21世紀(jì)國際工程教育研究的動(dòng)態(tài)、熱點(diǎn)與前沿

孫剛成　左晶晶

摘要：? 國際工程教育研究是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，對其進(jìn)行綜合分析，可以為我國的工程教育和新工科建設(shè)提供借鑒。通過采用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法，對在Web of Science數(shù)據(jù)庫中檢索到的樣本文獻(xiàn)進(jìn)行可視化分析，發(fā)現(xiàn)21世紀(jì)國際工程教育研究熱點(diǎn)集中在綜合實(shí)踐能力、多維思維與實(shí)踐能力、跨學(xué)科深度整合能力、高效獲取并有效利用信息的基本素養(yǎng)和學(xué)術(shù)表達(dá)能力五個(gè)方面?；谝陨戏治龊蛯诵奈墨I(xiàn)的深度研究，可以確定國際工程教育目前的研究前沿主要體現(xiàn)在基于STEM教育整合的工程人才培養(yǎng)模式構(gòu)建、工程人才的核心素養(yǎng)和關(guān)鍵技能培養(yǎng)、以項(xiàng)目為抓手的自主合作學(xué)習(xí)與實(shí)踐探究、生態(tài)化工程教育體系建構(gòu)等四個(gè)方面。

關(guān)鍵詞：國際工程教育;STEM教育;核心素養(yǎng);人工智能;工程倫理

中圖分類號(hào)： G640

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-0717（2019）04-0030-11

收稿日期：2019-03-27

作者簡介：孫剛成（1969-），男，河南濮陽人，教育學(xué)博士，延安大學(xué)高等教育研究所副所長，教育科學(xué)學(xué)院教授，教育發(fā)展戰(zhàn)略研究中心主任，主要從事教育基本理論和高等教育研究;左晶晶，延安大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院研究生;延安，716000。

一、研究工具與數(shù)據(jù)來源

進(jìn)入21世紀(jì)，第四次工業(yè)革命拉開了序幕，人類社會(huì)迎來了人工智能時(shí)代。信息技術(shù)、智能化生產(chǎn)、人機(jī)交互等科技創(chuàng)新與融合應(yīng)用，已成為新工業(yè)時(shí)代到來的顯著特征，它們從各行各業(yè)、各個(gè)方面滲透并影響人們的工作、生活與學(xué)習(xí)，為人類生活帶來了前所未有的便利。然而，工業(yè)化與全球化進(jìn)程也危機(jī)重重，如環(huán)境惡化、信息泄露、基因編輯、資源枯竭、可持續(xù)發(fā)展等問題接踵而至。為迎接挑戰(zhàn)，世界工程教育正在進(jìn)行改革，如德國的“工業(yè)4.0”、美國的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略”、法國的“新工業(yè)法國”、日本的“日本再興戰(zhàn)略”，以及中國的“中國制造2025”等一系列戰(zhàn)略部署均對工程教育發(fā)展做出了安排。

Web of Science（以下簡稱“WOS”）作為集合多學(xué)科專業(yè)期刊的大型引文索引數(shù)據(jù)庫，具有高學(xué)術(shù)性和高影響力特征。因此，本文以Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫所收錄的2000～2018年期間的工程教育研究文獻(xiàn)數(shù)據(jù)為樣本，采用標(biāo)題詞檢索法，檢索標(biāo)題為“Engineering Education”，檢索時(shí)間段范圍為2000～2018年，文獻(xiàn)類型選擇“論文”（article），獲得用于分析的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)共1 457篇（詳見圖1）。由圖1可見，自21世紀(jì)以來，雖然國際上對工程教育的研究有所波動(dòng)，但是整體發(fā)展呈現(xiàn)上升的趨勢。

在樣本文獻(xiàn)確定之后，本文借助Cite Space軟件繪制可視化科學(xué)知識(shí)圖譜，揭示21世紀(jì)國際工程教育研究的動(dòng)態(tài)、熱點(diǎn)與前沿，以期為國內(nèi)學(xué)者在該領(lǐng)域的研究提供理論參考，并為中國打贏科技攻堅(jiān)戰(zhàn)、建好新工科、邁向工程教育強(qiáng)國提供決策參考。

二、21世紀(jì)國際工程教育研究的動(dòng)態(tài)

（一）核心作者統(tǒng)計(jì)

