美国工程教育改革模式及本土化实践
摘要:通过对美国工程教育改革与实践特点的介绍，呈现当前美国工程教育创立的CDIO模式的创新性以及这一模式所产生的世界性影响力。在此基础上，进一步探讨美国CDIO模式在中国的实践路径，由此阐明中国工程教育的改革前景及预期发展目标。
关键词:美国工程教育;CDIO模式;本土化;中国工程教育
美国工程教育向工程本身回归的热潮传入中国之后，伴随中国工程教育改革的步伐，美国工程教育所倡导的各种教育模式和做法为我国工科院校所纷纷效仿，这其中CDIO模式成为中国工科院校所普遍采用的改革模式和创新导向。然而，诞生于世界一流大学麻省理工学院的工程教育创新模式是否适合中国本土的所有工科院校呢?尽管这个问题还没有被国内高教界所普遍探讨，但当今中国工程教育对CDIO模式的学习实践却已经开展得轰轰烈烈。如何使中国高等教育改革富有成效，如何创造性地借鉴西方经验，值得深入研究。
一、美国工程教育的两次转型及其影响
通过对相关研究文献的查阅，以及中国工程院时铭显［1］院士对1995年美国国家研究理事会(NationalＲesearchCouncil，NＲC)工程教育委员会(BEEd)发表的“工程教育适应系统的设计”报告以及2002中国工程院教育委员会的《访美考察报告》的分析，可以了解20世纪美国工程教育的发展历程。这一历程主要表现为两个阶段:工程教育从技术范式到科学范式，从科学范式到工程范式。这种范式的转变有着深刻的历史缘由和社会实践背景［2］。根据叶民［2］的研究，早期的美国工程教育具有英国工程教育的特点，采取学徒制，而与法国、德国的工程教育有所不同，所以当时美国的工程师都是通过学徒制产生的而不是通过正规的学校教育，也就是在整个19世纪和20世纪初美国的工程教育注重现场的操作和实验，而没有注重科学理论的传授。1862年《莫里尔法案》的诞生改变了美国工程教育的手工传授模式，使之进入系统教育阶段，尤其是第一次世界大战以后，美国的工程教育开始效仿欧洲工程教育的模式，运用科学知识原理进行专业的工程教育，改变以往工程教育的方法和途径，创建了美国工程教育的新模式，使美国工程教育从技术专攻时代进入科学并举的工程教育时代。至此，美国和其他欧洲国家一样，形成强调科学基础忽视工程实际问题解决的“科学工程教育导向”模式。［2］美国这一“科学导向”的工程教育模式的确立不仅使美国的工程教育完成了从作坊学徒制向正规课堂教学模式的转变，也使得美国的工程教育进入无止境的科学至上的教育发展态势，传统的注重实践经验的工程师教育不再被重视。1957年苏联人造地球卫星的发射更促使美国加强在工程教育中的基础研究导向。不仅美国国家科学基金会(NSF)给各大学直接拨款支持科学研究活动，《国防教育法》中更是强调“国防有赖于掌握由复杂的科学原理发展起来的现代技术，也有赖于发现和发展新原理、新技术和新知识”。正是在这一方针的指引下，美国的工程教育走向了“重理论轻实践、重分析轻综合、重技术轻人文”［3］的科学教育模式。学习德国强调科研及科研的方法以及学位教育的美国工程教育使得美国在制造业领域的地位一度处于劣势，在愈演愈烈的商战中美国三大支柱产业电子、半导体、机械的收益连续下滑［3］。面对如此境况，进入20世纪80年代以来，美国在工程教育领域发起了“回归工程运动”，开始对“科学导向”的工程教育模式进行改革，并对美国政府、企业和教育界进行反思，认为教育界没有尽到工程教育的责任，忽视了工程设计的教育［2］。美国工程教育界掀起了“回归工程”的浪潮，其核心内容就是要使建立在学科基础上的工程教育，回归其本来的含义，更加重视工程实际以及工程教育本身的系统性和完整性［2］。