工程教育學(xué)科建設(shè)：美國的經(jīng)驗(yàn)與啟示

1、    工程教育學(xué)科建設(shè)美國的經(jīng)驗(yàn)與啟示    在線課程學(xué)習(xí)形式面向教學(xué)和培訓(xùn)崗位的工程師，包括大學(xué)或社區(qū)學(xué)院里的教授、講師及工程行業(yè)培訓(xùn)人員，或有意從事這些工作的人員。在線課程提供教學(xué)與學(xué)習(xí)、工程課程設(shè)計(jì)、評估學(xué)習(xí)與教學(xué)、網(wǎng)上學(xué)習(xí)平臺(tái)課程開發(fā)等方面的學(xué)習(xí)。這類課程由工程教育領(lǐng)域從業(yè)人員和研究人員開發(fā)，融合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和研究成果，通過該課程學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)者將具備實(shí)證基礎(chǔ)上的教學(xué)實(shí)踐能力和課程開發(fā)能力，可通過創(chuàng)新教學(xué)實(shí)踐來提高專業(yè)技能，以改善在教育環(huán)境中的教學(xué)和學(xué)習(xí)成果。三、美國工程教育研究漸成體系工程教育作為美國高等教育學(xué)的重點(diǎn)研究領(lǐng)域之一，受到越來越多的學(xué)術(shù)機(jī)

2、構(gòu)和學(xué)者的關(guān)注。一直以來，美國工程教育學(xué)會(huì)（asee）致力于工程教育研究，發(fā)布了系列成果報(bào)告，對工程教育研究起到了重要作用；美國國家科學(xué)基金會(huì)（nsf）對工程教育研究給予了大力支持，資助眾多學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)、高校和學(xué)者開展相關(guān)研究。mit、斯坦福大學(xué)等研究型大學(xué)也進(jìn)行工程教育改革的研究和實(shí)踐，特別是普渡大學(xué)、弗吉尼亞理工大學(xué)、猶他州立大學(xué)、辛辛那提大學(xué)等高校成立了專門工程教育學(xué)系開展工程教育研究。經(jīng)過多年發(fā)展，美國工程教育研究漸成體系。（一）研究領(lǐng)域逐步清晰。隨著相關(guān)研究的不斷深入，美國工程教育的研究方向逐漸明確，研究領(lǐng)域逐步清晰。比如普渡大學(xué)在工程教育研究方面形成了四大領(lǐng)域，弗吉尼亞理工大學(xué)和猶他州

3、立大學(xué)各自形成了六大研究領(lǐng)域，nsf對工程教育研究部分領(lǐng)域給予了重點(diǎn)資助，這些研究領(lǐng)域很大程度反映了美國工程教育研究現(xiàn)狀。表1為nsf及其他三所高校研究領(lǐng)域分布，結(jié)合各研究方向間的相關(guān)性和關(guān)聯(lián)度，大體上可將美國工程教育研究領(lǐng)域歸結(jié)為四個(gè)方面。表1美國工程教育研究領(lǐng)域分布nsf8普渡大學(xué)弗吉尼亞理工大學(xué)猶他州立大學(xué)工程課程工程課程工程課程工程課程工程職業(yè)發(fā)展工程職業(yè)發(fā)展工程職業(yè)發(fā)展工程職業(yè)發(fā)展工程教育改革工程教育改革工程教育改革學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)認(rèn)知能力認(rèn)知能力認(rèn)知能力工程思維工程思維非認(rèn)知因素非認(rèn)知因素工程中的多樣性和包容性工程中的多樣性和包容性工程中的多樣性和包

