思维驱动引导下的工程专业毕业要求变化新思考

张剑妹，刘秀平，韩丽丽

（1.长治学院，山西 长治 046011；2.西安工程大学，陕西 西安 710048；3.西京学院，陕西 西安 710123）

世界工程组织联合会（World Federation of Engineering Organizations，WFEO）与国际工程联盟（International Engineering Alliance，IEA）在2019年11月成立工作组对2013年第3版的《毕业要求和职业能力》进行审查与修订，于2021年6 月21 日颁布第4 版。新的毕业要求为培养与科技发展新趋势、产业变革新需求和可持续发展新要求相适应的工程师人才提供了制度性参考框架[1]。

作为《华盛顿协议》成员国，我国工程教育必须跟踪毕业要求框架的新变化，以适应新技术、新问题、新挑战、新使命对工程教育人才培养目标、理念、模式、内容、方法、标准等提出新要求。在新的毕业要求框架下，工程专业如何制定体现OBE 理念且实质等效的毕业要求呢？文章试图从思维引导角度分析毕业要求框架及内涵的新变化，为工程专业毕业要求的制定提供新的思路。

1 新版毕业要求框架的变化

《华盛顿协议》毕业要求框架是在基于成果目标导向教育（Outcome-Based-Education,OBE）理念下，制定了毕业要求的框架，也是协议成员互认的实质等效毕业要求标准的参照点。为了方便描述，将毕业要求项简写为WA（Washington Accord, WA）。从毕业要求框架整体结构看，2021 版由2013 版的12 条要求变更为11 条，即“工程师与社会”与“环境和可持续发展”合并为“工程师与世界”，如图1 所示。

除毕业要求第4 项“研究”的内容没有变化，仅是词序发展调整外，其余各项均有变化。在毕业要求“工程知识”项中增加了“计算基础知识”，是用于适应未来新兴学科及数据科学的需要。在“问题分析”项中增加了问题分析时“结合可持续发展的整体考虑”，更强调突出了“第一性原理”的重要性，而非“基本原理”。在“设计/开发解决方案”中增加了“全寿命成本和零净碳（碳中和）”的设计考虑。将毕业要求“使用现代工具”项变更为“使用工具”，拓展了相应的知识，突出数据、建模和计算技术模拟的解决方案，理解所做假设的影响和所使用数据的局限性。将2013版中的毕业要求“工程师与社会”和“环境和可持续发展”项目整合变更为“工程师与世界”，即将人文和自然整合为“世界”。强调社会科学知识（资源)有效利用、环境影响、全寿命成本、资源再利用、零净碳等内容。在毕业要求“伦理”中增加了“遵守国家和国际法律的伦理责任，及理解多样性和包容性的伦理责任”，突出强调了“伦理”而非“道德”。在毕业要求第9 项“个人与团队”中增加了“面对面、远程和分布式环境，充分考虑了工作方式的新变化”，强调团队的多样化和包容性。第10 项“沟通”中增加了沟通必须考虑到文化、语言和其他方面差异，强调包容性沟通的重要性。第11 项“项目管理”变更为“项目管理与财务”，即增加了“财务知识和应用”。毕业要求第12 项“终身学习”增加了长远发展的技术要求（适应新技术和未来技术)和思维要求（在最广泛的技术变革背景下进行批判性思维），突出了适应能力和批判性思维的培养。

图1《华盛顿协议》毕业要求框架2021 版和2013 版比较

2 思维引导下的毕业要求变化

2.1 第一性原理思维

第一性原理思维的基础是批判性思维。在2021 版《华盛顿协议》毕业要求框架的“终身学习”中突出了对“适应新技术和未来技术”的适应能力，及在技术变革背景下的批判性思维。