其中美国麻省理工学院和斯坦福大学率先对美国的工程教育进行了反思与探索。1993年，麻省理工学院工学院在其的《大工程观与工程集成教育》报告中，由院长乔尔•莫西斯(JoelMoses)提出了“大工程观”概念。这个概念的提出不仅明确了未来四年工学院的发展目标，更是确立了工学院未来的教育理念和教学发展模式。正如莫西斯所言，“大工程观的术语是对为工程实际服务的工程教育的一种回归，而与研究导向的工程科学观相对立”。［4］这一决定教育改革方向的规划报告的出台，标志着麻省理工学院将对工程教育的导向进行调整，重新回归工程的本质。而这一回归不是简单回到过去而是对传统的超越，也就是说未来的工程教育不仅重视培养工科学生系统的科学知识体系，更要强调工科学生的专业的实践性。麻省理工学院“大工程观”教育理念的提出，随后引发了美国一系列对工程教育反思以及重新定义工程教育的行动，不仅强力推动了美国工程教育改革，也促进了美国对未来工程师标准的重新界定。这些行动包括美国国家科学基金会发表的“重建工程教育，集中与变革―NSF工程教育专题讨论报告”，美国工程与技术认证委员会(A-BET)对21世纪新的工程人才提出的11条评估标准，以及获得KnutandAliceWaiienberg基金资助的由麻省理工学院和瑞典皇家工学院等其他四所大学组成的跨国研究小组创立的CDIO(Con-ceive，Design，Implement，Operate)工程教育理念和教育模式。2004年，美国工程院(NAE)又与美国自然科学基金委员会(NSF)联合共同了《2020的工程师:新世纪工程的愿景》［2］的报告。这一报告进一步明确指出了未来美国工程师的培养目标和工程师的素质标准。以上这些改革行动不仅指明了未来美国工程教育发展的新方向，也获得了世界各国的追随与效仿。其中，CDIO模式是影响力最大的。这一模式不仅是国际工程教育改革的新成果，而且获得世界各国的广泛认同。目前CDIO已经成为一种以其自身命名的国际合作组织。
二、CDIO模式的基本思想与内涵
CDIO作为一种新的工程教育模式，它所创立的工程教育的新标准标志着工程教育要突破狭窄的专业视野，要具有系统的工程教育格局。基于这一模式所培养的学生获得了社会与企业的广泛好评。在目前加入CDIO组织的几十所大学中，机械系和航空航天系已经全面采用这一标准。瑞典国家高教署在对本国100多个工程学位进行评估时全面采用这一模式所设定的标准。正是由于这一模式的先进性和科学性，2010年美国工程院把被誉为工程界的诺贝尔奖的“戈登奖”颁给这一模式的创始人EdwardCrawley。CDIO模式不仅融合了欧美几十年来的工程教育理念，更重要的在于其具有极强的可操作性和可测量性及普遍的适用性和可行性。尽管CDIO模式受到了世界各国的广泛认可和欢迎，但要真正运用好CDIO模式并与本国的高等工程教育恰当融合，实现本国工程教育的转型与变革，还必须准确了解CDIO模式产生的背景以及其蕴含的深刻的工程教育思想。
1．CDIO模式产生的背景与创新思想
CDIO模式是20世纪七八十年代诞生的，主要源于当时的美国社会发展现实。70年代冷战时期苏联卫星上天让美国感到自己的高科技领域尤其是新技术领域受到了威胁，于是开始提升技术水平，实现技术的创新。美国认识到大学尤其是工科大学的专业教育要进行变革。工程教育与科学教育均纳入美国国家发展计划，投入大量研究经费来进行军事国防的研究与发展。随着美国登月计划的成功，美国认为一直专注于征服宇宙空间和苏联竞争的科学工程教育应该进行转型，用于军事防卫的研究经费可能减少，而要把应用科学和工程教育更多的注意力转移到国内的社会问题与公民的具体生活领域中来，转移到房屋、运输、保健、教育、污染与控制等问题上来［5］。