4、容性跨學(xué)科研究跨學(xué)科研究跨學(xué)科研究跨學(xué)科研究stem教育stem教育stem教育1.關(guān)于工程教育自身發(fā)展的研究。這一領(lǐng)域包括工程課程、工程職業(yè)發(fā)展及工程教育改革。工程課程包括工程課程、項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、開發(fā)和評估，涵蓋pk-12、本科和研究生層次等教育全過程。普渡大學(xué)、弗吉尼亞理工大學(xué)兩所開設(shè)新生計(jì)劃的高校，有針對性開展了新生工程課程研究，體現(xiàn)了學(xué)術(shù)研究為人才培養(yǎng)服務(wù)。工程職業(yè)發(fā)展包括工程專業(yè)學(xué)生及工程專業(yè)教師的職業(yè)發(fā)展路徑，如工程學(xué)生成長為工程師，教師要求發(fā)展適應(yīng)性專長。工程教育改革更多體現(xiàn)了通過對工程的歷史和性質(zhì)、工程變革理論的研究，引導(dǎo)工程教育體系變革。2.關(guān)于工程專業(yè)學(xué)生認(rèn)知與學(xué)習(xí)能力的研究

5、。核心是學(xué)生學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，最能體現(xiàn)工程教育學(xué)科建設(shè)的使命。包括影響學(xué)生學(xué)習(xí)的認(rèn)知因素和非認(rèn)知因素（如動(dòng)機(jī)、身份認(rèn)同）研究、教學(xué)方法的探索與創(chuàng)新，學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)與構(gòu)建、工程思維的培養(yǎng)、學(xué)習(xí)評估手段的運(yùn)用。通過研究學(xué)生個(gè)體的認(rèn)知規(guī)律，探索有效的教學(xué)方法，如主動(dòng)學(xué)習(xí)、服務(wù)和體驗(yàn)式學(xué)習(xí)、技術(shù)干預(yù)等方法，創(chuàng)造工程學(xué)習(xí)環(huán)境；注重培養(yǎng)學(xué)生的工程思維，如跨學(xué)科思維、設(shè)計(jì)思維等。體現(xiàn)了“以學(xué)生為中心”的教育理念。3.關(guān)于工程教育環(huán)境的研究。工程教育環(huán)境主要指工程的多樣性和包容性，包括種族、民族、階級和性別等因素。目的是創(chuàng)造多樣性和包容性的工程環(huán)境，擴(kuò)大工程教育的社會(huì)參與，在尊重個(gè)體差異的基礎(chǔ)上支持學(xué)生個(gè)性化發(fā)

6、展。學(xué)者們關(guān)注較多的是工程專業(yè)的女性、少數(shù)民族等弱勢群體的教育問題，體現(xiàn)了對社會(huì)公平問題的關(guān)注。同時(shí)關(guān)注點(diǎn)也延伸至stem教育領(lǐng)域多樣性。4.關(guān)于工程教育多學(xué)科和跨學(xué)科研究。涵蓋工程學(xué)、教育學(xué)、社會(huì)學(xué)、倫理學(xué)等多學(xué)科，尤其聚焦于納米工程教育研究；也涉及相關(guān)學(xué)科的交叉研究，如工程倫理學(xué)研究，關(guān)注工程實(shí)踐的社會(huì)倫理責(zé)任。同時(shí)包括從跨學(xué)科角度進(jìn)行思考、交流與協(xié)作，解決工程教育及工程實(shí)踐的復(fù)雜問題，如對stem教育的研究，不僅研究stem教育的工程教育，也研究如何通過跨學(xué)科課程設(shè)計(jì)、教師培訓(xùn)以有效支持stem整合教學(xué)。（二）研究團(tuán)隊(duì)逐步形成。隨著美國工程教育研究深入發(fā)展，圍繞既定研究領(lǐng)域，逐漸形成了跨

