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第18章 美国工程教育研究经典报告(2)

改革措施如下:

进一步发展各学院,使其成为教育政策和以四个领域为特征的教育实践发展的一个重要单位,这四个特定的领域是:工程、科学、建筑规划以及人文社科。每个学院要组建一个高效的咨询委员会,委员会的责任是处理教育目标、政策和院属各系的事务。学院的各个委员会都应该关心整个教育过程——从大一一直到博士后,但它应该特别关注本科教育的问题。

将原有的“研究生院委员会”重组为一个专门研究研究生政策的新的“研究生院委员会” ;每个进行研究生教学的系派出一位代表,校长和研究生院院长都是主席。这个改革的目的是为了使该委员会的主要功能更加清晰。

建立一个十人组成的“本科政策委员会”,作为一个教职员工的执行委员会,负责执行有关本科生政策的事宜。主席由校长任命,教授团体的主席作为当然委员,其他8个成员由教职员工大会选举产生。

通过下述步骤精简教职员工委员会:重新设计现有的招生委员会、通识教育委员会、本科生课程委员会、申诉委员会、临时学生和学科委员会;强化本科生奖学金和考试委员会的功能,使之向本科生政策委员会负责;通识课程委员会可以通过理学院分管本科基础科学课程的院长和工学院分管本科基础工程课程的院长来对“本科政策委员会”负责;同时保留目前的第一、第二、第三、第四年级委员会,但要扩大规模,并接受“本科政策委员会”的宏观指导和授权。

创立工科课程体系的《Grinter报告》

1952年5月,美国工程教育协会(ASEE)和美国工程师职业发展协会(ECPD)等机构成立了工程教育评价委员会(以下简称委员会),由Grinter 先生担任主席。委员会的任务,是推荐一种或数种工程教育模式,使之能适应科技的飞速发展,让受教育者在其后的1/4世纪内有满足社会需求的能力,并在工程专业中发挥领导作用。委员会于1953年10月和1954年9月分别发表初步报告和中期报告,1955年9月正式出版了最终报告。本文仅介绍最终报告之第一、第三和第八(结论)部分;报告的第二部分:工程教师的选拔和培养,第四部分:工程课程设置的演变,第五部分:影响本科工程教育绩效的特殊因素,第六部分:外国学生,第七部分:研究生的工程教育,限于篇幅,均予省略。

第一部分:工程教育的目标和目标的实施

工程教育的目标

未来工程教育所采用的模式应该建立在两个基础之上,即工程专业必须履行社会义务,同时也必须对培养作为个体的每个学生有重要意义。工程师作为社会公仆,其义务包括在一定经济限制下,维持并不断改善人们的物质环境,以及设计代替人类劳动力的装置。工程师在目前技术的限度之内工作,对一个限定的问题提供最好的解决办法,他们的工作与社会大多数人的福祉和安全直接相关。

工程的实质是一种创造性的专业,它远不是静态的。工程成就了美国工业的骄傲,它在发展大规模生产、为美国人民提供高质量的生活水平等方面,都发挥了决定性的作用。基础科学知识的不断增长在为工程开辟出无数新领域的同时,也为很多现有的工程领域提供了进一步的理论基础。

许多工程领域的相关专家清醒地意识到,新的科学进步正渗透到工程教育的课程之中。

随着对工程专业教育目标认知的发展,工科教学的课程内容设置也会相应改变。工程专业的教育目标分为技术和社会两类。这些目标应该被希望进入工程领域工作的本科毕业生所接受。整个专业教育过程的范围要比本科工程课程设置广得多,它同时包括高中教育和本科之后在大学或工业界的学习,通过不断的自学和工程实践,才能达到完全的专业水平。

第一个目标:工程教育的技术目标。包括提高分析和创造性设计的能力,或者提高建筑、生产和操作的能力。这些能力需要与结构、机械和工艺流程相关的分析和设计的全面知识。它包括掌握与任何工程分支学科相关的基础科学的一般原理和这些知识在解决特定问题中的应用(例如材料、机械、结构的开发),以及进行批判性的科学经济分析,并能将其组织成清楚、简洁且有说服力的口头或书面的报告。

第二个目标:工程教育广泛的社会目标。包括培养领导能力、强化工程伦理意识,以及对个人的通识教育。这些广泛的目标包括理解社会的演化过程以及技术对社会的影响;熟悉并能鉴赏从其他传统文化领域继承的财富;树立正确的人生观,在追求丰富生活的同时要树立一个职业工程师应有的道德和伦理规范。