工程教育不仅仅要关注技术的问题，更要关心社会问题与影响。也就是说美国的工程教育不仅仅关心技术问题，更要具有系统思维的大工程观。在这种思想的引导之下，美国的工程教育进入一个全新的时代，不仅创设出使工程教育与社会问题紧密联系起来的美国著名的大工程教育观的教育战略―STEM(科学、技术、工程、数学)教育，以此来提升美国的竞争力和创造力，同时在美国麻省理工学院的引领下对工程教育自身的问题也重新进行了方向调整与模式转型，这就是著名的CDIO模式。而这种模式不仅仅注重教育内容本身的调整与转变，更在于教育教学模式的转型与开放，它强调的是一种大学与工业界的广泛合作与互动，同时对教师和学生都提出了新的要求。因此CDIO模式在众多美国工程教育改革实践中独树一帜，获得世界各国的普遍赞同和接受。
2．CDIO模式的核心思想与具体内涵
通过对CDIO模式的相关研究文献的梳理可以看出，CDIO模式就是美国工程教育大工程观的具体体现和实施路径。如果说大工程观是纲领性思想，那么CDIO模式则是具体实施方案。叶民［2］认为，这个模式不是针对哪一个具体大学和具体专业，所有大学和专业都可以进行。但至于不同的大学如何选择CDIO模式的具体实施路径，叶民却没有更多的阐述，叶民更多地关注对CDIO的模式运行需要的条件和环境进行设计与转换。根据相关研究文献可以发现，CDIO模式主要从四个方面对工程教育中学生所要达到的预定目标进行了设定，这四个方面就是构思Conceive、设计Design、实现Implement和运作Operate，也由此简称为CDIO模式。这四个目标主要体现学生的四个方面能力即工程基础知识、个人创造性、团队合作能力以及工程系统运行的能力。如果把模式的全过程能力逐级细化表达出来共有3级70多条400多款，目前国内大多数文献把它归纳为12条标准。这12条标准是对工程教育教学目标整体的描述，这是一个系统的标准框架。但就CDIO整体模式而言，更注重对学生培养环境的提升与强化，而不是仅仅把这些条款和标准作为具体教育实践的操作指南。正如查建中［6］所言，在理解和运用CDIO模式时，要注意这一模式所蕴含的方法论思想，也就是CDIO模式更加强调作为知识和能力培养的载体与环境，要注意知识与能力之间的关联性。也就是说在实践中培养学生的素质与能力，在实践中让学生理解和领悟专业的知识和理论，同时注意教师教学能力和专业能力的提升。而CDIO的所有条件和标准都是为学生所设计和准备的，也就是无论专业的教学大纲的改进还是课程体系的调整以及工程实践的过程和实践环节，都以对学生学习结果的评价为主导。麻省理工学院创立的这一模式一经引入中国就获得广泛的认可和传播。在中国知网中输入“CDIO模式”搜索，仅在2017年就可以查到超过500篇的相关文献。可见CDIO模式所具有的广泛影响力和超越具体专业的具有广泛适应性的工程专业改革发展图景，也就是说各个工程专业可以根据这一蓝图确立符合自身专业要求的具体知识和能力的培养方案和培养内容。它对工程专业的教学管理、教学设施、教学工程实践、教学评估都提出了具体明确的要求和标准。陆小华［7］认为，CDIO模式对某一工程专业而言，其核心思想是提供了重要的教育依据和教学目标基础(教学大纲和标准)。在国内的语境表达就是“培养什么人”和“怎样培养人”这两个根本的工程教育问题。CDIO模式提出的12条标准的愿景是为学生提供一种强调工程基础、系统的构思以及建立在真实世界中的产品设计―实施―运行的一体化的工程教育，将学生培养成能够掌握深厚的技术基础知识、领导新产品和新系统的开发和运行、理解技术的研究与发展、对社会有重要性和战略影响的人，或者可以说是新型工程师。
