应用型工程教学模式的设计

摘 要 随着现代工程技术的发展，我国工程应用型教育面临严峻的挑战，本文通过对工程内涵的认真分析，借鉴EC2000以及CDIO工程教育培养目标，以土木工程专业为例，设计出旨在提高工程系统思维与执行能力的应用型土木工程师教育的培养模式。

关键词 应用型工程教育 工程师素质 教育模式

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2017.09.043

Abstract With the development of the engineering technology， application of engineering education is facing to the severe challenge in China， through the analysis of the connotation of engineering as well as reference to EC2000 and CDIO engineering goal in this paper， based on the Specialty of Civil Engineering， the author is constructing a new training mode in order to improve the engineering system thinking and executive ability.

Keywords applied Engineering Teaching； engineer quality； teaching mode

1 工程教育提出的背景

随着中国经济近四十年来的高速发展，我国已成为世界第二大经济体，工业化、城市化与现代化均取得了长足的发展，支撑了国家世界大国地位。然而我国工业制造长期以来，仍处在大而不强的中低端产业阶段，科技自主创新、资料利用效率、产业结构水平与质量效益等方面与世界制造强国仍然存在较大的差距。当前人工智能与大数据等科技正揭开产业革命的序幕，为把握时代的潮流，推动产业结构升级、实现世界制造强国的中国梦，中国提出工业制造2025计划，计划要求国家不仅在一般性消费品领域，更要在技术含量高的重大装备等先进制造领域奠定制造强国坚实基础。《中国制造2025》提出创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化和人才为本五条方针，其中适应新型工业化的高素质工程技术人才是实现中国制造强国的根本保障。

如何培B具有理论基础实、专业技术精、创新能力强的高素质工程技术人才是我国工程教育界所临的重大命题。为此国家制定了《国家中长期人才发展规划纲要2010-2020》及《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》等纲领性文件，要求高等学校立足行业需求，改革人才培养方式，创新理论与实践教学机制，大力推进高素质工程技术人才的培养改革。

这些年我国工程教育无论在是规模、教学设施和学科建设方面都取得了巨大的成就，但是由于历史和文化传统等原因，我国工程教育也存在不少问题，主要表现为：[3]

一是工程教育培养目标模糊，工程教育的本质是培养向面工程应用的高级应用型人才，然而我国却存在工程教育学术化倾向严重，实践教学的学时占总培养学时比值较少、学生实践能力严重不足，绝大多数工程专业的人才培养计划，仅仅是将研究型高校的人才培养方案做了简单的修改，而应用于应用型工程教育，人才培养过程脱离工程本身。

二是工程教育培养的人才与企业需求脱节，不是以产出为目标导向的培养机制，企业在工程技术人才的培养机制上，仅仅是一个被动的接受者，而非主动的参与者，这将导致了高校不明企业对工程技术人才的具体需求，学生实践缺少足够的机会，企业又不能招聘到合格的人才。

三是绝大高校教师普遍缺少相应的工程实践，大部分老师是从学校到学校，没有企业经历，因此教师本身对实际工程的综合性与复杂性认识不足，对于工程的关键性技术节点把握不准，更谈不上对工程的伦理性的认识，其理论教学、实践教学都会脱离工程本身的特性，不能较好地完成工程教育所赋予的责任。

四是课程设置失衡与滞后，我国工程教育模式留有太多的苏联教育的烙印，专业划分过细，专业知识面狭窄，缺乏学科交叉。对工程相关领域的知识学习严重不足，以土木工程为例，绝大数高校的专业课程设置缺少工程伦理、工程与环境等交叉课程的学习、人文科学学分比例也严重偏低，缺少大土木工程观的培养，作为具有创新能力的技术人才不仅要专业精通，更应有良好自然科学与人文科学素质，所以高校应提倡大力倡导通识教育，促使学生各方面的知识和能力协调发展。

五是伦理与道德教育缺失，缺少严谨专注敬业的工匠精神。当前特别重要的问题是，社会主义核心价值观的淡薄，大多数工程技术人员的责任心、敬业心和职业道德与制度强国技术人员相比差距较大。这将导致大多数工程技术人员在从业期间，注重当前利益而忽视工程长远效应，如偷工减料、工艺粗糙，忽视工程与环境之间的互动，导致大量工程质量缺陷，更为严重地导致资源浪费、生态环境破坏等社会问题。

