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面向工程過程的工程教育課程體系探討論文
原標題：面向工程過程的課程體系研究。
【摘要】培養(yǎng)適應(yīng)和引領(lǐng)新工業(yè)革命人才的基本載體仍然是課程。工程教育改革的方向仍然是回歸工程，回歸工程的本質(zhì)是課程體系要反映工程的真實過程。本研究建立了面向工程過程的課程體系，構(gòu)建該課程體系的邏輯關(guān)系是工程生命周期、學生認知周期和在校學習周期的疊加。本研究發(fā)展了CDIO關(guān)于工程生命周期的劃分，提出工程的生命周期應(yīng)該劃分為構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行、回收五個階段。本研究提出培養(yǎng)新工程人才的課程體系應(yīng)該包含科學文化、工程技術(shù)、信息技術(shù)、經(jīng)濟、管理、法律等六個領(lǐng)域。本研究提出了過程式課程體系的構(gòu)建方法，按照簡單工程、中等工程、復(fù)雜工程的順序，圍繞工程生命周期的每一個階段，分別設(shè)計六個領(lǐng)域的課程，并均衡地分布到各個學期。
【關(guān)鍵詞】新工業(yè)革命；新工程人才；工程教育回歸工程；課程體系；過程式。
新工業(yè)革命初見端倪，世界各國都在為迎接新工業(yè)革命的到來做準備。首先要做的準備就是培養(yǎng)人才。培養(yǎng)什么樣的人才，怎么培養(yǎng)人才就是我們必須超前思考的問題。我們必須培養(yǎng)適應(yīng)和引領(lǐng)新工業(yè)革命的人才，但新工業(yè)革命尚未真正到來，我們只能預(yù)測新工業(yè)的形態(tài)，并據(jù)此來制定人才培養(yǎng)目標和設(shè)計新的課程體系。
無論新工業(yè)是什么形態(tài)，它也必然要遵循工程發(fā)展的規(guī)律；無論新工程人才是什么樣子，培養(yǎng)他們也要遵循工程教育發(fā)展的規(guī)律。因此，我們依據(jù)專家對新工業(yè)革命的預(yù)測，依據(jù)對工程教育發(fā)展規(guī)律的研究，對如何培養(yǎng)新工程人才進行了思考。我們認為培養(yǎng)適應(yīng)和引領(lǐng)新工業(yè)革命的人才的基本載體還是課程，但是傳統(tǒng)的課程體系已經(jīng)不能適應(yīng)新工業(yè)革命的要求，培養(yǎng)新工程人才，必須要從建立新的課程體系開始。為此，我們對工程教育的課程體系進行了研究和分析，提出了面向工程過程的課程體系。
一、工程教育重要課程構(gòu)建模式概述。
層級式課程構(gòu)建模式（簡稱層級式模式）一般是按照公共課、基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課、專業(yè)選修課的序列構(gòu)成課程體系。層級式模式的邏輯關(guān)系是學科知識體系。按照層級式模式構(gòu)筑的課程體系因為與學科知識體系一致，反映了人類對科學規(guī)律的認知，有利于學生系統(tǒng)地學習本專業(yè)的知識體系。
模塊式課程構(gòu)建模式（簡稱模塊式模式）是由若干知識單元組成一門課程，由若干門課程組成一個課程模塊，再由若干課程模塊組合成課程體系。模塊式模式的邏輯關(guān)系具有多樣性和靈活性，既可以是學科知識體系，也可以是培養(yǎng)目標體系，還可以是學習者的興趣。按照模塊式模式構(gòu)建的課程體系因為反映了學習者多樣化的認知過程，有利于促進學生的個性化發(fā)展。
過程式課程構(gòu)建模式（簡稱過程式模式）是由若干課程構(gòu)成課程組，由若干課程組構(gòu)成一個課程體系。過程式模式的邏輯關(guān)系是工程的生命周期、學生對工程的認知周期、學生在校的學習周期。按照過程式模式構(gòu)建的課程體系，由這三個周期疊加，形成一個螺旋上升的課程體系，既反映了人類對工程規(guī)律的認知，又反映了學習者對工程的認知過程，適應(yīng)培養(yǎng)工程人才的需要。
二、過程式課程構(gòu)建模式的邏輯關(guān)系分析。
1.按照工程生命周期構(gòu)建課程體系。
在工程教育中，學習對象是工程，因此，過程式課程學習的是工程過程，即工程的生命周期，或技術(shù)的生命周期，或產(chǎn)品的生命周期。
