面向工程的工科学术型硕士研究生课程教学研究——基于MIT 与北航航空航天专业的比较分析

王 悦 马永红 冯秀娟 王延奎

学术学位研究生的培养是以学术研究为导向的创新人才的培养，但对工科研究生培养而言，这绝不意味着要脱离工程实践，而恰恰是要更深刻地反思如何在培养中更好地体现工程本质，立足工程实践来培养创造性的科技人才。作为世界工程教育的先锋，美国麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology，以下简称MIT）的人才培养模式一直是世界各国效仿的典范，但是由于中美两国在文化、历史、国情、科技与教育发展水平等众多方面的不同，我们的大学不可能也不应该完全照搬美国大学的培养模式。 为此，本文以航空航天专业为例，从多个角度对MIT 和北京航空航天大学（以下简称北航）学术型硕士研究生的课程教学进行了比较，试图通过对其中差异的分析，为我国学术型工科研究生课程教学的改革提供借鉴和参考。

一、MIT 与北航学术型硕士研究生培养的基本情况

MIT 的航空与航天系（Department of Aeronautics& Astronautics）隶属于工程学院（School of Engineering）。 其学术型硕士研究生的培养为期两年，主要面向希望在航空航天学科中继续攻读博士学位的申请者①http：//aeroastro.mit.edu/graduate-program/masters-degree.。 在专业设置上，MIT 的航空与航天系共有9 个专业方向，分别是航空航天工程计算、吸气式推进、飞行器系统工程、航空运输系统、人类航空航天、材料与结构、自动化、通信和网络、控制。这其中既有传统航空航天学科的内容，也有属于更加广阔的航空航天决策、信息与控制领域的内容。

北航是我国一所具有航空航天特色的研究型大学，学术型硕士研究生的培养年限为2.5 年。 与MIT不同的是，北航航空航天领域的人才培养是由航空科学与工程学院、宇航学院、能源与动力工程学院等多个学院共同承担，涉及航空宇航科学与技术、力学、动力工程及工程热物理3 个一级学科，飞行器设计、人机与环境工程以及航空宇航推进理论与工程等10 个二级学科，这其中还包含飞机适航设计等自主设置学科。 这种多学科交叉的特点是由航空航天技术本身的复杂性所决定的，所以尽管两所大学由于学科传统、学术资源等方面原因，在专业的设置上各有不同，但都为学生提供了一个较为宽阔的学科平台，有利于学生形成开阔的学术视野。

二、培养目标的比较

作为美国高等工程教育的领导者，培养工程界的领袖人物是MIT 一直追求的目标。 而作为国内高水平的研究型大学，北航也一直致力于为国家培养优秀建设者和领军、领导人才。 表1 中，我们以MIT的飞行器系统工程专业与北航的飞行器设计专业为例进行了培养目标的比较。 从比较中可以看出，MIT的课程教学目标充分体现了其将科学、技术与非技术要素融为一体的“大工程观”的教育思想，反映了MIT 对现代工程人才知识与能力结构的判断及对未来发展趋势的预测，并据此提出了特定的、具体的预期学习结果。相比而言，北航的培养目标中对知识的要求较为具体，但对能力目标的表述则较为笼统，较多地使用了内涵广泛的词语，而没有给出更为细化的、具体的说明；在内容上较多地沿用了国家学位条例中的表述，专业特色不够明显。这种差异一方面说明，我们没有充分认识到培养目标在人才培养过程中的重要性，对培养目标缺乏深入的研究，另一方面也说明，高校在工科人才的培养中未能及时总结和有效表述其独特、鲜明的教育理念，对现代工程科技人才的特征和需求缺乏深刻的理解和分析。

三、课程体系结构的比较

我们从总学分要求、必修课程门数、课程体系结构与比重三个方面对两所大学学术型硕士研究生的课程体系结构进行了比较（见表2）。 从总学分要求上看，北航略高于MIT，但是从必修课程门数看，北航学生需要修读的课程数却超过MIT 的两倍。 这充分说明MIT 的课程具有高度综合化和融合性的特点，学时量大，持续时间长，课程内容及要求也高。在MIT 要求的66 个unit①一般认为MIT 的一个unit 相当于国内高校1/3 学分，参见张林、程文青、罗杰等《美国高校电气工程专业本科培养计划浅析》，载《电气电子教学学报》2014 年第3 期。中，42 个必须是高等级（H级）的研究生课程。 其他非H 级课程则必须拿到B以上成绩，尤其数学课一般都要求成绩在B 以上。因此，学生要完成一门课程的学习往往要付出很多的努力。

