面向卓越工程师培养的工程教育模式思考

赵友亮

(西北农林科技大学机电学院，陕西 杨陵 712100)

“卓越工程师教育培养计划”(以下简称“卓越计划”)是《国家中长期教育改革与发展规划纲要(2010－2020)》中要求实施的一个重大项目，旨在培养造就一大批创新能力强、适应我国经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才[1]。从工程教育的本质出发，遵循大工程观的工程教育理念，构建面向“卓越计划”的工程教育新模式，是实现“卓越计划”国家目标的重要途径和内容之一。

1 问题的提出

为适应我国工程教育改革与发展的需要，教育部联合中国工程院于2010年6月启动了“卓越计划”[2]，提出要面向工业界、面向世界、面向未来，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略的实施培养造就一大批创新能力强、适应我国经济社会发展需要的高质量后备工程技术人才。中国工程院院士、华中科技大学校长李培根教授在题为“工程教育需要大工程观”一文中指出，“大工程观是卓越工程师所必备的关键素养，树立大工程观是卓越工程师培养的基本和关键问题之一”[3]。大工程观是20世纪末期国际工程教育“回归工程”教育思潮中孕育出的一种全新工程教育理念，强调工程教育应回归工程本身[4]。在我国大力推进“卓越计划”的过程中，如何把“大工程观”的理念体现和反映在卓越工程师培养的具体教学与教育过程中，则是当前我国工程教育改革和发展中必须面对的问题之一。

面对这一问题，文献[3]从办学专业观念的改变，学生的科学基础、自学习与自教育、大工程体验、宏思维能力培养等几方面论述了在工程教育中如何体现大工程观的问题。文献[5]用工程化的视角审视了“大工程观”理念下工程教育的课程设置，强调课程目标要从学科知识的学习向为工程科技与实践能力的培养转变;文献[6]以“大工程观”的视野分析了我国高等工程教育存在的缺陷，指出要从专业设置、课程体系、学生管理、教师队伍、文化建设、对外合作6个方面对我国高等工程教育进行适应性改革。文献[7]对我国高等工程教育“回归工程”探索中的“去工程化”困境与“情境化”选择问题进行了论述，指出在现实条件下，建立现代化的大学工程训练中心是我国高等工程教育“情境化”改革的理想选择。文献[8]认为课程设置与教学改革是大工程观教育理念改革的核心，指出课程设置与教学改革的重点是要处理好较宽的知识应用能力与较系统的专业知识体系的关系。文献[9]主张借鉴国外一些大学的课程设计经验，加强课程综合化，构成跨学科课程体系。文献[10]提出可借鉴美国一些大学的经验，采用“结构体系课程设置模式”建立课程体系。一些教学一线的教师还在大工程观理念指导下对具体的课程教学进行了改革尝试[11]。这些文献从不同角度对大工程观从理念到实践的方法和途径做了理论探索和经验总结，丰富了“卓越计划”推进中践行大工程观理念的理论基础和实践经验。

笔者认为，要把“大工程观”的理念体现和反映在卓越工程师培养的具体教学与教育过程中，使工程教育真正回归工程本身，最为关键的要素之一是根据“卓越计划”的培养目标，探索构建大工程观理念下的工程教育新模式，用体系化的工程教育模式来支撑和保证大工程观理念在卓越工程师培养过程中的贯彻落实。本文从不同时代背景下工程教育模式的更替分析出发，在对大工程观理念形成过程中涤荡而出的典型工程教育模式——CDIO工程教育模式，即以企业和社会背景下产品/系统的构思(Conceive)－设计(Design)－实现(Implement)－运行(Operate)(C－D－I－O)为载体的工程教育模式进行解读的基础上，从理念和方法两方面对构建面向卓越工程师培养的工程教育模式进行分析探讨。

2 工程教育模式的发展与创新

在工程教育发展的历史长河中，伴随着工程教育理念从“实践优先”到“理论优先”，再从“理论优先”到“大工程观”理念的更迭与转变，作为工程教育理念在工程教育中的具体化表现形式的工程教育模式，也实现了从“技术模式”向“科学模式”的转变，并步入了今天的“工程模式”时代[4]。早期“实践优先”导向下的“技术模式”，注重工程现场经验的传承和学生在建筑工地、机械工厂等生产一线获得的实践技能[12]。从形式上看，该模式的工程教育过程贯穿在工程实践之中。但从本质上看，由于当时的科学发展水平未能为工程实践提供强有力的技术理论支撑，没有系统化的理论课程，教师也是工程一线的技术人员，致使当时的工程教育或多或少的类似于当今的工厂师傅带学徒，还不能说是严格意义上的工程教育。

