国外高等工程教育回归工程实践的内涵与趋势 *

刘 阳， 程正则

(1.武汉工程大学 教务处，湖北 武汉 430205; 2.湖北科技学院 电子与信息工程学院， 湖北 咸宁 437100)

工程学科鲜明的应用性、综合性和实用性的特点，决定了工程实践是高等工程教育的重要内容。国外特别是美国工程界早在20世纪80年代明确提出确立“大工程观”，并发出回归工程实践的动议，最近我国的“卓越工程师计划”和之前发布的《国家中长期教育规划纲要(2011-2020)》都提出了强化实践教学环节、促进高校与行业企业深度融合等方面的要求。回归工程实践不仅是一种工程教育理念，更是当前工程教育改革的具体任务，典型国家工程教育界回归工程实践已走在我们的前面，其成功做法对我国当前高等工程教育改革具有重要的借鉴意义。

一、回归工程实践的内涵

国外高等工程教育尽管有着不同背景，但工程实践一直是工程教育的主要源头。不同时代工程实践的内容和形式也不尽相同，当前工程界倡导回归工程实践因而有着鲜明的时代特色和学科背景。

1.回归工程实践的缘起

现代工程教育发轫于技术教育。工程作为一个职业出现于19世纪，土木工程(或民用工程)是最先出现的，它是从致力于武器、防御和基础设施的军事工程中脱离出来的。 贯穿工程教育史的一对主要矛盾是理论和实践之间的关系问题，侧重理论抑或突出实践便构成了工程教育演化的两端，“一端是以实践、熟练程度和手工工艺为基础的工程教育，另一端则是完全以科学为基础的工程教育。” 这也构成了现代工程教育的两种模式，前者以欧洲大陆国家为代表，致力于培养精英型的高级工程技术人才；后者则以美国为典范，以培养具有广博理论基础的工程师的毛坯。

现代工程教育经历了两次大的转型，第一次发生在二战期间，此时科学成为工程教育的主宰；第二次则大致从20世纪70年代开始，工程教育的钟摆开始由科学转向工程。概括起来，当前回归工程实践的主要原因无外乎如下方面。

(1)政府部门对工程教育投入的减少。工程教育从一开始便具有军用背景，这种身份在二战期间得到最强化。然而，战争的结束也意味着工科院校不可能像之前那样获得大量来自政府的工程研究经费资助，转而向企业和工业界寻求发展资源。

(2)工程学科自身的不断成熟。长期以来，工程一直处于科学的次等学科的地位，从而被认为是应用科学甚至技术科学，工科和工科院校只有以科学研究为名才能取得应有的学科和社会地位，工程教育也缺乏相应的理论支撑。随着系统科学的兴起，工程学科从大量新兴学科、交叉学科逐步找到了作为综合性系统学科的应有位置，学科的进一步成熟有待于重新从工程实践传统中挖掘学科的生命力，以摆脱长期以来由科学所主导的次等学科身份。

(3)工程产业领域竞争力的减弱。麻省理工学院的研究报告《美国制造》指出，设计与制造没有得到与工程科学相同的学术资源和知识认同度，导致美国在消费品的制造方面已落后于日本和德国。凭借以工程应用为指向的工程教育系统，这些国家在精细制造等方面有全面超越美国的趋势，这加深了美国工程界的忧患意识。

(4)工程教育重要性的不断提高。科学具有两面性，工程则具有不确定性。石油危机、现代环境运动、美国取消超音速运输等都显示技术不可能严格按照其自身的规律发展了。同时，20世纪80年代开始的，随着信息技术的飞速发展，工程技术职业已成为全球竞争力的主要驱动力出现，这也使得工程界越来越重视革新工程教育形式，以增强学生在交流、团队合作、知识综合、经济理解的素质，增强本国的技术竞争力。

2.回归工程实践的本义

尽管现代工程学科一度强化理论基础，转向科学学科寻求其学科建制的理论之本，工程实践却一直是工程教育的基本内容。早期的工程实践重视现场操作和工作组织的实际问题，而新的工程形象则凸显任务的复杂性，包括项目的组织和沟通交流、专业咨询的角色、处理全新设计的能力、社会问题的需要。 作为一种工程教育理念，国外高等工程教育回归工程实践的本义包括如下三个方面。

(1)从学生的角度来看，回归工程实践就是回归全面发展。全面发展是与以人为本的科学发展观相统一的教育教学理念，其要旨是使学生学会做人、学会求知、学会劳动、学会生活，促其全面和谐的发展，塑造具有健全心智和完备知识能力结构的完整的人，达至这一目标的基本手段就是教育与生产劳动的紧密结合。回归工程实践在很大程度上是应对传统工程教育过于侧重科学教育和理论知识而提出的，它注重科学知识与技术的深度融合应用，教育目标从单纯的工程应用、工程科学知识的传授转向实际动手能力的提高、工程意识和工程素养的培养。