為了更加直觀地了解21世紀(jì)國際工程教育領(lǐng)域核心作者科研能力和團(tuán)隊(duì)分布情況，筆者通過對該領(lǐng)域作者發(fā)文情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，列出了發(fā)文量大于等于5篇的11位作者，合計(jì)68篇，約占有效樣本總數(shù)的4.67%。其中，弗吉尼亞理工大學(xué)工程教育系副教授Borrego Maura共發(fā)文14篇，是該領(lǐng)域目前發(fā)文數(shù)最多的研究者。其研究方向包括工程教育學(xué)術(shù)共同體和跨學(xué)科研究生教育研究。她在2010年發(fā)表的“工程教育創(chuàng)新擴(kuò)散理論研究：基于美國工程部門的創(chuàng)新意識(shí)和采用率調(diào)查”是其被引頻次最高的文章，被引129次;Kacey Beddoes是普渡大學(xué)工程教育學(xué)院的博士后，共發(fā)表相關(guān)文章8篇，其在2014年與Mary Besterfield-Sacre等人合作發(fā)表的“改變工程教育：基于美國教職工、教授和院長的看法”是其被引頻次最高的一篇文獻(xiàn)，被引25次;Jacek Uziak是博茨瓦納大學(xué)機(jī)械工程系的副教授，他專門研究機(jī)器和機(jī)械原理并教授這方面的課程，當(dāng)前的研究興趣主要是工程教育，共發(fā)表相關(guān)文章6篇，被引頻次最高的一篇文章為“電子表格：遠(yuǎn)程教育在工程教育中的理想工具”，被引4次;其他作者發(fā)文量皆為5篇，其中，Chen Wei Fan和Fang Ning是中國在國際工程教育領(lǐng)域具有代表性的作者。

圖2呈現(xiàn)了21世紀(jì)國際工程教育研究領(lǐng)域作者的合作情況。從中可以發(fā)現(xiàn)，該領(lǐng)域獨(dú)立作者較多，如發(fā)文量分別為5篇的Strobel Johannes，F(xiàn)ang Ning，Stefanovic Miladin以及Alejandra J.Magana等;合作團(tuán)體偏少，其中兩兩合作的有7組，如Kolmos Anette和Zhou Chun fang，Murphy Cynthia F.和Allenby Braden等;2人以上的團(tuán)體合作有一組，其是以高產(chǎn)作者為核心組成的研究團(tuán)隊(duì)，如以Borrego Maura為核心的包括Beddoes Kacey，F(xiàn)inelli Cynthia J，F(xiàn)royd Jeffrey E.和Foster Margaret J.等作者組成的合作團(tuán)體。綜上，獨(dú)立和兩兩合作的小團(tuán)體相對較多，兩人以上的較大合作團(tuán)隊(duì)偏少。

（二）被引期刊分布

高被引期刊通常被認(rèn)為是發(fā)表高水平、高質(zhì)量文獻(xiàn)的出版物，對其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析能夠有目標(biāo)地對該領(lǐng)域進(jìn)行跟蹤研究。表2呈現(xiàn)了單篇最高被引量大于50次的11個(gè)來源出版物的相關(guān)信息。11個(gè)期刊刊文量為619篇，占有效樣本文獻(xiàn)的42.50%。其中，單篇被引頻次最高的期刊是J ENG EDUC（工程教育雜志），單篇最高被引為414次，刊載量45篇，占有效樣本文獻(xiàn)的3.09%;刊載量最多的期刊是INT J ENG EDUC（國際工程教育雜志），共刊載了327篇工程教育的文章，占有效樣本文獻(xiàn)的22.44%，單篇最高被引為335次;IEEE T EDUC（國際電器和電子工程師學(xué)會(huì)教育會(huì)刊）是中心性最高的期刊，共刊載了27篇工程教育的文章，占有效樣本文獻(xiàn)的1.85%，單篇最高被引為161次。此外，從表2中還可以發(fā)現(xiàn)，該領(lǐng)域最高被引頻次和最高刊載量的文章都集中發(fā)表在工程教育專業(yè)期刊上，即使有部分文章刊登在其他領(lǐng)域期刊上也大多與工程或者教育相關(guān)?？梢姡壳霸诠こ探逃I(lǐng)域，國際上已經(jīng)形成了能夠集中體現(xiàn)國際工程教育研究成果的核心期刊。

（三）主要研究機(jī)構(gòu)分布

對某一領(lǐng)域作者發(fā)文機(jī)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，有利于了解團(tuán)隊(duì)分布和科研實(shí)力情況。表3列舉了發(fā)文量大于10篇的15所研究機(jī)構(gòu)，其中12所研究機(jī)構(gòu)來自美國，占所選機(jī)構(gòu)總數(shù)的80%，其余三所機(jī)構(gòu)分別來自西班牙、以色列和丹麥。從研究成果的數(shù)量及影響力來看，成果較多且影響力高的研究機(jī)構(gòu)依次是普渡大學(xué)、賓夕法尼亞州立大學(xué)、弗吉尼亞理工大學(xué)以及馬德里理工大學(xué)。其中，普渡大學(xué)是聞名遐邇的老牌理工科高校，其工程教育發(fā)展在國際上位列頂尖，被譽(yù)為“工程界之翹楚”，培養(yǎng)了22位美國工程院院士，是培養(yǎng)美國工程師最多的學(xué)校之一;賓夕法尼亞州立大學(xué)是美國大學(xué)工程學(xué)專業(yè)的發(fā)源地，被譽(yù)為“工程師的搖籃”;弗吉尼亞理工大學(xué)是一所以工科為主的特高研究型大學(xué)（卡內(nèi)基教育基金會(huì)分類），是全美實(shí)力最強(qiáng)的四大理工學(xué)院之一;馬德里理工大學(xué)是西班牙一所頂級理工大學(xué)，其以工程科學(xué)聞名世界。除此之外，佐治亞理工學(xué)院、密歇根大學(xué)、華盛頓大學(xué)以及斯坦福大學(xué)等在工程教育研究上也皆具有很大的影響力。