“理论优先”导向的“科学模式”，注重工程理论知识的培养，把工程教育科学化、学术化，轻视工程实践在工程教育中的基础性作用，割裂了根植于工程的工程教育与工程实践的天然联系，使工程实践在工程教育中沦为“配角”[4]。即使有工程实践，也是为理论技术课程服务，是课程上理论技术的验证或某些技能的培训。这种模式的工程教育，偏离了工程教育的本来含义和目标，脱离了生动丰富的工程实践，不利于学生工程实践能力和实践创新能力的培养。

“大工程观”理念下的“工程模式”，强调把工程教育过程放到工程领域本身，培养符合现代产业发展要求的工程技术人才。这一模式的典型范例——CDIO工程教育模式，就把工程教育成功地融入“人造物”的构思－设计－实施－运行的工程背景中，强调在继续加强基础理论学习的基础上，向关注生产实践回归[12－13]。与“科学模式”的本质区别在于，CDIO提出要“深入理解工程职业实践环境，并将这种环境融入到教学实践中”[14]，“不仅注重专业知识和实践能力，还注重合作沟通等社会能力，解决问题、批判创新、系统思维、计划等综合能力，终身学习等自我提升能力，良好的职业伦理等职业态度”[15]。该模式是工程教育模式在大工程观理念下的创新发展。

3 CDIO的经验解读

CDIO是如何把大工程观的理念转化成具体的教学与教育活动的?CDIO模式的两个经典文件——《CDIO教学大纲》和《CDIO标准》给出了这个问题的答案。

3.1 CDIO大纲的解读

CDIO教学大纲的目标是“为本科工程教学建立一个合理的、完整的、通用的和可概括化的目标组合”，进而“构建一套能够被产业界、学术界以及校友普遍认可的现代工程师必备的知识、经验和价值观体系”[13－14，16]。为确保目标的实现，CDIO 通过对工程师工作的综合分析，将现代工程师必备的知识、能力和素质要求，从“技术知识与推理”、“个人与职业技能”、“人际交往技能”及“CDIO能力”等4个方面进行了多层次的详细分析与定义，构建了多层次的大纲内容体系，不仅把工程师所必备的知识、能力和素质分解整理成CDIO教学大纲的具体内容，还把大纲内容分解细化成可以直接观察到的具体教学行为，直接回答了大工程观理念下，回归后的工程教育培养什么人的问题[2]。

3.2 CDIO标准的解读

CDIO的12条标准指明了CDIO的实施方法，为工程教育中大工程观理念的体现提供了有效途径。

标准1描述了CDIO的基本理念，强调以产品或系统的生命周期，即产品/系统的构想－设计－实施－运行过程为工程教育的载体和背景环境，使工程教育融入产品/系统构想－设计－实施－运行的实践过程[14]，为工程教育回归工程本身勾勒出了清晰的途径。

其余11条标准则围绕培养目标(标准2)，从课程体系设置(标准3、标准4)，教学过程构建(标准5、标准6、标准7、标准8)，师资标准(标准9、标准10)，教学考核评估(标准11、标准12)等几个方面系统描述了大工程观理念转化成具体教育活动所必需的基本要素及其特性作用，明确回答了大工程观理念下的工程教育如何培养人的问题。

在孕育出大工程观教育理念的“回归工程”教育思潮中涤荡而出的CDIO工程教育模式，不仅回答了大工程理念下工程教育培养什么人、怎么培养人等问题，更为关键的是，CDIO模式还为工程教育回归工程本身实现大工程观的理念构建了一个“工程化”情境，将工程教育融入CDIO的工程背景之中。

CDIO正是围绕对培养什么人、怎么培养人和如何让工程教育回归工程这3个问题的回答，把大工程观的教育理念贯穿在工程教育的全过程，体现在工程教育的目标、内容和具体教学活动所必需的课程体系设置、教学过程构建、教师队伍建设和教学考核评估等基本要素上，从理念、目标、内容，到培养方法形成了一体化的工程教育模式。

