作者：翁史烈,黄震,刘少雪,总主编:姜斯宪
出版社：上海交通大学出版社
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面向21世纪的工程教育试读：
前言
2010年6月，为了完成“建设创新型国家、建设人力资源强国”等战略部署，教育部启动了“卓越工程师教育培养计划”，提出的卓越工程师人才培养目标是要面向工业界、面向世界、面向未来，培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量的各类型工程技术人才，为建设创新型国家、实现工业化和现代化奠定坚实的人力资源优势，增强我国的核心竞争力和综合国力。2011年受中国工程院委托、教育部人文社会科学研究项目资助，上海交通大学组织全校有关力量承担了“研究型大学工程科技人才培养体系研究”项目。历时三年多，项目组回顾了美国与欧洲主要发达国家的工程教育改革，分析总结了百年交大工程教育的特点，深入开展了工程科技人才培养理念研究、面向工程科技人才培养的课程体系和教学方法研究、工程科技人才培养实践教学环境建设研究、工程科技人才学习效果的实证研究和基于慕课（MOOC）的工程科技人才培养研究。项目组由翁史烈院士、黄震教授负责，主要研究成员由刘少雪教授、高捷教授、杨颉研究员、付宇卓教授、蒋建伟副研究员、郑益慧教授、丛峰助研、李红梅讲师等组成。吴凡、吴益锋、王竹筠、丁洁、邢磊、邱意弘、喻丹等也参加了本书的编写工作。
本书即为项目组取得的相关研究成果。编者第一章工程科技人才培养理念的研究
伴随着巨大经济发展与变革的21世纪，科学技术是人类社会进步的基础。在世界范围内，欧美等发达国家都将工程科技人才的培养提升到国家发展战略的高度，美国提出面向21世纪的工程科技人才培养理念，包括知识基础、创造能力、实践能力、沟通能力、团队合作能力、商业意识、管理能力等方面的能力与要求。美国、法国的工程师培养倡导“精英教育”，注重创造真实的工程环境；德国工程师培养则注重从理论和应用两个层面来培养，倡导与企业开展广泛合作。中国高等工程教育界已深刻意识到，工程科技人才的培养质量直接关系到中国科技创新水平与社会可持续发展的程度，并提出培养兼具工程技术与创新意识、具有兼具时代使命感与责任感的工程科技人才培养理念。第一节世界发达国家工程科技人才培养理念的变化趋势［1］
物联网、云计算等一系列新兴技术的迅猛发展，将人类社会带入了一个新的时代，开启了基于信息和网络之上的生产和创新科技发展阶段。2011年著名咨询公司麦肯锡在《大数据：下一个创新、竞争和生产率的前沿》提出，“我们正处在一个巨大浪潮的尖峰。这个浪潮，就是大数据驱动的创新、生产率提高、经济增长以及新的竞争形［2］态和新的价值的产业”。2014年，中共中央总书记习近平在上海考察调研时，要求上海始终立足国内、放眼全球，着力实施创新驱动发展战略。他指出：“当今世界，科技创新已经成为提高综合国力的关键支撑，成为社会生产方式和生活方式变革进步的强大引领，谁牵住了科技创新这个牛鼻子，谁走好了科技创新这步先手棋，谁就能占［3］领先机、赢得优势。”创新驱动的根本是人才驱动，我国是否能在信息化高度发展的时代具备国际竞争力，根本是高素质创新科技人才的竞争。目前，我国人才发展总体水平与世界先进水平相比还有很大差距。在此背景下，承载创新人才培养使命的工程教育亟须加快转变工程科技人才的培养理念，以培养创新型人才为前提。
在创新驱动为根本的大数据时代，世界各国的工程教育在21世纪到来之际也同样遇到了很大挑战，人们意识到工程和工程师在新的时代背景下被赋予了更多的含义，正如麻省理工大学（Massachusetts Institute of Technology，MIT）的Rosalind Williams教授所说：“工程已经成了极度开放的、‘包含一切东西的专业’，科学、管理、艺术领域都有它的投影，没有权威的机构为它限定一个总体上的任务范围”，为此，“科学、市场、设计、系统、社会……都在［4］往已经拥挤不堪的课程表上塞课”，工程教育承受着海量知识和技能的不断挤压，人们对工程教育和工程师的期望不断提升。20世纪90年代以来，美国工程教育掀起了“回归工程”的浪潮，提出“大工程观”。这一理念主要针对传统工程教育过分强调专业化、科学化，从而割裂了工程本身提出来的。因此所谓“回归工程”，实际上就是回归工程的本来含义，是建立在科学与技术之上，包括社会经济、文化、道德、环境等多因素的大工程含义。在此理念下的美国工程教育，不仅要求学生学习工程科学的知识和理论，还让“学生接触到大规模的复杂系统的分析和管理”，这不仅是指对有关技术和学科知识的整合，还包括了对更大范围内经济、社会政治和技术系统日益增进的了解。在这样的时代形势下，美国及欧盟等在近年来连续对本国或地区的工程教育改革提出改革思路，有以下几点值得关注：
一、欧美发达国家对现代工程教育发展背景的认识