CDIO工程教育模式把工程的生命周期劃分為構(gòu)思（Con-ceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運行（Operate）四個階段。根據(jù)我們在工程管理專業(yè)教學改革的實踐，我們認為隨著綠色、環(huán)保、循環(huán)經(jīng)濟、再生技術(shù)等理念的興起，應(yīng)該再增加一個回收（Recycling）階段，這樣工程的生命周期就可以劃分為 構(gòu) 思、設(shè) 計、實 現(xiàn)、運 行、回 收 五 個 階 段（CDIOR），這樣的工程生命周期更加完整。因此，過程式課程就要以工程生命周期的五個階段為主線來設(shè)置課程，每一個階段都要設(shè)置一個課程組，這樣就需要設(shè)立構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行、回收五個課程組，這五個課程組構(gòu)成一個橫向序列課程體系。
2.按照學生的認知周期構(gòu)建課程體系。
人類對事物的認知總是從簡單到復(fù)雜、從表面到內(nèi)部、從現(xiàn)象到本質(zhì)、從特殊到一般。學生在學習工程的過程中，也應(yīng)該遵循一般的認知規(guī)律。
理想狀態(tài)是先學習簡單工程，再學習中等工程，最后學習復(fù)雜工程。當然這里的簡單、中等、復(fù)雜都是相對概念。每次學習不同復(fù)雜程度的工程，都要包括工程的構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行、回收五個階段。因此，每次學習至少要包括構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行、回收五個課程組。如果要學習簡單、中等、復(fù)雜三個工程，那么工程生命周期的每一個階段就要學習三次，例如，簡單工程設(shè)計、中等工程設(shè)計、復(fù)雜工程設(shè)計，這三個課程組也構(gòu)成一個縱向序列課程體系。
3.按照學生在校學習周期構(gòu)建課程體系。
學生在校學習的周期是指各個學期，如四年制的八個學期。在八個學期內(nèi)要從簡單到復(fù)雜的學習三個完整的工程生命周期，因此，工程生命周期的每一個階段都要多次學習，但是，每一次都不是簡單的重復(fù)性學習，而是內(nèi)容更加復(fù)雜和更加深入，體現(xiàn)了循序漸進、螺旋式上升的教學要求。
因此，每一次學習的學時學分都是不一樣的。學生在校學習周期內(nèi)學習的負荷應(yīng)該保持均衡，使學時學分盡可能均勻地分布到八個學期當中去，這樣才能構(gòu)成一個完整的過程式課程體系。
三、過程式課程模式的科學性分析。
�。ㄒ唬┕こ探逃母锏臍v史回顧。
美國工程教育自19世紀60年代創(chuàng)立，至今已有250余年的歷史，其教育理念最初是注重實際的（技術(shù)范式），后來出現(xiàn)了強調(diào)實踐與強調(diào)理論的分歧，工程教育模式發(fā)生了從強調(diào)工業(yè)實用向強調(diào)科學原理（科學范式）的轉(zhuǎn)變，工程教育變得過于強調(diào)工程科學和理論的分析，而忽視了工程實踐和工程設(shè)計。
到了20世紀80年代，工科畢業(yè)生的工程素質(zhì)屢屢遭到行業(yè)企業(yè)的質(zhì)疑，工程教育偏離工程實踐帶來的嚴重性漸漸地為教育界所重視。美國工程教育界開始對科學范式進行檢討和反思，提出了要“回歸工程”的改革口號。在1994年，時任MIT校長的Charles Vest率先提出“工程教育必須更密切地回到工程實踐的根本上來”.目前看來，美國“回歸工程”并不是單純的線性回歸，而是在原有基礎(chǔ)上的螺旋式回歸，是同時注重工程與科學協(xié)調(diào)發(fā)展的回歸，是為了迎接新工業(yè)革命所帶來的系統(tǒng)、復(fù)雜、綜合、全球化和綠色工程等新觀念的回歸。
相對于美國工程教育的發(fā)展歷程，我國的工程教育發(fā)展歷程更加曲折。我國在1952年進行了全國性的院系調(diào)整，成立了一批�？菩缘墓た圃盒＃@些院校注重工程技術(shù)和工程實際，培養(yǎng)了一大批工程技術(shù)人才，建立起了新中國完善的工業(yè)體系。改革開放以后，為了克服工科院校專業(yè)口徑過于狹窄的問題，我國工程教育一邊倒地向美國工程教育學習，不斷加強科學教育。
1998年教育體制改革后，工科院校劃歸教育部門管理，大多數(shù)工科院校都向綜合性大學轉(zhuǎn)型，工程教育全面進入了科學范式的時代。這次改革雖然解決了高等學校條塊分割的問題，促進了行業(yè)背景高校的發(fā)展，但同時也造成了工程教育與行業(yè)企業(yè)的脫節(jié)，更加劇了工程教育科學化的程度。
工程教育科學化造成的嚴重后果早已被我國工程界所重視，同樣提出了工程教育要“回歸工程”的呼吁。然而時至今日，我國的工程教育尚未回歸工程。
2013年2月發(fā)表的一項對工業(yè)界企業(yè)雇主的問卷調(diào)查再次證實了我國本科工程教育嚴重偏離工程實踐的現(xiàn)實。調(diào)查表明，高達93%的雇主認為課程偏離了工程實踐，其中選擇嚴重偏離的占19%;同時，有65%的企業(yè)雇主認為我國的本科工程教育課程改革的方向應(yīng)當是“回歸工程實踐”.
