應用型工程教學模式的設計

游春華　何根　劉文祥

摘 要 隨著現(xiàn)代工程技術的發(fā)展，我國工程應用型教育面臨嚴峻的挑戰(zhàn)，本文通過對工程內涵的認真分析，借鑒EC2000以及CDIO工程教育培養(yǎng)目標，以土木工程專業(yè)為例，設計出旨在提高工程系統(tǒng)思維與執(zhí)行能力的應用型土木工程師教育的培養(yǎng)模式。

關鍵詞 應用型工程教育 工程師素質 教育模式

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2017.09.043

Abstract With the development of the engineering technology， application of engineering education is facing to the severe challenge in China， through the analysis of the connotation of engineering as well as reference to EC2000 and CDIO engineering goal in this paper， based on the Specialty of Civil Engineering， the author is constructing a new training mode in order to improve the engineering system thinking and executive ability.

Keywords applied Engineering Teaching； engineer quality； teaching mode

1 工程教育提出的背景

隨著中國經濟近四十年來的高速發(fā)展，我國已成為世界第二大經濟體，工業(yè)化、城市化與現(xiàn)代化均取得了長足的發(fā)展，支撐了國家世界大國地位。然而我國工業(yè)制造長期以來，仍處在大而不強的中低端產業(yè)階段，科技自主創(chuàng)新、資料利用效率、產業(yè)結構水平與質量效益等方面與世界制造強國仍然存在較大的差距。當前人工智能與大數據等科技正揭開產業(yè)革命的序幕，為把握時代的潮流，推動產業(yè)結構升級、實現(xiàn)世界制造強國的中國夢，中國提出工業(yè)制造2025計劃，計劃要求國家不僅在一般性消費品領域，更要在技術含量高的重大裝備等先進制造領域奠定制造強國堅實基礎?！吨袊圃?025》提出創(chuàng)新驅動、質量為先、綠色發(fā)展、結構優(yōu)化和人才為本五條方針，其中適應新型工業(yè)化的高素質工程技術人才是實現(xiàn)中國制造強國的根本保障。

如何培養(yǎng)具有理論基礎實、專業(yè)技術精、創(chuàng)新能力強的高素質工程技術人才是我國工程教育界所臨的重大命題。為此國家制定了《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要2010-2020》及《關于深化高等學校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實施意見》等綱領性文件，要求高等學校立足行業(yè)需求，改革人才培養(yǎng)方式，創(chuàng)新理論與實踐教學機制，大力推進高素質工程技術人才的培養(yǎng)改革。

這些年我國工程教育無論在是規(guī)模、教學設施和學科建設方面都取得了巨大的成就，但是由于歷史和文化傳統(tǒng)等原因，我國工程教育也存在不少問題，主要表現(xiàn)為：[3]

一是工程教育培養(yǎng)目標模糊，工程教育的本質是培養(yǎng)向面工程應用的高級應用型人才，然而我國卻存在工程教育學術化傾向嚴重，實踐教學的學時占總培養(yǎng)學時比值較少、學生實踐能力嚴重不足，絕大多數工程專業(yè)的人才培養(yǎng)計劃，僅僅是將研究型高校的人才培養(yǎng)方案做了簡單的修改，而應用于應用型工程教育，人才培養(yǎng)過程脫離工程本身。

二是工程教育培養(yǎng)的人才與企業(yè)需求脫節(jié)，不是以產出為目標導向的培養(yǎng)機制，企業(yè)在工程技術人才的培養(yǎng)機制上，僅僅是一個被動的接受者，而非主動的參與者，這將導致了高校不明企業(yè)對工程技術人才的具體需求，學生實踐缺少足夠的機會，企業(yè)又不能招聘到合格的人才。

三是絕大高校教師普遍缺少相應的工程實踐，大部分老師是從學校到學校，沒有企業(yè)經歷，因此教師本身對實際工程的綜合性與復雜性認識不足，對于工程的關鍵性技術節(jié)點把握不準，更談不上對工程的倫理性的認識，其理論教學、實踐教學都會脫離工程本身的特性，不能較好地完成工程教育所賦予的責任。