從21世紀(jì)國際工程教育機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)來看（詳見圖3），普渡大學(xué)、馬德里理工大學(xué)以及賓夕法尼亞州立大學(xué)是發(fā)文量較多且中心性較大的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，是該領(lǐng)域最主要的研究機(jī)構(gòu)。同時(shí)，通過圖3還可以發(fā)現(xiàn)，國際工程教育領(lǐng)域機(jī)構(gòu)間合作較為密切，合作網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)綜復(fù)雜，尤其是以美國為代表，研究機(jī)構(gòu)間已經(jīng)形成了多個(gè)較大的合作網(wǎng)絡(luò)組織，如以普渡大學(xué)為核心的凝聚子群、以賓夕法尼亞州立大學(xué)為核心的凝聚子群、以弗吉尼亞理工大學(xué)為核心的凝聚子群等。各機(jī)構(gòu)間構(gòu)成強(qiáng)大的合作網(wǎng)絡(luò)是美國能夠培養(yǎng)出大量的世界級優(yōu)秀工程師的重要原因。此外，還有一些大學(xué)有其單獨(dú)的研究團(tuán)隊(duì)，如馬德里理工大學(xué)、馬德里科技大學(xué)以及斯塔赫州立大學(xué)等。

（四）國家和地區(qū)發(fā)文量統(tǒng)計(jì)

在國家（地區(qū)）發(fā)文量方面，文章選取了發(fā)文量大于30篇的11個(gè)國家（地區(qū)）做重點(diǎn)分析（詳見表4）。從中可以發(fā)現(xiàn)，排名前11位的國家發(fā)文量共計(jì)1 053篇，占總量的72.28%。其中，美洲（美國、加拿大、巴西）工程教育的發(fā)展遙遙領(lǐng)先，歐洲（西班牙、英國、德國、荷蘭）緊隨其后，亞洲（土耳其、中國、印度）奮起直追。美國工程教育發(fā)展“一家獨(dú)大”，發(fā)文量占總文獻(xiàn)的35.83%，累計(jì)發(fā)文522篇，中心性0.64，單篇最高被引頻次為457次，在國際工程教育領(lǐng)域具有不可動(dòng)搖的地位，這與美國的綜合實(shí)力以及對工程教育的大量投入密切相關(guān)。西班牙是除美國之外在發(fā)文量（126篇）和中心性（0.24）上皆位列第二的國家，可見，該國的工程教育實(shí)力不容小覷。荷蘭雖然發(fā)文量只有31篇，但是文章質(zhì)量較高，是除美國之外被引頻次最高的國家（最高被引頻次為164次）。與歐美國家在工程教育上的發(fā)展相比，我國的工程教育研究發(fā)展與之還存在一定的差距（發(fā)文量47篇，中心性0.07，最高被引頻次29次）。但是，在主動(dòng)應(yīng)對國際競爭和國內(nèi)新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革、支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展、以及“中國制造2025”等一系列國家戰(zhàn)略發(fā)展背景下，我國提出的“新工科”將會(huì)全力探索形成領(lǐng)跑全球工程教育的中國模式、中國經(jīng)驗(yàn)，助力高等教育強(qiáng)國建設(shè)。

三、21世紀(jì)國際工程教育研究的熱點(diǎn)

期刊文獻(xiàn)關(guān)鍵詞作為文獻(xiàn)內(nèi)容的精髓與核心，能夠揭示研究主題并體現(xiàn)某一研究領(lǐng)域的總體特征和研究熱點(diǎn)。通過文獻(xiàn)計(jì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及可視化知識(shí)圖譜結(jié)果顯示，工程教育（engineering education）、教育（Education）、設(shè)計(jì)（design）、學(xué)生（student）、科學(xué)（science）、工程（engineering）、系統(tǒng)（system）、課程（curriculum）、技術(shù)（technology）、創(chuàng)新（innovation）等關(guān)鍵詞的排序比較靠前。與此同時(shí)，為了進(jìn)一步分析高頻關(guān)鍵詞間的親疏關(guān)系，有效挖掘潛在信息，揭示目前世界范圍內(nèi)工程教育研究的主題和熱點(diǎn)，研究結(jié)合關(guān)鍵詞聚類圖譜（詳見圖4），發(fā)現(xiàn)當(dāng)前世界范圍內(nèi)工程教育研究的熱點(diǎn)主要集中在以下幾個(gè)方面：