三、基于CDIO模式的中国工程教育改革
在中国最早实施CDIO模式的是汕头大学。2005年在其执行校长顾佩华的带领下在国内率先实施该模式，其实践经验汇成研究成果已在国内外有影响力的期刊上发表。汕头大学也成为中国内地首个加入CDIO组织的高校。之后2007―2017年近十年的时间里，教育部高教司组织了十余次专家研讨会和试点调查组，进行中国工程教育模式的研究与实践问题的交流与探讨，参加的学校包括北京工业大学、燕山大学、合肥工业大学、成都信息工程学院、广州大学等，涉及的专业包括机械、电气、化工和土木工程类。从2009年开始，教育部不仅进行定期的交流，还以培训班的形式培养骨干人才。2016年中国工程教育联盟成立，首批加入联盟的学校有104所，并建立多批次的试点学校和试点专业。2017年4月，中国高等教育学会分会的工程教育专业委员会和全国地方高校卓越工程教育校企联盟，在浙江大学城市学院召开“建设新工科背景下的CDIO工程教育改革与发展”主题研讨会，其目的在于提高工程教育质量，加快合作互补，创设创新人才培养模式，为满足国家战略发展需要提供强大的新兴工程科技人才支撑。由此可见，国内地方性工科大学尤其是应用型工科院校对CDIO模式普遍情有独钟，不仅实践工作开展得轰轰烈烈，学术探讨成果也是层出不穷。但在这些学术成果中，可以发现一种共性就是对该模式感兴趣的大多是高职院校，且大多局限在传统工科如化工、机械和电子等专业课程的教学方法的改进与创新中，于是就出现了这样的问题:CDIO模式真的是那么简单地就可以实施和采用吗?它仅仅强调的是教学领域的问题吗?与学校其他方面的条件与环境没有关系吗?通过进一步对相关研究文献的分析与思考可以发现，目前国内对CDIO模式的解读和认识还有很多不足之处。不仅在具体教学环节的改革上存在有简单僵化的倾向，就是对CDIO模式的普遍适用性上也存在着“一刀切”的导向偏差。目前已经有学者对这种倾向开始进行反思与追问。比如熊和平与岳爱臣［8］在其合作的文章中提醒国内的工科院校，在引入CDIO模式时要注意对CDIO的误解和实践中风险的规避。而本文认为，要恰当引用CDIO模式对工程教育进行改革与创新，不仅需要对CDIO模式本身的内涵进行充分的理解和把握，同时还要思考:国内众多的工科院校均适合采用CDIO模式吗?中国工程教育转型的过程中，哪种方式才是真正适合中国工科院校应用和效仿的呢?或者说能否在采用CDIO模式的思想内涵的基础上，独创或再进一步融合其他更具有针对性和可操作性的工程教育改革模式呢?因此本文认为，目前不仅需要清醒地认识到由于之前中国高等教育发展的同质化、科学化、学术化取向给中国工程教育带来的问题，同时更要清醒地认识到急于转型的中国工程教育在引入CDIO模式后如何进行再创造使之适合中国工程教育的实际，以便保证其在中国落地并获得预期的效果。这些问题都值得进行深入的思考和辨析。
1．高职院校对CDIO模式的普遍认可与效仿
众所周知，中国工程教育在新中国成立后全面学习苏联模式，之后又开始全面学习美国模式，这种转变带来我国工程教育出现了多个过度化问题。龚克［9］在其《高等工程教育向何处去―――我的浅见》一文中明确指出我国工程教育存在的普遍问题:过度专业化也就是专业意识过强导致专业狭窄;过度学术化就是实践不足、工程特色不足;过度主体化导致工程教育缺乏与社会产业的结合，脱离产业实际;过度灌输化导致重教轻学，抑制创新思维;过度离散化导致缺乏类型与环节的衔接。2005年MC．KinseyGlobalInstitute也在其的一份报告中指出了中国工程教育所存在的问题:“中国教育系统偏于理论，中国学生几乎没有受到团队工作的实际训练。