回歸工程設(shè)計(jì)：美國(guó)高等工程教育改革的重要?jiǎng)酉?/h1>
2015-10-15 04:49:51項(xiàng)聰
高教探索 2015年8期
項(xiàng)聰
本論文系廣東省教育體制綜合改革推廣項(xiàng)目“拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式改革”、廣東教育教學(xué)成果獎(jiǎng)（高等教育）培育項(xiàng)目“實(shí)踐驅(qū)動(dòng)的卓越人才培養(yǎng)課程體系的研究與構(gòu)建”的部分研究成果。 摘要：自20世紀(jì)80年代末90年代初以來(lái)，美國(guó)高等工程教育改革表現(xiàn)出“回歸工程設(shè)計(jì)”的重要趨向：一是重新認(rèn)識(shí)工程設(shè)計(jì)的教育價(jià)值，二是以“設(shè)計(jì)”為主線重構(gòu)課程體系，三是在教學(xué)過(guò)程中推行“基于設(shè)計(jì)的工程學(xué)習(xí)”。這為我國(guó)推進(jìn)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”試點(diǎn)工作提供了重要的啟示和借鑒。
關(guān)鍵詞：工程設(shè)計(jì);美國(guó);高等工程教育美國(guó)高等工程教育曾經(jīng)在偏重理論還是偏重實(shí)踐之間如同“鐘擺”一般搖擺不定。[1]自20世紀(jì)80年代末90年代初提出要“回歸工程”以來(lái)，美國(guó)高等工程教育積極推進(jìn)改革，雖然各出其招，但形成了某些共同趨向，值得我們關(guān)注和借鑒。
一、美國(guó)高等工程教育改革的關(guān)鍵動(dòng)因
促使美國(guó)高校反思工程教育改革的動(dòng)因有許多，但歸結(jié)起來(lái)，主要來(lái)源于三個(gè)層面：
1.在學(xué)生層面，美國(guó)學(xué)生“逃離工科”現(xiàn)象明顯。在美國(guó)，越來(lái)越多的優(yōu)秀高中生不愿意報(bào)讀大學(xué)理工科專業(yè)而是選擇攻讀法律、醫(yī)學(xué)、金融等專業(yè)，同時(shí)一些已經(jīng)在大學(xué)攻讀理工科專業(yè)的學(xué)生也經(jīng)常中途輟學(xué)或轉(zhuǎn)到別的非理工專業(yè)學(xué)習(xí)。造成學(xué)生“逃離工科”這一現(xiàn)象歸因于兩個(gè)方面：一是理工科專業(yè)課程偏難且相對(duì)比較枯燥，無(wú)法吸引高中生的學(xué)習(xí)興趣，也讓一些大一新生難以保持在本專業(yè)持續(xù)學(xué)習(xí)的興趣;二是工業(yè)界把工程師看成是“可消費(fèi)的商品”（consumable commodities），在他們的技能變得落后時(shí)就隨意拋棄他們或引入海外更便宜的工程服務(wù)來(lái)替代，導(dǎo)致工程師在社會(huì)上的地位明顯不如醫(yī)生和律師。[2]因此，美國(guó)高等工程教育需要采取措施提高工科課程對(duì)學(xué)生的吸引力，把優(yōu)秀學(xué)生留在工科專業(yè)。
2.在高校層面，專業(yè)教育深受科學(xué)主義思潮影響。自19世紀(jì)后期以來(lái)，由于自然科學(xué)的發(fā)展、興盛，科學(xué)主義作為一種重要的哲學(xué)思潮開(kāi)始影響專業(yè)教育。尤其到了20世紀(jì)前期，科學(xué)主義已在專業(yè)教育中占據(jù)了一個(gè)牢固的位置，工程學(xué)院日趨“科學(xué)化”：“……20世紀(jì)以來(lái)自然科學(xué)幾乎將人工物科學(xué)從專業(yè)學(xué)院課程中驅(qū)逐出去的做法的確使人啼笑皆非。這種動(dòng)向在第二次世界大戰(zhàn)后的二三十年內(nèi)達(dá)到了高潮。工程學(xué)院逐漸變成了數(shù)理學(xué)院，醫(yī)學(xué)院變成了生物科學(xué)學(xué)院，商學(xué)院變成了有限數(shù)學(xué)學(xué)院。”[3]一些有識(shí)之士對(duì)工程教育偏重于數(shù)學(xué)、科學(xué)和技術(shù)專業(yè)方面的理論教學(xué)而忽視設(shè)計(jì)、團(tuán)隊(duì)合作和溝通等方面的實(shí)踐基礎(chǔ)知識(shí)提出了批評(píng)，如大衛(wèi)·哥德伯格（David E. Goldberg）認(rèn)為美國(guó)工科學(xué)生正在喪失必要的基礎(chǔ)：歸納或提出好問(wèn)題的能力;掌握常見(jiàn)系統(tǒng)、組件、組件技術(shù)的能力;建模能力;分解問(wèn)題的能力;收集數(shù)據(jù)的能力;可視化表達(dá)解決方案和想法的能力;書(shū)面和口頭的溝通能力。[4]因此，美國(guó)高等工程教育需要改革課程體系，為工科學(xué)生補(bǔ)回“正在喪失的基礎(chǔ)（the missing basics）”。
3.在國(guó)家層面，制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力下降。美國(guó)制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的下降，對(duì)本國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力起到極大削弱作用，這引起美國(guó)朝野的擔(dān)心。2009年4月，美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬在上任之初就提出“重振制造業(yè)”的重大戰(zhàn)略，隨后出臺(tái)了一系列實(shí)施計(jì)劃，如“先進(jìn)制造伙伴計(jì)劃”、“先進(jìn)制造業(yè)國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃”等等。2012年美國(guó)商務(wù)部在向國(guó)家經(jīng)濟(jì)委員會(huì)提交的《美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)力和創(chuàng)新能力》咨詢報(bào)告中指出，提升美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)力和創(chuàng)新能力的三大支柱為基礎(chǔ)研究、教育和基礎(chǔ)設(shè)施;其中教育方面要加強(qiáng)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)方面的人才培養(yǎng)。[5]在這一大背景下，美國(guó)高等工程教育必須為國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略培養(yǎng)出更多優(yōu)秀的工程人才。
二、美國(guó)高等工程教育改革的重要?jiǎng)酉颍夯貧w工程設(shè)計(jì)美國(guó)工程教育界在20世紀(jì)80年末至90年代初提出工程教育要“回歸工程”。如麻省理工學(xué)院工學(xué)院院長(zhǎng)喬·莫西斯（Joel Moses）在該學(xué)院1994-1998年長(zhǎng)期規(guī)劃中提出“大工程觀”（Engineering with a big E），指出工程師除了要關(guān)注生產(chǎn)制造過(guò)程中的設(shè)計(jì)、銷(xiāo)售之外，還應(yīng)該關(guān)注更廣泛的內(nèi)容，如工程師本人所服務(wù)的企業(yè)、顧客、公共政策、環(huán)境等等。[6]美國(guó)工程教育學(xué)會(huì)也于1994年發(fā)布《面向變化世界的工程教育》（Engineering Education for a Changing World），提出工程教育不僅要教工程理論基礎(chǔ)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐，而且還要提高這些內(nèi)容的相關(guān)性（要與學(xué)生的生活、職業(yè)相關(guān)）、吸引力（要把有才華的學(xué)生吸引并留在工科專業(yè)）和關(guān)聯(lián)性（通過(guò)整合活動(dòng)，與企業(yè)和政府的需求形成關(guān)聯(lián)）[7]。進(jìn)入21世紀(jì)，美國(guó)工程院于2004-2005年期間先后發(fā)布了《2020年的工程師：新世紀(jì)工程的愿景》[8]和《培養(yǎng)2020年的工程師：為新世紀(jì)變革工程教育》[9]兩份報(bào)告，提出要面向未來(lái)培養(yǎng)工程師。這兩個(gè)報(bào)告為美國(guó)高等工程教育改革指明了方向。
綜合美國(guó)高等工程教育改革的諸多舉措，從中可以梳理出其中的重要趨向，即回歸工程設(shè)計(jì)。具體表現(xiàn)如下：
1.重新認(rèn)識(shí)工程設(shè)計(jì)的教育價(jià)值
美國(guó)自然科學(xué)基金會(huì)曾斥巨資組建了若干工程教育聯(lián)盟（Engineering Education Coalitions，EEC）項(xiàng)目（包括Ecsel、Synthesis、Gateway、Succeed、Foundation以及Greenfield）。這些項(xiàng)目的主要目標(biāo)有三個(gè)：一是大幅提升工程教育質(zhì)量和工程學(xué)位的數(shù)量（包括女性和未被充分代表的少數(shù)民族）;二是設(shè)計(jì)、實(shí)施、評(píng)價(jià)和推廣若干能對(duì)本科工程教育產(chǎn)生影響的新結(jié)構(gòu)和新方法;三是在所有類(lèi)型的工程機(jī)構(gòu)（不管大型或小型）之間建立新的聯(lián)系。以Ecsel聯(lián)盟為例，它們開(kāi)展了實(shí)質(zhì)性的改革與試驗(yàn)，把設(shè)計(jì)貫穿于整個(gè)本科教育。[10]
