000)

土木工程领域工程设计教育方案的探索

芮大虎，杨建辉，赵雨霞

(河南理工大学 土木工程学院，河南 焦作 454000)

根据美国土木工程师学会关于工程设计的2025年发展纲要，对未来土木工程技术人员所具备的能力进行了量化指标的评价，同时对相应的课程体系和相应的知识体系进行了规划，明确了未来工程师所应具备的能力和相应的培养模式。本文根据美国、日本在工程设计教育的实施概况，比较了我国现阶段土木工程教育与国际上的差距，提出了高等教育改革的必要性和改革的方向，以及适应经济全球化时代的工程设计人才的培养模式，从而促进我国现阶段的高等教育从“知识导向型”向“能力导向型”转变，以便更好地配合国家所提出的人才战略的实施。

高等教育；土木工程；工程设计；工程教育；工程师能力

伴随着经济全球化的进程，高等工程教育的国际化进程也随之而来，探讨建立具有国际实质等效性的中国高等工程教育专业认证制度，已经成为我国高等教育所面临的迫切问题。这是因为工程教育专业认证的主要目的是为了构建工程教育质量监控体系和工程教育与企业界的联系机制，这不仅是适应我国当前深化改革开放、加快经济结构转型、提高经济质量建设的需要，而且还是推动我国高等教育国际化进程的激励手段，符合我国所倡导的人才战略方针。因此，推动工程教育的国际互认制度，提高我国综合国际竞争力，是我国高等教育所面临的现实而又必须解决的问题。我国的工程教育专业认证试点工作是始于2006年，并参照《华盛顿协议》的基本框架要求而进行的。其中，《华盛顿协议》的主要内容是国际上高等工程教育学历互认和工程职业认证体系。截止2009年底，已经加入该协议的正式成员国(地区)有13个，分别是美国、加拿大、英国、澳大利亚、爱尔兰、新西兰、中国香港、南非、日本、新加坡、韩国、中国台湾和马来西亚；4个临时成员国有德国、俄罗斯、印度和斯里兰卡。由此可以推论，随着认证工作的不断推进，加入该协议的成员国(地区)将越来越多，而加入的门槛也将越来越高[1-3]。因此，我国的高等学校应充分认识并重视这一工作的重要性和迫切性，并开始着手进行前期的准备工作。

根据Harvey Mudd College(美国)的教育报道，自1990年后期开始，美国工程技术认证委员会(Accreditation Board for Engineering and Technology，以下简称为ABET)把工程设计能力(Engineering Design，以下简称为ED)作为教育计划，并经过三年(1997-1999年)的试行[4]，于2000年发表了Engineering Design Criteria 2000的报告[5]，由此基本确立了工程设计教育的完整体系。为了进一步地完善这一先进的教育体系，美国土木工程学会(ASCE)又于2007年3月发布了“The Vision for Civil Engineering in 2025”报告[6]，并于2008年2月，把未来土木工程师所应具备的能力归纳到“Civil Engineering Body of Knowledge for The 21st Century, Second Edition”(以下BOK2)[7]，并把工程设计能力定义为承担可持续发展基础设施建设者所必备条件。目前，在亚洲开展这项工作最早、最普遍、最完善的国家是日本，时间是1996年，并以北海道大学、东北大学、东京大学、东京工业大学、名古屋工业大学、京都大学、大阪大学和九州大学这8所大学为代表，成立了工学部长会议(Japan Accreditation Board for Engineering Education，以下简称为JABEE)中心，正式引入了工程设计教育理念；并由此在其他各高校推广实施了工程设计教育和创新教育等新的教育体系[8]。

本文主要依据作者多年来在国外留学和工作中对国际工程教育理念的思考，并以近年来美国和日本的工程设计教育研究动向为参考，试图结合我国现阶段的高等教育特点和我国经济建设的需要，探讨我国在面向创新性国家建设中的国际化工程教育改革的必要性。

一、BOK2工程设计教育的基本内涵

根据美国土木工程学会所制定的2025年发展纲要，对未来土木工程师的培养方案BOK2进行了详细规划；并以ASCE BOK 委员会为主体，以Committee on Academic Prerequisites for Professional Practice(CAPPP), Committee on Professional Practice(CPP), Educational Activities Committee(EAC), Committee on Curricula and Accreditation(CCA)和 The Department Heads Council(DHC)几个分会为具体实施单位，以产、官、学、领导相互密切协作的方式，培养具有全球化视点的土木工程师。即未来土木工程师的培养，不能仅限于高等教育机构，而更应结合社会发展的需要并结合非教育机构进行联合培养。