利用第一性原理分析问题，恰恰是我国工程教育的短板。我们在工程人才培养方面应重点构建和提升第一性原理思维内涵。

2.2 计算思维

计算思维（Computational thinking）是第四次工业革命下互联网、大数据、云计算、物信融合和人工智能深度集成的结果。

科学、技术、工程三者自成体系又相辅相成，充满着辩证法。科学是技术的基础，技术是工程的基础。科学是人类以探索发现为核心的实践活动；技术是人类以发明革新为核心的实践活动；工程是人类以集成建构为核心的实践活动。科学旨在发现，技术旨在发明，工程旨在实践，相互关联，又相互独立。现代科学研究必须以技术、工程为手段，以仪器装备为工具，以工程实践的工程科学问题为研究对象。

数学是科学、技术和工程的基础。数学完成了物理世界系统到现实世界的符号化从而形成数学模型。数学模型是形式科学，无法直接作用于科学、技术和工程。计算思维是通过建立系统的可计算模型将数学模型转化为信息系统模型，再利用通用计算装置自动解算。即运用计算机科学实现问题求解、系统设计、人类行为理解等一系列思维活动，通过计算学科的原理、思想和方法，将数学应用于科学、技术和工程等学科领域问题中。

第四次工业革命使得工程和工程领域的范式转变，工程设计的模式从传统“设计（Disign）—构建（Constuct）—测试（Test）”向“模型（Model）—分析（Analysis）—构建（Construct）”转变[3]。获取知识和其他价值信息拓展为由集成网络、智能机器算法创造，算法使系统能自我决策、自主执行任务。

2021 版《华盛顿协议》将自然科学定义为：在每个工程学科或实践领域适用情况下，提供对物理世界的理解，包括物理、力学、化学、地球科学和生物科学等。数学、计算思维、编程、预测分析等能力是未来工科人才的必要能力。在2021 版毕业要求框架中增加了计算思维能力要求，对工程专业人才培养质量具有重要意义。

公立医院预算管理存在一些问题，如部门预算不准确，财务权利不匹配等，导致预算与预算执行脱节，也给预算调整内部控制带来风险。 财务主管或公立医院主管的不准确信息导致任意预算调整和部门预算不足，因此他们开始逐步或甚至跨越报告。 未能建立健全的问责机制导致缺乏使用项目资金的计划，严重影响资金使用效率。

2.3 可持续发展思维

2015 年09 月25 日联合国大会第70/1 号决议通过《变革我们的世界：2030 年可持续发展议程》中确定了17 个可持续发展目标（Sustainable Development Goals，SDGs）[4]，包括消除贫困、消除饥饿、良好健康与福祉、优质教育、性别平等、清洁饮水与卫生设施、廉价和清洁能源、体面工作与经济增长、工业创新和基础实施、减少不平等、可持续城市和社区、负责任的消费和生产、气候行动、水下生物、陆地生物、和平正义与强大机构、促进目标实现的伙伴关系。以综合方式彻底解决社会、经济和环境三个维度的发展问题转向可持续发展道路。

《华盛顿协议》2021 版毕业要求框架中强化了可持续发展思维，至少7 处描述了相关的要求。在“设计/开发解决方案”中的“全生命成本”与SDGs 中的“廉价和清洁能源”、“工业创新和基础实施”、“负责任的消费和生产”、“持续城市和社区”、“气候行动”等目标紧密相关。全寿命成本包括设计、制造、采购、运行、维护、报废、回收、再利用等成本。在设计阶段，必须考虑设计费与维持费，并充分考虑回收与再利用费用，使全寿命达到最大化效益[5]。

“设计/开发解决方案”中的“零净碳”与“负责任的消费和生产”、“气候行动”、“水下生物”、“陆地生物”等目标紧密相关。为了响应2015 年巴黎气候大会通过《巴黎协定》，将零净碳确立为2020 年后全球气候治理新机制,即全面实施《联合国气候变化框架公约》(United Nations Framework Convention on Climate Change，UNFCCC）。中国政府2020 年9 月22日在第七十五届联合国大会上提出了中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，力争于2030 年前二氧化碳排放达到峰值，争取2060 年前实现碳中和”。