從工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)角度來(lái)看，工程設(shè)計(jì)的教育價(jià)值體現(xiàn)在四個(gè)方面：一是能夠促使工程教育更容易被大眾（包括學(xué)生和家長(zhǎng)）所理解和重視[11];二是能夠把工程教育提升到更高的學(xué)術(shù)水平和技術(shù)水平，即通過(guò)為學(xué)生提供一個(gè)由清晰設(shè)計(jì)目標(biāo)所驅(qū)動(dòng)的項(xiàng)目，讓他們?cè)诮佑|和解決現(xiàn)實(shí)生活中的問(wèn)題和困難過(guò)程中得到鍛煉，從而逐步成長(zhǎng)為可以解決復(fù)雜和多學(xué)科的問(wèn)題的工程師[12];三是能夠?yàn)檎n程的設(shè)計(jì)及組織提供堅(jiān)實(shí)的框架，即促使工程教育課程體系成為學(xué)生所期待的一系列技能與經(jīng)驗(yàn)的總和，即工程項(xiàng)目=∑（技能+經(jīng)驗(yàn)），而不是一系列學(xué)生必須學(xué)習(xí)的課程或科目[13];四是能夠加強(qiáng)學(xué)生的工程倫理教育。在工程實(shí)踐中，工程師并不是一個(gè)人在工作，而是作為復(fù)雜關(guān)系網(wǎng)絡(luò)中的一部分存在和運(yùn)作著;這些復(fù)雜關(guān)系包括與其它個(gè)人、組織或團(tuán)體的關(guān)系。換言之，工程設(shè)計(jì)倫理歸根結(jié)底是“工程師的倫理”。[14]因此美國(guó)高校普遍認(rèn)為，加強(qiáng)學(xué)生的工程倫理教育不應(yīng)在個(gè)體維度花費(fèi)太多時(shí)間，而應(yīng)該把重點(diǎn)放在社會(huì)維度，[15]即應(yīng)該在工程設(shè)計(jì)過(guò)程中加強(qiáng)學(xué)生的工程倫理教育，即要讓學(xué)生從以往基于“做好一份工作”的角度進(jìn)行決策向基于“作為公民”的角度（充分考慮政治、社會(huì)、組織、法律等方面的因素）進(jìn)行決策。[16]
2.以設(shè)計(jì)為主線重構(gòu)課程體系
美國(guó)高校認(rèn)識(shí)到，工程教育內(nèi)部存在某種競(jìng)爭(zhēng)，即一方面引入越來(lái)越多的數(shù)學(xué)或計(jì)算機(jī)相關(guān)的學(xué)科，另一方面又想為學(xué)生提供純粹的經(jīng)驗(yàn)性技術(shù)（empirical technical）以及設(shè)計(jì)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn);而競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果則是講授經(jīng)驗(yàn)性工程信息的學(xué)時(shí)數(shù)減少，導(dǎo)致畢業(yè)生通常會(huì)使用計(jì)算機(jī)，卻不能制訂最終的工程目標(biāo);因此工程教育必須為經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)的教學(xué)提供必要的時(shí)間和設(shè)施。[17]具體而言，為了提高學(xué)生的工程專長(zhǎng)，工程教育需要通過(guò)課程層面的教學(xué)設(shè)計(jì)（curriculum-level instructional design），讓學(xué)生積累一系列的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，從而幫助他們構(gòu)建深層次的概念性知識(shí)、提升能夠熟練運(yùn)用關(guān)鍵技術(shù)和專業(yè)技能的能力。[18]而參與工程設(shè)計(jì)無(wú)疑是學(xué)生開(kāi)展經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)學(xué)習(xí)的最佳途徑。
因此，美國(guó)知名大學(xué)紛紛以設(shè)計(jì)為主線重構(gòu)課程體系，具體措施包括：（1）普遍加強(qiáng)了面向大一新生的設(shè)計(jì)課程建設(shè)[19]，以便學(xué)生進(jìn)入頂石設(shè)計(jì)（Capstone Design）之前積累足夠的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)[20][21][22][23][24]。如美國(guó)猶他大學(xué)（University of Utah）為促使學(xué)生所學(xué)知識(shí)能夠螺旋式進(jìn)入初級(jí)課程（包括“機(jī)電一體化”這門(mén)包含了長(zhǎng)達(dá)一年的設(shè)計(jì)項(xiàng)目的課程）以及高級(jí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目課程，在工程教育大學(xué)階段前兩年實(shí)施了“螺旋式”課程體系：第一年的課程以機(jī)電一體化和機(jī)器人技術(shù)為主題形成課程序列，同時(shí)強(qiáng)調(diào)工程電子表格計(jì)算、軟件技能、硬件、生產(chǎn)技能、編程和控制;大二年級(jí)的課程以可持續(xù)發(fā)展為主題形成課程序列，同時(shí)強(qiáng)調(diào)數(shù)值方法和熱力學(xué)。[25]（2）以工程設(shè)計(jì)貫穿本科課程體系，從而幫助學(xué)生獲得一系列更加整合的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)[26]。如麻省理工學(xué)院機(jī)械工程系在課程設(shè)置中運(yùn)用CDIO理念，把工程設(shè)計(jì)的各要素融合到課程體系，分層次、有計(jì)劃地培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力。[27]“C”代表構(gòu)思（Conceive），“D”代表設(shè)計(jì)（Design），“I”代表實(shí)現(xiàn)（Implement），“O”代表運(yùn)作（Operate），因此CDIO意味著，學(xué)習(xí)者通過(guò)構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作一件產(chǎn)品或作品，有效地學(xué)習(xí)工程設(shè)計(jì)。（3）把工程設(shè)計(jì)向研究生教育階段延伸。美國(guó)一些高校認(rèn)識(shí)到，頂石設(shè)計(jì)對(duì)工程人才固然重要，但仍存在兩個(gè)不足：一方面，頂石設(shè)計(jì)安排在最后一個(gè)學(xué)期或?qū)W年，但由于學(xué)生前期缺乏足夠的專業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐體驗(yàn)，因此無(wú)法體會(huì)到頂石設(shè)計(jì)的本質(zhì);另一方面，盡管大多數(shù)學(xué)生在頂石設(shè)計(jì)階段通過(guò)參與現(xiàn)實(shí)的設(shè)計(jì)活動(dòng)、與企業(yè)工程師交流，獲益良多，但仍無(wú)法獲得成功的、完整的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，其中一個(gè)關(guān)鍵原因是很多學(xué)生在頂石設(shè)計(jì)完成后就畢業(yè)了，沒(méi)有機(jī)會(huì)參加后續(xù)的設(shè)計(jì)改進(jìn)、實(shí)現(xiàn)或商業(yè)推廣，也就無(wú)法體驗(yàn)到由于設(shè)計(jì)過(guò)程迭代特性以及完整的設(shè)計(jì)生命周期所帶來(lái)的壓力。因此工程教育需要進(jìn)一步完善工程設(shè)計(jì)課程設(shè)置，將課程按如下順序開(kāi)設(shè)：工程制圖→產(chǎn)品解剖→制造過(guò)程→機(jī)械設(shè)計(jì)→產(chǎn)品測(cè)試→頂石設(shè)計(jì)→科技型創(chuàng)業(yè)→工程設(shè)計(jì)管理。[28]而后面兩個(gè)環(huán)節(jié)（科技型創(chuàng)業(yè)、工程設(shè)計(jì)管理）則需要放在研究生教育階段完成。
3.推行基于設(shè)計(jì)的工程學(xué)習(xí)