（一）綜合實(shí)踐能力

在競爭激烈的21世紀(jì)國際社會(huì)中，世界各國對工程人才的能力要求更加綜合化，除了必要的專業(yè)工程知識(shí)之外，“全球化視角”“領(lǐng)導(dǎo)力”“環(huán)境素養(yǎng)”及“可持續(xù)”等許多其他特征也成為評估工程人才的重要屬性。實(shí)際上的工程實(shí)踐是一個(gè)與設(shè)計(jì)解決方案相碰撞的溝通、團(tuán)隊(duì)和多領(lǐng)域協(xié)同活動(dòng)過程，也是一個(gè)工程科學(xué)基礎(chǔ)形成和工程設(shè)計(jì)與制造得以落實(shí)的活動(dòng)過程[1]，說明新的工程實(shí)踐中需要具備良好的溝通素養(yǎng)和團(tuán)隊(duì)合作與跨領(lǐng)域協(xié)同能力。美國國家工程學(xué)院《培育2020年的工程師：適應(yīng)新世紀(jì)的工程教育》中表示，工程畢業(yè)生應(yīng)具備的綜合實(shí)踐能力包括：分析能力、創(chuàng)造力、獨(dú)創(chuàng)性、專業(yè)精神等[2]。此外，隨著職業(yè)挑戰(zhàn)變得更加復(fù)雜，問題需要?jiǎng)?chuàng)造性地、相互依存地解決，這就需要培養(yǎng)勞動(dòng)力新的技能。一些實(shí)證研究發(fā)現(xiàn)，在21世紀(jì)的工程實(shí)踐中，領(lǐng)導(dǎo)能力和合作能力在工作場所中比任何時(shí)候都更加關(guān)鍵[3]，而且以溝通、團(tuán)隊(duì)合作、文化意識(shí)和道德為核心的領(lǐng)導(dǎo)力越來越成為工程人才需求的關(guān)鍵能力[4]。與此同時(shí)，為了使各種工程實(shí)踐有一個(gè)強(qiáng)大的理論支撐，有研究者提出了一種構(gòu)建工程和科學(xué)教育經(jīng)驗(yàn)的方法——工程認(rèn)知實(shí)踐，將其分為社會(huì)環(huán)境中的工程、使用數(shù)據(jù)和證據(jù)進(jìn)行決策、運(yùn)用工具和策略解決問題以及通過創(chuàng)新和創(chuàng)造力尋找方案四大類[5]。

（二）多維思維與實(shí)踐能力

多維思維是一種特殊的高級思維形態(tài)，屬于創(chuàng)造性思維范疇，培養(yǎng)多維思維能力是發(fā)展個(gè)體創(chuàng)造性素質(zhì)的有效途徑。因此，探尋多維思維途徑、培養(yǎng)多維思維能力成為21世紀(jì)國際工程教育人才培養(yǎng)的重中之重。其中，設(shè)計(jì)教育作為多維思維與創(chuàng)新思維的培育途徑之一，不但是過去一百年工程教育發(fā)展的重要轉(zhuǎn)變之一，而且在當(dāng)下工程教育發(fā)展中仍然非常重要[6]。對此，新加坡科技與設(shè)計(jì)大學(xué)（SUTD）通過研究表明，學(xué)生可以在生物機(jī)器人設(shè)計(jì)、交互式音樂電路設(shè)計(jì)和自動(dòng)牛奶輸送等設(shè)計(jì)中，通過將問題澄清、概念生成和原型設(shè)計(jì)與主題內(nèi)容結(jié)合的方式學(xué)習(xí)工程知識(shí)，發(fā)展多維思維能力[7]。此外，學(xué)生或工程技術(shù)人員可以增加工程專業(yè)的信息化資源，在可視化的情況下進(jìn)行工程作業(yè)。如：三維幾何模型所允許的交互作用可以結(jié)束傳統(tǒng)學(xué)術(shù)教學(xué)中經(jīng)常出現(xiàn)的被動(dòng)學(xué)習(xí)態(tài)度;虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）可以作為3D建模的補(bǔ)充，使各個(gè)利益相關(guān)者之間在培訓(xùn)、教育或職業(yè)實(shí)踐中進(jìn)行更深入的溝通[8];四維模型正被用于改善施工項(xiàng)目的多個(gè)階段和領(lǐng)域的生產(chǎn)、分析、設(shè)計(jì)管理和施工信息等[9]。以上方式都可以用來促進(jìn)學(xué)習(xí)者或工程技術(shù)人員多維思維能力與實(shí)踐的發(fā)展。

