“课程—项目”工程人才培养研究——以麻省理工学院、欧林工学院为例

马万里

(北京航空航天大学 人文社会科学学院，北京 100083)

一、引言

在世界范围内新一轮科技革命和产业变革加速进行的时代背景下，中国工程教育改革刻不容缓。1861年建校的麻省理工学院(MIT)在追求卓越工程教育的路上从未停止探索，2013年开始，MIT开始积极探索工程教育未来的发展方向，于2017年发布了“新工程教育转型”(New Engineering Educational Transformation，NEET)计划，拉开新一轮工程教育改革序幕。NEET计划是一项新型的跨学科以项目为主导的学术计划，核心内容为“课程—项目—课程”的“螺旋式”(Threads)学习路径，培养面向未来新机器与新工程体系的人才。2002年正式开始招生的富兰克林·W·欧林工程学院(Franklin W.Olin College of Engineering，以下简称“欧林工学院”)，本质是一个工程教育设计和再设计的国家实验室，旨在革新传统工程教育，推动美国乃至全世界工程教育的发展。其在U.S.News 2019年最新发布的(无博士学位)全美最佳本科工程教育项目(Best Undergraduate Engineering Program Rankings，No Doctorate)排名中位列第三[1]，而且MIT最近的一项调查研究中，称欧林工学院为全球工程教育的最高领导者[2]。欧林工学院在“欧林三角”独特培养理念的引领下，以项目为基础开展学习，课程连接工程领域并整合数学、科学、人文和社会科学，充分体现跨学科特色与人文理念。中国新工科建设正如火如荼，探索工程人才培养路径是新工科建设的题中应有之义。解析工程教育领域“常青树”MIT与“后起之秀”欧林工学院两者“课程—项目”组合式工程人才培养，不仅能推动中国工程教育模式创新，也能为中国新工科建设人才培养路径创新提供有益启迪。

二、“常青树”——MIT

(一)MIT工程教育史

从1861年建校至21世纪的第一个十年，MIT的工程教育大致经历了三个阶段：第一阶段为1861年建校至第二次世界大战前，这一阶段MIT的工程教育主要受首任院长罗杰斯(Rogers)的影响，强调技术的重要性，以培养工业所需要的工程技术或操作人员为目的，这一阶段的工程教育强调工程的实践性与实用性，适用于当时美国工业技术发展的需求。第二阶段为第二次世界大战至20世纪80年代，工业的发展与世界格局的变化对工程教育提出了新的诉求，MIT开始重视数学等自然科学，加强理工结合，从单一的工程技术向新型工程大学转变。第三阶段从20世纪90年代开始，随着冷战的结束以及全球经济与信息技术的发展，MIT的时任院长维斯特(Vest)率先提出 “工程教育必须更密切地回到工程实践的根本”[3]，拉开了MIT第三次工程教育改革的序幕，此次改革提出的CDIO工程教育模式深刻影响和启发着世界各国的工程教育。

MIT的工程教育在历次改革中不断向前推进，始终在世界高等工程教育领域保持着卓越的声誉与水准，实为扎根在工程教育土壤中的“长青之树”。

(二)NEET计划

在全球经济结构与产业格局不断变化，工程教育面临着严峻挑战的背景下，MIT开始积极探索工程教育未来的发展方向。从2013年开始，经过长达18个月的分析讨论，MIT特别工作组于2014年8月发布了“最终的面向未来的教育调查报告”(Final Report of Institute-wide Task Force on the Future of MIT Education)。该调查报告的发布描绘了一幅MIT未来工程教育发展方向的蓝图，主要包括通过教育创新行动为今后发展提供坚实基础，大胆尝试，改革教育理念与方式，如灵活的课程设置与学习年限等。现任院长拉斐尔·莱夫(Rafael Reif)认为该报告是一个重要的里程碑，它标志着MIT开始了新一轮激动人心的教育改革[4]。在此报告的基础上，2017年秋季，MIT工学院(School of Engineering)发布了NEET计划。