唐納德·A·舍恩指出，類(lèi)似設(shè)計(jì)的工程實(shí)踐活動(dòng)無(wú)法通過(guò)課堂教學(xué)傳授給學(xué)生，其主要原因有五個(gè)方面：一是對(duì)設(shè)計(jì)的描述以及與其對(duì)應(yīng)的行動(dòng)中識(shí)知（knowing-in-action）之間的差距必須通過(guò)行動(dòng)中反思（reflection-in-action）加以彌補(bǔ);二是必須通過(guò)行動(dòng)中的檢驗(yàn)，從整體上掌握設(shè)計(jì);三是設(shè)計(jì)依賴于對(duì)設(shè)計(jì)特點(diǎn)的辨別，而這種能力只能在行動(dòng)中獲得;四是學(xué)生最初可能對(duì)設(shè)計(jì)的描述感到困惑、模糊、不確定、不完整，只有通過(guò)在行動(dòng)中暴露出正確或錯(cuò)誤理解的對(duì)話才能明確這些描述的意義;五是由于設(shè)計(jì)是一個(gè)創(chuàng)造性的過(guò)程，設(shè)計(jì)者通過(guò)這個(gè)過(guò)程逐漸學(xué)會(huì)運(yùn)用全新的方法觀察和行動(dòng)，所以任何預(yù)兆的描述都不能代替在做中學(xué)。[29]在現(xiàn)實(shí)中，作為工程教育的利益相關(guān)者——學(xué)生們，也經(jīng)常極力地強(qiáng)調(diào)“他們自身的角色在整個(gè)教育系統(tǒng)中的重要性，以及教育技術(shù)和真實(shí)工作案例在提高工程教育質(zhì)量方面所發(fā)揮的價(jià)值”。[30]實(shí)證研究也表明，工程設(shè)計(jì)確實(shí)有助于提升學(xué)生認(rèn)知能力和專業(yè)認(rèn)同，即在認(rèn)知能力方面，學(xué)生獲得了學(xué)科知識(shí)、工程判斷能力、技術(shù)性的問(wèn)題解決能力、批判思維和創(chuàng)造能力;在專業(yè)認(rèn)同方面，工程設(shè)計(jì)通過(guò)安排學(xué)生在所處社會(huì)的框架和價(jià)值觀之中開(kāi)展有效實(shí)踐，從而給他們提供了自信。[31]
因此，美國(guó)高校在校內(nèi)積極推進(jìn)“基于設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)”，即讓學(xué)生參加開(kāi)放式項(xiàng)目，通過(guò)完成一件作品，既培養(yǎng)其建模、仿真和建造能力，又能鍛煉他們的團(tuán)隊(duì)合作和溝通能力。如西北大學(xué)（Northwestern University）為學(xué)生提供三類(lèi)設(shè)計(jì)項(xiàng)目（教師創(chuàng)立的項(xiàng)目、學(xué)生創(chuàng)立的項(xiàng)目、顧客創(chuàng)立的項(xiàng)目），并采取“兩段式”教學(xué)：對(duì)于諸如設(shè)計(jì)倫理、項(xiàng)目管理、溝通和團(tuán)隊(duì)合作等設(shè)計(jì)過(guò)程的關(guān)鍵內(nèi)容，由工程學(xué)院教師以團(tuán)體形式講授;而在具體設(shè)計(jì)工作過(guò)程中，他們給學(xué)生團(tuán)隊(duì)指派一名“項(xiàng)目導(dǎo)師”或教練，指導(dǎo)學(xué)生完成設(shè)計(jì)項(xiàng)目。[32]通過(guò)工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目，學(xué)生既積累了知識(shí)，掌握了設(shè)計(jì)領(lǐng)域的專長(zhǎng)，又在設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)解決新問(wèn)題生成了新的知識(shí)與思路。當(dāng)然，在設(shè)計(jì)“基于設(shè)計(jì)的工程學(xué)習(xí)”時(shí)應(yīng)該關(guān)注更為普遍的設(shè)計(jì)元素，以更好地培養(yǎng)學(xué)生由新手成為專家。[33]實(shí)踐證明，學(xué)習(xí)者在“基于設(shè)計(jì)的工程學(xué)習(xí)”中，通過(guò)特定的活動(dòng)，可以逐步發(fā)展專長(zhǎng)。[34]與新生相比，高年級(jí)學(xué)生能夠聚集更多的信息、提出更多的設(shè)計(jì)方案、在設(shè)計(jì)各步驟之間更頻繁地轉(zhuǎn)換以及在設(shè)計(jì)過(guò)程的最后步驟中更為深入。[35]
三、啟示與借鑒
我國(guó)于2010年啟動(dòng)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，拉開(kāi)了我國(guó)工程教育新一輪改革的序幕。但是“卓越工程師”培養(yǎng)的適切路徑在何方？如何能夠真正提高我國(guó)工科學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力？這都是我國(guó)高校培養(yǎng)工程人才所要關(guān)注和解決的核心問(wèn)題。上述美國(guó)高等工程教育改革的動(dòng)向，值得我們思考與借鑒。
1.對(duì)“回歸工程”的關(guān)鍵路徑要有深刻的認(rèn)識(shí)。應(yīng)該說(shuō)，我國(guó)高等工程教育還是比較關(guān)注美國(guó)改革動(dòng)向，早在1996年國(guó)家教委工程教育考察團(tuán)在赴美考察報(bào)告中已經(jīng)注意到了美國(guó)工程教育“回歸工程”動(dòng)向[36]。但后來(lái)無(wú)論國(guó)內(nèi)高校還是研究學(xué)者更多地把“回歸工程”看作是工程教育的應(yīng)有之義，并普遍從一個(gè)比較宏觀的角度予以關(guān)注和討論，而對(duì)“回歸工程”的關(guān)鍵路徑缺乏深入研究。實(shí)際上，設(shè)計(jì)作為過(guò)程，是一個(gè)個(gè)體反思、知識(shí)應(yīng)用、社會(huì)互動(dòng)等子過(guò)程相互交織、彼此重疊的復(fù)雜的行動(dòng)過(guò)程;設(shè)計(jì)作為活動(dòng)，是工程的本質(zhì)及核心所在，使工程區(qū)別于科學(xué);設(shè)計(jì)作為方案，就是在包括設(shè)計(jì)情境和使用情境在內(nèi)的人類(lèi)活動(dòng)情景中，解決物理結(jié)構(gòu)與意向功能如何在人工物上統(tǒng)一的問(wèn)題。因此，工程教育要“回歸工程”，說(shuō)到底，就是要回歸“設(shè)計(jì)”這一工程的本質(zhì)。[37]換言之，工程教育“回歸工程”的關(guān)鍵路徑在于“依托工程設(shè)計(jì)”。
2.對(duì)工程教育課程體系要進(jìn)行科學(xué)的“設(shè)計(jì)”。正如奧托·羅姆派爾曼（Otto Rompelman）等人建議，工程教育應(yīng)該引入工程設(shè)計(jì)中的強(qiáng)大工具和系統(tǒng)方法，比如課程及課程體系的建設(shè)就可以作為一個(gè)設(shè)計(jì)問(wèn)題來(lái)處理。[38]在科學(xué)主義看來(lái)，知識(shí)是客觀的，因而它又是絕對(duì)的、永恒的、具有普遍的價(jià)值。在科學(xué)主義觀照下的工程教育中，科學(xué)知識(shí)處于最高層次;技術(shù)知識(shí)，被視為科學(xué)知識(shí)的一種退化形式，處于最低層次;而工程知識(shí)盡管也被視為科學(xué)知識(shí)的另一種退化形式，但根本沒(méi)有作為獨(dú)立知識(shí)形態(tài)的合法地位。由此，工程教育課程體系普遍呈現(xiàn)為“直線式結(jié)構(gòu)”，即按基礎(chǔ)科學(xué)課程、應(yīng)用科學(xué)課程、實(shí)踐課程等先后順序開(kāi)出。然而，知識(shí)具有多元性、情境性、動(dòng)態(tài)性、默會(huì)性等特點(diǎn)，在工程實(shí)踐中更是如此。因此，高校應(yīng)該以設(shè)計(jì)為主線重構(gòu)工程教育課程體系：一是在開(kāi)發(fā)單門(mén)工程教育課程時(shí)，應(yīng)盡可能把科學(xué)知識(shí)、技術(shù)知識(shí)、工程知識(shí)予以相互融合;二是以系列設(shè)計(jì)類(lèi)課程為主線，把大學(xué)一年級(jí)到大學(xué)四年級(jí)（甚至研究生階段）的課程有機(jī)地串聯(lián)起來(lái)，讓學(xué)生通過(guò)難度遞增的設(shè)計(jì)任務(wù)的訓(xùn)練與實(shí)踐，使他們的知識(shí)、能力與素質(zhì)逐步得以提升;三是積極通過(guò)校企合作，為學(xué)生的課程學(xué)習(xí)提供必要的、真實(shí)的工程環(huán)境支持。
3. 對(duì)“基于設(shè)計(jì)的工程學(xué)習(xí)”的內(nèi)在機(jī)理需要進(jìn)一步研究。如上所述，美國(guó)高等工程教育重新認(rèn)識(shí)到了工程設(shè)計(jì)的教育價(jià)值，以“設(shè)計(jì)”為主線優(yōu)化課程體系并在教學(xué)過(guò)程中推行“基于設(shè)計(jì)的工程學(xué)習(xí)”，取得了一定進(jìn)展和成效。然而，這些改革探索更多地停留在操作層面，“基于設(shè)計(jì)的工程學(xué)習(xí)”的內(nèi)在機(jī)理仍缺乏深入分析。工程活動(dòng)有自身的屬性和內(nèi)在規(guī)定，因此，“基于設(shè)計(jì)的工程學(xué)習(xí)”跟一般意義上的“基于設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)”是否存在差別？它是如何發(fā)展和變遷的？它的構(gòu)成要素有哪些？其影響因素又有哪些？它具有什么特征？如何構(gòu)建適宜的學(xué)習(xí)環(huán)境以支撐這種學(xué)習(xí)模式等等，均需要進(jìn)一步深入研究。就我國(guó)高等工程教育改革而言，雖然在“回歸工程設(shè)計(jì)”方面相對(duì)落后了，但如果組織一定的研究力量去深入剖析“基于設(shè)計(jì)的工程學(xué)習(xí)”的內(nèi)在機(jī)理，做到“知其然，更知其所以然”，那么我國(guó)高等工程教育改革在借鑒美國(guó)經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，還是能夠發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢(shì)的。
參考文獻(xiàn)：