“伦理”的“国家和国际法律的伦理、多样性和包容性的伦理”与“和平正义与强大机构”、“促进目标实现的伙伴关系”等目标紧密相关。“伦理”与“道德”有本质区别，“伦理”是外在社会对人行为的规范和要求，常指社会秩序、制度、法制等；“道德”是个体的行为、态度和心理状态的内在规范。因此，通过“包容性强调外在的规范和要求的重要性。

“工程师与世界”中的“可持续发展”则直接点题可持续发展目标，尤其与“促进目标实现的伙伴关系”目标紧密关联。

“个人与团队”中的“多样化和包容性”和“沟通”中的“包容性”则与“性别平等”、“和平正义与强大机构”等目标紧密相关，使得有利于工程师在多样性、包容性、可持续实践和工程伦理等价值观塑造。工程多样性和包容性已成为世界工程组织的主流话题[6]，多样化的跨学科方法和包容性的思维方式有助于解决全球面临的挑战，对成功设计和实施解决方案、实现多元化目标至关重要[7]。保证工程参与者多样性是避免偏见的重要手段。因此，为工程教育创造多样化的教育环境、包容性教学，形成让人感到舒适和包容的工程文化，有利于培养未来工程师的包容性思维。

“终身学习”中的“新技术和未来技术”与“优质教育”、“体面工作和经济增长”、“减少不平等”等目标相关，突出了新技术和未来技术对工程师的作用和价值。

可见，联合国可持续发展目标与工程、工程师关系密不可分。为实现全球可持续发展目标，新型工程师必须将可持续发展价值观和目标融入日常工作中。

3 新版毕业要求与课程关系的变化

毕业要求是描述或例证毕业生期望从专业教育中获得的知识、能力和态度，可评估的学习成果[8]。它是该专业为特定目的（包括特定工程职业实践）提供教育基础。知识、能力和态度（素质）（Knowledge，Skill and Attitude，KSA）是工程教育的“铁三角”。知识是期望学生毕业时应知道的事实和理解的概念，是专业工程师的数据库，是构建课程体系的基础。能力是期望学生毕业时应能应用这些知识的能力，是用于操纵知识的工具，如沟通、领导、分析、综合/设计、计算、实验、评估和团队合作。态度是期望学生毕业时应能按正确方向应用知识，其决定能力和知识所针对的目标，即个人价值观、关注点、偏好和偏见。

知识、能力和态度三者同等重要，其中任一项被弱化，相应的人才质量体系也必将轰然倒塌。知识表现为把事情做成的能力倾向，即行动力。能力是知识（包括显性和隐性）的外显，态度是知识的内化。毕业时的能力产出是依托于课程体系的产出，构建课程体系的依据是知识和态度框架。毕业要求框架给出了学生毕业应具备的能力结构，知识和态度框架则给出了形成该能力结构必备的知识和态度结构。知识是能力产出，能力是产出能力。在专业课程教学设计、实施、评价中，遵从认知规律、重视知识在能力和态度形成中的基础性作用。《华盛顿协议》2021 版毕业要求中，增加了相应的知识和态度内容，如图2 所示。图中加粗下划线为新增的知识和态度，其中，图中知识和态度利用WK 和WT 简写代替，分别为Washington Knowledge 和Washington aTtitude的简写。

图2《华盛顿协议》毕业要求的知识和态度的变化

从知识和态度上看，和2013 版相比，2021版共有9 条内容，其中新增1 条态度方面的内容，原有的8 条内容都有不同程度的增加和修改，分别为：（1）WK1 增加了社会科学知识，即课程体系不仅要包括基础自然科学课程，还包括本学科相关的社会科学课程，或者通过个人体验对相应社会科学来代替社会科学课程。（2）WK2 增加了数据分析；（3）WK5 增加了支持运行的知识，强调资源有效利用、环境影响、全寿命成本、资源再利用、零净碳等知识，体现联合国可持续发展目标。（4）WK7 增加了批判性思维和创造性方法的意识。课程设置应反映学科前沿的新知识和新方法，具有批判性、创新性和挑战性。使用或应用所学的东西时，认识到背景和含义，意识的展示可以比知识更多样化。（5）针对于态度方面的内容，强调伦理和包容性。课程设置应让学生学习在不同专业背景下，以不同的团队合作方式，将包容和伦理的方法融入工作实践。多样性是人类差异的范围，包括个体或群体不同的特征，如种族、民族、文化、性别认同、年龄、国籍、宗教信仰等特征。包容性指成员间相互尊重、支持，在其环境下提供公平的机会和资源，使每个人能够平等地参与，并在言语和行为上受到尊重。