（三）跨學(xué)科深度整合能力

工程教育的主要問題是如何應(yīng)用包括科學(xué)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、法律、社會(huì)或文化等方面的背景意識(shí)，增強(qiáng)工程技術(shù)人員理解跨學(xué)科行動(dòng)、問題、解決辦法以及預(yù)知后果的能力。工程教育已經(jīng)在不同程度上涉及多學(xué)科與工程過程和實(shí)踐有關(guān)的具體學(xué)科問題。因此，跨學(xué)科整合勢在必行。與多學(xué)科合作不同的是，跨學(xué)科合作可以通過多學(xué)科方法或真正的跨學(xué)科方法來實(shí)施。在多學(xué)科的研究方法中，協(xié)作者在利用自己的專業(yè)知識(shí)解決完某個(gè)具體問題后，繼續(xù)他（她）自己的研究軌跡，不受合作經(jīng)驗(yàn)的影響。相比之下，在真正的跨學(xué)科協(xié)作研究和實(shí)踐中，協(xié)作者不是為解決方案提供單獨(dú)的研究與實(shí)踐部分，而是密切合作，將各自學(xué)科的知識(shí)結(jié)合起來，為解決方案而協(xié)同努力，并形成集合力或集合體[10]。在某種程度上，這不但有助于發(fā)展學(xué)習(xí)者的高階思維能力，還能夠有效提高團(tuán)隊(duì)合作能力，促進(jìn)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。但是，跨學(xué)科本身存在學(xué)科之間較難平衡以及難以教授的困難。對此，有研究者通過實(shí)踐開發(fā)了一門綜合科學(xué)與工程的跨學(xué)科課程，由擁有不同學(xué)術(shù)背景的學(xué)生組成團(tuán)隊(duì)，并推行“小先生制”，旨在將學(xué)到的知識(shí)教授給其他同學(xué)，從而在一定程度上達(dá)到解決跨學(xué)科教授困難的目的[11]。除此之外，還有學(xué)者提出用“嵌入式方法”（即在實(shí)際工程課程中納入一個(gè)組成部分或模塊的方式來整合學(xué)科）來培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的跨學(xué)科深度整合能力。而對于跨學(xué)科的評價(jià)，Maura Borrego則提出通過系統(tǒng)評價(jià)的方法使現(xiàn)有的系統(tǒng)評審資源適用于工程教育和其他發(fā)展中的跨學(xué)科領(lǐng)域，從而促進(jìn)學(xué)科整合[12]。

（四）高效獲取并有效利用信息的基本素養(yǎng)

培養(yǎng)個(gè)體形成良好的信息獲取與有效利用技能是信息素養(yǎng)的核心要素。早在1989年，美國圖書館協(xié)會(huì)（ALA）就概述了信息素養(yǎng)的定義和教學(xué)信息素養(yǎng)技能的重要性[13]，為之后的學(xué)院和圖書館協(xié)會(huì)制定的第一套標(biāo)準(zhǔn)提供了基礎(chǔ)。該標(biāo)準(zhǔn)主要分為確定信息需求、高效地獲取信息、評價(jià)信息及其來源、有效利用信息以及有道德地使用信息五個(gè)方面[14]。信息素養(yǎng)（包括專業(yè)使用和信息管理）作為專業(yè)工程師第一階段能力標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵要素之一，對工程學(xué)生能力發(fā)展非常重要[15]。在工程領(lǐng)域，信息素養(yǎng)技能主要集中體現(xiàn)在信息獲取、有效利用信息促進(jìn)工程設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐過程中，學(xué)生需要了解如何整合、學(xué)習(xí)并利用包括行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、專利、市場信息、文獻(xiàn)以及可靠的網(wǎng)絡(luò)資源等在內(nèi)的多元化信息資源[16]。研究表明，信息素養(yǎng)教學(xué)能夠提高學(xué)生研究的質(zhì)量，主要體現(xiàn)在提供深入和基于證據(jù)的研究報(bào)告，確定所發(fā)現(xiàn)資料的可靠性、準(zhǔn)確性、有效性、權(quán)威性、及時(shí)性、偏差性以及適當(dāng)性，成為資訊市場的貢獻(xiàn)者，理性道德地使用資訊以及獲得終身學(xué)習(xí)的能力[17]。同時(shí)，根據(jù)2015年新的ACRL框架，信息素養(yǎng)習(xí)得能夠賦予個(gè)人、組織和社會(huì)力量，并使之實(shí)現(xiàn)有效轉(zhuǎn)型[18]。對此，越來越多的大學(xué)和工程項(xiàng)目將信息素養(yǎng)納入課程，使其在滿足市場對人才培養(yǎng)技能要求的同時(shí)，也提高了學(xué)生成為終身學(xué)習(xí)者的潛能[17]。