从课程体系结构来看，MIT 的课程由科技文章写作、数学类课程、核心课程和专业选修课程四个部分构成的。 其中，科技文章写作不计学分，每学年考评一次，合格成绩为80 分，达不到要求则需要进行补习训练。 北航的课程体系由公共课、数学基础课、一级学科基础课、专业课、跨学科课程和专业实验课构成。 其中一级学科基础课大致相当于MIT 的核心课程，专业课程、专业实验与跨学科课程等基本相当于MIT 的专业选择课程。 因此，除以政治、外语为主的公共课外，北航与MIT 的课程体系构成要素基本相同，但是各要素的比重却存在较大差异，尤其表现在数学及具有基础性的专业核心课程上。因此，尽管从构成上看两所大学差异不大，但是在内容上，MIT的课程体系还是表现出了“综合性更强，基础更扎实”的特点。

表1 培养目标的比较

表2 课程体系结构的比较

四、数学类课程的比较

在工科人才的培养中，以数学、物理和化学为主的自然科学知识是形成学生创新能力的基础。 对航空航天类人才培养而言，数学历来是课程教学的重头戏。在这里，我们以飞行器设计专业的数学类课程为例进行比较。从表3 中可以看出，两所大学在数学教育上不仅有量的差异，在课程内容上也有明显的不同。 MIT 的飞行器系统工程专业共有六门数学选修课程，主要侧重概率统计和优化两部分，学生可以根据自己的研究需要在这两部分中选择一门课程进行修读。值得注意的是，MIT 的这些数学课程并不是完全由数学学院开设，还分别来自航空航天系、土木与环境工程系、电气工程与计算机科学系以及商学院。 在教学内容上这些课程都是当今工程技术中应用最广泛的数学知识，是数学在学科领域中的渗透、交叉和融合，是一种与学科紧密联系、以工程应用为主的工科数学教育，其教学目的是使学生掌握该领域前沿研究所需要的近代数学工具。 北航的培养方案中共设置了四门数学基础课程，其中主要是由数学学院开设的经典的高等工程数学。 这种基础性的数学课程往往具有很强的抽象性，而教师囿于应用研究的水平和认知程度，对于应用的讲解难免会广而不深，容易造成知识与实际问题的脱离，使学生不能对课程知识进行有效的建构。针对这一问题，北航于2005 年开始启动公共数学课程教学平台的建设。在数学课程的设置上不仅考虑目前北航各学科专业人才培养的需要，同时还考虑到对学生数学素养的提高和后继发展的影响，进一步加强了课程内容的优化，注重跟踪工科专业知识的发展和数学在工科课程中的应用，并为数值分析等实践性较强的课程建设了研究生公共数学实验室。此外，为了让学生更好地掌握分析和处理工程实际问题的数学方法，很多专业还在学科基础课中开设了如“线性系统”、“结构有限元方法与应用”等与专业结合更密切的数学类课程供学生选修。

表3 数学类课程设置的比较

五、专业课程的比较

表4 是MIT 航空航天系“飞行器系统工程”专业为学生推荐的选课模式。从中可以看出，MIT 研究生实际选择的核心课程只有两门，即飞行器系统工程和飞行运输系统构建，且都为必选课。从课程内容上看，这两门课程都是以系统整体论为基础的综合性课程。 如飞行器系统工程（Aircraft Systems Engineering）这门课程就采用了全面性的观点，将飞机视为一个系统来进行探讨，其主要内容包含基本系统工程、成本与重量估计、基本飞机性能、安全性与可靠度、寿命周期议题、飞机子系统、风险分析与管理、关键性驱动程序的设计以及相关的案例研究等。教学形式则采用了讲授、讲座、研讨、实地考察等多种方式①http：//ocw.mit.edu/courses/aeronautics-and-astronautics/16-885j-aircraft-systems-engineering-fall-2004/index.htm.。 这种综合化的课程设计反映了工程本身多学科融合的本质特点，打破了学科之间的界限，关注了学生在该领域中所要解决的大部分具体问题的复杂性、整体性和相关性，使学生可以更清楚地看到科技与社会的统一性。 推荐的4 门专业选修课程中有2 门为力学类课程， 这说明在课程的设置上，MIT 的研究生将进行更深入的专业知识学习， 因此会具备更好的专业基础知识，为开展高水平的研究奠定基础。