基于我国经济发展对工程技术人员的内在需求，以及目前我国工程教育存在的诸多问题，广大学者对工程教育展开了深入广泛的研究，并且取得了一定的研究成果，国内很多师资力量很强的高校，已将这些研究成果应用于实际教学。然而对应用型本科院校，对应用型工程教育还存在科学导向与应用导向模糊认识，本文试图从工程内涵对工程师素质要求，借鉴世界先进的教学理念，提出了应用型工程师的培养目标，并围绕这一教学目标，设计了一个五模块四手段的教学模式。

2 工程的本质特性

工程是一个运用科学与数学原理，通过艺术的手段改造自然，造福人类的社会活动过程。工程交融于科学，艺术和社会，具有鲜明的社会目的性，我们认为，工程具有如下属性：[4] （1）社会性。工程旨在造福人类，工程实践过程受社会政治、经济、文化制约，工程的产物满足社会需要。可见，工程的出发点离不开社会、过程离不开社会、最后归宿也离不开社会，社会属性贯穿于工程的始终。

（2）创造性与艺术性。创造性是工程与生俱来的本质属性。美国工程院在2004年底发表的《2020工程师：新世纪工程师远景报告》认为，“工程”一词来自拉丁语“ingeniator”，意思是独创性（ingenuity）；美国国家工程院院长William Wulf对此做了进一步的阐释，他说：“工程师所做的”就是“在限制条件下设计”（design under constraint），“工程是非常具有创造性的活动，而追求精致的设计则是最具创新性的活动之一”。Ronald E. Graham则认为，“工程是运用科学最佳地转化自然资源以造福人类的艺术”。工程与艺术的最大共性有三：①追求独创；②满足人对和谐的审美需求；③遵从道德上向善或曰人文关怀的引导。工程的艺术性即在于此。

（3）综合性与复杂性。工程是利用科学知识、方法与手段来改造自然，服务人类，具有科学性、功利性、经济性、创造性、审美性及伦理性等六大特性，工程实施需要从投入与产出，科学技术与工程功能、当前利益与长远利益，社会伦理与环境资源等全方位的综合评价，工程的哲学伦理是在这些众多特性的约束条件下，去寻求最佳的平衡点，而非单纯工程技术上的最优解，因而工程极具综合性和复杂性。由于工程实际上是一个信息递增和信息综合的过程，且涉及的因素太多，因此通常需要团队合作。需要一个能够致力于把工程师完成的各个部分衔接整合起来、形成共同图景的团队，这是工程综合性和复杂性的另一个方面。

（4）全球性与开放性。由于经济的全球化，作为市场的经济行为之一，现代工程也体现一个全球合作性，而非仅局限于工程师使用的是国际性“工程语言”进行工程技术的交流，更包括全球性的分工与合作，因此更需要工程师具有全球性的视野，包容不同社会、不同文化的开放性工程思维。

与工程特性相对应，工程教育是为现代工程培养建设主体的工程师，这就要求工程师本身具有良好的专业素质与人文修养，才能更好把握现代工程的建设，因此培养具有满足现代工程要求的工程师教育也具备社会实践性，复合性，伦理性以及全球性。

3 基于工程内涵的工程师能力要求

随着现代科技的发展，现代工程越来越体现出高度的综合性，复杂性与系统性，工程对生态环境，社会关系的影响也是与日俱增，如高速铁路不仅涉及到桥梁、隧道等基础建设，动力工程、控制工程等机械电信工程，还涉及生态环境，沿线经济发展等一系列的社会问题，因此现代工程对工程师的知识、能力与素质提出更高的要求。美国工程院院长伍尔夫（William A.Wulf）认为工程不是科学，甚至也不是“应用科学”。科学是分析性的，是努力去了解自然；而工程是综合的，是努力去创造。他对工程的定义是：“在制约中设计”。即在科学技术、经济成本、生态环境、安全可靠、自然灾害及感情认知、社会伦理等诸多约束条件下，创造出满足人类社会各类活动的工业产品，因此现代工程师不仅要求良好的专业修养，而且应具有大进深、大开阔的视野，懂得团队协作与沟通，特别不同专业、不同文化之间协作交流。基于现代工程的特性，给我们提出了两个方面的命题，一是现代工程师应具备那些特质以满足工程发展的需求，二是培养具备这些特质的工程师，应采取什么样的路径。目前国际工程教育界基本上取得了普遍的认可。

3.1 EC2000工程师素质要求

2001年，由美国工程院与美国自然科学基金委员会共同组织发起“2020工程师”计划。并于2004年底及2005年夏分别发布《2020年的工程师：新世纪工程学发展的h景》，《培养2020年的工程师：适应新世纪的工程教育》两份正式报告，研究报告基于未来工程技术发展、社会进步、全球性工程生产等大背景的基础上，提出了对未来工程师的期望与特质，即扎实的自然科学基础与人文修养，良好的专业理论与工程实践能力、良好的沟通与团队合作精神，具有全球性视野与国际交流合作能力，坚守工程社会伦理与应对突发事务的素质等。