(2)从院校立场来看，回归工程实践就是回归教学。不论在哪种层次和类型的高等教育机构中，教学的重要性即便再怎么强调都不为过，但对科研事实上的过分偏重体现在院校办学的各个方面。从课程与教学论的视角观之，工程实践是工程教育课程内容不可或缺的组成部分，几乎所有的工科院校工科专业都有循序渐进的实践教学设计，回归工程实践既是对以研究为导向的高等教育观的一种“纠偏”，也是工程教育教学的主要方法，遵循一种以“从做中学”为教与学指南的教育原则，探究式学习、归纳式教学、以问题和项目为导向的教学、案例教学等工程教育活动由此才得以普遍推开。

(3)从高等教育系统来盾，回归工程实践就是重构工程教育体系。随着新兴学科、交叉学科的大量出现，工程学科的成熟度和独立性不断增强，工程教育体系再也不需要借助科学教育构筑其学科身份之基。伴随科学、技术、工程和数学学科的界限的日益模糊，高等工程教育在高等教育体系的位置亟待明晰。而回归工程实践就是从工程教育的演化史中寻找其教育体系再造的经验，当前大规模、集成化的工程实践也决定了由系统论、现代教学理论构筑而成的工程教育体系正不断走向成熟。

二、国外高等工程教育回归工程实践的趋势

回归工程实践不是回到科学范式转型前的工程技术教育模式，而是结合工程学科和工业实践的特点适时再造工程教育。当前的国外高等工程教育回归工程实践的做法主要体现在如下几个方面。

1.规划工程教育愿景

工程教育再造的驱动力更多地来自外界对工程职业的新要求。当前，工程职业正面临着持续不断的不确定性和数据的不完整性，以及来自客户、政府、环保组织和大众的充满矛盾的竞争要求。工程职业要求从业者具有人际交往能力和技术能力，今天的工程师也必须应对工作场所持续的技术和组织转变，他们必须应对与现代社会中工业实践的商业关系，对他们所做的任何专业决策的法律后果负责。

在这样的形势下，国家层面的工程教育规划旨在提高工程教育质量，造就适时社会发展需要的工程人才，提高工程和工业产业的国际竞争力。如在美国，国家工程院(NAE)和国家科学基金会(NSF)于2001年发起了“2020工程师”计划，该项目的阶段性报告提出对未来10项期望，涉及工程的社会认可、跨学科与知识融合、工程师的领导力、工程与可持续发展、工程人才资源开发、工程教育研究等方面内容，为工程师、教师、雇主、学生等规划了工程与工程师的发展蓝图。欧盟在“苏格拉底计划”下，构建并实施了系统主题网络(thematic network)以加强和引导其工程教育改革，包括欧洲高等工程教育(H3E，1998-1999)、加强欧洲工程教育(E4，2001-2003)和欧洲工程的教学与研究(TREE，2004-2008)等。

2.调整工程人才培养制度

应对工程职业的挑战和工程教育的问题的一个重要方面就是根据课程标准对工程专业课程进行全面的重新设计。美国工程与技术鉴定委员会(Accreditation Board for Engineering and Technology，ABET)、英国工程委员会的注册标准与程序(Standards and Routes to Registration，SARTOR)和澳大利亚工程师协会(Institution of Engineers Australia，IEAust)等都有修订工程课程的认证标准，促进这些国家院校修订其专业和课程结构，更新教学方法。

学习制度的修改是另一项重要内容。在工程范式转型背景下，美国工程界正尝试将工程教育延伸到K-12教育阶段，建立一体化的全程工程教育课程体系，大力培养适于科学、技术、工程和数学集成学科(Science，Technology，Engineering and Mathematics，STEM)教育的师资。同时，本科和研究生阶段的衔接日益紧密。如在荷兰，荷语天主教鲁汶大学联盟(Association K.U.Leuven)正在实施一项3+1的学士-硕士结构化专业项目。 比利时工程教育也在博洛尼亚进程影响下全面改革，以前5年学术的工程教育学位正在向典型的博洛尼亚包括学术学士和硕士学位的3+2结构转变。

此外，就是实施工程教育全球化的制度化战略(Institutionalising internationalisation strategies in engineering education)。工程教育全球化是一个热门话题，荷兰是一个鲜活的例子。它通常涉及三个领域：流动性、多元文化主义和网络化。工程教育全球化的制度化战略包括三个一体化的元素：教学法、运行安排和决策。