(一)工程师的的能力指标

BOK2提出的工程师所应具备能力指标如表1所示。其中，能力指标由基础能力(Foundational outcomes)、技术能力(Technical outcomes)和专业能力(Professional outcomes)三部分组成。而基础能力则包含数学、自然科学、人文科学(语言学)和社会科学等内容；技术能力则包含材料科学、力学、实验、实习、问题认识和解决、设计、风险管理、工程管理、土木工程专业技术等内容；专业能力则包含信息交流、公共政策、企业管理、领导能力、团队精神、学习态度和伦理责任等内容。为了量化上述能力指标，对表1中1-6阶段中关于知识、理解、应用、分析、综合化、评价、评估等内容，规定了应达到的水平。另外，也明确了针对学士(B)、硕士(M/30)以及注册工程师考试资格(E)分别所应达到的水平。而日本技术者教育认定机构(JABEE)则比较重视工程设计能力，但BOK2中并没有单独对“工程设计能力”的评价，而只是将其定义为应用综合知识解决实际工程问题的能力。

(二)BOK2的内涵与工程设计能力

根据BOK2，工程师所必备的能力与ED能力有关的指标和培养土木工程师工程设计能力所需的技能要求，是相互联系的，如表2所示。其中，表2中BOK1为BOK2实施过程中的过度方案。

针对我国土木工程工程设计教育所欠缺的能力，根据BOK2将工程设计能力所包含的内容分别列于表3、表4和表5，其阴影部分是我国现阶段教育中学生所普遍缺乏的能力。

根据国外一些大学近年来所开展的工程设计教育实施的基本情况，如表6所示，可作为我国高校开展实施BOK2的参考，并根据学校的自身特点，可着重发展某一强项。

由上述表1-表6所示，我国现阶段的土木工程教育与国际上相比，有着显著的差别。根据我国的引进来和走出去的发展战略，加强土木工程设计教育，是现阶段教育机构所应及时、重点思考的问题，是和国际教育接轨所必不可缺少的发展步骤，更是我国深化改革开放，提高经济发展的质量，实现中华民族复兴所必须的一个重要环节。同时，从另外一个侧面也说明了，今后土木工程技术人员所承担的职责将扩大，单凭某一门专业来评价工程师水平的时代即将消失，这更说明了改革我国现阶段的单一教育模式，不仅是必要的，而且更是迫切的。

二、国外土木工程设计教育的实施概况

工程设计能力可以认为通过对学生进行现代工程设计思想和设计方法的教育，培养学生综合应用各方面的知识与技能以及解决工程实际问题的能力。由表5所示。可以看到各个大学根据自己的教育理念和目标，着重开发相关课程，以培养学生的独立思考，并能娴熟地运用所学知识解决实际问题的能力。

日本金沢工业大学为培养学生的独立思考、解决工程实际问题的能力，于1995年实施了工程设计教育。该校着重培养学生能够发现和解决非常规或无固定答案的问题，从而设计出与众不同的创新性方案，并加强工程设计专业的设计能力，以便能够独立自主或通过合作解决问题，也因此培养了学生的与人沟通和领导能力等重要的基本技能[9]。

在工程设计教育中，主要是以学生为主，而要解决的问题主要包括以下几个方面：具体研究课题选定(包括设计课题和项目主体)；收集课题有关的信息，并对这些信息进行分析；在相关的约束条件下，对课题解决方案进行比较选型和评价；完成具备最终结论的设计方案的书面报告；结果展示，用第三方能够理解的方式对期望目标进行有效地交流。这些内容是工程设计中的基本内容，其目的是让学生能够充分理解工程设计方法，解决开放性问题时的必要性和重要性，体会并实践逻辑思维科学的重要性和运用多角度综合知识解决问题的基本技能。

三、国外工程设计教育对我国工程教育改革的启示

我国高等工程本科教育的根本目标是培养适应社会主义现代化需要的、德智体全面发展的、获得工程师基本训练的高级工程科学技术人才。如要使土木工程专业的学生在校期间就能受到相应良好的训练，其中很重要的一个环节就是要培养学生的工程设计能力。但根据我国现阶段高等教育的单调性，与美国、日本等国家的土木工程知识体系的构建相比较，我们尚存在着巨大的差距。根据BOK2的评价体系，为我国高等教育改革和国际化接轨可提供以下一些启示。

(一)合理设置课程体系，培养学生创新精神和实践能力

工程教育是科学、技术和艺术的结合，并注重自然科学、工程科学、人文社会科学以及管理科学的交叉与融合。诸如项目过程中的思维、行为、情感、适应性和全球化等，工程教育中的交叉文化问题，项目经理的领导艺术等等，这些素质，正是现代工程实践所必须的。由于国人的害羞、行为个性低调的本性，这限制了工程设计教育中个性、领导性、艺术性和集体性的发挥，因此应积极改变过去单一、狭窄的专业人才培养模式。但不同的高校，应根据自己的学科、专业结构、以及办学条件和风格等定位，探索建立具有个性特征的人才培养模式，而不是一窝风地盲目跟从。而关于土木工程的教学，应以现代工程为背景，进行生动有效的工程教育；同时还必须充分利用现代化的信息技术，如从互联网中及时地了解土木工程中的前沿知识、工程案例，然后进行系统的工程教育，从而开拓学生的视野，并使学生养成良好的现代工程意识和思维方式，自觉地树立现代工程人才的价值观。