四是課程設置失衡與滯后，我國工程教育模式留有太多的蘇聯(lián)教育的烙印，專業(yè)劃分過細，專業(yè)知識面狹窄，缺乏學科交叉。對工程相關領域的知識學習嚴重不足，以土木工程為例，絕大數高校的專業(yè)課程設置缺少工程倫理、工程與環(huán)境等交叉課程的學習、人文科學學分比例也嚴重偏低，缺少大土木工程觀的培養(yǎng)，作為具有創(chuàng)新能力的技術人才不僅要專業(yè)精通，更應有良好自然科學與人文科學素質，所以高校應提倡大力倡導通識教育，促使學生各方面的知識和能力協(xié)調發(fā)展。

五是倫理與道德教育缺失，缺少嚴謹專注敬業(yè)的工匠精神。當前特別重要的問題是，社會主義核心價值觀的淡薄，大多數工程技術人員的責任心、敬業(yè)心和職業(yè)道德與制度強國技術人員相比差距較大。這將導致大多數工程技術人員在從業(yè)期間，注重當前利益而忽視工程長遠效應，如偷工減料、工藝粗糙，忽視工程與環(huán)境之間的互動，導致大量工程質量缺陷，更為嚴重地導致資源浪費、生態(tài)環(huán)境破壞等社會問題。

基于我國經濟發(fā)展對工程技術人員的內在需求，以及目前我國工程教育存在的諸多問題，廣大學者對工程教育展開了深入廣泛的研究，并且取得了一定的研究成果，國內很多師資力量很強的高校，已將這些研究成果應用于實際教學。然而對應用型本科院校，對應用型工程教育還存在科學導向與應用導向模糊認識，本文試圖從工程內涵對工程師素質要求，借鑒世界先進的教學理念，提出了應用型工程師的培養(yǎng)目標，并圍繞這一教學目標，設計了一個五模塊四手段的教學模式。

2 工程的本質特性

工程是一個運用科學與數學原理，通過藝術的手段改造自然，造福人類的社會活動過程。工程交融于科學，藝術和社會，具有鮮明的社會目的性，我們認為，工程具有如下屬性：[4]endprint

（1）社會性。工程旨在造福人類，工程實踐過程受社會政治、經濟、文化制約，工程的產物滿足社會需要?？梢?，工程的出發(fā)點離不開社會、過程離不開社會、最后歸宿也離不開社會，社會屬性貫穿于工程的始終。

（2）創(chuàng)造性與藝術性。創(chuàng)造性是工程與生俱來的本質屬性。美國工程院在2004年底發(fā)表的《2020工程師：新世紀工程師遠景報告》認為，“工程”一詞來自拉丁語“ingeniator”，意思是獨創(chuàng)性（ingenuity）；美國國家工程院院長William Wulf對此做了進一步的闡釋，他說：“工程師所做的”就是“在限制條件下設計”（design under constraint），“工程是非常具有創(chuàng)造性的活動，而追求精致的設計則是最具創(chuàng)新性的活動之一”。Ronald E. Graham則認為，“工程是運用科學最佳地轉化自然資源以造福人類的藝術”。工程與藝術的最大共性有三：①追求獨創(chuàng)；②滿足人對和諧的審美需求；③遵從道德上向善或曰人文關懷的引導。工程的藝術性即在于此。

（3）綜合性與復雜性。工程是利用科學知識、方法與手段來改造自然，服務人類，具有科學性、功利性、經濟性、創(chuàng)造性、審美性及倫理性等六大特性，工程實施需要從投入與產出，科學技術與工程功能、當前利益與長遠利益，社會倫理與環(huán)境資源等全方位的綜合評價，工程的哲學倫理是在這些眾多特性的約束條件下，去尋求最佳的平衡點，而非單純工程技術上的最優(yōu)解，因而工程極具綜合性和復雜性。由于工程實際上是一個信息遞增和信息綜合的過程，且涉及的因素太多，因此通常需要團隊合作。需要一個能夠致力于把工程師完成的各個部分銜接整合起來、形成共同圖景的團隊，這是工程綜合性和復雜性的另一個方面。