相比之下欧洲和北美学生更喜欢以团队方式解决实际问题。”正是为了解决这些过度化的问题，所以具有整体性系统性思维的CDIO模式一经传入就引起广泛的赞同和接受，进而进行学习和借鉴。自CDIO模式传入我国以来，得到普遍认同，教育部已经建立了多批试点学校和专业，而且众多高职院校及应用型大学给予了广泛的响应。面对这种普遍效仿的局面，不禁要进一步追问，CDIO模式适合高职院校普遍推广吗?因为正如美国学者CharlesM．Vest所言，CDIO模式是一个高标准的要求，要求学生既精通高质量的制造，也知晓产品的设计，更熟稔商业的规则。那么对于国内众多的高职院校把曾经尝试过的诸如问题教学、项目教学、案例教学、做中学、主动学习、创业教育、产学研合作等教学模式或方法理解为CDIO模式的应用是不是有一些狭隘了呢?熊爱平和岳爱臣［8］认为这种认识是有偏颇的，也是不准确的。同时国内工科院校众多，其办学使命和培养目标不同，是否都需要极具系统思维和全员行动的CDIO模式?由于之前高校的同质化发展模式导致中国目前的工科院校均陷入科学化等化发展之路。同样，工科院校在转型过程中都选择CDIO模式是否科学合理呢?到底该如何选择适合自己学校特色的发展方向，也是国内高校一直没有解决的问题。在关于大学高等工程教育研究的文献中，针对我国工程教育的传统模式的思考与转型研究较多，而很少看到关于层次与结构分析的文献，只有在20世纪80年代的一次高等工程教育的层次与规格的讨论会上有关于这个问题的思考。章崇义［10］的《略谈我国高等工程教育的规格与层次》一文对此研究得非常清晰深入。现在想来这与中国大学的发展路径密切相关。中国大学整体进入升级阶段均想建成一个模式，均是科学研究导向型的大学发展模式，也就是学术化的发展之路，因此大学排行榜没有大学的差异性和独特性，或者有行业性的区分，或者学科与产业结构对接而没有学校层次和职能的区分与定位。如果说中国在冲击世界一流大学的模式中效仿的是美国大学模式，但在工科院校的工程教育发展中到底该采取哪种模式呢，也是盲目引进高标准的CDIO模式还是可以另辟蹊径，或者说在整体引进CDIO模式的思想和逻辑基础之上，再辅以其他国家如欧洲的德、法工程教育发展模式来解决具体的工程教育问题，值得深入研究。
2．CDIO模式与“卓越工程师计划”的对接
由此本文认为，尽管CDIO模式并没有明确划定哪些大学和哪些工程专业适用，但根据CDIO模式产生的背景以及创设的学校属性可以知道，CDIO模式针对的是高科技领域而非一般性的或者是产品制造端口的工科院校而言。那么对中国的工科院校而言则是对应在“卓越工程师计划”的对接，不应该仅仅局限在高职院校的教学方法和课程结构的调整与转变上。“卓越工程师培养计划”是2010年教育部协同有关部门以及相关的行业协(学)会创立并启动的。这一计划不仅提出了工科院校学生的培养目标在于培养工科学生的工程能力和创新能力，而且指出了工科专业培养创新人才的方法和途径就是行业企业深度参与培养过程目标。这一目标不仅包括传统的工科专业，同时也包括具有战略性的新兴产业，比如大数据、人工智能等相关专业，并且在各个层次的人才培养中体现出来。卓越工程师培养计划的提出标志着中国工程教育的改革与创新导向。尽管之前国家也过中长期发展战略和重大人才战略，但所有目标指向均是科学家、青年英才或创新创业人才等。那么卓越工程师计划如何按照工程师的目标指引，为中国培养出世界一流的工程师，到底在各个学校与各个专业如何进行的培养环节和创新环节则不仅仅是文件的和宣讲，而需要扎扎实实地进行观念的转变与课程的调整以及教学方式的革新。所以本文认为，要真正落实卓越工程师培养计划，在国家重点大学或双一流大学中倒应该进行CDIO模式的引入与尝试。