3.2 CDIO工程教育理念

在回答如何培养现代工程师特质的路径上，以麻省理工学院及瑞典的皇家工学院等几所国际顶尖工程学专业学府共同研究，提出CDIO工程教学模式，得到国际工程教育界的认可，CDIO代表构思（Conceive），设计（Design），实现（Implement），运行（Operate）等全生命周期过程教育。研究报告对工程教育应达到的能力目标作出全面、系统、具体的论棕，将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面，要求以全过程模拟的培养方式使学生在这四个层面达到预定的目标。CDIO工程教育的核心理念以解构工程产品从研发设计到生产运行的全生命周期工程特性，将工程构思―设计―实现―运行四个阶段整合成四个彼此关联又相对独立的教学模块，工程背景明确，能直接构建理论与实践之间的联系，激发学生的学习热情，培养全生命周期工程思维，及满足工程全周期服务的专业理论与实践能力。

4 应用型工程教育模式设计

以上所列出的未来工程师素质要求，是国内外一些知名工程院校的培养目标，然而对于我国绝大多数工程院校来讲，这样的培养目标难于达到。据2005年统计，在全国1792所高校中，地方高校1681所，占94%，其中比例最大的是地方工科高校占60%，即有1000余所为3年制大专院校，600余所为本科大学，而本科院校中约300余所，为近年来升本的院校，这些院校教学资源短缺，学生素质普遍不高，故均定位为应用型本科学校，不可能按EC2000或CDIO对未来工程师的素质要求，作为自己的培养目标。同时，人才的需求是典型的金字塔结构，社会需要有科研型的精英，更需要有具体执行工作人才，基于此，设计应用型工程教育，培养应用型工程师也就显得意义重大。 4.1 应用型工程师素质要求

通过认真研究工程内涵，以及未来工程科技的发展趋势，参考EC2000或CDIO培养目标，本研究提出应用型工程师素质要求，主要是基础理论与专业素质，实践创新能力，人文素质三个方面。

4.2应用型工程教育模式的设计

根据应用型人才的培养目标，本文将工程教学设计成、以基础理论、专业理论、工程计算机、人文素质、工程案例五个理论教学模块和实验、工程实习、设计创新和社会公益实践四个实践教学模块。以本文以土木工程专业教学为例，对这一培养模式进行阐述，见图1。

上述教学模式设计与传统的工程教育相比，更加强调工程师的工程执行能力与工程系统思维，将工程案例教学与实践设计贯穿整个理论教学教程，以实现应用型工程师教学，培养面向工程一线的实践人员的教学目标。

5 结论

科技发展导致工程综合性与复杂性的非线性增长，给工程师的素质、能力提出了新的更高的要求，工程教育作出相应的改革。国家由制造大国向制造强国的战略任务，也使得培养高素质应用型工程技术人才，成为我国工程教育界所必须肩负的使命。本文对通过对现代工程特性的分析，提出应用型工程师应具备工程素质要求，并基于此理念设计了相应的教学模式，模式在专业培养的层面上以理论性、实践性、探索性的设计，以工程案例分析和创新设计为载体，培养学生的系统能力、交流能力和个人的可持续发展能力。

同时，本研究清楚的认识到，这样的教学模式对现行模式存在较大的变动，其一，本模式将要求我们重新设计理论内容与教学时间，并探索在实践设计与案例分析中，对理论概念进行深化补充，以弥补理论教学的不足；其二，案例分析要求教师有丰富的理论与实践经验，目前应用型本科院校的双师的教师并不能满足这一教学要求；其三，本模式设计更加强调实践教学，目前实习基地建设不能满足这一要求，由于实习经费企业对社会责任的缺位，实习基地建设与实习教学存在尖锐的矛盾。

参考文献

[1] 中国工程教育委员会.探寻中国工程教育改革之路.新形势下工程教育的改革与发展高层论坛纪要.

[2] 顾秉林.中国高等工程教育的改革与发展[J].高等工程教育研究，2004（5）.

[3] 李正，林P.从工程的本质看工程教育的发展趋势[J].高等工程教育研究，2007（2）.

[4] WilliamA. Wulf.《The Urgency of Engineering Education Reform》The Bridge， Spring 1998， Vol 28 No.1， The National Academy of Engineering.