这里所说的背景包括两方面的内容：一是从纵向背景看，人类社会已经进入知识经济时代，其中与工程教育的相关点在于工程师从大学中所获得的知识，越来越不足以支撑其职业成长历程的需要，甚至在其踏入职场之后的3～5年时间内，其所运用的知识就需要被全部更新。二是从横向背景来看，经济全球化和人才竞争国际化的趋势对世界高等教育的影响越来越明显，任何国家和地区都不能忽视经济全球化对高等教育国际化的影响。针对这一趋势，美国前总统顾问John Marburger曾经做出这样的判断：“美国科学和工程人员未来的力量，会受到两个长期趋势的不利影响：一是科学和工程人才的全球竞争更为加剧，这样，美国尚未得到满足的对于工程技能需求，可能无法再依靠国际科学与工程劳动力市场得到解决。其次，进入劳动力市场的美国本土理科及工科毕业生很可能会下降，除非国家对所有的人口群体进行干预，以提高理科及本土的理科及工科学生教育的成功［5］率，特别是那些在科学和工程职业中参与不足的人口群体。”人才竞争国际化程度的加剧，不仅对美国的工程教育有影响，其他国家和地区亦不能幸免。
1.现代社会对工程师的素质要求
与工业革命乃至21世纪之前的工程师不同的是，由于工程已经成为科学、技术、市场、管理等各方面的高度结合体，现代社会对工程师的素质要求也相应地超过了传统意义上的工程师，社会对工程师的需求呈现立体化趋向：一方面，社会需要一部分高度专业化或职业化的工程师，他们能够一如既往地顺利解决已经比先前复杂若干倍的专门领域的工程问题；另一方面，社会还需要一批能够应对和处理新出现的各种复杂问题的新型综合性工程师，相比于前一类工程师来说，这后一种工程师需要具有更强的系统性和创新性素质。即便是对同一位工程师来说，社会对他不仅有专业深度上的要求，同样还有知识广度方面的要求。针对这样的形势，美英两国的国家工程机构都做出了具体响应。美国工程院在2004年发布的《2020工程师》报告中提出，2020工程师的关键特征有7个方面：分析能力、实践经验、创造力、沟通能力、商务与管理能力、伦理道德、终身学习能力等，具体来说，就是要具备“较好的科学与数学基础，能够通过人文学科、社会科学与经济学来拓展设计的视野，在创造过程中强调有效的领导［6］力来发展与应用下一代技术，以解决未来的问题”。并且该报告还提出了对2020年工程师的期望是：充分认识工程专业的实践特性及社会背景，具有跨学科边界的工程实践，为社会和世界的可持续发［7］展开展工程实践，为培养未来工程师而开展教育。英国皇家工程院在2007年发布的《培养21世纪的工程师》报告中提出，“目前工程事务要求在两大领域具备能力和特性的工程师：技术理解和技能应用”，具体来说，即“第一是有完整的学科基础知识、强烈的数学理解能力、创造与创新能力，以及在实践中应用理论的能力；第二是能使工程师在商业环境中高效工作的一套能力，包括沟通能力、团队合［8］作能力，以及对工程决策和投资的商业嗅觉。”由此可以看出，美英两国对21世纪工程师的素质要求具有很大的一致性，即工程师需要在知识基础、创造能力、实践能力、沟通能力、团队合作能力、商业意识、管理能力等方面都有良好的基础和表现。
美国研究者对企业雇主与工科毕业生的调查结果也基本反映了上述观点，即在企业雇主看来，工程师最重要的前五项能力是：有效交流能力；解决工程问题的能力；应用数学、科学及工程知识的能力；［9］使用现代工程工具的能力；团队合作能力。另一项对工科毕业生的调查也认为，工程师最重要的前五项能力分别为：团队合作能力、数据分析能力、解决工程问题的能力、有效交流能力、终身学习的能［10］力。
2.工程教育需要对现代社会的要求做出反应
工程教育通过毕业生直接面对企业的需求。当美英及其他部分发达国家感到国内的工程教育规模不足以支撑其未来需要之时，扩大工程教育规模、吸引更多的国内外优秀青年加入工程教育便成为这些国家和地区要求工程教育做出的第一个反应。同时，针对未来工程师将要面对的职业发展环境，对未来工程教育的发展目标与定位也提出了要求。如密西根大学名誉校长Duderstadt博士认为，从更广泛的意义上说，“工程师是问题的解决者，思想和概念的创造者，设备、结构［11］和系统的建造者”，但直到目前，“工程是为数不多的只需要一个本科学位就能获得专业地位的学科”，“这自然导致了工程师地位低于那些接受了更高层次教育的专业人员”。因此，为了培养真正能够适应社会需要的工程师，应当像医学、法律等其他“知识密集专业”一样，发展出一套需要很多专业基础的工程教育体系，即拥有本科阶段的专业前课程，然后是以实践为主的‘工程硕士’，或许最后还有‘工程博士’作为能证明专业实践能力的学位。随之而来的还有一套［12］精心组织的、贯穿整个职业生涯的继续工程教育方式。实际上，Duderstadt博士的想法虽然超前但并不孤立，美国《2020工程师》报告中也曾提出应将学士学位“视为工科的预备学位或‘训练中的工程师’学位”，通过一定的保障手段后，将硕士学位发展成为工程专［13］业学位（the engineering professional degree）；欧盟在“博洛尼亚进程”中也倡导在工程教育领域实施“3+2计划”，即三年本科只提供工程预科学位，第一专业学位是需要在本科学位基础上另加2［14］年的“科学硕士”。