4 工程教育新模式的构建

“大工程观是卓越工程师所需要的关键素养”[3]。这种素养的形成要通过大工程观理念下工程教育的具体目标、内容和教学活动所必需的课程体系设置、教学过程构建、教师队伍建设和教学考核评估等工程教育的基本要素来规范和保障。而“卓越计划”培养方案的编制要求与CDIO一体化教育的要求基本符合[2]，在实施“卓越计划”的进程中，在理念和方法上可借鉴CDIO的成功经验，把“大工程观”的理念体现和反映在工程教育的具体教学与教育行为中。

4.1 重新认识工程实践

工程教育本就应立足于工程本身，工程教育中工程实践的目标应是为工程教育创设和营造一个“工程化”实践情境。正如CDIO的奠基者之一Edward F.Crawley所指出的，构思－设计－实施－运行的实践不是工程教育的内容，而是工程教育的工具和环境[17]。把工程实践作为工程教育的内容(content)意味着简单地增加实践、实习、操作训练，或“以典型产品组织教学”，或简单地在“做中学”，与把工程实践作为工程教育的背景环境(context)有着本质的区别[1]。在推进“卓越计划”的改革中，如果把工程实践当作工程教育的内容从完整系统的工程教育中割裂出来，进行实践教学体系的构建，从工程教育的理念来看，仍是把工程实践作为一个单纯的教学环节来看待，只是“科学模式”下对实践教学环节的强化，并未脱离“理论优先”理念的槽臼，相反还有可能走向“卓越技工”培养的歧途，不符合大工程观工程教育回归工程的教育理念。

CDIO的经验启示我们，在理念上改变对工程实践的传统认识，构建“工程化”实践情境，实现从工程实践教学到工程实践教育的认识转变，可将科学理论与实践训练、知识获取与品德培养、社会知识与专业教育、求知与创新、教书与育人通过“工程化”实践情境这一载体有机地融合在工程教育的整个过程之中，把大工程观理念贯穿在卓越工程师培养的全过程。

重新认识工程实践，可从理念上为“卓越计划”推进中建立大工程观的工程教育模式提供思想基础。

4.2 重构工程教育过程

大工程观下的“工程化”实践情境，要通过教育教学模式的设计和运行来实现。建立面向“卓越计划”的工程教育新模式时，要把“卓越计划”所提出的行业企业深度参与培养过程、学校按通用标准和行业标准培养工程人才、强化培养学生的工程能力和创新能力的要求落实在工程教育新模式的构建中。

a.培养目标与标准的确定。

根据“卓越计划”培养造就一大批创新能力强、适应我国经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才的总体目标，借鉴CDIO的经验，由高校、行业企业和校友密切联系、联合协作确定出大工程观理念下培养的工程技术人才所应必备的知识、能力、道德与素质要求到底有哪些?是什么?对这些知识、能力、道德与素质要求作出详细的明确定义和解释，细化成具体的指标，形成完整的目标体系，并以此作为工程教育的通用标准和行业标准。例如，“卓越计划”中有一个要求是“强化培养学生的工程能力和创新能力”，但什么是工程能力?需对此作出明确定义和解释，并要分解细化成可操作检验的具体指标，即明确指出什么是工程能力，并给出描述工程能力的具体指标。确定出类似这样的详细的指标体系，而不是笼统地说什么是工程能力，才有可能把“卓越计划”宏观上所做的强化培养工程能力和创新能力的要求，落实在具体的工程教育活动中。当然，对不同的工程专业，目标体系的具体内容应由高校相关专业教师、产业界和校友协作讨论确定，并随工程教育实践和社会发展的要求而完善更新。

确定培养目标与标准，可以让我们明白“卓越计划”推进中大工程观的工程教育要培养什么人的问题，即培养的人应具备那些知识、能力、道德和素质的问题。

b.工程教育过程的重构。

围绕所确定的培养目标的实现，通过课程体系的合理设置和教学过程的优化重构，探索营造与创设“工程化”的实践情境;把培养目标体系中的每一项指标落实在课程体系中的每一门课程、教学过程的每一个环节和教师工作的具体职责上，并根据目标体系的中每一项指标对课程体系中的每一门课程和教学过程的每一个环节制定出相应教学大纲和实施方案，形成从培养目标到课程体系、从课程体系到教学大纲、从教学大纲到教学实施方案的一体化工程教育模式，把培养目标分解细化成具体的教育行为和教学活动，用具体的教育教学行为与活动来支撑保证培养目标的实现。通过工程教育过程的重构，就回答了“卓越计划”推进中要怎么培养人的问题。