那么，我國的工程教育要如何回歸工程？是回歸到過去的工程，還是回歸到現(xiàn)在的工程，還是積極迎接新工業(yè)革命的挑戰(zhàn)，回歸到未來的工程？成為我國工程教育界必須面對和解決的迫切問題。
（二）過程式課程模式符合“回歸工程”的本質(zhì)。
從歷史的進程看，世界工程教育大體經(jīng)歷了面向工程實踐、偏離工程實踐和回歸工程實踐三個階段。從20世紀90年代以來，工程教育回歸工程實踐便成為國際工程教育界的主流趨勢。然而，工程教育回歸工程不是復(fù)原式的回歸，而是螺旋式上升到新的工程觀的回歸。
Joel Moues1994年在“Engineering with a Big E”中指出“回歸工程”這一理念的核心內(nèi)容就是要“扭轉(zhuǎn)工程教育過度強調(diào)科學主導(dǎo)、偏離工程實踐的局面，使建立在科學與技術(shù)基礎(chǔ)上的工程教育回歸到工程實踐之本來要義”.工程教育是由不同類型的課程來實施的，工程教育回歸工程的本質(zhì)就是課程體系要更加接近工程的真實過程，并符合新的工程觀念。過程式課程模式是按照工程生命周期的邏輯關(guān)系來構(gòu)建課程體系，反映了工程過程的真實過程，是完全符合“回歸工程”的本質(zhì)屬性的。
從2000年起，MIT便聯(lián)合瑞典的三所大學（Royal Technical University,Chalmers Universi-ty of Technology和Linkoping University）組成跨國研究小組，獲得近2000萬美元巨額資助，經(jīng)過四年的探索研究，創(chuàng)立了CDIO工程教育理念。
應(yīng)該說，CDIO首次將工程過程的理念引入課程體系的構(gòu)建，是對傳統(tǒng)基于學科課程體系的一次顛覆性變革。這一變革的優(yōu)越性，瑞典國家高教署2005年便加以了印證。他們采用CDIO的12條標準對本國100個工程學位計劃進行評估，結(jié)果表明，新標準比他們以前的標準適應(yīng)面更寬，更利于提高質(zhì)量，尤為重要的是新標準為工程教育的系統(tǒng)化發(fā)展提供了基礎(chǔ)。
�。ㄈ┻^程式課程模式符合學生的認知規(guī)律。
按照不同的邏輯關(guān)系來構(gòu)建課程體系，將會對學生認知工程造成不同的影響。為此，我們對按照學科知識體系和工程生命周期來構(gòu)建課程體系進行比較分析。
學科是知識的集合，學科是自然科學的下位概念�；趯W科知識體系的邏輯關(guān)系來構(gòu)建課程體系，是世界各國高校長期以來一直沿用的課程體系構(gòu)建邏輯。學科的基本結(jié)構(gòu)反映了學科的邏輯關(guān)系，學科的邏輯關(guān)系實質(zhì)是科學知識的內(nèi)在邏輯關(guān)系。從自然科學類專業(yè)的課程體系構(gòu)成來看，其課程名稱可以就是一級學科或二級學科的名稱。對自然科學類專業(yè)而言，按照學科的邏輯關(guān)系構(gòu)建課程體系，基本上是反映了人類對科學知識的認知規(guī)律的。
但是，在今天的工程領(lǐng)域，單一的學科已經(jīng)不能反映復(fù)雜工程的實際過程。這是因為工程學科是人們對工程進行認知后再加工形成的知識體系，已經(jīng)對工程的實際過程進行了人為的切割。
如果仍然按照學科體系的邏輯關(guān)系來構(gòu)建課程體系，就不能反映工程的真實過程，在學習了課程體系之后，如何將課程知識轉(zhuǎn)換為工程實際過程，許多學生無法完成這個轉(zhuǎn)換，給學生應(yīng)用工程知識解決工程問題造成了困難。這是因為按照學科體系構(gòu)建出來的課程體系并不符合學生對工程的認知規(guī)律。一般而言，學生對工程的認知是從簡單到復(fù)雜，從現(xiàn)象到本質(zhì)的過程，是一個綜合的過程。而分學科來認知工程則是一個分析的過程，是工程師應(yīng)用工程知識解決工程問題的過程。過程式課程模式按照工程生命周期的構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行、回收五個階段，按照簡單工程、中等工程、復(fù)雜工程的學習順序，更加符合學生學習工程的認知規(guī)律。
（四）過程式課程模式的教育理論意義。
1.過程式課程模式是對教育重演理論的再現(xiàn)。
Kieran Egan在1979年出版的《EducationalDevelopment》中提出了教育重演理論（Recapitu-lation theory of education），該理論認為：“一個人的教育發(fā)展是一個過程；學生的學習過程其實就是對整個人類文化（而非只是歐洲文化）發(fā)展過程一種認知意義上的重演，也就是說現(xiàn)代人的認知發(fā)展是對他們祖先的認知水平長期演化過程的濃縮”.