除此之外，针对21世纪工程师应当具备良好实践能力的要求，以及当前在英国企业中已经将“能够把理论知识应用到实际产业问题的能力作为新人招聘中最可贵的特质”的做法，培养工科毕业生具备“真实工业环境的实践经验”，以使“毕业生能够懂得他人怎么做以及自己如何适应”，便成为工程教育应对社会挑战的一个重要举措。基于这样的认识，美英两国的国家报告中都极力倡导应进一步加强产学合作，举措包括在大学内部建立供教学和学生实践的实验场所、吸收企业参与学生创新实践活动的指导、建立制度化的校企合作沟通渠道等。
美国及欧盟部分国家对工程教育发展环境的认识及对本国工程教育发展趋势的建议，反映出各国对21世纪工程及工程教育战略重要性的认识，这也从另一个侧面反映出，未来综合国力的竞争终究要落实到产业上去；而产业的竞争靠工程师，工程师的竞争需要落实到工程教育上。基于以上认识，21世纪的工程教育改革就不仅仅是教育模式或教育内容的改革，而具有更加重要的战略性意义。
二、欧美发达国家工程科技人才培养理念的特点
工程教育正处在变革和适应社会环境需求的过程之中，世界工程师劳动力市场及其教育也面临着同样的变革。欧美国家都在符合本国国情的基础上实施着满足社会发展需要的高等工程教育，并各具特色。
1.美国工程科技人才培养理念的特点
美国工程教育改革重视从科学和工程基础教育本身向工程实践的转变，强调对工程科技人才创造力、领导力以及工程实践能力的培养。（1）强调工程师必备的综合素质与能力。
为了弥补高等工程教育和工业界需求之间的矛盾，美国一流大学做出回应，强调对工程科技人才必备的综合素质与能力的培养。正是在这种情况下，CDIO（构思—设计—实施—运行）工程教育模式应运而生了。2001年，美国麻省理工学院联合其他三所前沿工程院校联合提出CDIO工程教育理念，理念灵感来源于工程产品/系统的生命周期，因此强调将教育过程放到工程领域的具体情境中，通过将团队设计和创新实践训练贯穿整个人才培养过程，培养兼具扎实专业基础［15］和高尚职业道德的新一代高水平工程师。
CDIO教学大纲是此工程教育模式的基石，它为本科工程教育提供了理性、完整、普遍的基本目标，主要包含四大方面的内容：学科知识和推理；个人和职业技能与品质；人际交往技能——团队合作和沟通；在企业、社会和环境背景下的构思、设计、实施和运行系统——创新过程。四大元素下又各有指标，具体如表1-1所示。表1-1 CDIO工程教育模式教学大纲
资料来源：http：//www.cdio.org/benefits.cdio/cdio.syllabus/cdio.syllabus.topical.form.
由表11可见，CDIO课程大纲从三个层面强调了工程师所必备的能力与素质，第一层是个人应具备的学科及专业知识以及在工程项目中独立思考、发现问题以及提出解决方案的能力，例如分析推理和问题解决能力、构思、系统工程和管理能力等；第二层是在工程项目中与人协作完成项目所需要的能力，例如团队合作能力、工程领导力、创业精神等；第三层是作为工程师在社会中必须具备的职业原则，例如道德、公正和其他责任，对企业和商业背景的理解等。（2）突出对学生工程实践能力的培养。
为了帮助学生获得应对当今社会和工业界挑战所需要的知识和能力，美国一流大学都纷纷做出回应，突出对学生工程实践能力的培养，重视实践教学环节。以麻省理工学院（MIT）为例，其作为享有盛名的世界一流大学，为了加强学生工程实践能力，开展了本科生实践机会项目（Undergraduate Practice Opportunities Program，UPOP）、工程实习项目（Engineering Internship Program，EIP）、独立活动期计划（Independent Activities Period，IAP）、综合研究项目（Integrated Studies Program，ISP）、回归工程计划（Reengineering Projects，RP）等多元化的实践项目。本文以本科生实践机会项目为例，分析MIT对学生工程实践能力培养的特点。UPOP包括五个阶段，每个阶段培养学生不同方面的能力，具体如表1-2所示。表1-2 MIT本科实践机会项目（UPOP）的时间安排
资料来源：http：//upop.mit.edu/.
由表12可见，通过此类项目的锻炼，学生首先可以获得自我认识，提升职业意识，在项目训练中获得作为工程师所必须具备的各方面能力的锻炼，例如团队合作能力，从而为学生未来职业生涯和获得终身学习能力打下坚实基础。（3）注重提升工程科技人才的领导力。
2004年，美国国家工程院在《2020工程师：新世纪工程学发展的愿景》中明确指出“工程师必须理解领导力的原理，并且能够在个［16］人的职业发展中不断地实践这些原理”，体现了工程教育对未来工程领导人才培养的基本方向。2007年，麻省理工学院开始实施“戈登—麻省理工学院工程领导计划（Gordon.MIT Engineering Leadership Program）”。该计划认为工程领导力（Engineering Leadership）计划涵盖了一个工程师领导所必备的典型态度、行为和技能，这些能力的培养分两年实施，具体如表1-3所示。表1-3 戈登—麻省理工学院工程领导计划两年实施方案
资料来源：http：//web.mit.edu/gordonelp/index.htm.