相比之下，北航的课程选择空间很大，开设了一级学科理论课8 门，专业课14 门，其中力学类课程5 门，学生在导师的指导下从中选择6 门课程。 从对比中可以看出北航课程的分化程度很高，在这种情形下，研究生选课可能会形成“多点开花，深度不够，基础不扎实”的现象。 虽然学习了多门专业课程，但是缺少系统性，缺少对全局的了解，对自己研究领域的专业知识的学习深度反而不够，理论基础不够好，导致无法从最根本的和整体的角度分析和解决问题，造成研究生在研究过程中，对问题认识不深刻、不全面，在从工程实践中提炼科学问题时，常常会感到力不从心。

表4 核心课程设置的比较

六、实验与实践类课程的比较

没有实践就没有工程，没有高质量的实验实践教学就不会有高质量的工程教育，因此，重视实践教学是工程教育的本质特征。近年来，北航通过加大投入，深化教学研究和改革，不断完善研究生的实验实践条件，建设了一批高水平的研究生实践基地，并增加和开发了一系列综合性实验实践课程。 在飞行器设计专业的培养方案中单独设置了32 个学时的航空航天工程实验和12 个学时的飞行器设计实验，并且在多门专业课程中设置了实验教学的内容，大大加强了学生综合运用知识、接触工程实践的机会。重视实践教学也是MIT 鲜明的特色。在MIT 硕士项目的介绍中就明确指出学习系统工程和设计的最好途径就是在真实的应用环境中学习。 但是与北航不同的是，MIT 航空航天类研究生的培养方案中没有专门的实验类课程，实验实践的内容融入到了具体课程的教学中，而且形式多样。 有的是设计性实验，有的是实地考察，有的是以项目形式进行的课程研究。以结构动力学（Structural Dynamics）课程为例，该课程有近10%的课时是实验项目，而项目考核成绩占最终成绩的20%①http：//web.mit.edu/16.221/www/.。 此外，MIT 的学生还需要在暑期到企业或政府的实验室进行实习。由此可见，无论采用什么形式，两所大学都表现出对实验实践教学的高度重视。

七、师资的比较

作为世界顶尖级的研究型大学，MIT 拥有一支杰出的教师队伍，其中航空航天系也汇聚了众多世界级的知名学者，这一点是北航在短期内难以企及的。但是，其教师来源的多样化与深厚的工程背景值得我们关注和借鉴。 在MIT 航空航天系从事科研与教学的师资队伍中来自企业与行业的非MIT 人员占到了50%，而在另外50%的教师中，非航空航天系的教师又占到了29%，航空航天系自己的教师仅占21%，而这其中又包括2 名美国国家宇航局（NASA）前副局长、3 名美国空军前首席科学家、13 名美国工程院院士和15 名美国航空航天学会（AIAA）的高级特别会员[1]。 在教学中，MIT 的一门课程往往由多名教师共同承担。同样以核心课飞行器系统工程为例，该课程共有16 位任课教师，其中MIT 航空航天系教师7 名，承担了50%的教学主题，而其他教师则分别来自国家宇航局、海军飞行学校、波音公司、麦道公司以及美国联合航空公司等多个机构。 这样的师资队伍为课程教学与工程实践和科学前沿的紧密结合提供了基础。