[1]Terry S. Reynolds，Bruce E. Seely. Striving for Balance： A Hundred Years of the American Society for Engineering Education[J]. Journal of Engineering Education. 1993， （3）： 136-151.
[2]James J. Duderstadt. Engineering for a Changing World：a Roadmap to the Future of Engineering Practice， Research， and Education[R]. The University of Michigan， 2008： 3.
[3]司馬賀. 人工科學(xué)[M].武夷山譯.上海：上?？萍冀逃霭嫔纾?2004： 103-104.
[4]David E. Goldberg. The Missing Basics & Other Philosophical Reflections for the Transformation of Engineering Education[J]. The Future of Engineering Education and Practice. 2009， （3）： 3.
[5]U. S. Department of Commerce. The Competitiveness and Innovative Capacity of the United States[R]. 2012： vi-vii.
[6]Joel Moses. Engineering with a Big E：Integrative Education in Engineering[R]. MIT， 1994： 3.
[7]ASEE. Engineering Education for a Changing World[R]. 1994： 1-5.
[8]NAE. The Engineer of 2020： Visions of Engineering in the New Century[R]. National Academies Press， 2004： 1-118.
[9]NAE. Educating the Engineer of 2020：Adapting Engineering Education to the New Century[R]. National Academies Press， 2005： 1-46.
[10]H. Roberts Coward，Catherine P. Ailes，Roland Bardon. Progress of the Engineering Education Coalitions[R]. SRI International， 2000： 1-48.
[11]Robert C. Wicklein. Five Good Reasons for Engineering Design as the Focus for Technology Education[J]. The Technology Teacher， 2006（7）：25-29.
[12]Márcia Longen Zindel，Joo Mello Da Silva，Joo Carlos Félix de Souzaet al. A New Approach in Engineering Education： The Design-Centric Curriculum at the University of Brasília-Brazil[J]. International Journal of Basic & Applied Sciences. 2012， （5）： 97-102.
[13]Clive L. Dym. Design， Systems， and Engineering Education[J]. International Journal of Engineering Education. 2004， （3）： 305-312.
[14]Josep M. Basart， Montse Serra. Engineering ethics beyond engineersethics[J]. Science and engineering ethics， 2013，19（1）：179-187.
[15]Michael Davis. Engineering Ethics， Individuals， and Organizations [J]. Science and engineering ethics， 2006，12（2）： 223-231.
[16]Bridget Bero，Alana Kuhlman. Teaching Ethics to Engineers： Ethical Decision Making Parallels the Engineering Design Process[J]. Science and Engineering Ethics. 2011， 17（3）： 597-605.
[17]B. Z. Sandler. Engineering Design as an Intellectual Problem [J]. European Journal of Engineering Education. 2002， （2）： 157-172.
[18]Thomas A. Litzinger，Lisa R. Lattuca，Roger G. Hadgraftet al. Engineering Education and the Development of Expertise[J]. Journal of Engineering Education. 2011， （1）： 123-150.
[19]Sheppard， S，Jenison， R. Freshman engineering design experiences： an organizational framework [J]. International Journal of Engineering Education.1997：（3）：190-197.
[20]Clive L. Dym. Teaching Design to Freshmen： Style and Content[J]. Journal of Engineering Education. 1994， （8）： 1-8.
[21]S. Sheppard，R. Jenison. Freshman Engineering Design Experiences： An Organizational Framework[J]. International Journal of Engineering Education. 1997， （3）： 190-197.
[22]S. Sheppard，R. Jenison. Examples of Freshman Design Education[J]. International Journal of Engineering Education. 1997， （4）： 248-261.
[23]Patrick Little，Joseph King. Selection Criteria for Cornerstone and Capstone Design Projects[J]. International Journal of Engineering Education. 2001， （4）： 406-409.
[24]John M. Starkey，Satish Ramadhyani，Robert J. Bernhard. An Introduction to Mechanical Engineering Design for Sophomores at Purdue University[J]. Journal of Engineering Education. 1994， （4）： 317-324.
[25]National Academy Of Engineering. Infusing Real World Experiences Into Engineering Education[M]. National Academies Press， 2012： 12.
[26]V. Wilczynski，S. M. Douglas. Integrating Design Across the Engineering Curriculum： A Report From the Trenches[J]. Journal of Engineering Education. 1995， （3）： 235-240.
[27]雷慶，王敏. 從課程視角看工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)[J]. 高等工程教育研究. 2011， （05）： 152-156.
[28]Barry I. Hyman. From Capstone to Cornerstone： A New Paradigm for Design Education[J]. International Journal of Engineering Education. 2001， （4）： 416-420.
[29]唐納德·A·舍恩. 培養(yǎng)反映的實(shí)踐者——專業(yè)領(lǐng)域中關(guān)于教與學(xué)的一項(xiàng)全新設(shè)計(jì)[M].郝彩虹等譯. 北京： 教育科學(xué)出版社， 2008： 147-148.
[30]Cristina Pomales-Garcia， Yili Liu. Excellence in Engineering Education：Views of Undergraduate Engineering Students [J]. Journal of Engineering Design， 2007（7）： 253-262.
[31]Koduvayur Krishna Chandran. Modelling of the Curriculum within Engineering Design Education[D].University of Surrey， 1988： 51-52.