由表13可见，在第一年，学生完成两门短期课程，学习领导力框架和模型，并且通过模拟其他人物实践这些技巧，在每周一次的工程领导力实验室的学习中，学生获得作为团队成员和团队领导者的经历，在一个引入工业界背景、需要亲自动手实践的活动中工作。这些经历，帮助学生提升个人发展和领导力以及工程实践能力。工程领导力计划有学校与企业合作，为学生配备企业导师。企业导师在项目中或平时作为工程领导者帮助学生成长。
第二年的学习在GEL项目中起到非常重要的作用，学生在两门课程中学习项目管理的工具以及管理中遇到的挑战。学生在导师辅导下学习。
通过GEL项目，学生可以与工业界领导者发展长久而有意义的联系，与工业界的GEL校友以及杰出的MIT前辈建立网络关系，得到关于自身技能和领导能力的公正反馈，学习如何在计划内按时完成任务，在首屈一指的公司获得极好的实习机会，并能获得成为启动技术创业所必备的技能。
2.法国工程科技人才培养理念的特点
法国工程教育体系至今已有200多年历史，工程科技人才的培养主要由大学校（Grande Ecole）承担，实行“精英教育”。法国工程科技人才的培养理念和模式的特点有以下几点：（1）强调坚实的工程师素质培养。
为了符合工程师教育精英教育的定位，法国工程科技人才培养目标明确、要求高，强调培养一名高级工程师应当具备的全面而综合的素质。法国对工程教育的重视，首先体现在严格的选拔制度、明确的人才培养理念与目标方面上。
只有通过激烈竞争的学生，才能获得工程师的精英教育机会。合格的高中毕业生要经过2～3年的预科学习，才能进入到大学校接受专门的工程师教育。预科学习和工程师教育都要经过严格的选拔考试。首先，学生要经过严格的预科选拔考试才能进入预科班学习。有数据显示，在每年50万～80万参加预科考试的人中，只有1万～2万人能够进入到预科班。预科教育结束后，学生需要参加大学校单独或联合举行的考试（concours），通过者才可进入到工程师教育的专业阶段，这项考试由口试和笔试组成，难度大、竞争激烈，有数据显示，只有10%的学生能通过。
经过激烈竞争后选拔出来的学生所接受的工程教育，有着明确的培养要求。以巴黎综合理工学院为例，学校对工程师教育提出了三项培养目标：第一，提供多学科的科学教育；第二，随着外部世界的开放，加入人文教育的训练；第三，实现基于优秀科学知识的卓越专业教育，培养学生符合大学之外的环境和就业部门的双重专业能力，帮助学生毕业能直接进入工作中去。在此基础上，巴黎综合理工学院提出应发展学生如下能力：健全的多学科基础以及高水平的工作组织性；分析问题和提出工作策略的能力；建模和数学工具的处理技巧；团队合作能力；从事研究和企业工作的经验；写作和口头沟通技能；［17］终身学习的愿望和获得学习方法的能力。（2）重视严格而灵活的培养过程。
为了实现学校对工程师培养提出的希望，法国的工程师教育针对每一培养目标设置了严格的培养过程。巴黎综合理工学院采用与国际接轨的四年制教育，由两年普通教育（General Education）和两年深度专业教育（In.depth and Specialization）构成。其中，深度专业教育等同于硕士教育（Master’s Program），也就是说，工程师教育的第三年等同于硕士教育第一年的培养，工程师教育的第四年等同于硕士教育第二年的培养。
工程教育的普通教育阶段的学科覆盖性很强。第一年是为了给学生提供了一个在广泛学科背景下学习的机会，涉及的学科涵盖了自然科学、工程科学、人文和社会科学以及语言课程；第二年，学生可以在八门学科中选择六门学科进行学习。前两年的课程内容较为全面，并且一二年级课程之间具有连贯性。
巴黎综合理工学院十分重视前两年的普通教育，将其视作工程师教育的教学核心，以帮助学生构建形成演绎逻辑能力、概念化的科学思维能力，帮助学生建立不同学科之间的联系。这一阶段，教师会灵活地运用多种多样的教学方法——团队科学计划（group science project）、课堂教学、实验模块教学（experimental modules）、交流课程等，加深学生对工程理论知识的理解。（3）实施有区分、有层次的专业教育。
为了适应信息时代的技术变化，回应工业界和社会的需求，期望学生们能成为具有责任感的合格工程师、人民公仆和研究者，法国大学校的专业教育阶段，着重根据学生的兴趣和专业特点，实施有区分、有层次的专业教育。
以巴黎综合理工学院为例，在三年级也就是硕士教育阶段的开始，学生可以根据自己的专业兴趣，在二十多门课程中选择围绕一个或多个学科主题展开的课程进行学习；同时，三四年级的学习总体分为三个阶段，在前两个阶段，学生分别要选修三门主要课程和一门专业课程，在第三个阶段，学生要进行为期三个月的研究实习课程。