7、學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)。nsf對工程教育領(lǐng)域的關(guān)注與日俱增，以基金項(xiàng)目的形式資助學(xué)術(shù)組織或個(gè)人開展相關(guān)研究，以科研項(xiàng)目為中心，研究隊(duì)伍逐步建立。以普渡大學(xué)為例，2009年以來，工程教育學(xué)院承擔(dān)的科研項(xiàng)目數(shù)量呈上升趨勢，其中不乏nsf資助的項(xiàng)目。這些項(xiàng)目往往由多人共同開展，個(gè)人獨(dú)立承擔(dān)的研究項(xiàng)目極少。同時(shí)，在工程教育領(lǐng)域，美國各高校建立了多個(gè)研究中心，涵蓋工程教育、工程實(shí)踐、學(xué)習(xí)者、學(xué)習(xí)環(huán)境、社區(qū)合作等多方面，各研究中心由一名專家領(lǐng)銜、多名研究人員組成，圍繞各研究中心，形成了多支研究隊(duì)伍。此外，在隊(duì)伍建設(shè)、科學(xué)研究方面，校內(nèi)、校際間交流與合作頻繁，有助于知識互補(bǔ)，提升科研水平和解決實(shí)際問題的能力。普渡大學(xué)

8、工程教育學(xué)院聘請明尼蘇達(dá)大學(xué)、俄亥俄州立大學(xué)及校內(nèi)多個(gè)院系和機(jī)構(gòu)的教師擔(dān)任客座教授或兼職助理教授，與亞利桑那州立大學(xué)、斯坦福大學(xué)、弗吉尼亞理工大學(xué)等高校研究人員進(jìn)行廣泛合作。從普渡大學(xué)等高校研究隊(duì)伍的學(xué)科背景看，多數(shù)研究人員具有工程學(xué)科與教育學(xué)交叉的跨學(xué)科背景，其他少數(shù)具有純粹工程學(xué)科背景的研究人員，研究方向主動(dòng)向工程教育調(diào)整。同時(shí)，絕大部分研究人員已取得博士學(xué)位，少數(shù)人員獲得的是工程教育學(xué)博士學(xué)位，接受過嚴(yán)謹(jǐn)、規(guī)范的學(xué)術(shù)訓(xùn)練，具有扎實(shí)理論功底和豐富科研經(jīng)驗(yàn)，具備獨(dú)立開展研究的能力。一支高水平、跨學(xué)科的研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)形成。（三）研究范式逐步確立。探討美國工程教育的研究范式，首先要明確工程教育的特

9、有屬性。首先，工程教育是工程學(xué)科與教育學(xué)科的結(jié)合，是工程學(xué)科與教育學(xué)科交叉產(chǎn)生的新興研究領(lǐng)域，既包括教育學(xué)領(lǐng)域的教學(xué)和課程研究，同時(shí)也涉及工程學(xué)科研究，如制造工程、工程設(shè)計(jì)等。其次，從美國工程教育研究現(xiàn)狀看，工程教育與新興科學(xué)緊密結(jié)合，把新興科學(xué)最新成果運(yùn)用于工程教育研究。如工程教育與信息科學(xué)結(jié)合，研究網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、技術(shù)干預(yù)、在線學(xué)習(xí)等學(xué)習(xí)環(huán)境因素；與腦神經(jīng)科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)相結(jié)合，研究學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和認(rèn)知心理，以學(xué)生為中心，探討如何幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)。再者，工程教育要求理論知識與實(shí)踐相結(jié)合，實(shí)踐性是工程的根本屬性。近年來，美國高等工程教育改革強(qiáng)調(diào)“回歸工程”，工程教育從“科學(xué)范式”轉(zhuǎn)向“工程范式

10、”，工程教育越來越注重工程學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。同時(shí)，stem教育也要求學(xué)生加強(qiáng)學(xué)習(xí)和實(shí)踐。可以看出，工程教育作為新興研究領(lǐng)域，具有多學(xué)科基礎(chǔ)，進(jìn)行工程教育研究需要工程學(xué)科、教育學(xué)科、信息科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)等多學(xué)科或科學(xué)的支持，美國工程教育研究逐步形成了跨學(xué)科整合的研究范式。四、美國經(jīng)驗(yàn)對我國新工科建設(shè)的啟示從美國經(jīng)驗(yàn)看，工程教育改革的一大特色在于通過不斷加強(qiáng)工程教育學(xué)科建設(shè)以引領(lǐng)工程教育發(fā)展。面對工程教育改革的諸多挑戰(zhàn)，美國工程教育領(lǐng)域通過不斷創(chuàng)新人才培養(yǎng)方式、加強(qiáng)學(xué)術(shù)研究等途徑服務(wù)于社會(huì)對高質(zhì)量工程教育的需求。在此過程中，工程教育學(xué)科建設(shè)日趨成熟，逐步建立起了較完善的人才培養(yǎng)體系和學(xué)術(shù)