工程教育应该通过为个人提供一个拓宽的背景的方式(即为个人无论是毕业之前还是毕业之后的发展提供机会,激发其成长的欲望)来满足这些技术和社会目标。大学课程设置应该具有双重目的:既要让一部分人直接就业,又能使一部分人继续深造。本委员会相信,任何领域的课程设置都有一定的弹性,如设置选修项目,将会同时满足这两部分人的需求。

目标的实施

有很多因素影响工程教育的效果。其中,教师队伍的选拔和培养,以及课程内容与工程教育目标的关系,在国内受到最广泛的关注,因此它们是本报告的中心议题。大学的录取要求、高中到大学的衔接、教学设施的保障、培养优等生的条款,以及研究生教学计划的价值,这些项目的改进建议都要考虑现行教育计划实施的效果。其中教师队伍的特点和质量是最重要的控制因素,教师队伍的选拔和培养应予优先考虑。

第三部分:与工程目标相关的课程内容设置

教学的目标

工程教育的最终目的是培养有能力并负责任的人,他们能够完全胜任完成专业的工程项目,尤其能够通过创造性的实践和成功的研究最终将其专业推向一个新的高度。学生是最基本的考虑因素而不是课程设置,但课程设置对教学具有重要影响。在考虑课程组成设置之前,首先要审查清楚它们所针对的教学目标。

工程教育的教学目标包括帮助学生学习如何运用基本原理,发挥主观能动性,充满信心,对新情况作出良好的判断。同时教学目标也包括,紧跟科技进步的潮流以及在专业领域和文化领域对知识的终生追求。

在专业工程实践中,除了技术方面的因素外,社会和经济等方面的因素也是不可忽视的。因此,最终结果不仅是一个技术问题数字上的解决,更是一个基于价值判断的决策,技术上的数值结果仅是其中的一个重要因素。实际上,涉及工程的重大问题,很少会以非常明确的形式出现。因此,思维的最初阶段通常是直觉的探索,以此确定各种问题。然后,问题的解决要求彻底理解基本原则,并进行非常有序的分析思考,定义这个问题,在不舍弃其基本性质的前提下使之简化,设想出解决的方法并实施,直至成功解决,再重新审查每个阶段的结果。这种技术解决方案,一般用于指导工程师去考虑问题所包含的更广泛的社会和经济方面的因素,方案的最终结果会受到非纯技术因素的影响。

如何有效处理工程问题中的经济与社会因素,对工程教育而言十分重要。该能力只有在毕业数年之后,通过经验和成熟才能具备。本科水平的教育主要集中在培养学生掌握工程教育科学技术方面的能力。因此,在该阶段应强调这类课程,虽然它们仅是全部教育的一部分(确是至关重要的部分),是一个成功的工程师在校和其后的专业生涯都要求的部分。

对新科学知识的同化吸收

工程课程的特点是在不断地同化、吸收新的科学技术知识的基础上发生演变,这种革新对新概念的发展或将其转化为更基本更科学的方法是必要的。很明显,科学技术的前沿现在正以前所未有的速度发展,很多现在的尖端科学在若干年后仅是非常重要的工程实践。这些新发展的尖端科学,通过全新的概念,使老的领域更加辉煌,充满活力。工程师的责任是认识这些在工程上有大潜力的科技新发展。而且,新科学知识转化为工程实践的速度,在很大程度上依靠工程师对发展中的新科学的理解能力。

强调科学学科知识的一致性便于新的科学发展向工程实践的转化。例如,在热流概论、流体理论、电场以及振动理论这些概念中,存在很多思维概念理解和分析方法的简化。当一位学生掌握了这些简化方法,他就获得了工程科学的很多领域中的系统而有序的思维方式。他采用同样的分析方法,能够解决完全不同领域中的问题。这种分析方法的统一对数学的要求程度不高,一般不超过本科的数学水平;采用高级的数学概念,它能达到更高程度的统一。

