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伦敦大学学院本科工程教育体验教学及其启示

作者:李肖婧 张炜来源:高等工程教育研究发布时间:2019-11-01阅读次数:10

一、21世纪工程范式下“体验”的概念与内涵

早在1961年,美国工程与技术鉴定委员会的前身美国职业发展协会指出:“工程是一种专门职业,(从事这种职业的人)需要通过学习、体验和实践所获得的数学和自然科学知识用于开发并经济有效地利用自然资源,使其为人类造福。”这一定义明确指出工程师形成的三大阶段,其中实践阶段指职业工程师在工作岗位中的专业实践,注重“做”这一行为本身;学习阶段主要指在大学期间进行工程理论知识的获取;体验阶段是联结理论学习与专业实践的中介桥梁,强调在做中学,在做中反思,在做中认知工程实践,其依靠大学开展的工程教育和新入工程职场中的初步训练得以实现,在工程师形成过程中发挥着无可替代的重要作用。

在变化显著且日益全球化的21世纪,大数据、云计算、物联网、人工智能等创新产业的出现使得工程活动的复杂性、规模性和跨界性均处于前所未有的状态,21世纪的工程师培养愈加需要着力于工程的系统性、实践性和创造性。在此背景下,“体验”的内涵不再是传统的在理论内容上简单地增加基础性、验证性的动手操作环节,也不是在方法上回到技术导向时代画图、翻查载满公式的手册,而是需要在肯定科学理论的基础上,强调回归工程的实践本质、综合特征和系统整体性。

二、国内外大学本科工程教育体验教学的开展现状

本科工程教育是工程教育系统的核心要地,从国内外工程本科毕业生质量来看,他们在专业知识、逻辑思维、工具使用等方面的表现得到了雇主肯定,但在实际动手能力方面却相对欠缺,这是当前本科工程教育的显性短板。具体来说,本科工程教育虽能让学生接触一些基础性的动手操作训练,但对于系统化、综合化、为专业实践做充分准备的体验的提供,无论在数量、内容还是结构组织方面都与当前工程师培养要求存在较大差距。

大学本科工程教育迫切需要构建一套围绕全新体验内涵开展的教学模式,以促使工科学生以整合、系统、应变、再循环的视角去看待工程问题。世界各地尤其是欧美地区,已有许多院校率先实现对本科工程教育体验教学的改革(见表1),且改革取得重大成效,或得到用人单位认可,或获得工程教育领域重要奖项,或实现工程专业排名进步等。

相较于国外高校的积极探索,我国工程教育界的改革进程则略显滞后。2017年2月,教育部在复旦大学召开高等工程教育发展战略研讨会,会议达成我国“新工科”建设的共识:探索我国工程科技人才培养“新模式”,完善中国特色工程教育的“新体系”,实现我国从工程教育大国走向工程教育强国的目标。“复旦共识”以及后续“天大行动”“北京指南”的形成,标志着我国工程教育以及作为工程教育优化升级重要组成的体验教学将迈入“重质、求新”的历史新阶段。

三、UCL本科工程教育体验教学模式探析

世界领先的研究型大学——英国伦敦大学学院UCL近年来因其对本科工程教育的重新设计和体验教学模式改革而在全球工程教育舞台上绽放光彩。首先,这是一所建于1826年的老牌欧洲名校,其工程教育模式已十分成熟,在如此情境下对其进行彻底变革,体现了UCL工程科学学院破釜沉舟的决心。其次,在变革规模上,作为涉及学院全体本科生(近3000人)的改革,影响范围之广令人印象深刻,是对“如何扩大高质量体验教学的应用规模”这一工程教育界长期疑虑的有效回应。最后,变革实现了对工程体验和学习环节的全面整合,完全摆脱了理论教学与体验教学两张皮的现象。 

UCL工程教育变革受到工程教育界的普遍赞赏,2017年英国高等教育学会为变革领导团队颁发“卓越教学合作奖”;2018年,MIT发布报告《工程教育的艺术的全球现状》,将UCL引为“十大当代工程教育领袖之一”以及“工程教育的新兴领导者”。

本文将从教学模式的组成要件———教学目标、教学内容、教学方法、教学评价和教学支持五个维度着手深入剖析当前UCL本科工程教育体验教学模式。

1.体验教学改革背景:审视工程教育,关注教学质量。

在2010年之前,UCL工程科学学院的本科生计划常被冠以“非常注重工程科学,极少以团队形式开展工作或体验,学院所属各系极为独立、少有交叉”等特征。认识到上述局限,且在英国大学本科学费逐渐上涨致使本科教育质量备受国家关注的背景下,时任院长相信学院需要采取一种完全不同的方式来对待已陈旧落后的本科工程教育。随后学院推出综合工程计划(IEP:一项嵌入学院下属8个系的共同课程框架),对其本科课程进行彻底变革,在重构工程理论课程的同时融入了大量强调系统、综合、创造的体验元素。

