工科教育改革與實現范文

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一、工科教育模式和問題

1.課程中心的教育模式。

西方工科教育的模式是以課程為中心開展的。其邏輯起點是以課程為載體,以學生的職業生涯發展需要為目標,通過精心設計的課程集合,完成學生知識積累和能力培養。這種模式的基礎是大量的課程和課程組合,學生有最大的自由選擇課程,完成某專業的學習。

按照課程中心模式學習的工科畢業生,在工程基礎理論和學科知識以及自主學習能力、交流能力方面得到基本的訓練,為開展工程活動奠定了良好的基礎。但是,由于工程項目的系統性和日趨復雜的學科交叉性,通過自主選擇課程獲得的知識和能力缺乏必要的系統和綜合,畢業生面對國際化背景下的實際工程項目需要一個艱難的適應過程。

2.專業中心的教育模式。

目前國內高校的教育模式基本圍繞專業開展,課程設置以即將從事某專業研究、設計所需要的知識、能力為中心。專業中心模式的特點是教學環節的設置集中在畢業生能夠從事產品設計和實現兩個環節,畢業生在一個團隊中能夠勝任本專業某個研究、設計或實施環節,但其知識、能力不能滿足在工業生產日益國際化社會的產品、流程和系統構思、設計、實現和運行的全過程的需要,不能適應領導一個團隊或在團隊中工作的需要,特別是不能適應在所學專業以外的領域開展工作的需要。

3.工科教育問題分析。

中國工程院院士朱高峰[1]認為,我國工程教育存在的主要問題,一是工程教育定位不明確,學科專業劃分過細,學生知識面太窄,科學基礎不堅實并缺乏工程實踐的基礎訓練;二是培養層次、結構體系和人才類型與企業需求存在一定程度的脫節,缺乏對綜合運用知識解決工程問題能力的培養;三是對繼續教育重要性的認識不足,繼續教育與產業和企業結合不夠緊密,培訓需求與供給的矛盾比較突出。因此,中國的工科教育在管理、理念、師資等眾多方面都存在著違背高等教育一般規律和與社會經濟發展脫節的問題,工科人才培養的質量難以滿足社會經濟發展的需要。

現代工程技術項目是涉及多個學科和工程領域的多學科交叉的復雜體系,工程師需要為產品、流程和系統提出解決方案并加以實現,因此,僅僅依靠傳統的一個專業的理論、知識和技能已經遠遠不能滿足工程實際的需要,這也是在目前專業教育的模式下進行學習的大學畢業生不能適應實際工程技術工作的重要原因之一。

專業培養方案設計和課程設置,缺乏與產業和社會的溝通互動。各專業教學指導委員會幾乎全部由教授組成,產業界對培養目標、培養過程、教學手段和方法幾乎沒有影響,這使得工科教育從培養目標到培養過程乃至培養結果總體偏離工科教育的本意。

70年代以后,工科教師大多數是從校門到校門,雖然有很高的學歷,但先天的工程背景薄弱和對工程本質后天追求的懈怠,導致與業界溝通以及共同語言的缺失,工科教育越來越向工程研究的人才培養方向轉變,在這種模式下培養出來的畢業生,動手能力欠缺,沒有實踐經驗,不愿意也不會做工程師該做的具體工作。

忽視工科教育不同實現主體的差異性也是造成工科教育質量低下的原因。目前大多數大學本科工科類專業,無論是學術型大學或者應用技術院校,一般均采用來自政府、全國統一的專業指導委員會推薦使用的為精英人才設計的方案,很大程度上忽視了高等教育大眾化以后學校之間、學生之間的差異,以及經濟發達程度不同地區之間的差異,千人一面的培養模式導致適應性降低而培養質量不能得到保證。