工程教育的广度

即使很粗略地考虑教育的目标,人们也能得出结论:工程师一定是受过良好教育的人。他不仅是一个合格的专业工程师,还要是一个博学的和负责任的公民。作为一个合格的工程师,他需要像对待他自己的工程领域的知识一样,理解和热爱人文社科方面的知识。他要能够处理本专业领域内的经济、人文和社会问题。他对人文和社会科学的驾驭和理解,不仅有利于其专业工程工作,而且对于作为一个社会公民的成功和个人生活的富足充实同样有益。因此教学目标应包括为学生提供激励的机制,以利于他们对历史和文化传统的理解和认同。这要求人文社科教师重视对工科学生的教育,把对工科学生的教育看成挑战和收获,而不仅仅是付出。工科院系的教职工对文科同事,同样要采取欣赏和理解的态度。

很多工程师进入工业和政府高层已是公认的事实。应该将这类人置于对人际关系、经济原理和政府管理有充分理解的学院中培养,置于工程经理人所必需的其他因素的氛围中。人文和社会科学的基础应当比应用频率高的管理学习更加扎实。

专业工程教育不会停止于取得一个学位,它必须坚持终生。因此工程教育一个重要的教育目标就是激发学生主动学习。

课程领域和内容

前述教育目标的讨论清楚地表明:规定的课程领域基于大学本科工程教育。这些领域包括:数学、基础科学、工程科学以及这些科学的应用——即在学生主修领域内的工程系统中分析和综合应用上述科学、主修领域外的技术课程,以及人文和社会科学课程。

以下段落概略描述工程类课程中比较重要的组成成分,对广泛的课程内容和比较适合大学本科相近水平的课程给予粗略的说明。这些不是一个硬性规定,因为委员会也建议进行广泛的实验探索。但是,对这些建议的重大背离,必须在明确规定的教育目标的基础上才可接受。

(1)基础科学

构成工科课程基础的基础科学通常包括数学、物理和化学。这些功课预期达到的教学水平如下所述。一般情况下,这些基础科学占大学本科阶段约1/4。

数学——当代专业杂志显示,所有的工程学科都更加依赖于不断发展的数学。事实上,工程判断越来越多地依靠数学分析,而且这些分析正在迅速加大对数学前沿领域的需求。在大学本科阶段工科课程中的数学仅限于理论、简单或中等难度方程的运算,以及应用它们解决物理问题。对于研发或更高水平的分析设计有兴趣,或继续工科研究生学习的学生而言,增加数学学习不仅是必要的而且是必需的。

无论是在规定的数学课程中,还是在工程科目中,数学应用必须达到一个最低水平。然而,几乎没有什么工科课程可以教授学生充分掌握基础的数学知识,也没有足够的时间达到这个目的。

工程科学和后续的专业课内容的发展必须通过有效熟练的数学应用,同时要求有精通数学的教师教授这些课程。

物理——很多由上一代人开发出来的新的物理概念至今还强烈地影响着工程实践,然而培养工程师的物理教学中对这些内容却几乎没有涉及。现代物理,包括核物理和固体物理导论,应该成为大学本科工程课程的一部分。物理的基本课程需要重新定向,使这些内容能在有限的时间内有效地教授给这些未来的工程师们。如果将普通物理课程的目标更多转向强调亚微观现象和守恒原理,那么经典物理和工程力学、热动力学以及电学的重复内容可以大部分取消。普通物理作为工程力学、热动力学和电学的工具的用途似乎越来越小。工科院系要求物理系修改普通物理课程,把“原子物理”纳入普通物理课程,为工程师提供强大的背景知识。

化学——化学应该包括无机、有机,以及以浓缩和一般形式表现的物理分支中的课题。化学学习一开始就要进入高级课程和一些领域的实际应用,例如物质特性、冶金、燃料和燃烧、腐蚀和化学工业流程。因此,化学反应速度和反应动力学、化学平衡、相图、溶解、电化学,以及胶体这些科目必须包括在内,必须认真地协调现代物理和化学的关系。对于非常规的大一化学课程的学习,物理化学课程似乎更为重要。

(2)工程科学

工程科学,在此定义为学习主要涉及与工程问题和工程状况相关的基本科学原理的课程。工程科学从两类基本领域中派生:固体、液体和气体的机械现象、电现象。一般将这些细分为六类工程科学:

固体力学(材料静力学、材料动力学和材料力学)

流体力学

热力学

传递机理(热传递、质量传递和动量传递)

电理论(场论、电路学、电子学)

材料学(粒子和团粒结构与性能的关系)

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