NEET计划聚焦于MIT的使命，将工程教育的发展定位于面向未来的“新机器与新工程体系”。“新机器与新工程体系”是指工程师建造的具体内容，包括机械、分子、生物、信息和能源等相关内容，这些组合称为“新机器与新工程体系”。NEET计划为学生提供五个方向的主要学习内容：先进材料机器(Advanced Materials Machines)、自动机器(Autonomous Machines)、生命机器(Living Machines)、智慧城市(Digital Cities)以及可再生能源机器(Renewable Energy Machines)[5]，使学生能够更好地应对未来的挑战与发展。

当今科学技术发展的显著特点是学科交叉不断增强，新技术大量涌现。新技术打破了工程职能之间严格的界限，同时也需要多学科的综合背景。从“新机器与新工程体系”指向的主要学习内容上看，NEET计划旨在瞄准未来新技术、新产业和新需求的动向，从其自身特性来看，该体系具有跨界性、融合性与动态性。“新机器与新工程体系”引导工程教育由对“工程科技”本身的关注向工程和经济社会发展的融合转向，重塑了工程教育的整体设计和培养体系，这既是应对技术进步挑战下的必然举措，也是培养未来社会发展所需人才的必由之路。

1.“课程—项目—课程”式设计

NEET计划“课程—项目—课程”式设计以一系列跨学科项目为中心，围绕五个方向的主要学习内容，以“螺旋式”路径开展人才培养。学生需完成项目并修完相应课程，最终毕业时获得本专业的学位证书以及NEET计划认证的结业证书，如图1[6]所示。

图1 “课程—项目—课程”式设计[6]

该设计中包含三大要素：项目、课程、“螺旋式”路径。其中，项目是主体，课程为两翼，“螺旋式”路径穿插于主体与两翼之间，打破了“课程—项目”的单向通道，项目承载知识，既是对已学课程知识的实践应用，也是对于将修课程知识的探索，两者环环相扣，有机贯穿，改变了传统以学科为中心的培养模式。NEET计划要求学生毕业前至少要完成四个项目，其深度和专业化程度逐渐增加。最初的项目只需利用简单的工具，依靠个人能力解决课程中存在的一些简单问题，随着学习的深入，毕业前学生需要运用专业化的工具，通过跨组合作来解决复杂多元的社会问题，最终完成一个综合性的复杂化项目。在整个过程中，学生需要运用自主学习、小组学习、数字化学习等不同的学习方式，熟练掌握并运用基本工具、计算分析工具及专业化工具等不同的方法，以项目为中心学习本学科及其他学科的知识，学习方式及关系如图2[6]所示。

图2 学习方式与关系[6]

2.培养方向多元化：工程制造师(Makers)—工程发现者(Discoverers)

基于学生多样性与差异性的考虑，NEET计划充分以学生为中心，紧密围绕学生未来职业发展区间，为学生提供灵活的职业选择：工程制造师(Makers)—工程发现者(Discoverers)[7]。前者主要从事工程实践工作，包括构想、设计、实施与操作等；后者主要从事工程研究工作，如探索工程规律、揭示自然真相。对于工程发展而言，两种角色缺一不可，工程实践需要工程科学知识指导，工程科学知识离不开工程实践的检验。学生可以沿着“螺旋式”路径根据自己的需求与兴趣自主选择不同的课程与项目。同时，课程也会根据项目需求设计适合学生的课程作业，加强学生对基础知识的掌握，这在一定程度上推迟了学生选择专业的时间，使得学生能审慎地考量自身情况，选择真正符合自己的职业道路，从而获得更好的发展。

由于培养的人才是面向未来不同的职业发展，所以NEET计划更加强调对学生思维方式的培养，以满足不同职业的要求。因此，NEET计划提出了新工程人才应具备的11种思维方式：制造、发现、人际交往能力、个体技能与态度、创造性思维、系统性思考、批判与元认知思维、分析性思维、计算性思维、实验性思维及人本主义思维[7]，如表1所示。这11种思维方式围绕应该培养什么样的工程人才展开，将工程、科学、人文主义三者有机融合，满足学生的不同职业发展需求，充分体现出以学生为中心的理念。