[32]Ann F. McKenna，J. Edward（下轉(zhuǎn)第75頁(yè)）2015年第8期高 教 探 索Higher Education Exploration
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項(xiàng)聰
本論文系廣東省教育體制綜合改革推廣項(xiàng)目“拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式改革”、廣東教育教學(xué)成果獎(jiǎng)（高等教育）培育項(xiàng)目“實(shí)踐驅(qū)動(dòng)的卓越人才培養(yǎng)課程體系的研究與構(gòu)建”的部分研究成果。 摘要：自20世紀(jì)80年代末90年代初以來(lái)，美國(guó)高等工程教育改革表現(xiàn)出“回歸工程設(shè)計(jì)”的重要趨向：一是重新認(rèn)識(shí)工程設(shè)計(jì)的教育價(jià)值，二是以“設(shè)計(jì)”為主線重構(gòu)課程體系，三是在教學(xué)過(guò)程中推行“基于設(shè)計(jì)的工程學(xué)習(xí)”。這為我國(guó)推進(jìn)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”試點(diǎn)工作提供了重要的啟示和借鑒。
關(guān)鍵詞：工程設(shè)計(jì);美國(guó);高等工程教育美國(guó)高等工程教育曾經(jīng)在偏重理論還是偏重實(shí)踐之間如同“鐘擺”一般搖擺不定。[1]自20世紀(jì)80年代末90年代初提出要“回歸工程”以來(lái)，美國(guó)高等工程教育積極推進(jìn)改革，雖然各出其招，但形成了某些共同趨向，值得我們關(guān)注和借鑒。
一、美國(guó)高等工程教育改革的關(guān)鍵動(dòng)因
促使美國(guó)高校反思工程教育改革的動(dòng)因有許多，但歸結(jié)起來(lái)，主要來(lái)源于三個(gè)層面：
1.在學(xué)生層面，美國(guó)學(xué)生“逃離工科”現(xiàn)象明顯。在美國(guó)，越來(lái)越多的優(yōu)秀高中生不愿意報(bào)讀大學(xué)理工科專業(yè)而是選擇攻讀法律、醫(yī)學(xué)、金融等專業(yè)，同時(shí)一些已經(jīng)在大學(xué)攻讀理工科專業(yè)的學(xué)生也經(jīng)常中途輟學(xué)或轉(zhuǎn)到別的非理工專業(yè)學(xué)習(xí)。造成學(xué)生“逃離工科”這一現(xiàn)象歸因于兩個(gè)方面：一是理工科專業(yè)課程偏難且相對(duì)比較枯燥，無(wú)法吸引高中生的學(xué)習(xí)興趣，也讓一些大一新生難以保持在本專業(yè)持續(xù)學(xué)習(xí)的興趣;二是工業(yè)界把工程師看成是“可消費(fèi)的商品”（consumable commodities），在他們的技能變得落后時(shí)就隨意拋棄他們或引入海外更便宜的工程服務(wù)來(lái)替代，導(dǎo)致工程師在社會(huì)上的地位明顯不如醫(yī)生和律師。[2]因此，美國(guó)高等工程教育需要采取措施提高工科課程對(duì)學(xué)生的吸引力，把優(yōu)秀學(xué)生留在工科專業(yè)。
2.在高校層面，專業(yè)教育深受科學(xué)主義思潮影響。自19世紀(jì)后期以來(lái)，由于自然科學(xué)的發(fā)展、興盛，科學(xué)主義作為一種重要的哲學(xué)思潮開(kāi)始影響專業(yè)教育。尤其到了20世紀(jì)前期，科學(xué)主義已在專業(yè)教育中占據(jù)了一個(gè)牢固的位置，工程學(xué)院日趨“科學(xué)化”：“……20世紀(jì)以來(lái)自然科學(xué)幾乎將人工物科學(xué)從專業(yè)學(xué)院課程中驅(qū)逐出去的做法的確使人啼笑皆非。這種動(dòng)向在第二次世界大戰(zhàn)后的二三十年內(nèi)達(dá)到了高潮。工程學(xué)院逐漸變成了數(shù)理學(xué)院，醫(yī)學(xué)院變成了生物科學(xué)學(xué)院，商學(xué)院變成了有限數(shù)學(xué)學(xué)院。”[3]一些有識(shí)之士對(duì)工程教育偏重于數(shù)學(xué)、科學(xué)和技術(shù)專業(yè)方面的理論教學(xué)而忽視設(shè)計(jì)、團(tuán)隊(duì)合作和溝通等方面的實(shí)踐基礎(chǔ)知識(shí)提出了批評(píng)，如大衛(wèi)·哥德伯格（David E. Goldberg）認(rèn)為美國(guó)工科學(xué)生正在喪失必要的基礎(chǔ)：歸納或提出好問(wèn)題的能力;掌握常見(jiàn)系統(tǒng)、組件、組件技術(shù)的能力;建模能力;分解問(wèn)題的能力;收集數(shù)據(jù)的能力;可視化表達(dá)解決方案和想法的能力;書(shū)面和口頭的溝通能力。[4]因此，美國(guó)高等工程教育需要改革課程體系，為工科學(xué)生補(bǔ)回“正在喪失的基礎(chǔ)（the missing basics）”。
3.在國(guó)家層面，制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力下降。美國(guó)制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的下降，對(duì)本國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力起到極大削弱作用，這引起美國(guó)朝野的擔(dān)心。2009年4月，美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬在上任之初就提出“重振制造業(yè)”的重大戰(zhàn)略，隨后出臺(tái)了一系列實(shí)施計(jì)劃，如“先進(jìn)制造伙伴計(jì)劃”、“先進(jìn)制造業(yè)國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃”等等。2012年美國(guó)商務(wù)部在向國(guó)家經(jīng)濟(jì)委員會(huì)提交的《美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)力和創(chuàng)新能力》咨詢報(bào)告中指出，提升美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)力和創(chuàng)新能力的三大支柱為基礎(chǔ)研究、教育和基礎(chǔ)設(shè)施;其中教育方面要加強(qiáng)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)方面的人才培養(yǎng)。[5]在這一大背景下，美國(guó)高等工程教育必須為國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略培養(yǎng)出更多優(yōu)秀的工程人才。
二、美國(guó)高等工程教育改革的重要?jiǎng)酉颍夯貧w工程設(shè)計(jì)美國(guó)工程教育界在20世紀(jì)80年末至90年代初提出工程教育要“回歸工程”。如麻省理工學(xué)院工學(xué)院院長(zhǎng)喬·莫西斯（Joel Moses）在該學(xué)院1994-1998年長(zhǎng)期規(guī)劃中提出“大工程觀”（Engineering with a big E），指出工程師除了要關(guān)注生產(chǎn)制造過(guò)程中的設(shè)計(jì)、銷(xiāo)售之外，還應(yīng)該關(guān)注更廣泛的內(nèi)容，如工程師本人所服務(wù)的企業(yè)、顧客、公共政策、環(huán)境等等。[6]美國(guó)工程教育學(xué)會(huì)也于1994年發(fā)布《面向變化世界的工程教育》（Engineering Education for a Changing World），提出工程教育不僅要教工程理論基礎(chǔ)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐，而且還要提高這些內(nèi)容的相關(guān)性（要與學(xué)生的生活、職業(yè)相關(guān)）、吸引力（要把有才華的學(xué)生吸引并留在工科專業(yè)）和關(guān)聯(lián)性（通過(guò)整合活動(dòng)，與企業(yè)和政府的需求形成關(guān)聯(lián)）[7]。進(jìn)入21世紀(jì)，美國(guó)工程院于2004-2005年期間先后發(fā)布了《2020年的工程師：新世紀(jì)工程的愿景》[8]和《培養(yǎng)2020年的工程師：為新世紀(jì)變革工程教育》[9]兩份報(bào)告，提出要面向未來(lái)培養(yǎng)工程師。這兩個(gè)報(bào)告為美國(guó)高等工程教育改革指明了方向。
綜合美國(guó)高等工程教育改革的諸多舉措，從中可以梳理出其中的重要趨向，即回歸工程設(shè)計(jì)。具體表現(xiàn)如下：
1.重新認(rèn)識(shí)工程設(shè)計(jì)的教育價(jià)值
美國(guó)自然科學(xué)基金會(huì)曾斥巨資組建了若干工程教育聯(lián)盟（Engineering Education Coalitions，EEC）項(xiàng)目（包括Ecsel、Synthesis、Gateway、Succeed、Foundation以及Greenfield）。這些項(xiàng)目的主要目標(biāo)有三個(gè)：一是大幅提升工程教育質(zhì)量和工程學(xué)位的數(shù)量（包括女性和未被充分代表的少數(shù)民族）;二是設(shè)計(jì)、實(shí)施、評(píng)價(jià)和推廣若干能對(duì)本科工程教育產(chǎn)生影響的新結(jié)構(gòu)和新方法;三是在所有類(lèi)型的工程機(jī)構(gòu)（不管大型或小型）之間建立新的聯(lián)系。以Ecsel聯(lián)盟為例，它們開(kāi)展了實(shí)質(zhì)性的改革與試驗(yàn)，把設(shè)計(jì)貫穿于整個(gè)本科教育。[10]