3.实践工程教学方法

工程教学方法包括教与学两个方面。20世纪70年代以前，前工程范式下的工程教育体系对教育学理论并不太重视。此后全面的回归教学则主要受新的学习理论的影响。

新的学习理论主要贯彻了以学生为中心的教育理念，强调对话、协商和反馈的重要性，反映出工程教学向“应当教什么”向“应当学什么”转变的普遍趋向。相应地，经验式学习(experiential learning)、探究式学习(inquiry-based learning)、“自我效能”(self-efficacy)、目标管理(goal setting)、合作学习/团队学习(cooperation or team learning)、连续反馈(continuous feedback)、因材施教的教学(tailored instruction)、认知模式建构(cognitive modeling)等教学法逐步进入工程教学活动。

其中，有代表性的主要有案例教学法(case-based teaching)、基于问题和项目的教学法(problem-based or project-based learning)。案例教学法的运用能较好地展现工程的系统性，可通过见诸新闻的工程项目实践甚至灾难案例，借助那些工程师可能遇到的工作实践，培养学生的工程意识，树立正确的工程伦理。基于问题的教学法自1960年来在职业训练中得到运用，但远未得到工程教育界的广泛运用推广。在基于项目的教学法中，项目常被认为是“工作单元”，且具有变化的时间维度、复杂性和综合特征，并与工程师学科专业的基本理论和技术有关，挪威泰勒马克高等学院(Hogskolen i Telemark, Norway)、美国科罗拉多矿业学校(Colorado School of Mines)、罗斯霍曼理工学院(Rose-Hulman Institute of Technology)、卡内基梅隆大学(Carnegie Mellon University)和伍斯特理工学院(Worcester Polytechnic Institute)等都是成功运用该教学法的典型院校。

4.引入技术力量促进教学

信息通信技术对工程教学的影响深入而持久。电脑、网络、通信等新技术的运用催生了一些新的教学法，如基于技术的教学法(technology based education，TBL)、基于电脑的训练法(computer based training，CBT)、远距离学习(distant learning，DL)、基于网络的教学法(web based learning，WBL)、协作学习(collaborative learning，CL)等。

这些基于技术的教学法引入新的教学媒介。如与传统的交互式授课、实验、观察和教师演示等教学法相比，视频游戏(video games)也可成为一种更为有效的工程教育媒介。它基于网络，能更好地面向大众，有助于推行以学生为中心的学习模式，促进多巴胺的释放，保证大脑化学活动的正常运行，更好地保证用功时间和学习效果。 信息通信技术会令评价的优势得到发挥。通过团队协作的帮助和估价，广泛地实现基于网络的实践和自评。

技术力量的壮大同时也革新了工程教学法。在教学指导方式方面，电子指导制(electronic mentoring)在大学、工程学和科学界是一个比较新的现象，其一般特征在于教师能不受时空限制参与指导。电子指导制与现场指导制各有长短，尽管该项目特别用于工程和科学专业的女生，但其许多方面对不同学生都有适用性。 综合电子指导与现场指导优势的是一种“混和学习”(blended learning)模式，其运用条件是：课堂讲授能在常见的基于网络教学工具的教学管理系统中得到运用，同时在大学校园内就可以进行实验环节的课程教学。

5.力促课程综合化

现代工程教育课程以信息传递理论(information transfer theory)的某些元素为基础，主要使用现代代数技术(Algebraic Techniques)构建课程体系。 CDIO教学大纲就是指导课程综合化的重要依据之一。它由麻省理工学院以美国工程院和瑞典皇家工学院等4所大学跨国研究组完成， CDIO是构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)、运作(Operate)，它强调工程师参与构想、设计、实施以及操作的全过程，涉及产品、生产流程以及系统生命周期的各个方面，该课程体系包括导论性课程、学科课程和专业课程及总结性实践等。综合课程的设计应考虑学生学习的阶段性和学习目标。如明尼苏达大学机械工程学院为工科本科生和研究生教学研制了一种新的工程设计课程，这些课程以实践指导性的、实地操作的(hands-on)经历和与企业大型的合作项目为基础。其中，本科生教育项目的基石就是建立新的工程课程概论，这种课程通过生产产品分析(product dissections)和创新性的实地操作的活动进行教学。而在研究生阶段，商业和工程类学生建立团队，与赞助商合作完成产品研发项目。

课程综合化同时要求工程教育与社区服务的一体化，如美国的社区服务工程项目(the Engineering Projects in Community Service program，EPICS)。其目的在于使学生：拓展技术的深度和多元学科的广度；感受全程设计过程；掌握并磨炼其多种职业技能；创造对其社区有重要影响的产品；成为自由个体、工程师或公民。而时间和内容与课程的其它方面整合起来，将带动进一步的创新，从而实现未来工程教育共同体所追求的目标。