（五）學(xué)術(shù)表達(dá)能力

在STEM和STEAM教育熱潮下，STREAM（科學(xué)、技術(shù)、讀/寫、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)）教育應(yīng)運(yùn)而生。事實(shí)上，強(qiáng)調(diào)讀寫能力是科學(xué)、工程和技術(shù)教育的重要組成部分，目的是使專業(yè)人士能夠勝任撰寫報(bào)告、實(shí)驗(yàn)材料以及與人交流的需要。在支持越來越多的國際學(xué)生有效運(yùn)用英語進(jìn)行工程技術(shù)交流時(shí)，支持學(xué)術(shù)寫作能力發(fā)展以便實(shí)現(xiàn)更加廣泛的工程技術(shù)創(chuàng)新交流變得越來越重要[19]。同時(shí)，在專業(yè)領(lǐng)域和外行領(lǐng)域進(jìn)行有效的口頭和書面交流，也是學(xué)術(shù)和專業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)[20]。研究表明，寫作不僅是學(xué)術(shù)界日常工作中的一項(xiàng)重要活動(dòng)，而且是評價(jià)學(xué)術(shù)人員職業(yè)能力的一種手段[21]。然而，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，38%的工程專業(yè)畢業(yè)生認(rèn)為溝通和寫作技能是他們職業(yè)中最重要的因素之一，但這也是他們覺得準(zhǔn)備不足的領(lǐng)域[22]。為了使學(xué)生能夠適應(yīng)學(xué)科規(guī)范和學(xué)術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，有研究者呼吁，在高等工程教育中將包括學(xué)術(shù)寫作在內(nèi)的核心技能納入具有挑戰(zhàn)性的課程之中，旨在使學(xué)生在本科期間就獲得書面溝通及寫作能力[23]。埃爾頓（Elton）認(rèn)為，學(xué)術(shù)寫作的學(xué)科規(guī)則往往是默認(rèn)的，成功的技能發(fā)展依賴于學(xué)科專家和寫作專家的意見[24]。當(dāng)教師對學(xué)生的工作提出反饋質(zhì)疑時(shí)，學(xué)生的工作質(zhì)量可能會(huì)得到提高[25]。在培養(yǎng)學(xué)生學(xué)術(shù)表達(dá)能力時(shí)，除了配備專業(yè)教師進(jìn)行教授、指導(dǎo)之外，還可以通過在線反饋、同行評審、協(xié)作等方式來滿足工程人員學(xué)術(shù)表達(dá)能力的培養(yǎng)需求。

四、21世紀(jì)國際工程教育研究前沿

Cite Space軟件開發(fā)者陳超美認(rèn)為，一組突現(xiàn)的研究概念和潛在的研究概念可以用來反映某一學(xué)科領(lǐng)域的研究前沿和未來發(fā)展趨勢[26]。打開Cite Space，進(jìn)行設(shè)置調(diào)節(jié)，得到21世紀(jì)國際工程教育研究前沿知識(shí)圖表（見表5），以2000～2018年的數(shù)據(jù)作為樣本，在二次閱讀文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，結(jié)合突現(xiàn)詞可以探測到其研究前沿主要集中在以下四個(gè)方面。

（一）工程教育發(fā)展的策略：基于STEM教育整合的工程人才培養(yǎng)模式構(gòu)建

由表5可知，序號(hào)1、7、9、19、24所列國際工程教育突現(xiàn)詞可以反映STEM教育戰(zhàn)略發(fā)展的重要性;同時(shí)，通過以上突現(xiàn)詞的時(shí)間跨度可知STEM教育將持續(xù)成為國際工程教育研究的前沿與趨勢。STEM教育起源于美國，是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）的簡稱，旨在強(qiáng)調(diào)多學(xué)科交叉融合。21世紀(jì)以來，美國聯(lián)邦政府對STEM教育在政策上進(jìn)行了大力支持，如2006年出臺(tái)的《美國競爭力計(jì)劃》、2010年出臺(tái)的《準(zhǔn)備與激勵(lì)：為美國的未來實(shí)施K12年級的STEM教育》、2012年出臺(tái)的《致力超越：再培養(yǎng)百萬名STEM領(lǐng)域大學(xué)畢業(yè)生》、2014年出臺(tái)的《K-12年級STEM整合教育：現(xiàn)狀、前景和研究議程》、2015年頒布的《STEM教育法案》以及2016年出臺(tái)的《STEM2026：STEM教育創(chuàng)新愿景》等，皆體現(xiàn)了STEM教育發(fā)展的重要性。其作為國際工程教育發(fā)展的前沿，體現(xiàn)了跨學(xué)科、跨領(lǐng)域、整合綜合能力與思維品質(zhì)的培養(yǎng)導(dǎo)向，以及國際社會(huì)對綜合型工程人才發(fā)展的需求。縱觀國內(nèi)，STEM教育雖然尚未成熟和系統(tǒng)化，但是在一些發(fā)達(dá)城市已經(jīng)開始進(jìn)行探索實(shí)踐，且國內(nèi)學(xué)者對STEM教育的研究也逐年增多，可以將其與當(dāng)下備受關(guān)注的新工科建設(shè)進(jìn)行結(jié)合，構(gòu)建人才培養(yǎng)新模式，探索工程教育理論和實(shí)踐新視角。