目前國內高校沿襲的專業教育模式,近年來大體有兩次比較大的變化,第一次是1998年專業調整,調整后專業縮減為249種,主要是順應經濟體制的變化和畢業生就業方式的變化,提高畢業生就業的適應性,同時可以解決由于工程科學和技術的復雜性帶來的對復合型人才的需求,“寬口徑、厚基礎”成為當時本科教育的一抹亮色;第二次是院校管理體制改革以后,高校教育需要更好地適應地方經濟的發展,高校專業設置和人才培養與地方經濟對接,特別是1999年擴招以后,畢業生被要求能更快地適應特定崗位的工作,一度又有更多的新專業設立或者原來被合并的老專業重新分離出來。但是,這兩次變化,專業培養方案的構架沒有發生大的變動,工科教育的本質繼續朝工程研究型教育的方向邁進,包含公共基礎課、專業基礎課和專業課三大主要部分,有的只是為擴大學生的知識面和提高綜合素質設立的素質拓展(選修)課程。

專業教育模式的優勢在于圍繞專業崗位的要求設置教學環節,希望完成培養方案的畢業生能夠適應本專業的工作。

但是,由于社會經濟和工程技術的高速發展以及教與學多方面的原因,現在的畢業生難以達到原來設定的教育目標要求,同時由于在一些經濟發達地區就業機會的相對充裕,畢業生自主擇業和跨專業擇業的機會增加,高等學校教育質量和社會期望之間的不適應日趨嚴重。

二、時代對工科教育的要求

伴隨當今社會經濟和工程技術的發展,社會對工科教育提出了新的要求。

波音公司對工科學生的要求為:能很好地理解工程科學基礎,包括數學、物理和生命科學、信息技術;很好地理解設計和制造的過程;具有多學科、系統的視角;基本了解工程實踐的背景環境(經濟、歷史、環境、顧客和社會需求);要具有良好的交流能力(書寫、口頭、圖表、聆聽);要具有很高的職業道德標準;要具備批判性和創造性的思維方式;要有適應快速或重大變化的能力和自信,要具備好奇心和終身學習的能力;具備在團隊中領導和工作的能力。[2,3]

國內企業界對工科畢業生的要求,在重視加強教學和科學基礎的前提下,注重培養學生的工程實踐能力、表達交流溝通能力與團隊合作精神、終身學習能力、職業道德及社會責任、社會人文和經濟管理、環境保護等知識[4]。

工科教育的目標要從專業能力的培養向工程能力培養轉變。市場經濟已初步建立,企業的生產根據市場需要進行,企業對人才的需要也和企業的發展密切相關,企業可以對大學畢業生進行選擇,大學畢業生也可以根據自己的發展選擇合適的企業,因此,大學應該更多地滿足學生職業生涯發展的需要,培養方案要完成由專業中心向學生的工程技術職業生涯及發展為中心的轉變。

由于現代工程技術的復雜性,培養單一的專業能力要向培養學生的綜合能力轉變。現代社會的發展,工程項目的解決方案涉及到產品、流程和系統的整個生命周期———產品的適應性、綠色設計、綠色制造、服務和后處理等;同時工程技術的學科交叉復雜趨勢要求畢業生具備在復雜的工程條件下解決工程實際問題的復合能力。

三、工科教育的發展

我國在50年代學習前蘇聯,高等院校在院系調整后以行業辦學的模式進行工科教育,其特征是分科很細的專業教育,學生受到非常專業的工程訓練。在計劃經濟的時代,絕大部分的畢業生被分配到相應的崗位上工作,能夠很快地適應專業工作。這種分科很細的專業教育的特點是圍繞專業的需要設置相關的課程和實踐教學環節,使學生得到專業所需要的工程基礎理論和知識、專業知識和相關的研究、設計和實施的能力,畢業生基本達到專業技術人員的要求。因此可以說,當時的高等工科教育基本適應了相當一段時期經濟和科技發展水平以及國內計劃經濟的體制和產業發展的需要。

改革開放以來,隨著社會主義市場經濟的逐步建立和完善,大學畢業生由計劃分配逐漸向用人部門自主選擇畢業生和畢業生自主選擇就業“雙向選擇”轉變,太過專業的教育模式受到挑戰,回歸“大學精神”的通識教育成為眾多大學的選擇。教育部也在1998年大刀闊斧地把當時的1039種專業削減到249種。可以說,當時的決策使得尚處精英教育階段的高等教育更加適應社會對畢業生的選擇和畢業生對職業的選擇。