4 新版毕业要求与复杂工程关系的变化

任何一个工程项目都不是完全相同，所以，工程师职业必须具备处理复杂和不确定工程问题的能力。国际工程联盟IEA 针对《华盛顿协议》、《悉尼协议》和《都柏林协议》协议的《毕业要求和职业能力》中“工程问题的范围”和“工程活动的范围”有明确的界定，如表1 所示。

表1 工程问题的范围和工程活动的范围

《华盛顿协议》的“复杂工程问题”和“复杂工程活动”是有进阶区别的。复杂工程活动包含了复杂工程问题，在学校教育过程中，主要定位在复杂工程问题中，即真实场景的提炼和模拟，但必须意识到复杂工程活动的能力。从整体结构上看，2021 版对“复杂工程问题”的框架变化不大，仍然包含知识深度、冲突范围、分析深度、熟悉程度、适用规则的范围、利益相关方参与度及冲突程度、相互依赖性等7 个特征。其中，知识深度是构成复杂工程问题的必要条件，其它6 项是构成复杂工程问题的充分条件。因此，复杂工程问题定义为具备特征“冲突范围”且同时具备特征其它6 项中的一个或全部，即“1+1/6”。从每个特征的内容上看，在2021 版增加了相应的内容：在“冲突范围”中增加了“非技术问题及对未来需求的考虑”，强调以全面的方式解决问题，并考虑限制因素，如资源和非技术问题，当下和未来的影响。在“分析深度”中增加了分析问题的创造性，强调为学生提供系统思维分析问题的机会。在“熟悉程度”中增加了“新兴问题，及应对新兴技术挑战”。在“利益相关方参与度及冲突程度”中增加了“跨工程学科和其他领域”，强调应鼓励解决跨工程学科和其他领域合作的问题，以了解不同观点和处理多种需求。在“相互依赖性”中增加了“系统方法”，强调采用系统方法解决多层次、多因素问题的重要性。

从整体结构上看，2021 版对“复杂工程活动”的框架没有变化，其依据依然是资源范围、交互层次、创新、对社会和环境的影响、熟悉性等5个特征。具有其中一个或多个特征的工程活动成为复杂工程活动。在2021版中，增加的内容为：（1）在“资源范围”中增加了“计算、分析和设计软件”，因为在表达工程问题及寻找最优解过程中，不再是辅助性工具而是主要工具。（2）在“交互层次”中增加了“非技术问题，强调更广泛的非技术性问题的影响”。（3）在“创新”中增加了“有意识的创新解决方案，强调了创新是自觉的行动”。

2021 版的毕业要求在复杂工程问题、复杂工程问题总体变化不大，但在若干方面有所侧重，为毕业要求的达成提供了方向。

5 结语

毕业要求是工程人才教育的航标。我国作为《华盛顿协议》下教育资格实质等效的成员国，为保障工程认证专业的本科毕业生具有实质等效的毕业资格，必须跟踪基于目标导向OBE 理念下的毕业要求框架的变化。毕业要求的变化意味着毕业时的成果导向和标准发生变化，因此课程体系也必定将发生相应的变化。新技术的出现，必将带来新的挑战和新的矛盾。联合国可持续发展目标、社会需求变化、新的价值观变化、新的需求变化都对工程教育提出了新的需求。通过新的毕业要求的分析，明确了工程教育人才培养的方向，为教育的广度、深度和模式都提供了新的思路。