從工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)角度來(lái)看，工程設(shè)計(jì)的教育價(jià)值體現(xiàn)在四個(gè)方面：一是能夠促使工程教育更容易被大眾（包括學(xué)生和家長(zhǎng)）所理解和重視[11];二是能夠把工程教育提升到更高的學(xué)術(shù)水平和技術(shù)水平，即通過(guò)為學(xué)生提供一個(gè)由清晰設(shè)計(jì)目標(biāo)所驅(qū)動(dòng)的項(xiàng)目，讓他們?cè)诮佑|和解決現(xiàn)實(shí)生活中的問(wèn)題和困難過(guò)程中得到鍛煉，從而逐步成長(zhǎng)為可以解決復(fù)雜和多學(xué)科的問(wèn)題的工程師[12];三是能夠?yàn)檎n程的設(shè)計(jì)及組織提供堅(jiān)實(shí)的框架，即促使工程教育課程體系成為學(xué)生所期待的一系列技能與經(jīng)驗(yàn)的總和，即工程項(xiàng)目=∑（技能+經(jīng)驗(yàn)），而不是一系列學(xué)生必須學(xué)習(xí)的課程或科目[13];四是能夠加強(qiáng)學(xué)生的工程倫理教育。在工程實(shí)踐中，工程師并不是一個(gè)人在工作，而是作為復(fù)雜關(guān)系網(wǎng)絡(luò)中的一部分存在和運(yùn)作著;這些復(fù)雜關(guān)系包括與其它個(gè)人、組織或團(tuán)體的關(guān)系。換言之，工程設(shè)計(jì)倫理歸根結(jié)底是“工程師的倫理”。[14]因此美國(guó)高校普遍認(rèn)為，加強(qiáng)學(xué)生的工程倫理教育不應(yīng)在個(gè)體維度花費(fèi)太多時(shí)間，而應(yīng)該把重點(diǎn)放在社會(huì)維度，[15]即應(yīng)該在工程設(shè)計(jì)過(guò)程中加強(qiáng)學(xué)生的工程倫理教育，即要讓學(xué)生從以往基于“做好一份工作”的角度進(jìn)行決策向基于“作為公民”的角度（充分考慮政治、社會(huì)、組織、法律等方面的因素）進(jìn)行決策。[16]
2.以設(shè)計(jì)為主線重構(gòu)課程體系
美國(guó)高校認(rèn)識(shí)到，工程教育內(nèi)部存在某種競(jìng)爭(zhēng)，即一方面引入越來(lái)越多的數(shù)學(xué)或計(jì)算機(jī)相關(guān)的學(xué)科，另一方面又想為學(xué)生提供純粹的經(jīng)驗(yàn)性技術(shù)（empirical technical）以及設(shè)計(jì)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn);而競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果則是講授經(jīng)驗(yàn)性工程信息的學(xué)時(shí)數(shù)減少，導(dǎo)致畢業(yè)生通常會(huì)使用計(jì)算機(jī)，卻不能制訂最終的工程目標(biāo);因此工程教育必須為經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)的教學(xué)提供必要的時(shí)間和設(shè)施。[17]具體而言，為了提高學(xué)生的工程專長(zhǎng)，工程教育需要通過(guò)課程層面的教學(xué)設(shè)計(jì)（curriculum-level instructional design），讓學(xué)生積累一系列的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，從而幫助他們構(gòu)建深層次的概念性知識(shí)、提升能夠熟練運(yùn)用關(guān)鍵技術(shù)和專業(yè)技能的能力。[18]而參與工程設(shè)計(jì)無(wú)疑是學(xué)生開(kāi)展經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)學(xué)習(xí)的最佳途徑。
因此，美國(guó)知名大學(xué)紛紛以設(shè)計(jì)為主線重構(gòu)課程體系，具體措施包括：（1）普遍加強(qiáng)了面向大一新生的設(shè)計(jì)課程建設(shè)[19]，以便學(xué)生進(jìn)入頂石設(shè)計(jì)（Capstone Design）之前積累足夠的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)[20][21][22][23][24]。如美國(guó)猶他大學(xué)（University of Utah）為促使學(xué)生所學(xué)知識(shí)能夠螺旋式進(jìn)入初級(jí)課程（包括“機(jī)電一體化”這門(mén)包含了長(zhǎng)達(dá)一年的設(shè)計(jì)項(xiàng)目的課程）以及高級(jí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目課程，在工程教育大學(xué)階段前兩年實(shí)施了“螺旋式”課程體系：第一年的課程以機(jī)電一體化和機(jī)器人技術(shù)為主題形成課程序列，同時(shí)強(qiáng)調(diào)工程電子表格計(jì)算、軟件技能、硬件、生產(chǎn)技能、編程和控制;大二年級(jí)的課程以可持續(xù)發(fā)展為主題形成課程序列，同時(shí)強(qiáng)調(diào)數(shù)值方法和熱力學(xué)。[25]（2）以工程設(shè)計(jì)貫穿本科課程體系，從而幫助學(xué)生獲得一系列更加整合的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)[26]。如麻省理工學(xué)院機(jī)械工程系在課程設(shè)置中運(yùn)用CDIO理念，把工程設(shè)計(jì)的各要素融合到課程體系，分層次、有計(jì)劃地培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力。[27]“C”代表構(gòu)思（Conceive），“D”代表設(shè)計(jì)（Design），“I”代表實(shí)現(xiàn)（Implement），“O”代表運(yùn)作（Operate），因此CDIO意味著，學(xué)習(xí)者通過(guò)構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作一件產(chǎn)品或作品，有效地學(xué)習(xí)工程設(shè)計(jì)。（3）把工程設(shè)計(jì)向研究生教育階段延伸。美國(guó)一些高校認(rèn)識(shí)到，頂石設(shè)計(jì)對(duì)工程人才固然重要，但仍存在兩個(gè)不足：一方面，頂石設(shè)計(jì)安排在最后一個(gè)學(xué)期或?qū)W年，但由于學(xué)生前期缺乏足夠的專業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐體驗(yàn)，因此無(wú)法體會(huì)到頂石設(shè)計(jì)的本質(zhì);另一方面，盡管大多數(shù)學(xué)生在頂石設(shè)計(jì)階段通過(guò)參與現(xiàn)實(shí)的設(shè)計(jì)活動(dòng)、與企業(yè)工程師交流，獲益良多，但仍無(wú)法獲得成功的、完整的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，其中一個(gè)關(guān)鍵原因是很多學(xué)生在頂石設(shè)計(jì)完成后就畢業(yè)了，沒(méi)有機(jī)會(huì)參加后續(xù)的設(shè)計(jì)改進(jìn)、實(shí)現(xiàn)或商業(yè)推廣，也就無(wú)法體驗(yàn)到由于設(shè)計(jì)過(guò)程迭代特性以及完整的設(shè)計(jì)生命周期所帶來(lái)的壓力。因此工程教育需要進(jìn)一步完善工程設(shè)計(jì)課程設(shè)置，將課程按如下順序開(kāi)設(shè)：工程制圖→產(chǎn)品解剖→制造過(guò)程→機(jī)械設(shè)計(jì)→產(chǎn)品測(cè)試→頂石設(shè)計(jì)→科技型創(chuàng)業(yè)→工程設(shè)計(jì)管理。[28]而后面兩個(gè)環(huán)節(jié)（科技型創(chuàng)業(yè)、工程設(shè)計(jì)管理）則需要放在研究生教育階段完成。
3.推行基于設(shè)計(jì)的工程學(xué)習(xí)
唐納德·A·舍恩指出，類(lèi)似設(shè)計(jì)的工程實(shí)踐活動(dòng)無(wú)法通過(guò)課堂教學(xué)傳授給學(xué)生，其主要原因有五個(gè)方面：一是對(duì)設(shè)計(jì)的描述以及與其對(duì)應(yīng)的行動(dòng)中識(shí)知（knowing-in-action）之間的差距必須通過(guò)行動(dòng)中反思（reflection-in-action）加以彌補(bǔ);二是必須通過(guò)行動(dòng)中的檢驗(yàn)，從整體上掌握設(shè)計(jì);三是設(shè)計(jì)依賴于對(duì)設(shè)計(jì)特點(diǎn)的辨別，而這種能力只能在行動(dòng)中獲得;四是學(xué)生最初可能對(duì)設(shè)計(jì)的描述感到困惑、模糊、不確定、不完整，只有通過(guò)在行動(dòng)中暴露出正確或錯(cuò)誤理解的對(duì)話才能明確這些描述的意義;五是由于設(shè)計(jì)是一個(gè)創(chuàng)造性的過(guò)程，設(shè)計(jì)者通過(guò)這個(gè)過(guò)程逐漸學(xué)會(huì)運(yùn)用全新的方法觀察和行動(dòng)，所以任何預(yù)兆的描述都不能代替在做中學(xué)。[29]在現(xiàn)實(shí)中，作為工程教育的利益相關(guān)者——學(xué)生們，也經(jīng)常極力地強(qiáng)調(diào)“他們自身的角色在整個(gè)教育系統(tǒng)中的重要性，以及教育技術(shù)和真實(shí)工作案例在提高工程教育質(zhì)量方面所發(fā)揮的價(jià)值”。[30]實(shí)證研究也表明，工程設(shè)計(jì)確實(shí)有助于提升學(xué)生認(rèn)知能力和專業(yè)認(rèn)同，即在認(rèn)知能力方面，學(xué)生獲得了學(xué)科知識(shí)、工程判斷能力、技術(shù)性的問(wèn)題解決能力、批判思維和創(chuàng)造能力;在專業(yè)認(rèn)同方面，工程設(shè)計(jì)通過(guò)安排學(xué)生在所處社會(huì)的框架和價(jià)值觀之中開(kāi)展有效實(shí)踐，從而給他們提供了自信。[31]