高等教育大擴招以后,我國高等教育完成了從“精英教育”向“大眾教育”的轉變,教育資源的嚴重不足、高等教育的教育和受教育群體總體素質的變化,使得原有精英教育模式對很大部分高等學校特別是新建本科院校已經不再適用,一大批新建本科地方院校積極探索適應“大眾教育”的有效模式,有的已經取得了一定的進展,但總體上尚未脫離專業教育的模式。

為了解決高校工科畢業生不能適應社會經濟和工程技術發展需要的問題,由美國麻省理工學院(MIT)、瑞典查爾姆斯技術學院、瑞典林克平大學、瑞典皇家技術學院等4所工程大學發起,全球23所大學參與開發的一個國際工程教育合作項目,建立了一個新型的工程教育模式[1],稱為C(Conceive)D(Design)I(Implement)O(Operate)模式。

CDIO模式的精髓在于:掌握基礎技術中深厚的應用知識;培養善于構思、設計、實現、運作新產品/系統的技能;能完成復雜的系統工程;能適應現代化開發團隊和開發環境。

CDIO把習慣的、傳統的“專業”要求學生學什么、怎么學轉變為從學生適應社會需要的個人能力發展的根本出發。

在課程中心模式下實施工程教育,改革的要點在于把工科學生需要的知識和能力的培養貫穿于產品生命整個周期,增加不同綜合程度的項目,訓練學生在產品生命的各個階段思考問題的方法和原則,把從不同課程中獲取的理論和實踐知識在綜合項目的實施過程中進行有效的整合。從2005年起,汕頭大學在顧佩華教授[5]的領導下,在工學院開始CDIO工程教育模式的探索和實踐。2006年,汕頭大學成為首個中國高校CDIO成員。汕頭大學根據我國在職業精神和職業道德教育方面的薄弱,在CDIO改革的同時強調職業道德的重要性,把EIP(Ethics,Integrity,Professionalism)和CDIO完整結合,形成一種新的培養模式即EIP-CDIO模式。

2008年,在教育部支持下,成立了有15個國內高校和5個企業參加的CDIO工程教育模式研究和實踐課題組,開始進行較大規模工程教育改革的思考和實踐[6]。參與第一批試點的有成都信息工程學院等17所工科類院校。上海第二工業大學列為第二批進行改革試點單位。

四、專業教育向工程教育的漸進

專業教育模式和課程中心模式共同的問題是畢業生不能適應現代工程技術的需要。CDIO模式是針對課程中心模式下工科畢業生系統分析能力不足、交流能力欠缺、知識綜合性不強的弱點提出的培養合格工程技術人員的解決方案,該方案同樣也適應解決專業教育模式下工科畢業生知識能力結構和社會需要脫節的問題。從模式結構上分析,專業教育模式和CDIO模式具有天然的相似性,通過對專業教育模式的適當改革,工科畢業生的知識能力結構和對社會需求適應的程度將大大提高。

專業教育的模式,比較充分地考慮了工程基礎理論、專業基礎和專業課程,使學生基本具備了從事工程技術活動的基本能力;課程設計環節的設置,使學生在學習的不同階段掌握知識的綜合應用有了很好的載體;畢業設計環節的設置,使學生在畢業設計項目這個載體上能夠全面、綜合地運用大學階段全部知識和能力。但是,目前實施的專業教育模式存在一些缺陷:一是工程項目(產品)生命周期的不完整性,僅僅涉及了工程項目(產品)生命周期的設計和實現階段,而忽視了構思和運行兩個工程項目(產品)生命周期中非常重要的部分;二是課程和其它教學環節的功能發揮的不完整性,課程和其它教學環節僅僅完成了知識傳授的功能,課程和其它教學環節中諸如交流能力、團隊合作能力、領導能力培養的潛在功能沒有得到充分的發揮;三是課程設計和畢業設計項目設置綜合性不夠,還難以達到應達到的綜合訓練的作用。

基于以上分析,從專業教育模式向工程教育模式轉變可以從三個方面來探索和實踐:一是在培養目標上,把學生專業能力的培養轉變為學生工程能力的培養,即把學生的學習領域擴大為國際化背景下工程綜合能力的全面培養;二是把以專業為中心的課程設置轉向以學生能力為中心的課程設置;三是把課程由實現專業教育目標的載體轉變成培養學生能力的載體。