（4）全球性與開放性。由于經濟的全球化，作為市場的經濟行為之一，現(xiàn)代工程也體現(xiàn)一個全球合作性，而非僅局限于工程師使用的是國際性“工程語言”進行工程技術的交流，更包括全球性的分工與合作，因此更需要工程師具有全球性的視野，包容不同社會、不同文化的開放性工程思維。

與工程特性相對應，工程教育是為現(xiàn)代工程培養(yǎng)建設主體的工程師，這就要求工程師本身具有良好的專業(yè)素質與人文修養(yǎng)，才能更好把握現(xiàn)代工程的建設，因此培養(yǎng)具有滿足現(xiàn)代工程要求的工程師教育也具備社會實踐性，復合性，倫理性以及全球性。

3 基于工程內涵的工程師能力要求

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，現(xiàn)代工程越來越體現(xiàn)出高度的綜合性，復雜性與系統(tǒng)性，工程對生態(tài)環(huán)境，社會關系的影響也是與日俱增，如高速鐵路不僅涉及到橋梁、隧道等基礎建設，動力工程、控制工程等機械電信工程，還涉及生態(tài)環(huán)境，沿線經濟發(fā)展等一系列的社會問題，因此現(xiàn)代工程對工程師的知識、能力與素質提出更高的要求。美國工程院院長伍爾夫（William A.Wulf）認為工程不是科學，甚至也不是“應用科學”。科學是分析性的，是努力去了解自然；而工程是綜合的，是努力去創(chuàng)造。他對工程的定義是：“在制約中設計”。即在科學技術、經濟成本、生態(tài)環(huán)境、安全可靠、自然災害及感情認知、社會倫理等諸多約束條件下，創(chuàng)造出滿足人類社會各類活動的工業(yè)產品，因此現(xiàn)代工程師不僅要求良好的專業(yè)修養(yǎng)，而且應具有大進深、大開闊的視野，懂得團隊協(xié)作與溝通，特別不同專業(yè)、不同文化之間協(xié)作交流?；诂F(xiàn)代工程的特性，給我們提出了兩個方面的命題，一是現(xiàn)代工程師應具備那些特質以滿足工程發(fā)展的需求，二是培養(yǎng)具備這些特質的工程師，應采取什么樣的路徑。目前國際工程教育界基本上取得了普遍的認可。

3.1 EC2000工程師素質要求

2001年，由美國工程院與美國自然科學基金委員會共同組織發(fā)起“2020工程師”計劃。并于2004年底及2005年夏分別發(fā)布《2020年的工程師：新世紀工程學發(fā)展的遠景》，《培養(yǎng)2020年的工程師：適應新世紀的工程教育》兩份正式報告，研究報告基于未來工程技術發(fā)展、社會進步、全球性工程生產等大背景的基礎上，提出了對未來工程師的期望與特質，即扎實的自然科學基礎與人文修養(yǎng)，良好的專業(yè)理論與工程實踐能力、良好的溝通與團隊合作精神，具有全球性視野與國際交流合作能力，堅守工程社會倫理與應對突發(fā)事務的素質等。

3.2 CDIO工程教育理念

在回答如何培養(yǎng)現(xiàn)代工程師特質的路徑上，以麻省理工學院及瑞典的皇家工學院等幾所國際頂尖工程學專業(yè)學府共同研究，提出CDIO工程教學模式，得到國際工程教育界的認可，CDIO代表構思（Conceive），設計（Design），實現(xiàn)（Implement），運行（Operate）等全生命周期過程教育。研究報告對工程教育應達到的能力目標作出全面、系統(tǒng)、具體的論棕，將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力四個層面，要求以全過程模擬的培養(yǎng)方式使學生在這四個層面達到預定的目標。CDIO工程教育的核心理念以解構工程產品從研發(fā)設計到生產運行的全生命周期工程特性，將工程構思—設計—實現(xiàn)—運行四個階段整合成四個彼此關聯(lián)又相對獨立的教學模塊，工程背景明確，能直接構建理論與實踐之間的聯(lián)系，激發(fā)學生的學習熱情，培養(yǎng)全生命周期工程思維，及滿足工程全周期服務的專業(yè)理論與實踐能力。