2.体验教学开展过程:强化系统性设计,集成多学科知识,协同全方位资源。

(1)教学目标。

UCL认为21世纪工程师应具有想要塑造世界并对各类社会挑战产生深刻影响的欲望;具备设计解决方案和质疑现有思想的知识和能力;拥有自信、自主和创业精神;在创新团队中能够发挥项目和技术的领导作用。为此,学院对其体验教学进行了全面升级改造,以加深工科学生对工程原理的理解,更关键的是,促使学生具备产业十分关注且在传统课程中并未强调的技能和素质,如沟通和团队合作能力、创造性和批判性思维、综合和整体的工程设计能力、工程实践应用能力、项目管理能力等。

(2)教学内容。

UCL本科工程专业计划学制为三年,学生初进学院就在特定系中学习,这些系均遵循共同的框架来设计和组织其课程,框架由七大课程模块组成:挑战模块、核心专业课程、设计和专业技能课程、场景模块、“如何改变世界”模块、辅修课程和专业综合体验课程。几乎所有模块都融入了体验元素:其一是融于理论课程的离散型体验,表现为在核心学科课程中辅以对课程所提及的概念原理的验证或简单应用;其二是大量综合型工程项目体验,其被视为UCL体验教学的核心,表现为在本科学位计划的不同阶段为学生提供符合其学习水平且需系统运用多种工程知识与技能的实战机会,分为早期、中期、终极工程项目体验。

早期工程项目体验:让学生尝试解决复杂工程问题中的部分子问题从而产生对工程师和工程实践的初步认知,通过挑战模块实现。该模块由面向新生展开的两个为期五周的工程项目构成,其中挑战1由各系完成设计实施,如2016/17年土木、环境与测绘系要求学生以2010年智利地震为背景围绕结构、岩土工程、交通运输三项主题分组进行方案设计。挑战2由学院组织,2015年的挑战主题为结核病疫苗制造工厂,全体学生被分成35个多学科小组;每一小组包括3个专业团队:土木和机械工程师聚焦工厂的动力和结构,电气工程和计算机科学家专注生物反应器的控制系统,化学/生物化学/生物医学工程师专注生物反应器。

中期工程项目体验:呼应每学期设置的不同理论课程,对学生的专业能力尤其是设计能力进行阶段性训练,通过场景模块中为期一周的全日制项目实现。UCL工科课程的头两年主要由各系组织的六个为期五周的场景构成,每一场景中有四周被用于核心专业课程和专业技能学习,并在最后一周或开始一周以全日制形式进行一个强化设计项目以实现理论应用或探索,具体项目如地铁车厢设计、道路设计、风力发电厂设计等。无论何种情形,强化项目均与理论学习密切联系,且项目的设计伴随学生知识的深化、拓宽和能力的增强而愈加复杂、开放。为确保真实性,项目开展常涉及与外部伙伴如产业、慈善机构、区域共同体等合作。

终极工程项目体验:使学生对前两年所学知识与技能进行综合、创新应用并系统考虑解决方案的可行性,通过“如何改变世界”模块和专业综合体验课程实现。本科二年级的最后两周,学院全体学生将汇聚一堂参与“如何改变世界”项目,学生被分配到不同的多学科小组开发创意与实用并举的方案以应对各种人道主义挑战。此外,在本科第三年,各系还将为学生提供符合专业培养目标的综合性工程训练,促使其将先前所获知识与经验应用于工程实际问题解决,同时推动学生以更广泛的法律、财务、社会、文化、环境等视角去看待工程。

(3)教学方法。

UCL除在课程中采用实地考察、课程设计等多种基础性、验证性的传统体验方法为学生提供初级技能训练之外,其设置的所有综合工程项目体验均涉及以开放式工程问题为背景,以同一学科或跨学科团队为组织形式,鼓励学生在主导项目工作的过程中运用多种视角和技能创造性地解决工程问题。通常在课程中占据主导地位的教师在项目体验中则更多扮演引导者和协调者,对具体项目进行设计和选择,担任工程项目的技术顾问,监管项目的进程并给予学生团队及时反馈等。以2017年“如何改变世界”模块为例,该年课程围绕联合国提出的5项可持续发展目标展开:水和卫生设施、难民的能源需求、包容性交通运输系统、可持续的智慧城市和循环经济。学院750名学生被分配成5个跨学科小组以开发实用且新颖的解决方案。如在“水和卫生设施”这一主题中,该组学生被要求为城市或乡村提供水和卫生设施的设计,方案需为当地居民可负担和接受,同时还包括方案的实施与资助方式。所有参与学生将在课程最后的创新展示会上呈现作品并交由专家小组审查。除却校内导师、相关负责人、研究生助教对学生团队的管理与指导外,来自35个组织的65位专家也参与其中,既扮演客户对提出的挑战进行解释及对最终成果进行评价,同时也为学生提供指导和建议。