以研究实习课程为例，在第三年开始选修不同主题模块课程的学生，相对应地可以选修不同的研究实习课程，从而得到不同学科导向的实践训练机会。以机械系为例，学生在第三年开始可以在力学、环境挑战科学、21世纪的能源和技术创新四个主题模块中进行选择［18］。其中，力学主题模块项目提供四个主题的研究实习课程，分别是：材料力学和结构；软物质、复杂液体、生物力学和微机电系统；空气动力学与流体力学；土木工程和石油工程。这四门课程由于和力学密切相关，因此都是由机械系的教师开课及指导的。又如，技术创新主题模块是为了培养未来的研发型工程师，在该主题下又分为工程创新、创业教育、管理创新三个次主题，每个次主题下都设有若干不同的对应实习课程，学生可以根据自己的未来职业设想，进行有针对性的训练实践。例如，工程创新次主题下的研究实习课程包括：经济系统和可持续发展、微观经济学和商业策略、图像和信号处理、自动控制和操作研究等11门课程；创新教育次主题下包括创业初期、高级物理技术、材料力学和结构、图像和信号处理等10门课程；管理创新次主题下有数字创新和监督、计算机科学、图像和信号处理、自动控制和操作研究等10门课程。（4）创造真实的工程环境。
为了回应培养具备全面综合素质的工程师培养目标，工程师教育积极为学生提供真实的工程环境，这同时体现在课堂教学与实践训练上。
首先，为了促进和发展职业适应能力，三四年级的课程会较多关注与工业界及社会需求相关的问题，例如能源、交通、可持续发展等。学校与企业保持紧密的联系与合作，共同商定课程内容，帮助学生较早且广泛地接触行业和企业实际问题。在这些课程里，学生可以接受专业领域内富有经验的知名工程师的指导，接触来源于企业实际问题的课题，理论知识得到丰富，实践能力得到锻炼。
其次，在实践训练上，学生可以参与到世界知名的学术或工业研究中心中去，了解到工业领域内的前沿发展。以巴黎综合理工学院的计算机科学专业为例，通过研究实习，学生可以了解到，在一个微处理器背后隐藏一个很长的生产链，从模型概念到掩膜设计，到算法的检查和验证。经过研究实习，学生投入到实际案例中，可以帮助他们明确在专业领域内的选择。
3.德国工程科技人才的培养特点
德国高等工程教育按理论和应用两个层面培养工程科技人才，一方面是以慕尼黑工业大学、柏林工大等9所工业大学联盟（TU9）为代表的工业大学，另一方面是以汉堡科技大学、科堡应用科技大学等［19］（HAS7）为代表的应用科技大学。工业大学和应用科技大学人才培养定位和分工不同，前者培养研究型工程师，后者培养应用型工程师。总体来说，工程科技人才的培养呈现以下几个特点：（1）强调自由而严谨的培养理念。
德国工程教育尤其注重培养学生扎实的专业本领以及严谨的工程师素养，培养过程十分严格，但是却仍然透露着德国大学崇尚学术自由的气息。德国教育总法提出的人才培养理念为：教学和学习应为学生今后从事某一职业打下基础，按学生所学专业传授给他们必要的专业知识、技能和方法，培养他们在一个自由、民主和福利的法治国家［20］里以负责的态度从事科学艺术工作的能力。
作为工业大学，慕尼黑工业大学的机械工程（Mechanical Engineering）专业是为了给对自然科学和技术感兴趣的学生提供学习这个专业所必备的基本知识与方法的机会。专业培养目标是：“希望培养精通专业主题和方法技能的毕业生，使得他们未来能够在研究和开发或生产之间起到‘桥梁作用’。专业主题和方法能力主要意味着足够的技能和知识去使用科学方法、有效操作研究、承担跨学科实［21］践工作的能力。”
作为应用科技大学，卡尔斯鲁厄应用科技大学的机械工程专业（Mechanical Engineering）在其学位项目简介上提出，专业的教育目标是，学生在第四学期根据兴趣选择最适合自己的专业方向，其中，结构和制造专业方向提供相对广泛而基础的训练，而其他主修更多关注职业训练。它指出作为一名机械工程师必须掌握的具体能力，即必须发展和应用所有类型的技术和系统，包括设计、制造、装配和机器的销售。责任的范围是多样的以及广泛的，如果是负责应用领域的，就需注意质量保证和产品导向。根据兴趣不同，还可以作为一个技术安装的咨询顾问在项目管理中工作。学生还可以经历不同方向的工程实践，例如，“设计和制造”主修专业在区域性工业界中有着传统性地位。“冰箱、空调和环境技术”专业方向的学生，就被培养成掌握［22］和了解冰箱和空调系统的人。
通过对工业大学和应用科技大学同一个专业的人才培养目标进行比较，可以发现，工业大学的专业培养目标希望通过为学生提供一个广泛的专业基础，而鼓励学生专注科学方法和工程实践能力。而应用科技大学的专业培养目标，更侧重于希望为学生提供与未来职业密切相关的不同类型的训练，以帮助学生将来更顺利地在职场上获得成功。（2）开展特色鲜明的人才培养过程。
德国大学自由而严谨的培养理念体现在严格而灵活的培养过程中，自由的学术氛围是通过严格的学术和职业训练来完成的，每所大学都具有鲜明的特色。以慕尼黑工业大学的工程科学专业为例，其课程体系如表1-4所示。表1-4 慕尼黑工业大学电子工程和信息技术专业的课程体系
资料来源：http：//www.ei.tum.de/en/degree.programs/bachelor/.