（二）工程人才培養(yǎng)的目標(biāo)：工程人才核心素養(yǎng)+關(guān)鍵技能培養(yǎng)

由表5可知，序號(hào)4、12、14、16、21所列國際工程教育發(fā)展突現(xiàn)詞體現(xiàn)了工程人才培養(yǎng)的關(guān)鍵技能和核心素養(yǎng)培養(yǎng)方向。美國21世紀(jì)核心素養(yǎng)包含“學(xué)習(xí)與創(chuàng)新技能”“信息、媒介與技術(shù)素養(yǎng)”“生活與職業(yè)素養(yǎng)”三方面，21世紀(jì)技能則在3Rs（閱讀、寫作、計(jì)算）基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)向了4Cs（交流、合作、批判性思考、創(chuàng)造力）[27];日本21世紀(jì)核心素養(yǎng)包含基礎(chǔ)素養(yǎng)、認(rèn)知素養(yǎng)與社會(huì)素養(yǎng)三方面，21世紀(jì)技能則包含思維能力（核心）、基礎(chǔ)能力以及實(shí)踐能力[28];新加坡21世紀(jì)核心素養(yǎng)以培養(yǎng)充滿自信的人、能主動(dòng)學(xué)習(xí)的人、積極奉獻(xiàn)的人以及心系祖國的公民為目標(biāo)，包含核心價(jià)值、社交與情緒管理技能（自我意識(shí)、自我管理、社會(huì)意識(shí)、負(fù)責(zé)任的決策、人際關(guān)系管理）以及新的21世紀(jì)技能（批判性、創(chuàng)新性思維，交流、合作和信息技能，公民素養(yǎng)、全球意識(shí)和跨文化交流技能）[29];中國21世紀(jì)核心素養(yǎng)以培養(yǎng)“全面發(fā)展的人”為核心，包含文化基礎(chǔ)、自主發(fā)展、社會(huì)參與三個(gè)方面，綜合表現(xiàn)為人文底蘊(yùn)、科學(xué)精神、學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、健康生活、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、實(shí)踐創(chuàng)新6大素養(yǎng)，著重發(fā)展認(rèn)知能力、合作能力、創(chuàng)新能力以及職業(yè)能力四大關(guān)鍵技能[30]。綜上不難發(fā)現(xiàn)，各個(gè)國家關(guān)于21世紀(jì)核心素養(yǎng)和關(guān)鍵技能的制定大同小異。因此，對于工程教育發(fā)展而言，培養(yǎng)滿足國際社會(huì)發(fā)展要求的具備21世紀(jì)核心素養(yǎng)和關(guān)鍵能力的工程人才將是工程教育與人才培養(yǎng)不斷追求的目標(biāo)與方向。