11、研究體系，工程教育學(xué)學(xué)科初見端倪。通過專門工程教育學(xué)科建設(shè)，可更好促進(jìn)和引領(lǐng)工程教育改革和發(fā)展。美國工程教育學(xué)科建設(shè)對我國新工科建設(shè)具有重要啟示。（一）加強(qiáng)人才培養(yǎng)，培養(yǎng)專門工程教育師資和研究人員。首先，工科教師的職業(yè)素質(zhì)有待加強(qiáng)。工科教師的教育教學(xué)技能欠缺和與工程實(shí)踐脫節(jié)，已成為制約我國工程教育質(zhì)量的關(guān)鍵。當(dāng)務(wù)之急是建立一支高素質(zhì)工程教育師資隊(duì)伍，既熟練掌握教育教學(xué)專業(yè)技能，還具備豐富工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。美國工程教育師資培養(yǎng)主要由研究型大學(xué)來承擔(dān)，普渡大學(xué)等高校的一項(xiàng)重要使命就是培養(yǎng)工程教育師資，對未來的教師和在職教師進(jìn)行培訓(xùn)，以提高工程教育質(zhì)量。我國工程教育師資也來源于高校，培養(yǎng)高質(zhì)量工程教育師

12、資要從源頭做起。高校課程設(shè)置可實(shí)行雙學(xué)位，鼓勵(lì)工科學(xué)生選擇教育學(xué)輔修專業(yè)，掌握教育學(xué)基礎(chǔ)理論和教學(xué)技能；有條件的可提供學(xué)生課堂教學(xué)實(shí)踐。加強(qiáng)學(xué)校與社會(huì)間的交流溝通，為工科學(xué)生提供參與工程實(shí)踐的機(jī)會(huì)。開展繼續(xù)教育，利用“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的優(yōu)勢為在職教師提供培訓(xùn)，完善教育教學(xué)技能。其次，我國工程教育研究隊(duì)伍有待充實(shí)、提高。美國工程教育研究隊(duì)伍由專門研究人員和工科教師兩類構(gòu)成，研究人員兼具工科教師身份，多數(shù)具有跨學(xué)科背景，尤其具有工程學(xué)科和教育學(xué)科交叉的雙重背景。與美國相比，我國工程教育研究隊(duì)伍，主要由高等教育研究者構(gòu)成，工科教師和工程實(shí)踐者參與不足。研究人員學(xué)科背景較為單一，以工程學(xué)科或教育學(xué)為主。

13、重點(diǎn)培養(yǎng)具有跨學(xué)科背景，尤其是工程學(xué)科和教育學(xué)科背景的研究人才，鼓勵(lì)工科教師和工程實(shí)踐者轉(zhuǎn)向從事工程教育相關(guān)研究，建立一支高素質(zhì)、具備跨學(xué)科研究能力的研究隊(duì)伍。工程教育研究，需要教育研究人員、工科教師、工程實(shí)踐者多方參與。（二）加強(qiáng)學(xué)術(shù)研究，推動(dòng)工程教育學(xué)科建設(shè)。一直以來，我國工程教育依附于高等教育學(xué)科，尚未獲得獨(dú)立性地位。工程教育本身有獨(dú)特發(fā)展規(guī)律和內(nèi)在邏輯，既不同于普通高等教育，也與職業(yè)教育有所區(qū)別，繼續(xù)依附于其他學(xué)科和固守其他學(xué)科的邏輯范式，會(huì)阻礙工程教育研究的進(jìn)一步發(fā)展。目前，我國工程教育取得了長足進(jìn)步，但辦學(xué)理念、人才培養(yǎng)模式等方面仍存在一系列問題，新工業(yè)革命帶來復(fù)雜的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有層次