八、对我国工科学术型硕士研究生课程教学的启示

1.树立面向工程的人才培养理念，明确知识与能力协调发展的培养目标

北航与MIT 在课程教学中呈现出的种种差异在很大程度是源自人才培养理念的差异。 上世纪80年代，MIT 率先提出了回归工程的教育理念，要求以培养工程科技人才为主的高等工程教育无论是侧重工程技术还是侧重工程科学都必须回归到工程实践的根本上来，树立工程实践的教育理念[2]。 因此，在MIT 的学术型研究生的培养中从培养目标到课程设置、教学实施以及师资队伍等各个方面都充分体现了与工程的紧密结合。然而，我国的高等工程教育尤其是研究生教育长期以来是科学导向的，工程特色不明显。在当前研究生教育结构转型的背景下，我们需要重新审视和思考工科学术型研究生的培养定位和目标，更深入地理解和重视工程科学对实践性、整合性和创新性的需要，从多个角度分析和判断工程科技人才在知识、能力上的核心特征，结合国情、校情和学科特点明确培养目标，并具体细化成课程学习的预期效果，以此来指导课程改革，评价和反思课程教学，不断提高研究生培养质量。

2.加强综合化建设，实现课程教学的整体优化

课程教学的综合化是面向工程实践培养工科人才的必然要求。与美国大学相比，我国大学的课程教学习惯于从系统性和科学性出发来组织课程及内容，而较少从实践需求出发进行考虑[3]。 随着新知识的不断出现，课程数量越来越庞大，课程内容越来越多，课程教学中对知识的分化和纵深的要求也越来越高。但是由于课程内容缺乏相互间的联系，学生所学到的知识往往成了一个个的知识孤岛，很难做到用多学科的视角，系统性、整体性地认识和解决问题。这就造成我们的研究生修读十几门课程，把大量的时间和精力消耗在课堂上却没有形成与之相应的科研创新能力。这与科学的发展、社会的要求以及人才成长的规律都是相背离的。 因此课程的综合化是当前我国研究生教育改革所亟待解决的问题。

课程的综合化建设首先是课程体系的综合化，即以学科为中心， 明确什么样的课程能够更有利于为学生提供培养目标所规定的知识、技能和经验，从而超越学科的分化，确立其内在联系，并将其转化为具体的课程体系，合理构建各类课程的组成、比重和相互间的衔接，使课程的整体功能得到最大限度的发挥。适当压缩课程数量，让学生有更多自主学习的时间。 其次是课程内容的综合化。 要有意识地运用两种或两种以上学科的知识观和方法论去考察和探究一个主题或问题，强调学科之间的关联性、统一性和内在联系[4]。 让课程教学尽可能地体现出现代工程综合性与复杂性的特点，不拘泥于工程科学的理论与知识，让学生可以更广泛地接触到大规模、复杂系统的分析和管理，注重理论和实践的结合。

3.加强教师的工程素养，构建合理的师资队伍

教师是人才培养的最关键因素，对于研究生教育的师资我们往往强调高学历、高学位，却缺乏对教师工程背景和工程实践经验的要求。此外，很多大学现行的科研导向也使得教师过分重视论文、奖励和纵向科研，而许多工程性强的课题却由于周期较长，很难出短平快的理论文章而不受重视，从而导致越来越多的大学教师远离工程，远离实践，使其自身的知识结构难以胜任面向工程的课程教学，成为创造性工程科技人才培养的限制因素之一。 因此在师资建设中一方面要依托企业开展教师的“工程化”培养，鼓励教师参与高水平的工程课题研究，加强教师的工程素养，促进教师知识的优化；另一方面要建立起与企业、科研单位人才交流的常态机制，聘请企业或行业的专家把各自领域的前沿问题、关键技术、科研项目等带入研究生的课堂，使学生近距离地接触到工程技术，开阔眼界。

[1] 北京航空航天大学能源动力工程学院.国外航空航天工程及机械类相关专业硕士课程设置调研与分析[R ].北京：北京航空航天大学，2014.

[2] 江安凤.吴锵.回归工程：中国高等工程教育发展的基本取向[J].高等建筑教育，2005（12）：5-7.

[3] 马永红，雷庆. 课程的逻辑性教学与系统性教学浅议[J].中国大学教学，2008（3）：39-41.

[4] 许建领. 高校课程综合的渊源及实质[J]. 教育研究，2000（3）：48-53.