大學生在校期間對工程的學習是否是重演了人類對工程的認知過程呢？從前面的分析可以看出，按照學科體系的邏輯關(guān)系構(gòu)建的課程體系，并沒有反映人類認知工程的過程，而只是反映了人類認知工程的結(jié)果。過程式課程模式則是從兩個角度重演了人類對工程的認知過程，一是對認知工程生命周期的重演，二是對認知工程復(fù)雜程度的重演。
2.過程式課程模式對學科與課程的關(guān)系做了再思考。
約翰·S·布魯貝克1978年出版了《高等教育哲學》，他指出了高等教育科學化的傾向，即由于強調(diào)高深學術(shù)中的理性因素，高等教育中存在著這樣一種極為明顯的傾向，即把所有學科都當作理論性學科來對待。因此，“學院和大學常常要么忽視實際學科，把它們當作理論性學科來對待，要么只對它們的理論成分加以考慮”.過程式課程模式重新認識了工程學科的屬性，工程學科盡管也屬于大學的高深學術(shù)，但不能過分強調(diào)工程學科的科學化，必須在科學化與工程實際之間找到平衡點。
另外，由于學校的“課程常常只是各門獨立的學科的選集，各門學科之間的關(guān)系也不過是學院概覽中的并列關(guān)系”,進而造成“學生有時對所有這些孤立的學科的總和意味著什么模糊不清”.
而過程式課程模式則是重新認識了學科與課程的邏輯關(guān)系，重新定義了課程之間的邏輯關(guān)系，使學生對課程體系整體意義有了清晰的認識。
四、過程式課程模式構(gòu)建方法。
（一）構(gòu)建過程式課程體系的流程。
傳統(tǒng) 的 課 程 體 系 （ConventionalCurriculumSystem）構(gòu)建流程首先是確定專業(yè)的培養(yǎng)目標，再確定其培養(yǎng)規(guī)格，即學生應(yīng)具備的知識、技能、能力和素質(zhì)，再配置若干門課程和若干個教學環(huán)節(jié)來實現(xiàn)這個培養(yǎng)規(guī)格，進而實現(xiàn)培養(yǎng)目標。
過程式課程模式對傳統(tǒng)課程體系構(gòu)建流程進行了改進，如圖1示。
�。ǘ�(gòu)建課程體系的方法。
1.培養(yǎng)目標類型。
工程教育的培養(yǎng)目標（Cultivation Aims）主要是培養(yǎng)工程師。根據(jù)行業(yè)企業(yè)的需求，可將工程師的培養(yǎng)目標分為研究型（Research）、設(shè)計型（Design）、生產(chǎn)型（Production）、服務(wù)型（Service）等四類。研究型是指主要從事工程、產(chǎn)品的科學問題研究與探索，其工作場地以實驗室為主。設(shè)計型是指主要從事工程、產(chǎn)品開發(fā)與設(shè)計，其工作場地以設(shè)計室為主。生產(chǎn)型是指主要從事工程、產(chǎn)品的一線生產(chǎn)，其工作場地主要在現(xiàn)場、車間等生產(chǎn)一線。服務(wù)型是指主要從事工程、產(chǎn)品銷售及其相關(guān)領(lǐng)域工作，其服務(wù)的對象主要是工程、產(chǎn)品本身，以及工程、產(chǎn)品所面向或所服務(wù)的環(huán)境、人群，其工作場地相對其他三種類型工程師而言不那么固定。
2.培養(yǎng)目標矩陣。
培養(yǎng)目標是指學生在畢業(yè)后一定年限內(nèi)，在能力、素質(zhì)等方面應(yīng)達到的要求。根據(jù)行業(yè)標準、執(zhí)業(yè)資格等的要求，可將每種類型工程師的培養(yǎng)目標分解成知識（Knowledge）、技能（Skills）、能力（Competences）、素質(zhì) （Quality）等四個部分。
對于不同類型的工程師，培養(yǎng)目標這4個部分的要求是不一樣的。由此構(gòu)成新的培養(yǎng)目標矩陣，如表1示。
3.知識能力體系。