（三）工程教育教學(xué)的方式：以項(xiàng)目為抓手的自主合作學(xué)習(xí)與實(shí)踐探究

由表5可知，序號(hào)10、20、21所列國際工程教育發(fā)展突現(xiàn)詞體現(xiàn)了以項(xiàng)目為抓手的自主合作學(xué)習(xí)與實(shí)踐探究工程教育教學(xué)方式。其主要強(qiáng)調(diào)在國際工程教育教學(xué)發(fā)展中基于工程項(xiàng)目、工程實(shí)踐、工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)，以及形成以人工智能+工程教育的教學(xué)模式。基于項(xiàng)目進(jìn)行教學(xué)能夠提供足夠的挑戰(zhàn)，幫助學(xué)生走出舒適區(qū)，有充分的機(jī)會(huì)練習(xí)技術(shù)技能和非技術(shù)技能，最大限度地提高學(xué)生工程學(xué)習(xí)的能力;基于工程實(shí)踐進(jìn)行教學(xué)能夠使學(xué)習(xí)者有針對性地將問題與課程相聯(lián)系，提高學(xué)生知識(shí)獲取、反思和實(shí)踐的工程能力;經(jīng)驗(yàn)式學(xué)習(xí)理論通常被稱為科爾布（Kolb）理論，其包含具體經(jīng)驗(yàn)（CE）、反思觀察（RO）、抽象概念（AC）和主動(dòng)實(shí)驗(yàn)（AE），即要求學(xué)習(xí)者在體驗(yàn)過程中將自動(dòng)化集成到邏輯健全的理論中（AC），且具備使用這些理論來做出決策和解決問題（AE）的能力，其作為一種超越傳統(tǒng)課堂教學(xué)的方法，有利于學(xué)習(xí)者從直接經(jīng)驗(yàn)中分離出抽象的概念進(jìn)行實(shí)踐探究與合作探究[31];作為當(dāng)下受到國際社會(huì)廣泛關(guān)注的人工智能，聯(lián)合國教科文組織和布羅孚圖盧（ProFuturo）在2019年移動(dòng)學(xué)習(xí)周期間發(fā)布的《教育中的人工智能：可持續(xù)發(fā)展的機(jī)遇和挑戰(zhàn)》工作報(bào)告，就人工智能對學(xué)習(xí)成果、受教育機(jī)會(huì)和教師支持的影響以及公平性、包容性、師生是否做好準(zhǔn)備等問題進(jìn)行了探究。而對于工程教育發(fā)展而言，如果能夠有效發(fā)揮人工智能的優(yōu)勢，將其與工程具體專業(yè)相結(jié)合，將會(huì)大大促進(jìn)工程教育的進(jìn)步與發(fā)展[32]。綜上可以預(yù)見，基于工程項(xiàng)目、工程實(shí)踐、工程經(jīng)驗(yàn)以及人工智能+工程教育的教學(xué)模式將是國際工程教育教學(xué)發(fā)展的重要方向。

（四）工程教育面臨的挑戰(zhàn)：生態(tài)化工程教育體系的建構(gòu)

表5中序號(hào)5和22所列國際工程教育發(fā)展突現(xiàn)詞，以及針對這兩個(gè)突現(xiàn)詞的文獻(xiàn)拓展研究，共同印證了生態(tài)化工程教育體系的構(gòu)建是當(dāng)下及未來很長一段時(shí)間內(nèi)國際工程教育面臨的挑戰(zhàn)，其主要包括綠色工程、工程倫理和性別平等。在工程學(xué)中，將關(guān)于可持續(xù)性的觀念納入產(chǎn)品、過程、技術(shù)系統(tǒng)和服務(wù)，意味著將環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)因素整合納入產(chǎn)品和設(shè)計(jì)的評估中，并逐步形成工程人才培養(yǎng)和工程制造體系的生態(tài)化與系統(tǒng)化。尋求可持續(xù)性設(shè)計(jì)的工程師可利用的量化工具不斷發(fā)展，但目前主要側(cè)重于自然資源保護(hù)和減少排放，可用于將可持續(xù)性的社會(huì)層面納入工程設(shè)計(jì)的量化工具很少。在工程教育中，可持續(xù)性的社會(huì)層面受到的重視不及環(huán)境和經(jīng)濟(jì)層面，因此，在某種程度上，其將會(huì)是工程教育未來發(fā)展的挑戰(zhàn)之一[33]。隨著科技社會(huì)與環(huán)境的快速發(fā)展，工程倫理問題也日益引起了人們的注意，并在工程倫理學(xué)領(lǐng)域形成了一個(gè)研究和教學(xué)領(lǐng)域且取得了重大進(jìn)展，但在“教什么”以及“如何教”才能培養(yǎng)出最優(yōu)秀的倫理工程師方面仍然存在明顯的差距。對于未來國際工程教育發(fā)展而言，工程倫理教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方式也將是重要挑戰(zhàn)之一[34]。聯(lián)合國教科文組織認(rèn)為，性別平等是一項(xiàng)基本人權(quán)，是社會(huì)公正的一個(gè)方面，也是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必要條件。只有婦女和男子擁有更多的平等機(jī)會(huì)、選擇以及作為正式、平等的公民自由和有尊嚴(yán)地生活的能力，才有可能在全球、地區(qū)和地方層面實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展與和諧發(fā)展[35]。但是，由美國國家科學(xué)基金會(huì)資助的《2018年工程教育現(xiàn)狀報(bào)告：工程學(xué)位的多樣性寫照》（2018 Status Report on Engineering Education：A Snapshot of Diversity in Degrees Conferred in Engineering）顯示，工程學(xué)中男女性別差異顯著[36]。雖然當(dāng)下尚未有明確的解決措施，但基于國際社會(huì)的發(fā)展趨勢，性別平等作為2030年可持續(xù)發(fā)展議程及其17項(xiàng)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的重大障礙，將會(huì)是工程領(lǐng)域未來發(fā)展中實(shí)現(xiàn)生態(tài)化建構(gòu)面臨的另一重要挑戰(zhàn)。

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