从这一课程体系可以清晰地发现，慕尼黑工业大学本科工程教育的培养目标：一二年级，主要培养学生在工程基础科学和相关技能方面的综合素质；三年级，进行专业化领域的学习，并保持理论学习和实践部分平衡。
需要特别指出的是，这个培养计划的每一个培养部分，目标要求都十分明确。以互补性学习中的“软技能”模块为例，它清晰地列出了需要培养的相关能力与素质，包括陈述技能和礼仪等沟通能力，具备项目和时间管理等技能的领导能力，具备选择性阅读和学习、进行报告和展示等技能的经济科学专业能力，具备跨文化交流和冲突解决技能的社会和文化能力，具备向公众交流信息技能的社会化能力。
同时，德国工程教育还注重采用多元化的教学方式，全方位地帮助学生理解和掌握知识。以慕尼黑工业大学为例，其教学形式包括讲座、练习、研讨、实验和实习，其中，习题课、讨论课和实习课占到了课程体系的30%。（3）积极发展学生的职业适应能力。
传统的德国工程科技人才培养的一大特点就是将工程师教育与职业资格联系在一起，文凭工程师学位不仅是专业学位，同时也是工程师的从业资格证书，由此可以看出德国工程教育与社会需要密切联结。德国大学的工程教育也因此十分强调与企业的紧密联系，并全方位地引进企业和科研机构的资源，努力创造条件为学生提供真实的工程经验，以培养学生的职业适应能力。以慕尼黑工业大学与企业的合作为例，其合作内容体现在：
在培养环节方面，学生可以通过多种方式进入工业界的研究平台，学生的学位论文可以在慕尼黑高科技企业内完成。另外，大学的课程体系由企业与学校共同制定，内容源于企业生产过程中的实际问题，很多课程需要在相关企业和科研机构进行实习。学生在这个过程中面临真实的行业研发。
在提高研究能力方面，慕尼黑工业大学作为一所著名的“与企业紧密联系的精英大学”（Die Unternehmerische Elite.Universitaet），与欧洲众多知名科研机构保持联系，包括马普协会、弗朗霍夫协会等。这些机构都会在与大学的相关研究合作中吸收一些有相关专业背景的学生参与具体的项目研究。
在与企业和大学师资的人员互动方面，大学教授一般都有在企业工作的经历。大学也会邀请企业高层人员参与大学的人才培养工作，如宝马公司监事会主席Joachim Milberg、大众汽车的Bernd Pischetsrieder等都是慕尼黑工业大学的名誉教授。同时，学校也鼓励教师参与企业的生产、运行、咨询等过程。
学校与企业广泛开展对话、合作，使大学有能力获得企业的实际经验，为培养具有职业适应能力的工程师创造了不可替代的环境。第二节我国工程科技人才培养理念的特点
一、我国工程科技人才的培养理念现状
从对雇主的调查发现，我国工程教育培养出来的学生在实际工作岗位中存在着一些问题，例如，偏重理论学习，缺乏实际动手、分析及设计创新的能力，难以快速适应工程实际的需要。这些问题的产生与我国传统工程教育培养理念指导下、以训练学生理论思维和解答题目为主要方式的课程教学模式有着密切关系。因此，为了了解我国目前工程科技人才的培养理念现状，本研究对国内某大学的工科院系的专职教师、本科毕业生和雇主进行了《工程教学理念调查》。《工程教学理念调查》（附件1-1）以美国ABET认证标准（2013—2014）当中对学生学习效果（outcome）的11项能力指标作为选项，要求被试选择不超过5项并按照重要性大小进行排序，对应权重5-4-3-2-1，排名第1的给予5分的权重，排名第5的给予1分的权重。教师、雇主和毕业生对于11项能力的选择和排序结果，分别如图11、图12和图13所示。图1-1 教师重要性排序图1-2 雇主重要性排序图1-3 毕业生重要性排序
从调查结果中可见，教师认为最重要的前三项能力依次是：“应用数学、科学、工程知识的能力”、“有识别、规划和解决工程问题的能力”、“能认识到终身学习的重要性，并具备终身学习的能力。”而雇主和毕业生认为最重要的前三项能力依次是：“有识别、规划和解决工程问题的能力”“应用数学、科学、工程知识的能力”“具备跨学科团队合作的能力。”因此，我国教师、雇主和毕业生对于工程科技人才应具备的能力的认识有相似之处，又存在一定差别，有必要对雇主、对人才的要求进行考察和分析，提出适应我国工业发展和社会经济发展需求的工程科技人才培养理念。
二、我国工程科技人才的培养理念亟待转变
2010年6月，为了建设创新型国家、建设人力资源强国等战略部署，教育部启动了“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”），“卓越计划”提出的人才培养目标是要“面向工业界、面向世界、面向未来，培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量、各类型工程技术人才，为建设创新型国家、实现工业化和现代化奠定坚实的人力资源优势，增强我国的核心竞争力和综合国
［23］力”。“卓越计划”指出卓越工程师的学历层次和职业类型有着对应关系，本科生主要从事现场工程师以及设计开发工程师的工作，硕士生主要从事现场工程师的工作，博士生主要从事设计开发工程师和研究型工程师的工作。余寿文（2013）认为，我国工程教育既应该培养从事航天飞船、深潜设备、超高速计算机、高速铁路等研发设计制造的高科技人才，也应该培养能够从事现代制造、大型建筑结构等满足广大人民衣食住行、医疗保健与教育需求的各种工程科技创新