CDIO的经验启示我们，确定“卓越计划”培养的工程技术人才所必备的知识、能力、道德与素质要求的标准指标，并把这些标准指标通过“工程化”实践情境的创设与营造及工程教育过程的重构，分解落实在课程体系、教学过程、教师职责和考核评估等工程教育的各个要素上，就从可操作的层面回答了“卓越计划”要培养什么人、怎么培养人的问题，并逐步建立起面向卓越工程师培养的工程教育新模式。

5 结束语

树立大工程观是卓越工程师培养的基本和关键问题之一。针对这一问题，本文提出借鉴CDIO模式的成功经验，把“大工程观”的理念体现和反映在卓越工程师培养的具体教学与教育过程，构建面向卓越工程师培养的工程教育模式的新思想，并对这一模式构建的指导思想和方法进行了分析。认为构建面向卓越工程师培养的工程教育模式，必须重新认识工程实践，在指导思想上改变“理论优先”理念下对工程实践的传统认识，实现工程实践从工程教育的内容向工程教育的背景的转变，将工程教育植入CDIO的工程背景之中;在方法上，按照CDIO模式一体化教育的思想，重构工程教育过程，把“卓越计划”所提出的行业企业深度参与培养过程、学校按通用标准和行业标准培养工程人才、强化培养学生的工程能力和创新能力的要求，细化为“卓越计划”培养的工程技术人才所必备的知识、能力、道德与素质要求指标，并把这些指标通过“工程化”情境的创设与营造分解落实在课程体系、教学过程、教师职责和考核评估等工程教育的各个要素上，建立从培养目标到课程体系、从课程体系到课程大纲、从课程大纲到教学实施方案的一体化工程教育模式。这种一体化的工程教育模式从可操作的层面回答了“卓越计划”推进中如何树立大工程观、培养什么人、怎么培养人等问题，为把大工程观的理念体现和反映在工程教育的具体教育教学活动中提供了一种选择。

[1] 林健.谈实施“卓越工程师培养计划”引发的若干变革[J]，中国高等教育，2010(17):30－32.

[2] 顾佩华，包能胜，康全礼，等.CDIO在中国(上)[J].高等工程教育研究，2012(3):24－40.

[3] 李培根.工程教育需要大工程观[J].高等工程教育研究，2011(3):1－3.

[4] 谢笑珍.“大工程观”的涵义、本质特征探析[J].高等工程教育研究，2008(3):35－38.

[5] 刘吉臻.工程教育课程改革的思维转向:工程化的视角[J].高等工程教育研究，2006(4):42－45.

[6] 王雪峰，曹荣.大工程观与高等工程教育改革[J].高等工程教育研究，2006(4):19－23.

[7] 孔垂谦.我国高等工程教育的“去工程化”困境与“情境化”选择[J].高等工程教育研究，2005(1):38－40.

[8] 陈志刚.基于大工程观办学特色的思考[J].江苏工业学院学报，2005(4):43－46.

[9] 胡卫庆，姜翰照.基于大工程观的工程教育课程与教学改革[J].南昌工程学院学报，2008(4):13－16.

[10] 刘利平，马晓建.全面发展工程素养的“大工程”教育观[J].辽宁教育研究，2007(12)59－61.

[11] 李润，关志强，邹刚明.“大工程观”研究综述[J].南方论刊，2011(5):42－45.

[12] 李曼丽.用历史解读CDIO及其应用前景[J].清华大学教育研究，2008(5):78－87.

[13] 王硕旺，洪成文.CDIO:美国麻省理工学院工程教育的经典模式——基于对CDIO课程大纲解读[J].理工高教研究，2009(4):116－119.

[14] 王旃.基于约束条件的CDIO渐进部署模式研究[J].高等工程教育研究，2009(5):44－47.

[15] 王刚.CDIO工程教育模式的解读与思考[J].中国高教研究，2009(5):86－87.

[16] Edward F Crawley.The CDIO syllabus a statement of goals for undergraduate engineering education[EB/OL].(2008－06－30)[2009－04－13].http://www.cdio.org.

[17] Edward F Crawley，Doris R Brodeur，Diane H Soderholm.The education of future aeronautical engineers:conceiving，designing，implementing and operating[J].Journal of Science Education and Technology ，2008(17):138－151.