14、研究難以適應(yīng)工程教育的新需求，亟待拓展研究的廣度和深度，把工程學(xué)和教育學(xué)結(jié)合到更高層次水平上進(jìn)行系統(tǒng)、深入的研究。近年我國工程教育研究取得了一系列成就，研究領(lǐng)域逐步明確，研究隊(duì)伍持續(xù)擴(kuò)大，相關(guān)學(xué)術(shù)組織和研究機(jī)構(gòu)逐步建立，學(xué)術(shù)活動(dòng)不斷開展，工程教育學(xué)科建設(shè)具備了良好基礎(chǔ)。當(dāng)前，跨學(xué)科研究日益成為學(xué)科發(fā)展的主流，加強(qiáng)工程教育學(xué)科建設(shè)，不能固步自封，在解決理論和實(shí)踐問題導(dǎo)向下，基于證據(jù)的實(shí)證方法和范式都可為我所用。9基于我國現(xiàn)有研究成果，借鑒美國工程教育研究的部分內(nèi)容及范式，拓寬研究領(lǐng)域和思路，對工程教育的內(nèi)在邏輯、外部環(huán)境進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)和規(guī)范的研究，推動(dòng)工程教育學(xué)科建設(shè)。（三）新工科建設(shè)，理論先行。新工

15、科建設(shè)是我國在新工業(yè)革命背景下、順應(yīng)國際工程教育改革潮流提出的工程教育改革新方向，同時(shí)是適應(yīng)和引領(lǐng)新經(jīng)濟(jì)、新產(chǎn)業(yè)發(fā)展的工程教育新模式。新工科建設(shè)催生工程教育體系變革。傳統(tǒng)知識課程結(jié)構(gòu)、人才培養(yǎng)模式、學(xué)術(shù)研究范式已不適應(yīng)甚至落后于新形勢，新工程教育體系呼之欲出。新工科建設(shè)既是大勢所趨，也是工程教育自身內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力所致；既需要充分調(diào)動(dòng)和發(fā)揮自身活力，又需要發(fā)揮理論的引領(lǐng)作用。世界變化速度之快，帶來的挑戰(zhàn)愈加復(fù)雜，未來更難以預(yù)測。如何發(fā)揮理論對新工科建設(shè)的引領(lǐng)作用？mit在“新工程教育轉(zhuǎn)型”形勢下進(jìn)行了一次基準(zhǔn)研究并發(fā)布了調(diào)查報(bào)告，以了解全球工程教育前沿、展望工程教育未來的發(fā)展趨勢，為工程教育改革提供

16、智力支撐。10這一做法值得借鑒。目前，我國部分高校走在新工科建設(shè)前列。天津大學(xué)成立的新工科教育中心，開展了新工科教育教學(xué)理論研究和實(shí)踐探索，探索工程教育新范式。另外，實(shí)踐性是工程的根本屬性，也是工程教育研究不可回避的問題。開展工程教育理論研究，要緊密聯(lián)系實(shí)踐，脫離實(shí)踐理論會(huì)成為空談。今天學(xué)校培養(yǎng)的工程師是為明天社會(huì)上的職業(yè)服務(wù)的，跟隨和超越社會(huì)發(fā)展步伐，才不至于被社會(huì)淘汰。要用工程教育研究的理論成果為新工科建設(shè)提供智力支撐，引領(lǐng)新工科建設(shè)。注釋：如無特別說明，本文資料均源于美國普渡大學(xué)、弗吉利亞理工大學(xué)、猶他州立大學(xué)和辛辛那提大學(xué)四所高校工程教育學(xué)系（院）官網(wǎng)。參考文獻(xiàn)：1“新工科”建設(shè)復(fù)旦共

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