(4)教学评价。

突破以往由教师主导的评价制度,UCL将同伴、客户以及学生自身同时纳入教学评价队伍,以确保评价结果的科学合理性。对综合工程项目中学生学习成果的评价是学校教学评价面临的一大挑战,主要围绕团队工作成果和个体成员实际贡献两项内容进行。团队工作评价内容包括项目中期进展、最终设计与展示情况等,评价流程为:教师事先与学生沟通团队工作的学习成果和评价标准;确定团队成员及形成过程,为处理团队工作可能遇到的障碍制定策略,向学生明确分数的分配规则,等等。个体成员贡献度评价主要通过团队同伴互评方式实现。UCL开创了许多同伴评议工具,如利用Moodle平台进行在线同伴评议管理、引入由学生自主形成的同伴评价指标体系等,评议程序为:教师向学生解释同伴互评的意义,对学生该如何撰写反馈提供指导,尽可能确保评分的匿名性,对学生进行事先培训与练习,等等。除此之外,自我评价、考勤表等也是在各类体验中考察学生学习成果的重要方法。

(5)教学支持。

UCL本科工程教育体验教学实施所需的外部支持:首先,体现在软硬件资源的配置上。软件方面,学院及下属各系重新任命了一批(约80名)在教学和产业方面具有丰富经验的教学研究员,为体验教学带来专业知识与技能;硬件方面,正在建造的UCL东部校区将为学院带来约2500平米的崭新空间以应对大规模工程项目体验的开展。其次,体现在密切的校内外合作上。合作伙伴的积极参与为体验教学实施创造了多种可能,其中校企合作尤为重要,企业通过为多学科团队设定工程问题、指派员工作为项目工作指导者、为学生提供研究案例等方式参与工程人才培养。最后,体现在重视教学的校园文化上。在院校领导的深思远虑和坚定拥护下,学校及学院的整体环境都在朝着“回归教学、注重质量”的方向转变:一是鼓励师生进行教学创新,如学校创建教学支持平台UCL创变者为相互协作的教师和学生所发起的教育改革项目提供资金支持;二是彻底改革对教师的任命和晋升制度,将重点转移至对教学成果的认可和奖励,如UCL技场为各类教学人员提供帮助并成为他们申请获得研究员职称的通道;三是注重工程教育研究,2015年成立的UCL工程教育中心发挥着评价学生的学习和为学生提供学术支持、丰富工程教育的专业知识并影响其他地方的实践等功能。

3.体验教学模式构建:形成创新整合的体验教学有机体。

UCL本科工程教育体验教学模式的构成要件呈现如下特征:要件之间相互作用,互为支撑,共同构成创新整合的体验教学有机体。

(1)聚焦技能与素质的体验教学目标。

UCL工程教育的最终愿景是要培养能够认识、实践和创新工程的21世纪工程师。要实现如是目标,深厚的理论功底、娴熟的工程技能、专业的工程素养三者缺一不可。对课本知识的理解当然是体验教学开展的目标之一,但这主要属于理论教学的核心任务,体验教学的主要目标是培养理论知识以外的实践技能和综合素质,这是对理论教学的一种补充和深化。

(2)贯穿综合工程项目的体验教学内容。

在开展内嵌于理论课程的零散体验同时,绩使其了解自身的真实水平,激励学生的学习热情,促进学生个体的全面发展,同时对体验教学设计和实施成效进行有效监控,以实现教学改进。UCL设置了多个适宜于学生学习水平的综合工程项目以贯穿本科课程的各个环节,从而构成一体化的体验教学内容。在工程项目体验的结构安排方面,项目体验与理论课程之间呈现交叉融合的横向整合关系;不同工程项目体验之间又以循序渐进的方式实现有效衔接;在工程项目体验的内容设置方面,主张以设计为核心,并与现实世界相连通,能够根据产业需求变化而进行及时调整。

(3)突显学生主导的体验教学方法。

UCL非常重视在应用实地考察、课程设计等基础性体验教学方法的同时采用基于问题的学习、基于项目的学习和协作学习这些以学生为中心的综合性教学法。在学习方法上,注重以开放式问题为导向,以项目为载体,学生通过问题解决或项目工作认知工程专业实践;在学习内容上,现实工程问题通常需要融汇多学科知识加以解决;在学习形式上,采取单一学科或跨学科团队协作,团队成员间相互交流合作以实现知识共享和项目推进;在学习主体上,强调由学生主导过程开展,教师承担引导与协调的辅助角色。