新工業(yè)革命的產(chǎn)業(yè)形態(tài)必然是工程技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)、商業(yè)模式的融合，面向新工業(yè)革命的工程人才，必須構(gòu)建與之相適應(yīng)的知識體系。對于傳統(tǒng)的工程人才來說這無疑是一個巨大的挑戰(zhàn)，對傳統(tǒng)的工程教育來說這是一場革命。新工業(yè)時代的工程人才，應(yīng)該具備的知識能力體系包含6大領(lǐng)域：工程技術(shù)領(lǐng)域、信息技術(shù)領(lǐng)域、經(jīng)濟領(lǐng)域、管理領(lǐng)域、法律領(lǐng)域、科學文化領(lǐng)域。每一個領(lǐng)域可以由若干個知識點、技能單元、能力單元和素質(zhì)單元構(gòu)成。由此構(gòu)成新的知識能力體系矩陣，如表2示。
4.課程組建設(shè)。
對于一種類型的工程人才而言，首先要分析一個簡單工程，它的構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行、回收五個階段，各自都需要用到哪些知識、技能、能力、素質(zhì)，并檢查是否是知識能力體系矩陣中所列出的，分別構(gòu)建構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行、回收五個課程組，每個課程組可能由一門或若干門課程組成。
按照從簡單、中等、復(fù)雜的順序，依次構(gòu)建課程組，形成三個課程序列。
課程組的形態(tài)可以是理論課程加上實踐課程，最好是融理論學習和實踐學習為一體的基于問題的教學模式PBL或基于項目的學習模式PjBL.PBL是以解決真實的開放性的問題為學習載體，注重思維方法和實際能力的訓練，強調(diào)學生自主學習與問題解決，教師的角色是“教練員”.
PjBL是以完成項目為學習載體，要求學生以團隊或小組合作的方式完成一個任務(wù)或產(chǎn)品，強調(diào)以學生為中心，進行學科交叉、協(xié)作學習、自主探究。
不難看出，無論是PBL模式還是PjBL模式，實際上都是一種基于過程的學習模式。在實施過程中，低年級的學生做初級層次問題和項目，高年級的學生做綜合層次問題和項目，體現(xiàn)從簡單到中等再到復(fù)雜的過程。
5.過程式課程體系。
把課程組的若干門課程均衡的分配到第1~8學期，例如，簡單工程的5個課程組排在1~3學期，中等工程的5個課程組排在3~7學期，復(fù)雜工程的課程組排在7~8學期。這樣就把按照工程生命周期和認知周期構(gòu)建的課程比較均衡的分布到學生四年的學習周期內(nèi)，形成了過程式課程體系結(jié)構(gòu)見表3所示。
在過程式課程體系中，一些課程會在不同學期重復(fù)開出，課程名稱雖然相同或相似，但由于處于認知周期的不同階段，其課程的內(nèi)容實際上是螺旋式上升的，學分和學時也不一樣了。
由于把原來按照學科邏輯構(gòu)建的課程拆分為若干個課程，可能出現(xiàn)知識的重復(fù)、或者知識的碎片化。知識的重復(fù)問題比較好處理，已經(jīng)在上次學習過的內(nèi)容學生自己復(fù)習就可以了。至于知識的碎片化問題，可以通過教材的系統(tǒng)性和完整性來解決，學生通過三次課程學習，并借助教材，可以逐步形成并完善自己的知識體系。至于一些不能納入工程生命周期的課程，可以穿插安排在四年的學習周期內(nèi)進行。
參考文獻：
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[2]崔軍、汪霞：《社會對高等工程教育課程改革的訴求研究》，《高等工程教育研究》2013年第2期。
[3][美]約翰.S.布魯貝克著；王承緒等譯：《高等教育哲學》，浙江教育出版社2001年版第107~109頁。
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