［24］人才。
此外，学者对工程教育如何培养理想的人提出了各自的意见和看法。朱高峰（2014）提出工程教育源于工程学和教育学两门学科。从教育学的角度来看，工程教育的特殊性在于实践性、技术性和复杂性。工程教育培养的是从事实践活动的人，必须让受教育者知道怎么做工程，如何做到最好，为什么做，以及做了比不做而产生的好的效果，和可能产生的负面效果。而工程实践活动是技术性的活动，要解决大量技术问题需涉及经济、社会、法律等多个专业，因此是复杂的活动。从工程学的角度看，工程教育是传授工程规律的，让受教育者能理解和初步掌握这些规律，在实践中逐步学会运用这些规律来做好［25］工程。雷庆、王敏（2014）认为工程的核心是工程设计。工程设计是属于工程总体谋划与具体实现之间的一个关键环节，是技术集成和工程综合化的过程，对工程构建、运行过程进行先期虚拟化的表达过程。因此，设计能力是工程师职业技能的重要组成部分，也是现［26］代工程教育的基本内容之一。第三节上海交通大学工程科技人才的培养理念的变化与实践
随着产业的转型、人才需求多样化，人才竞争日益激烈，我国高校正在加大工程教育的改革力度。上海交通大学一直是以工科见长的国内重点大学，更好地服务于社会，是学校长期一贯的指导理念。根据新世纪前后工程教育环境的变化需求，上海交通大学明确了新时期的工程科技人才的培养，必须实施与通识教育相融合的宽口径专业教育，使学生的知识学习和能力培养植根于丰厚的人文社会科学和自然科学的沃土，使学生具有志存高远的品性、身心和谐的人格、追求卓越的意志和海纳百川的胸怀，成为德、智、体、美全面发展，知识、能力、素质协调统一，具有宽厚、复合、开放、创新特征的高水平、高素质、国际化人才。近年来，学校人才培养的改革和创新呈现以下特点：
一、坚持以学生为本的人才培养理念
上海交通大学在对国内外工程科技人才的培养理念、教学模式和课程体系进行研究、分析和对比后，形成了清晰的人才培养理念，即以强大的工程学科为基础，雄厚的科研实力为支撑，培养具有开阔的国际视野、强烈的创新意识、科学的知识结构、综合的实践能力、团队的合作精神、自信的沟通能力且能够胸怀国家、服务社会的拔尖创新型人才。各个院系及专业则根据学校办学方针和人才培养目标，结合专业特点，提出了各自的人才培养理念与目标。以上海交通大学机械工程专业为例，其人才培养理念如图1-4所示。可以看出，机械工程专业人才培养的指导思想是“以学生为中心，培养创新拔尖型人才”，秉持“科学素养、正直诚信、勤奋进取、国际视野”的教育理念，强调在培养过程实现“课内与课外相结合、教学与科研相结合、德育与智育相结合”。图1-4 上海交通大学机械工程专业的培养理念
二、将能力素质要求与课程教学目标相融合
为了满足学生在高年级阶段的跨专业发展的需求，以及未来能作为行业界的领袖和精英服务于中国社会和人类发展的需要，上海交通大学在参照美国工程认证协会ABET提出的工科大学生应具备的11种能力和要求后，提出了上海交通大学工程科技人才应该具备的11种基本能力：（1）应用数学、科学及工程知识的能力。（2）设计和进行实验以及对实验数据分析、理解的能力。（3）在相关工程领域设计和开发一个产品或系统的初步能力。（4）在多功能团队中高效工作并发挥领导和组织的能力。（5）发现、定义工程问题并提出可行解决方案的能力。（6）充分理解职业道德和对专业责任心的重要性。（7）口头和书面与人有效沟通和交流的能力。（8）具备宽广的知识背景，以理解一个工程决定对全局和社会的影响。（9）充分理解终生教育的重要意义并有积极参与的能力。（10）宽广的教育背景使学生能在专业之外的其他领域也能有所作为。（11）较强的为社会作贡献的责任心。
为了培养学生这11项能力，需要将各项能力要求融入课程体系和每一门课程的教学目标中去。以机械工程专业为例，上海交大为此设计了一套课程体系、教学目标与能力建设之间的映射矩阵，将专业培养目标具体地、有条理地落实到每一门课程的培养目标上，优化教学过程，明确教学方向。表1-5表示了机械专业部分课程和学生能力的映射关系。表1-5 机械工程专业的课程体系规划表
注：表中的关联符号说明：XX表示强相关；X表示弱相关；？表示可能相关（取决于不同的课程）；X？表示可能弱相关或强相关（取决于不同的课程）；空白：不相关。
以数学、物理、化学课程为例，从表中可以看出，这类课程需要培养（1）、（2）、（4）方面的能力，即应用数学、科学及工程知识的能力，设计和实验以及对实验数据分析、理解的能力，以及在多功能团队中高效工作并发挥领导和组织的能力。
此外，在明确每门课程与具体能力培养的关系之后，每一门课程又有针对性地提出各自的课程目标、课程内容、能力培养结果的要求以及考核方式。以学校的工程导论课为例，它是面向大学一年级的工程见习课程，通过这门课程，学生能进行初步的工程认知和工程思维训练，同时获取初步的工程经验与知识。这门课程强调整个项目的实践过程，学生可以基于自己的常识制作自己的第一件工程作品原型，以培养学生发现和解决工程问题的思路和方法，而不刻意追求完美的项目成果。
工程导论课旨在让学生首次体验什么是工程师这一职业，激发学生对工程专业的学习热情，培养学生的创新思维、解决问题能力、团队合作精神和科技交流写作能力。表1-6是工程导论课的课程目标、课程内容能力培养结果及考核方式。表1-6 工程导论课的课程大纲简介