因此，美國(guó)高校在校內(nèi)積極推進(jìn)“基于設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)”，即讓學(xué)生參加開(kāi)放式項(xiàng)目，通過(guò)完成一件作品，既培養(yǎng)其建模、仿真和建造能力，又能鍛煉他們的團(tuán)隊(duì)合作和溝通能力。如西北大學(xué)（Northwestern University）為學(xué)生提供三類(lèi)設(shè)計(jì)項(xiàng)目（教師創(chuàng)立的項(xiàng)目、學(xué)生創(chuàng)立的項(xiàng)目、顧客創(chuàng)立的項(xiàng)目），并采取“兩段式”教學(xué)：對(duì)于諸如設(shè)計(jì)倫理、項(xiàng)目管理、溝通和團(tuán)隊(duì)合作等設(shè)計(jì)過(guò)程的關(guān)鍵內(nèi)容，由工程學(xué)院教師以團(tuán)體形式講授;而在具體設(shè)計(jì)工作過(guò)程中，他們給學(xué)生團(tuán)隊(duì)指派一名“項(xiàng)目導(dǎo)師”或教練，指導(dǎo)學(xué)生完成設(shè)計(jì)項(xiàng)目。[32]通過(guò)工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目，學(xué)生既積累了知識(shí)，掌握了設(shè)計(jì)領(lǐng)域的專長(zhǎng)，又在設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)解決新問(wèn)題生成了新的知識(shí)與思路。當(dāng)然，在設(shè)計(jì)“基于設(shè)計(jì)的工程學(xué)習(xí)”時(shí)應(yīng)該關(guān)注更為普遍的設(shè)計(jì)元素，以更好地培養(yǎng)學(xué)生由新手成為專家。[33]實(shí)踐證明，學(xué)習(xí)者在“基于設(shè)計(jì)的工程學(xué)習(xí)”中，通過(guò)特定的活動(dòng)，可以逐步發(fā)展專長(zhǎng)。[34]與新生相比，高年級(jí)學(xué)生能夠聚集更多的信息、提出更多的設(shè)計(jì)方案、在設(shè)計(jì)各步驟之間更頻繁地轉(zhuǎn)換以及在設(shè)計(jì)過(guò)程的最后步驟中更為深入。[35]
三、啟示與借鑒
我國(guó)于2010年啟動(dòng)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，拉開(kāi)了我國(guó)工程教育新一輪改革的序幕。但是“卓越工程師”培養(yǎng)的適切路徑在何方？如何能夠真正提高我國(guó)工科學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力？這都是我國(guó)高校培養(yǎng)工程人才所要關(guān)注和解決的核心問(wèn)題。上述美國(guó)高等工程教育改革的動(dòng)向，值得我們思考與借鑒。
1.對(duì)“回歸工程”的關(guān)鍵路徑要有深刻的認(rèn)識(shí)。應(yīng)該說(shuō)，我國(guó)高等工程教育還是比較關(guān)注美國(guó)改革動(dòng)向，早在1996年國(guó)家教委工程教育考察團(tuán)在赴美考察報(bào)告中已經(jīng)注意到了美國(guó)工程教育“回歸工程”動(dòng)向[36]。但后來(lái)無(wú)論國(guó)內(nèi)高校還是研究學(xué)者更多地把“回歸工程”看作是工程教育的應(yīng)有之義，并普遍從一個(gè)比較宏觀的角度予以關(guān)注和討論，而對(duì)“回歸工程”的關(guān)鍵路徑缺乏深入研究。實(shí)際上，設(shè)計(jì)作為過(guò)程，是一個(gè)個(gè)體反思、知識(shí)應(yīng)用、社會(huì)互動(dòng)等子過(guò)程相互交織、彼此重疊的復(fù)雜的行動(dòng)過(guò)程;設(shè)計(jì)作為活動(dòng)，是工程的本質(zhì)及核心所在，使工程區(qū)別于科學(xué);設(shè)計(jì)作為方案，就是在包括設(shè)計(jì)情境和使用情境在內(nèi)的人類(lèi)活動(dòng)情景中，解決物理結(jié)構(gòu)與意向功能如何在人工物上統(tǒng)一的問(wèn)題。因此，工程教育要“回歸工程”，說(shuō)到底，就是要回歸“設(shè)計(jì)”這一工程的本質(zhì)。[37]換言之，工程教育“回歸工程”的關(guān)鍵路徑在于“依托工程設(shè)計(jì)”。
2.對(duì)工程教育課程體系要進(jìn)行科學(xué)的“設(shè)計(jì)”。正如奧托·羅姆派爾曼（Otto Rompelman）等人建議，工程教育應(yīng)該引入工程設(shè)計(jì)中的強(qiáng)大工具和系統(tǒng)方法，比如課程及課程體系的建設(shè)就可以作為一個(gè)設(shè)計(jì)問(wèn)題來(lái)處理。[38]在科學(xué)主義看來(lái)，知識(shí)是客觀的，因而它又是絕對(duì)的、永恒的、具有普遍的價(jià)值。在科學(xué)主義觀照下的工程教育中，科學(xué)知識(shí)處于最高層次;技術(shù)知識(shí)，被視為科學(xué)知識(shí)的一種退化形式，處于最低層次;而工程知識(shí)盡管也被視為科學(xué)知識(shí)的另一種退化形式，但根本沒(méi)有作為獨(dú)立知識(shí)形態(tài)的合法地位。由此，工程教育課程體系普遍呈現(xiàn)為“直線式結(jié)構(gòu)”，即按基礎(chǔ)科學(xué)課程、應(yīng)用科學(xué)課程、實(shí)踐課程等先后順序開(kāi)出。然而，知識(shí)具有多元性、情境性、動(dòng)態(tài)性、默會(huì)性等特點(diǎn)，在工程實(shí)踐中更是如此。因此，高校應(yīng)該以設(shè)計(jì)為主線重構(gòu)工程教育課程體系：一是在開(kāi)發(fā)單門(mén)工程教育課程時(shí)，應(yīng)盡可能把科學(xué)知識(shí)、技術(shù)知識(shí)、工程知識(shí)予以相互融合;二是以系列設(shè)計(jì)類(lèi)課程為主線，把大學(xué)一年級(jí)到大學(xué)四年級(jí)（甚至研究生階段）的課程有機(jī)地串聯(lián)起來(lái)，讓學(xué)生通過(guò)難度遞增的設(shè)計(jì)任務(wù)的訓(xùn)練與實(shí)踐，使他們的知識(shí)、能力與素質(zhì)逐步得以提升;三是積極通過(guò)校企合作，為學(xué)生的課程學(xué)習(xí)提供必要的、真實(shí)的工程環(huán)境支持。
3. 對(duì)“基于設(shè)計(jì)的工程學(xué)習(xí)”的內(nèi)在機(jī)理需要進(jìn)一步研究。如上所述，美國(guó)高等工程教育重新認(rèn)識(shí)到了工程設(shè)計(jì)的教育價(jià)值，以“設(shè)計(jì)”為主線優(yōu)化課程體系并在教學(xué)過(guò)程中推行“基于設(shè)計(jì)的工程學(xué)習(xí)”，取得了一定進(jìn)展和成效。然而，這些改革探索更多地停留在操作層面，“基于設(shè)計(jì)的工程學(xué)習(xí)”的內(nèi)在機(jī)理仍缺乏深入分析。工程活動(dòng)有自身的屬性和內(nèi)在規(guī)定，因此，“基于設(shè)計(jì)的工程學(xué)習(xí)”跟一般意義上的“基于設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)”是否存在差別？它是如何發(fā)展和變遷的？它的構(gòu)成要素有哪些？其影響因素又有哪些？它具有什么特征？如何構(gòu)建適宜的學(xué)習(xí)環(huán)境以支撐這種學(xué)習(xí)模式等等，均需要進(jìn)一步深入研究。就我國(guó)高等工程教育改革而言，雖然在“回歸工程設(shè)計(jì)”方面相對(duì)落后了，但如果組織一定的研究力量去深入剖析“基于設(shè)計(jì)的工程學(xué)習(xí)”的內(nèi)在機(jī)理，做到“知其然，更知其所以然”，那么我國(guó)高等工程教育改革在借鑒美國(guó)經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，還是能夠發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢(shì)的。
參考文獻(xiàn)：
[1]Terry S. Reynolds，Bruce E. Seely. Striving for Balance： A Hundred Years of the American Society for Engineering Education[J]. Journal of Engineering Education. 1993， （3）： 136-151.