4 應用型工程教育模式設計

以上所列出的未來工程師素質要求，是國內外一些知名工程院校的培養(yǎng)目標，然而對于我國絕大多數工程院校來講，這樣的培養(yǎng)目標難于達到。據2005年統(tǒng)計，在全國1792所高校中，地方高校1681所，占94%，其中比例最大的是地方工科高校占60%，即有1000余所為3年制大專院校，600余所為本科大學，而本科院校中約300余所，為近年來升本的院校，這些院校教學資源短缺，學生素質普遍不高，故均定位為應用型本科學校，不可能按EC2000或CDIO對未來工程師的素質要求，作為自己的培養(yǎng)目標。同時，人才的需求是典型的金字塔結構，社會需要有科研型的精英，更需要有具體執(zhí)行工作人才，基于此，設計應用型工程教育，培養(yǎng)應用型工程師也就顯得意義重大。endprint

4.1 應用型工程師素質要求

通過認真研究工程內涵，以及未來工程科技的發(fā)展趨勢，參考EC2000或CDIO培養(yǎng)目標，本研究提出應用型工程師素質要求，主要是基礎理論與專業(yè)素質，實踐創(chuàng)新能力，人文素質三個方面。

4.2應用型工程教育模式的設計

根據應用型人才的培養(yǎng)目標，本文將工程教學設計成、以基礎理論、專業(yè)理論、工程計算機、人文素質、工程案例五個理論教學模塊和實驗、工程實習、設計創(chuàng)新和社會公益實踐四個實踐教學模塊。以本文以土木工程專業(yè)教學為例，對這一培養(yǎng)模式進行闡述，見圖1。

上述教學模式設計與傳統(tǒng)的工程教育相比，更加強調工程師的工程執(zhí)行能力與工程系統(tǒng)思維，將工程案例教學與實踐設計貫穿整個理論教學教程，以實現(xiàn)應用型工程師教學，培養(yǎng)面向工程一線的實踐人員的教學目標。

5 結論

科技發(fā)展導致工程綜合性與復雜性的非線性增長，給工程師的素質、能力提出了新的更高的要求，工程教育作出相應的改革。國家由制造大國向制造強國的戰(zhàn)略任務，也使得培養(yǎng)高素質應用型工程技術人才，成為我國工程教育界所必須肩負的使命。本文對通過對現(xiàn)代工程特性的分析，提出應用型工程師應具備工程素質要求，并基于此理念設計了相應的教學模式，模式在專業(yè)培養(yǎng)的層面上以理論性、實踐性、探索性的設計，以工程案例分析和創(chuàng)新設計為載體，培養(yǎng)學生的系統(tǒng)能力、交流能力和個人的可持續(xù)發(fā)展能力。

同時，本研究清楚的認識到，這樣的教學模式對現(xiàn)行模式存在較大的變動，其一，本模式將要求我們重新設計理論內容與教學時間，并探索在實踐設計與案例分析中，對理論概念進行深化補充，以彌補理論教學的不足；其二，案例分析要求教師有豐富的理論與實踐經驗，目前應用型本科院校的雙師的教師并不能滿足這一教學要求；其三，本模式設計更加強調實踐教學，目前實習基地建設不能滿足這一要求，由于實習經費企業(yè)對社會責任的缺位，實習基地建設與實習教學存在尖銳的矛盾。

參考文獻

[1] 中國工程教育委員會.探尋中國工程教育改革之路.新形勢下工程教育的改革與發(fā)展高層論壇紀要.

[2] 顧秉林.中國高等工程教育的改革與發(fā)展[J].高等工程教育研究，2004（5）.

[3] 李正，林鳳.從工程的本質看工程教育的發(fā)展趨勢[J].高等工程教育研究，2007（2）.

[4] WilliamA. Wulf.《The Urgency of Engineering Education Reform》The Bridge， Spring 1998， Vol 28 No.1， The National Academy of Engineering.endprint