表1 NEET 11种思维方式及其内涵

3.阶段效果评估

NEET计划从2017年秋季开始实施。截至2020年，该计划取得了良好的成效。2017年秋季，NEET计划首先开设了自动机器和生命机器为主要学习内容的两种螺旋式学习路径。2018年秋季，NEET计划增加了先进材料机器、可再生能源机器以及智慧城市三种“螺旋式”学习路径[7]。在开展计划的第一年度共有39名大二学生申请加入NEET计划，学生数量占比超过了全部工程专业学生总量的5%；到2018年秋季，共有131人参与NEET计划，远远超过了过去通常倾向于选择新学术课程的学生人数。2019年秋季，NEET计划在每个“螺旋式”学习路径中招收约50名学生，将覆盖工学院约50%的本科生[8]。

学生反馈表明，NEET计划中的真实项目很可能是他们日后从事的工作。NEET计划帮助他们发现了自身的兴趣所在，激发了他们的学习热情，促使他们寻找并发现真正感兴趣的学习内容。同时，真实的项目体验能够使他们学习到不同的技能与新型的思维方式，帮助他们更好地选择自己的职业发展道路。NEET计划的出现改变了学生的学习方式，使学生掌握了学习的主动权，赋予了学习的意义。

三、“后起之秀”——欧林工学院

欧林工学院坐落于美国马萨诸塞州波士顿西郊的尼德姆镇(Needham)，由欧林基金会出资建立，致力于革新工程教育，培养杰出的工程创新者。欧林工学院目前在校学生330名，师生比为1∶8。欧林工学院自身“实验室”的性质决定了它小规模的学科数量，在充分了解社会需求并能确保其灵活性的基础上，提供三种美国工程与技术鉴定委员会(Accreditation Board for Engineering and Technology，ABET)认证的学士学位：电子计算机工程学(Electrical and Computer Engineering，ECE)、机械工程学(Mechanical Engineering，ME)以及工程学(Engineering)。其中，工程学包括生物工程(Bioengineering)、计算(Computing)、设计与机器人学(Design and Robotics)三个方向[9]。独特的培养理念与基于项目(Project-Based)的学习过程，使得欧林工学院在工程教育界“异军突起”，后来居上。

(一)“欧林三角”培养理念

欧林工学院独特的培养理念称之为“欧林三角”模型(Triangle Model)。“欧林三角”由卓越的工程学(Superb Engineering)、企业家能力(Entrepreneur ship)以及艺术、人文社会学科知识(Arts)构成，如图3[10]所示。

图3 “欧林三角”[10]

卓越的工程学位于三角模型的顶点，指欧林工学院将培养学生获得坚实的科学和工程基础知识，与传统授课方式不同，学生需要参与到更多的项目中去，所学的知识与生活密切相关，极具情境性、动态性。企业家能力是指有关企业家精神和创业思维的课程，促进学生对工程商业环境、金融和市场问题的理解，培养组织能力、团队协作能力、合理配置资源的能力，塑造学生的价值观与道德伦理。对于工程师来说，创新能力是设计出有效产品的前提，而艺术、人文、社会学科能使学生全面地了解个人与世界，全方位地思考问题，旨在培养学生的创造力、创新能力与产品设计能力。“欧林三角”勾勒出欧林工学院人才培养的蓝图：工程创新人才。

在“欧林三角”理念的引领下，课程连接工程领域并整合数学、科学、人文和社会学科，充分体现跨学科特色。在四年的学习年限中，学生必须要在五个 领域修满至少120学分，每个领域都有最低学分限制，保证学生的知识背景多元化，如表2所示。同时，在四年八个学期中，学生每学期必须至少修满12学分但不超过20学分，通常每学期修够16学分(第一年第一学期要求修满18学分)[11]。所有课程中最常见的学分值为4个学分，学生通常每周需要花12小时来学习，包括上课、完成作业、参与实验及其他活动。

表2 必修学分要求

(二)项目为基础的培养路径

在不同学科的课程设置下，欧林工学院以项目为基础开展教学，将不同学科间的知识根据工程项目与现实世界间的需求组合起来，打破了学科边界，课程与项目不再是二元分隔的情况，项目既是一种实践形式也是一种学习方法，培养过程具有高度的融合性与极强的实践性。学生的整个学习路径总体分为三个阶段：多学科基础阶段(Multidisciplinary Foundation)、专业化阶段(Specialization Phase)、转化实现阶段(Realization)。随着学习阶段的上升，课程层次与重点变得不同，项目也越来越具有开放性与现实意义。