(二)注重创新能力和提高工程设计水平

培养学生的创新能力和实践能力，就要有一支具有创新精神和创新能力的教师队伍。但由于我国的传统教育与科研模式，虽然可以培养很多教师在自己所从事的过窄的研究领域内具有很高的造诣，但对本领域以外的知识了解则很少。而现在的土木工程专业是以前各个专业方向的整合与融会，因此就需要调整相应的课程设置、课程内容、学时数、教案及考核方式等。如《混凝土结构》、《基础工程》、《土木工程施工与管理》、《土木工程专业英语》和《概预算》等课程，其涉及面要比以前宽泛得多，既不是针对从前的工民建方向，也不是只针对交通土建方向，更不是几个方向的简单叠加。因此，只有注重对“双师型”的教师培养，才能不断提高教师的综合工程设计水平，从而才能够胜任指导学生的工程实践训练。

(三)加强产学研合作，建立需求导向的工程人才培养体系

工程实践是创新的基础，而工程实践的能力则是创新能力的前提条件。如欧美国家土木工程专业培养的特点是以宽度为主，但着重强调学生知识结构的完整以及自主学习的能力和实践的能力；其次，欧美国家土木工程职业工程师的培训任务，很大程度上是由企业承担；而我国的职业培训则是由企业被动、简单地承担，如仅仅是在工作中逐渐地获得相应的训练，而高校则缺乏相应的培训人才、培训场所和机构。因此，改革土木工程专业实践教学体系的设置与企业要求相接轨是非常必要的，可见加强“产学”合作，建立需求导向型的工程人才培养体系，是适应时代发展的迫切需要。

总之，由BOK2的培养体系可知，对土木工程专业人才的培养要求，具有前所未有高度和广度，而如何培养出适应21世纪的专门人才，不是一项简单的任务，而是一项具体而复杂的系统工作，需要调动整个社会的智力、财力和物力，才能培养出适应全球化经济时代的、具有扎实的基础、宽广的知识面、综合能力强、综合素质高、富有创新精神和团结协作能力的新型土木工程设计人才。

[1] 毕家驹.美国ABET的工程专业鉴定新进展[J].高教发展与评估, 2005，21(5): 44-50.

[2] 吴启迪.发展高等工程教育，推动国家创新体系建设——在第七次全国高等工程教育学术研讨会上的书面发言[J]．高等工程教育研究，2006(5)：1-2.

[3] 查建中．面向经济全球化的工程教育改革战略—产学合作与国际化[J]．高等工程教育研究，2008(1): 21-28.

[4] Engineering Accreditation Commission of ABET. Engineering criteria 2000 [S].Third edition. Baltimore, MD, 1997.

[5] Engineering Accreditation Commission of ABET. Criteria for accrediting engineering programs[S]. baltimore, MD, 1999.

[6] ASCE. Civil engineering body of knowledge for the 21st century[S]. American Society of Civil Engineers, 2007.

[7] ASCE. Civil Engineering Body of Knowledge for the 21st Century, Preparing the Civil Engineer for the Future [M]. Second Edition. Reston, Virginia: American Society of Civil Engineers, 2008.

[8] 木村定雄，鷲見浩一. Civil Engineering Body of Knowledge for The 21st Century (ASCE) を考える[C].土木学会第63 回年次学術講演会，CS12-08, 2008.

[责任编辑 王晓雪]

StudyofProgramsDesigninCivilEngineeringEducation

RUIDa-hu,YANGJian-hui,ZHAOYu-xia

(SchoolofCivilEngineeringHenanPolytechnicUniversity,Jiaozuo454000,Henan,China)

In the Vision for Civil Engineering in 2025 published by the ASCE (American Society of Civil Engineers), it proposed how to quantitatively evaluate the body of knowledge of professionals in civil engineering. It also designed corresponding curriculum and knowledge system, and clarified the necessary educating model for civil engineers in future. In this paper, based on the current status of engineering design education in the United States and Japan, we indentified the gap between China’s current engineering design education and those overseas; thus justified the need for the reform on Higher Education and proposed the direction for the reform. The reform will educate our civil engineers to better adapt themselves to the current globalization, promoted the change from“knowledge-oriented”to“capabilities oriented”in our current education system, and eventually lead to successfully outcome of China’s Professional Development Strategy.

Higher education；Civil engineering；Engineering design；Engineering education；Engineer capability

2010-03-14

芮大虎(1969-)，男，吉林通化人，博士，副教授，主要从事冻土与环境工程方面的研究。

E-mail：dhrui@hpumedu.cn

G642

A

1673-9779(2010)02-0221-07