(4)重视多元开放的体验教学评价。

开放多元是UCL本科工程教育体验教学评价的主要特征,包括评价主体多元化、评价方式多样化、评价内容全面化和评价流程规范化。开展如是评价的目的在于通过给予学生科学合理的成绩。

(5)注重全面统筹的体验教学支持。

全面统筹的教学支持是确保完整的体验教学模式得以真正构建与落实的关键,在案例中表现为充沛的软硬件资源、密切的校内外合作关系和重视教学的校园文化。除了发挥保障性作用,各要素还承担着教学优化的功效,进而实现体验教学模式内部的循环更新。

四、改革启示

UCL案例为我国各类高校优化本科工程教育体验教学以及持续深化落实“新工科”改革与实践提供了下列重要启示:

1.明确以工程专业实践为导向的培养目标,增强对体验教学的理解与重视。

现代工程活动的演变对传统工程师职责提出了新要求,也催生了大量前所未闻的工程师岗位,纯粹的理论教学在就业市场面前已愈显无力,我国本科工程教育总体上应充分认识这种变化,在传统和新兴工程学科领域调整工程教育的着力点,打破以往“教师主导,理论教学优先”的一贯格局,坚持强化工科学生在真实产业环境中的实践经验和职业意识,充分理解和发挥体验教学在工程师培养过程中的重要作用。就工科优势高校而言,体验教学应面向国家发展战略、国际新技术和新产业发展、国家战略性新兴产业等前沿和未来领域,服务于卓越工程人才的培养;就综合性高校而言,体验教学应重视未来新产业、新技术的趋势,推动非工学科与工程学科的跨界整合,服务于复合型工程科技人才的培养;就地方性高校而言,体验教学应侧重立足地方产业结构调整或企业技术进步所需的实用技术开发、技术创新和服务,服务于工程技术应用型人才的培养。

2.强调工程教育整体课程的顶层设计,完善对体验教学内容的设计与组织。

加强体验教学并非只在课程体系内部做加减法,需要将现有课程打碎重组,顶层设计十分关键。无论是新兴专业建设还是传统专业转型升级,在设计和组织体验教学时应根据专业培养计划拟定的培养目标,重新审定、合理调整总的课程设置,明确每门课程的地位和边界,再对具体课程进行改革。重组后的体验教学应是:理论课程和体验活动之间在内容上相互关联,在结构上互为支撑;各类体验活动之间的安排具有层次性与连贯性;突出对以设计为核心、具有高度跨学科特性的综合项目体验的重视,同时辅以相对零散的多种体验形式。

3.树立以学生为中心的教学观念,改进对体验教学方法和评价的选择与实施。

体验教学方法的选择及体验教学评价实施应紧扣新工科建设提出的“学生中心、产出导向、持续改进”的先进理念,激励学生的学习热情,促进其自我认知与反思。第一,应尽可能营造真实的工程情境(真实的问题、项目、团队、方案验收标准等),鼓励学生以工程师身份与同伴、业界工程师进行互动讨论,自主完成工作,教师只在必要时进行干涉,更多发挥监管和观察作用。第二,学生学习成果评价要做到“因时因事制宜”,以能力和素质评价为导向,积极引进用户、学生、同伴等多项评价主体,对“一切有助于提升学习成效”的创新评价方法进行大胆尝试、小心求证,对具体评价流程进行精心设计、及时公开。

4.营造协同创新的外部环境,深化对体验教学改革的计划与执行。

体验教学改革是一项系统工程,需要协同创新的外部环境配合。第一,应实现软硬件资源、校内外资源的有效整合:重视实践性师资的引进与栽培;将行业背景和实践经验视为教师考核、评价的重要内容;优先对教学空间、设备材料、配套技术进行专项投资;勇于建立、努力加强和悉心维持校内外合作伙伴关系,工科优势高校侧重与世界一流新葡亰科大学、国内外产业领先企业的交流,综合性高校侧重与国际一流大学、国内外产业技术领先企业的合作,地方性高校侧重与区域内产业企业的深度互动。第二,为体验教学改革创造积极包容的良好氛围:依靠工程教育领导者与改革者的远见卓识;激励教师参与教学创新,平衡教学和研究在教师考核甚至职位晋升中的地位;同时注重工程教育研究与实践并举。李肖婧,浙江大学公共管理学院、科教发展战略研究中心博士研究生;张炜,浙江大学中国科教战略研究院副院长、科教发展战略研究中心副主任、研究员、博士生导师)

责任编辑:范卫波
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