多学科基础阶段，学生入学的前三个学期至第四学期，此阶段知识内容包括线性代数、概率统计学、现代生物学原理实验课、材料科学与固态化学实验课、电磁学等数学科学领域的基础知识，工程原理、用户导向的协同设计等与工程项目相关的基础知识及宽广的人文和社会学科知识。该阶段的学习旨在为学生今后在工程领域及其他领域的发展奠定坚实基础，学生在完成项目和课程学习中发现自身的特长与兴趣，从而可以在下阶段的学习中自主选择专业方向。

专业化阶段，第四至第六学期，学生在此阶段选择自己的专业领域并进行深度的学习及项目实践。此阶段课程包括电子计算机工程学的计算机体系结构、机械工程学的机械设计、工程学生物工程方向的生物系统传输等，每门课程都会对应一个项目。另外，所有学生必须选修一门深度设计课程，如集成产品设计，培养其融合创新的能力。

转化实现阶段，第七至第八学期，学生将所学知识应用于实践，满足真实世界的需求，解决现实问题。此阶段学生需要自由组合团队成员，完成毕业设计项目：工程高级咨询项目(Senior Capstone Program in Engineering，SCOPE)或实惠型设计与创业工程项目(Affordable Design and Entrepreneurship Engineering Capstone，ADE)。SCOPE是由数名不同专业的学生组成一个团队去完成企业或其他机构委托并赞助的真实项目，解决现实问题，如医疗设备设计、电子通信系统设计等。ADE指学生深入到世界各地与当地人员一起工作，致力于解决该地区特有的严峻复杂问题，最终创造出新产品，产生社会效益，减轻地区负担，促进地区发展，如为加纳地区女性工作者设计食品加工机器减轻劳动负担，扩大生产效益；设计有效且低成本的监测和调节气候的控制系统解决马萨诸塞州的粮食产量问题等[12]。可以看出，毕业设计项目以世界上存在的真实问题为导向，涉及面广、结构复杂，能够有效地培养新型工程人才所需要的综合能力。

欧林工学院人才培养将不同学科的知识通过项目有机串联，将学习与实践组合为一个整体。这种整体融合性的培养路径是对工程教育模式创造性的“再设计”，体现出了鲜明的时代特色。

(三)效果评估

欧林工学院自2002年开始正式招生至今，近二十年来，其始终秉持其创校准则“为美国乃至全世界工程教育发展，持续作出重大贡献”，已然成为世界工程教育领域的典范。欧林工学院的毕业生中，攻读研究生者大部分进入哈佛大学、MIT、斯坦福大学等世界名校继续深造，参加工作者则大部分进入谷歌、微软、亚马逊等国际企业。欧林工学院公布的2017—2019年的毕业生，平均起始薪资(6个月)达到88 551美元[13]。

欧林工学院不仅赢得了世界高校与企业界的认可，而且也是学生心目中名副其实的“一流大学”。《普林斯顿评论》(Princeton Review)对于大学的排名主要是基于学生的体验和真实感受，一直是国内外学子选择学校的重要依据。2020年发布的《普林斯顿评论》指出，欧林工学院前瞻性的思维、紧密的师生关系、对现实世界问题和解决方案的重视使得欧林工学院的毕业生就业之后成为了有价值的员工、潜在的创新者和企业家。同时，基于从学术到工作满意度等各方面的数据调查结果，该评论将欧林工学院评为2020年最有价值的学院(Best Value College)。除了整体排名之外，欧林工学院在“最佳课堂体验”(Best Classroom Experience)单项中排名第二，在“学生学习最用功”(Students Study the Most)单项中排名第四，在“最佳实习学校”(Best Schools for Internships)单项中排名第五[14]。

四、“课程—项目”式人才培养特点

(一)重构培养模式，革新培养理念

工程教育起源于国防建设和产业发展需求，旨在培养工程科技人才，从而为工程领域和产业界提供人才支持。但在新一轮科技革命和产业变革加速进行的时代背景下，知识更新的速度已经跟不上产业的变革速度，传统工程人才培养模式受到严峻的挑战，MIT与欧林工学院响应时代变革的号召，革新了工程人才培养理念，重构了工程人才培养模式。