[2]James J. Duderstadt. Engineering for a Changing World：a Roadmap to the Future of Engineering Practice， Research， and Education[R]. The University of Michigan， 2008： 3.
[3]司馬賀. 人工科學(xué)[M].武夷山譯.上海：上?？萍冀逃霭嫔纾?2004： 103-104.
[4]David E. Goldberg. The Missing Basics & Other Philosophical Reflections for the Transformation of Engineering Education[J]. The Future of Engineering Education and Practice. 2009， （3）： 3.
[5]U. S. Department of Commerce. The Competitiveness and Innovative Capacity of the United States[R]. 2012： vi-vii.
[6]Joel Moses. Engineering with a Big E：Integrative Education in Engineering[R]. MIT， 1994： 3.
[7]ASEE. Engineering Education for a Changing World[R]. 1994： 1-5.
[8]NAE. The Engineer of 2020： Visions of Engineering in the New Century[R]. National Academies Press， 2004： 1-118.
[9]NAE. Educating the Engineer of 2020：Adapting Engineering Education to the New Century[R]. National Academies Press， 2005： 1-46.
[10]H. Roberts Coward，Catherine P. Ailes，Roland Bardon. Progress of the Engineering Education Coalitions[R]. SRI International， 2000： 1-48.
[11]Robert C. Wicklein. Five Good Reasons for Engineering Design as the Focus for Technology Education[J]. The Technology Teacher， 2006（7）：25-29.
[12]Márcia Longen Zindel，Joo Mello Da Silva，Joo Carlos Félix de Souzaet al. A New Approach in Engineering Education： The Design-Centric Curriculum at the University of Brasília-Brazil[J]. International Journal of Basic & Applied Sciences. 2012， （5）： 97-102.
[13]Clive L. Dym. Design， Systems， and Engineering Education[J]. International Journal of Engineering Education. 2004， （3）： 305-312.
[14]Josep M. Basart， Montse Serra. Engineering ethics beyond engineersethics[J]. Science and engineering ethics， 2013，19（1）：179-187.
[15]Michael Davis. Engineering Ethics， Individuals， and Organizations [J]. Science and engineering ethics， 2006，12（2）： 223-231.
[16]Bridget Bero，Alana Kuhlman. Teaching Ethics to Engineers： Ethical Decision Making Parallels the Engineering Design Process[J]. Science and Engineering Ethics. 2011， 17（3）： 597-605.
[17]B. Z. Sandler. Engineering Design as an Intellectual Problem [J]. European Journal of Engineering Education. 2002， （2）： 157-172.
[18]Thomas A. Litzinger，Lisa R. Lattuca，Roger G. Hadgraftet al. Engineering Education and the Development of Expertise[J]. Journal of Engineering Education. 2011， （1）： 123-150.
[19]Sheppard， S，Jenison， R. Freshman engineering design experiences： an organizational framework [J]. International Journal of Engineering Education.1997：（3）：190-197.
[20]Clive L. Dym. Teaching Design to Freshmen： Style and Content[J]. Journal of Engineering Education. 1994， （8）： 1-8.
[21]S. Sheppard，R. Jenison. Freshman Engineering Design Experiences： An Organizational Framework[J]. International Journal of Engineering Education. 1997， （3）： 190-197.
[22]S. Sheppard，R. Jenison. Examples of Freshman Design Education[J]. International Journal of Engineering Education. 1997， （4）： 248-261.
[23]Patrick Little，Joseph King. Selection Criteria for Cornerstone and Capstone Design Projects[J]. International Journal of Engineering Education. 2001， （4）： 406-409.
[24]John M. Starkey，Satish Ramadhyani，Robert J. Bernhard. An Introduction to Mechanical Engineering Design for Sophomores at Purdue University[J]. Journal of Engineering Education. 1994， （4）： 317-324.
[25]National Academy Of Engineering. Infusing Real World Experiences Into Engineering Education[M]. National Academies Press， 2012： 12.
[26]V. Wilczynski，S. M. Douglas. Integrating Design Across the Engineering Curriculum： A Report From the Trenches[J]. Journal of Engineering Education. 1995， （3）： 235-240.
[27]雷慶，王敏. 從課程視角看工程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)[J]. 高等工程教育研究. 2011， （05）： 152-156.
[28]Barry I. Hyman. From Capstone to Cornerstone： A New Paradigm for Design Education[J]. International Journal of Engineering Education. 2001， （4）： 416-420.
[29]唐納德·A·舍恩. 培養(yǎng)反映的實(shí)踐者——專業(yè)領(lǐng)域中關(guān)于教與學(xué)的一項(xiàng)全新設(shè)計(jì)[M].郝彩虹等譯. 北京： 教育科學(xué)出版社， 2008： 147-148.
[30]Cristina Pomales-Garcia， Yili Liu. Excellence in Engineering Education：Views of Undergraduate Engineering Students [J]. Journal of Engineering Design， 2007（7）： 253-262.
[31]Koduvayur Krishna Chandran. Modelling of the Curriculum within Engineering Design Education[D].University of Surrey， 1988： 51-52.
[32]Ann F. McKenna，J. Edward（下轉(zhuǎn)第75頁(yè)）2015年第8期高 教 探 索Higher Education Exploration
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河南科技(2015年1期)2015-02-27 14:20:07
筑路機(jī)械與施工機(jī)械化(2015年8期)2015-01-11 09:24:54
江蘇第二師范學(xué)院學(xué)報(bào)(2014年2期)2014-04-16 03:10:09