6.完善合作教育机制

合作教育与我国大学教学中的生产实习相对应，它既是教学方法又是教学组织形式。自美国辛辛纳提大学于1906年正式实施相关计划起，合作教育已有100多年的历史。工学并行和工学交替是传统合作教育的两种基本模式，但新的趋势愈来愈强调以坚实的教学理论为指导，基于特定原则构建工交结合新模式，借此提高学生的自主学习、反思实践和学习迁移等能力，将学校和工作场所学习的经验整合起来。

加拿大滑铁卢大学拥有世界上最大的合作教育项目，共有14000名学生参与其中，合作教育企业超过3500个。该校提供自动的网络工作提交(对于企业)和工作申请/投寄简历(对于学生)系统。5年的合作教育项目中的工作经历达到24个月，这在加拿大本科合作教育中时间是最长的。学校要求学生至少有16个月的有效工作经验(视学习项目而异)才可能完成其学术项目。其卓有成效的合作教育为学校赢得了广泛的社会名誉，保证了其有效的工程人才培养质量。

“如果合作教育仅仅是取得工场信息、将技术知识与工场应用联系起来的经验媒介，那么它的作用还未得到充分发挥。” 荷兰爱因霍芬科技大学(Technical University of Eindhoven)所研制的大学创业教育计划具有代表性，它有五个目标：对所有学术参与者有价值；为学生引入工程问题；提高学生的创新、团队协作、评价、机会管理等方面软技能；训练学生创造价值的能力；为那些有志于在新兴公司工作的学生提供机会。该项目最终会产生一些额外的收益，包括创造价值、催生辅助性的新兴公司、促进院校科技的发展、实现教学和科研的整合等。

三、小结与启示

工程实践是高等工程教育区别于其它高等教育类型最本质的特征，纵观工程教育发展史，自技术范式肇始，工程实践即以学徒制为平台在工科院校内普遍推开，技术导向的工程教育一开始便以培养学生的工程实践能力、满足经济社会发展对实用型人才和应用技术的大量需求为教育指向；继而，在传统的、普遍的“重学轻术”思想下，随着政府部门对大型基础和应用研究的重视，科学主义大行其道，工程学科不得不“偏向”科学，依仗科学和基础研究提升学科的社会地位、构筑工程实践的理论原则；当下，回归工程实践是工程真正走向属于自己的学科特征和教育属性的发展范式转型，是工程教育走向成熟的必然选择。

在系统论和教育科学理论指导下，当前的回归工程与实践绝非应对学生工程实践能力匮乏、工程意识淡漠的一时之需，而是高等工程教育回归全面发展、回归教学、再造教育体系的必由之路。进一步说，回归工程与实践应是高等工程教育改革的一种常态，只不过由于工程实践在不同的时代有着各异的形态和社会负责，使得这种回归的表现和重点应适时进行调整。同样的，当前国外高等工程教育改革更多的以学生为中心的教育原则为指导，从系统工程和工程实践中寻找改革思路，从教育教学和现代信息技术中发掘工程实践教学的实施策略。我国高等工程教育正在《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》等指导性文件下阔步回归工程实践，“卓越工程师计划”的实施对未来工程教育改革起到了引导作用。国内与国外工程教育有关共同的问题，比如注入式教学(chalk and talk)、大班教学、学科单一、侧重运用讲授法教授工程规范，这些问题在在本科工程专业的低年级学生中仍比较严重。结合国外高等工程教育改革的内涵与趋向，本文认为当前我国工程教育改革应当明确如下几个问题。

其一，理解回归工程实践的要旨。工程实践具有时代性和国情差异，不同工程专业对于学生能力要求也有差异，但工程学科高度的专业性使得高等工程教育具有共同的应用性、综合性特点。相应的，我国工程教育改革的关键应当是使教学更好地突出以学生为中心的教学论，教会学生足够的工程应用和设计经验。

其二，回归工程实践重在回归教学。应借助先进教育教学理论改进当前的工程教育模式，突出实践教学、产学合作、实训基地建设、运用现代信息技术只是实现这些教学方法的途径，真正的回归在于课堂内外的教学现场，在于教学方法的改革。

其三，回归工程实践也应以系统科学为指导，更新工程专业教学理念和文化。应注重综合课程和专业的设计，培养学生的交流能力、团队协作经验。还应当增强学生的社会、环境、经济和法律问题的意识，因为这些问题也是其现代工程实践实际的组成部分。

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