首先，扩大工程教育内涵。学生不仅仅要学会“设计”与“制造”，还要考虑用户需求，并且思考如何将产品进行市场转化，新型工程人才要同时具备工程思维与科学思维，并兼顾以人为本。其次，更加强调卓越与创新，致力于把学生培养成工程领域卓越的革新者与领导者。学生除了具备扎实的专业知识之外，还要充分理解人类社会需求,能够在全球不同文化背景中解决复杂多元问题，勇于奉献，引领未来产业与社会发展。最后，注重对学生能力的培养。“工程是一个过程，而非一个知识体”[15]，新型工程教育要求学生对于知识的创新与整合，要以问题为导向，培养学生的新型思维方式，着重学生的创新能力，培养学生解决复杂问题的能力，为学生未来发展奠定坚实基础。

(二)构建项目连接，打破学科壁垒

学科是知识生产过程中知识暂时的分类，是现有知识的一种组织形式，从这个层面上来讲，学科不能完全代表某一类知识，因为它没有包括“未来的知识”。传统的以学科为中心的工程教育模式，强调基于学科的知识习得，在一定程度上忽视了知识动态的发展以及知识与外界的联系，并且使得各个学科相互分离，阻碍知识的相互流通与关联。学生培养受学科限制，思维禁锢，能力单一，难以解决复杂综合性工程难题。MIT以项目为中心，在项目与课程之间搭建“螺旋式”路径，构建起一系列相互衔接、层层递进的课程与项目。每门课程与每个项目都有明确精准的定位，学生通过项目在不同学科间进行交叉学习，整合不同类型的知识，养成新型思维方式。欧林工学院强调以项目为基础开展学习，学生毕业之前要完成从设计到制造的25～35个项目[16]，通过项目组织课程内容，关联不同学科的知识，使课程与项目组成一个动态的环路，在这个过程中习得知识，积累经验，培养学生发现问题、设计方案、解决问题的能力。

MIT与欧林工学院的“课程—项目”式人才培养以项目为载体连接知识与实践，整合不同学科乃至不同院校的资源，打破了学科壁垒，同时，项目立足真实世界，面向未来，体现工程教育服务并引领产业发展的实质。

(三)以学生为中心，多元路径选择

美国教育心理学家Gardner等[17]提出的多元智能理论强调学生不同的智能组合，不应用“一把标尺”去衡量学生的智能。教育需要正确地引导和挖掘学生的潜力，使每个学生朝着最适合自己的方向发展。多元智能理论为工程教育人才培养提供了新的思路。学校要充分考虑到学生的多样性与差异性，运用不同的教学方法和教学手段，组织不同的教学内容，提供多样化的培养路径。

MIT与欧林工学院的“课程—项目”式人才培养真正做到了以学生为中心，多样化发展。MIT围绕学生的个体需求与自身差异，为学生提供从工程制造师至工程发现者这一职业区间的不同发展方向；11种思维方式的培养，旨在帮助学生为未来的不同职业做好准备，使其具备能够胜任不同岗位的职业素养，高度灵活动态化的“螺旋式”路径给予学生充分的选择空间，为其提供广阔多元的职业选择。欧林工学院的“欧林三角”已然体现出其以学生为中心的理念，丰富多元的课程选择，注重学习内容的异质性与融合性，“因材施教”，充分挖掘学生的潜力，鼓励学生的自我表达，关心学生成长，不仅为了培养工程师，更强调学生自我价值的实现。除此之外，两所学校都维持着较高的师生比，使每个学生都能得到足够的指导和关心，也为教学营造了灵活且多变的方式，适应不同学生的需求。

五、对中国工程人才培养的启示

为应对新一轮科技革命与产业变革，中国自2017年开始新工科建设。推进新工科建设，首先要关注人才培养。MIT的NEET计划与欧林工学院的“课程—项目”式人才培养，搭建了课程与项目间的双向通道，打破了学科之间的围墙，创造性地将“社会本位”与“个人本位”的育人目标有机结合，为革新工程教育培养模式提供了新的参考。基于此，研究得出了对中国新工科建设工程人才培养的三点启示。