改革分為三個層面:

第一層面,要擴大學生的學習領域。

全面分析國際化背景下現代經濟、科學發展水平對工程技術人員的能力要求,全面剖析現有培養方案存在的薄弱環節,適當增加學生在全球化環境中對產品、流程和系統的構思、設計、實現和運行全過程的把握和認識,特別是要加強產品、流程和系統前期的構思方法和思路以及運行保障的程序和方法。具體來說,要適當增加一些教學環節,如對不同文化的認同、不同國家對產業的規范、環境保護、能源政策、對時尚的把握、顧客的權利等。要改變原有圍繞課程開展的設計項目,圍繞某一課程群設計不同綜合程度的訓練項目(二級項目),還要重新考慮畢業設計這個綜合性環節的改革,使之成為在不同社會環境中產品、流程和系統設計全過程的全面綜合項目(一級項目),同時還要全面考慮課程設計項目與項目之間以及課程設計項目和畢業環節之間的相互關系。

第二層面,根據培養目標(質量標準),設計新的課程體系和實踐體系。

根據工程教育對能力培養的要求,新的課程體系和實踐體系構成包括工程基礎能力課程組、專業能力課程組、綜合能力課程組以及在課程、課程組和綜合訓練三個不同層次的工程項目。工程基礎能力主要包括數學、物理、化學、生物等;綜合能力的培養可以通過各國文化傳統、邏輯方法、法律、圖形表達、外國語言、表達媒體等課程的學習來實現;通過三個不同類型和規模的工程項目,藉以實現團隊合作能力,不同背景下構思、設計、實現和運行產品、流程和系統的能力,以及領導能力等。按照工程教育的要求,在原有專業教育模式的課程體系中要適當增加培養綜合能力必需的課程或者其它教學環節。

第三層面,課程和實踐項目的質量標準(課程大綱)。

按專業教育模式設置公共基礎課、專業基礎課、專業課、課程設計、實驗項目和畢業設計(論文)各個環節,在學生能力培養中還可以發揮更大和更全面的作用。因此,要根據能力培養的要求,充分發掘不同課程在能力培養中的潛力,并把這種能力培養要求加以標準化,這些標準就是課程的質量標準,相比傳統的課程標準,它們應該更科學、更全面,在學生能力培養中發揮更加有效的作用。

例如對英語課程來說,除了傳統的要求掌握英語的聽說讀寫及應用以外,要加強在學習過程中了解英語國家的文化、民俗和傳統的要求,為學習小組設計各種主題,通過不同的表達方式(演講、報告、PPT),達到提高團隊合作及英語表達、交流能力的目的。在二工大CDIO試點班的英語教學中,該實踐取得了很好的效果。

再如,在課程設計(二級項目)實施過程中,除完成項目規定的任務外,還可以通過分組的形式,建立和實際工程項目實施相同的組織架構,明確項目組成員的角色,在任務的分解、落實和完成的全部過程中,使學生得到角色體驗、受到在工作團隊中擔任領導或在團隊中工作的訓練。又如,通過擴大的畢業設計環節(一級項目),讓學生從學習的早期就開始接觸實際的工程項目,在低年級開始項目前期的調研和創意(C),同時,深化設計(D)和實施(I),在可能的情況下考慮項目的運行(O)內容,從而完成產品、流程或系統整個生命過程的綜合訓練。

五、結語

目前,工科教育向工程教育轉變已經成為教育模式改革的大趨勢,許多高等學校正在進行實踐工程教育的探索,但也遇到很多的問題。對工程教育模式的認同勢必帶來對專業中心教育模式培養工程技術人才有效性的懷疑。筆者認為,只要在理念一致的條件下通過三個層面的漸進改革,培養適合社會需要的現代工程技術人員的目標一定能夠實現。

在專業中心模式的基礎上,只要通過對培養目標重新審視,從現代工程技術人員能力構成出發增加一定的教學環節,按照工程技術人員能力要求重新構建課程和實踐教學體系,發掘課程在人才能力培養過程中的潛力,就可以逐步實現工程教育的目標。