可以全面细化CDIO模式的各个环节，把CDIO模式进行分解，根据各个层次学校的办学导向和目标来分别采用CDIO的不同环节与要求来进行工程教育的创新，全面创新我国工程教育，实现培养卓越工程师的目标。目前卓越工程师计划从三个阶段分三批学校进行。但我们知道，在这些工科院校中，学校的规模及层次是不同的，尽管我国的卓越工程师计划提出很多措施和具体要求，但并没有对具体的实施过程进行规划，而且对各个不同层次的学校如何创新工程师教育并没有展开讨论。应该开展CDIO模式的多元探讨和解读，同时不必要大规模开展，可以在几所重点大学中开展，不仅包括教学方面的变革，同时包括人事制度、考核制度、教务制度、财务制度等高校固有的行政管理体制的全面变革，这样才是真正符合CDIO模式的系统思维和整体思想［8］。通过这种符合中国工科院校实际情况的又具有国际化趋势的工程教育改革与创新，才能培养出不仅是精通本专业的技术专家，而且是在现代组织管理模式和市场机制运行下从事产品开发的工程师，同时更是以人类福祉为宗旨的具有社会责任感的工程人才和社会文明的缔造者［11］。而这才是CDIO模式与我国“卓越工程师计划”的真正契合，因此在卓越工程师计划中引进和采用CDIO模式更具有可行性。既借鉴CDIO模式的核心思想又根据现实情况有所创新，这才是值得工科院校仔细研究和理性思考的。3．CDIO模式的本土化建构的一种可能:学习效果导向如果说“卓越工程师计划”的试点中可以全方位借鉴和引入CDIO模式，那么对于大多数工科院校而言，应该如何落实CDIO模式呢，尤其是大多数进入CDIO模式试点的工科院校，这也是CDIO模式的本土化改造所必须面对的问题。因为任何教育思想的产生与创设都与其特定的文化传统和社会制度背景密切相关，如何在高等教育国家化之路上保有本土化的教育特色，是值得高等教育界仔细思考的问题。面对国内工科院校CDIO模式的“一刀切”跟风现象，李曼丽［12］认为，CDIO模式仅仅是美国改革工程教育的一种尝试和实践，但它是不是适合所有的学校来效仿，则并不是一个简单的答案。在美国的工程教育改革实践中创立了众多的工程教育模式，有的注重课程与教学，有的则根据科技新进展开发新的工程项目，还有的注重商业管理和工程结合在一起，那么也就是说在美国的工程教育改革中并没有统一的项目在引导和效仿，而是各有所长，各有侧重。由此可见对于国内众多工科院校来说，尤其是那些双非(原来是指既非“985”也非“211”的学校，而现在则指既非“一流学校”也非“一流学科”的学校)的学校，其培养合格的工程技术人才才是其重要的办学目标，因此如何提高学生的培养质量则是其面临的主要问题。由此在CDIO模式的引入中贯以OBE学习模式则是可行的一种工程教育改进之路。OBE是基于泰勒原理所创设的一种教育思想或教育理论，强调教育经验的选择与再创造，其核心思想强调教育目标与专业课程的整合［13］，同时匹配CDIO的系统思想来全面实现学生的预期培养目标。在这方面实践做得比较好的是汕头大学，其每个环节都围绕着CDIO进行，并使其中各个环节相互衔接这种做法，不仅仅是适合工科院校，对其他专业的教学改革或课程改革都具有参考价值，如果是这样的，那具有融合性与多元性的CDIO模式就不仅仅只是适合工科院校，它所蕴含的系统与整体思想就具有了普遍的高等教育思想内涵。
参考文献:
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孟丽菊 柴宇婷 辽宁师范大学教育学院暨田家炳教育书院
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