(一)适应新工业，系统化改革

工业始终是一个国家和地区经济社会发展的根基，从MIT历次的工程教育改革与欧林工学院的建立可以看出，美国在追求发展，争夺未来世界主导权的道路上从未停止过前进的步伐。云计算、物联网、大数据以及人工智能等新型信息技术的爆发以及新材料、新能源等新兴产业的飞速发展对工程教育提出了新的诉求，传统工程教育模式下的人才培养无法满足新一轮产业革命对于工程人才的需求，国家与社会的发展呼唤新型工程人才。外部环境的变化要求工程教育对自身进行系统化改革，要能够服务并引领产业转型升级，塑造具有国际竞争力的新型工业体系，使国家在新工业的浪潮中屹立不倒。因此，中国工程人才培养要以需求为导向，以发展为目标，充分利用院校特色，依托现实环境，把跨界、融合、创新的理念贯穿于工程人才培养的全过程之中。坚持跨界、融合、创新，充分发挥中国特色社会主义优势，调整布局，注重结构优化，以应对新工业革命的挑战；扎根本土，面向世界、面向未来工业发展前沿，及时更新培养理念，探索模式创新，提升国际竞争力；问需求、谋发展，及时调整人才培养目标，服务于国家战略发展和产业转型升级，培养具有中国特色、持续竞争力的工程人才。

(二)适应新工科，项目化学习

传统工程教育模式下知识体系的形成与建立，牢固地存在于学科的“围墙”之内，这种知识体系高度依附于学科本身，知识的生产与发展受到学科严格的“控制”，知识之间存在着难以逾越的鸿沟，限制了知识间的连接、流动与融合。MIT与欧林工学院开展的“课程—项目”式人才培养，构建了一种高度情境化、动态化的知识体系，以现实世界的真实工程项目为依托，将学生置于现实、动态、复杂的社会环境之中，为学生掌握知识与实践应用建立了天然的连接，为学生的发展提供了广阔动态的空间。高度综合化、情景化的项目学习，遵循了知识生产模式变化的要求，体现出未来工程问题高度综合化、复杂化的特征。

中国目前工程教育的知识体系主要还是以学科为中心，人才培养紧密围绕学科展开，知识体系相对静态化且与工程实践脱节，缺乏对工程人才创新性思维、创新能力以及全球化视野的关注，难以解决综合性复杂性工程问题。因此，中国新工科建设人才培养要朝着“项目中心”转变，顺应知识生产模式变化的要求，更新固有的学科为中心的知识体系，建立动态化、情境化的跨学科新型知识体系，设置具有现实意义的“跨界融合创新性”工程项目，开展项目化学习。然而，基于各个学校现实情况的考虑，也不能进行“一刀切”式的改革。不同院校应着眼自身优势，相互合作，共建共享；同时，积极与政府、行业、产业等建立持续的动态交互，稳步推进项目化学习，满足新工科建设对于人才培养的要求。

(三)适应新需求，多样化发展

技术的发展与产业的变革要求工程教育输出多样化、全系列的人才，新工科建设要满足工业与产业对于不同人才的需求，所以在人才培养过程中不但要考虑到社会对人才的不同需求，还要充分关注到每个人作为不同的生物个体其自身存在的差异性，要为学生提供多样化的发展道路，给予学生足够的选择空间。

MIT与欧林工学院的“课程—项目”式人才培养创造性地将社会发展的不同需求与人的多样化发展有机相结合，开展个性化学习，注重多种学习方式结合，给予学生选择学习内容的权利，为学生跨学科、跨院校学习提供充分的支撑条件，尊重并支持学生选择不同的职业发展方向。中国工程人才培养要从中汲取精华，立足中国现有国情，不同类型、不同层次的院校应结合自身情况，积极探索工程人才多样化发展路径，开展工程教育培养模式的多元化探索。要培养出既能满足现有技术与产业的不同发展需求，又能够引领新技术与新产业未来发展的不同类型的工程人才，更要聚焦特色社会主义建设需求，也要为国际竞争提供充足的人才支撑。同时，在培养过程中要贯彻以人为本，坚持以学生为中心，尊重个体差异与学生兴趣，促进学生多样化的职业发展。