从表中可以看到，工程导论课明确提出了9项课程目标，例如使学生对工程师概念有基本的了解，包括了解工程师的职责和责任；让学生理解工程方面的基础知识，为后续课程打基础，同时有助于学生选择将来的学习领域；教会学生在专业领域中熟练表达自己的想法，向他人展示自己的研究进展和成果等。还明确地提出了6项课程的能力培养结果，包括利用数学、工程、科学知识能力解决特定工程问题的能力，市场调研、统计数据分析、决策生成，解决开放性设计问题的能力等。
工程导论课程强调从多方位的角度来考查学生是否达到了课程目标。针对项目、论文写作和答辩，需考查团队成绩；针对个人部分写作、答辩主要考查个人表现；针对交流与汇报，需考查指导老师对学生汇报和交流情况的印象成绩。同时，团队成员的互评也是成绩的一部分。
三、强化工程实践环节
工程科技人才不仅应具备坚实的理论基础，同时还应具备将理论应用于实践的能力。因此，在工程科技人才的培养过程中，应注重将理论教学环节与实践教育环节相结合，两者缺一不可。为了培养学校提出的工科学生应具备的11项基本能力，上海交通大学十分重视工程实践环节的改革，不断完善学校的实践教学体系，为学生提升工程实践能力、工程设计能力提供了积极的氛围。目前，学校的实践教学体系有以下组成部分：
1.专业实践类课程
专业实践类课程的内容包括实验课、实习、毕业设计、专业综合训练、军事技能训练等基本内容。以材料科学与工程专业为例，根据其2013年教学大纲进行梳理，其专业实践类课程的具体要求如表1-7所示。表1-7 材料科学与工程专业专业实践类课程详解（1）各类专业实验课程。
各个专业根据自身特点开设了必修实验课和选修实验课，为学生增加理论与实践相结合的学习机会。其中，课程设计类课程是综合性设计性实验课，以学生为主体，学生可以根据自己的学习兴趣，自主选择实验内容，自主设计路线、方案，锻炼综合分析和解决问题能力，从而提高学习主动性与实践参与度，增强动手能力。（2）专业实习。
在实习中，学生实地深入到企业中了解行业概况、现状及生产状况，并有机会参与到工程实践项目中，进而逐步对所学专业所处的行业形势有所了解，从而展开职业规划，为以后的学习和工作打下基础。（3）毕业设计。
经过前三年的知识学习和积累，以及课外科技活动的锻炼，学生可以结合自己的兴趣、爱好选择相关课题进行毕业设计，可以将所学的知识综合运用，从而达到全面提升创新和实践的综合能力的效果。
2.课外科技活动
为了进一步加强创新人才的实践教学体系，上海交通大学在全校开展本科生研究计划（participation in research program，PRP）、各级（校级、上海市级、国家级）大学生创新计划及暑期科研等课外科技活动。项目申请人为学校具有中级以上技术职称（含中级）的教师，报名对象是一至三年级本科生。“大学生创新性实验计划”的主要特点是：学生从大一到大三期间可以选择自己感兴趣的项目立项；经批准以后可以得到学校经费赞助；进入实验室，教师将会以启发的方式引导学生提出和解决问题。
3.校企共建的实践教育平台
为了给学生提供真实的工程环境，培养学生解决实际工程问题的能力，学校广泛地提供资源，为学生积极创造优质的工程实践机会。通过紧密接触行业，与企业合作，共谋工程科技人才培养的培养路径，学校与企业合作，共同搭建了多元化的实践教育平台，具体如表18所示。表1-8 分阶段、多层次的工程实践教育平台
大课程设计：课程以真实的工程项目为内容，学生可以得到来自高校教师和企业工程师的共同指导。学生需结合前期课程的自我学习，融会贯通相关知识，完成基本工程项目。以软件学院为例，基于课程的大型课程设计包括在大一、大二、大三设置的《程序设计》、《软件开发（个体）》、《系统开发（团队）》课程。
暑期大作业：学生根据自己对未来的规划和职业取向，选择相应的锻炼形式，可以是实验室、机房的操作练习，也可以是去公司实习，还可以选择去海外游学。
科技创新活动：包括PRP、创新项目和学科竞赛，其与暑期大作业形成了联动机制。大作业既可以是科创的预研，又可以是延续，从而为学生在高水平的学科竞赛中获得佳绩创造有力条件。同时科创活动的命题机制是以学生兴趣为导向，面向实际问题，进行双向选择，形成了以学生为主的培养氛围和培养过程。
校企合作平台：校企合作开展共建课程、企业参观、“卓越课程”和创新T班等活动。企业导师与高校教师联手设计课程内容，指导学生开展项目。其中，项目引入企业的需求、技术，学生可以得到企业导师的指导，接触到行业内最先进的技术。
这种多方位的合作，既改变了校企联合中常常存在的企业项目与人才培养相脱节的现象，又真正地形成了以“我”为主的校企联动的实践平台。
四、重视企业在人才培养中的作用
从学校工程实践教育平台的建设中我们发现，校企合作为学生搭建了很多平台，无论是共建课程，还是暑期大作业的实行，都离不开产业的需求以及企业的环境支持和资源分享。因此，上海交通大学在工程科技人才的培养过程中深切意识到，探索和加深与企业之间的合作关系势在必行，需要通过利用企业的优势加强学生在实践创新、团队培养、企业文化等方面的锻炼，从而进一步提升工程科技人才的培养水平。上海交通大学在加强与企业的深度合作中，已经进行了一些探索：
首先，展开与国内外知名企业的合作。以上海交通大学软件学院为例，截至目前，已与11家企业达成人才培养合作，包括英特尔、微软、摩根等世界知名企业。这些企业全都参与到软件学院大三学生的暑期大作业中，有9家公司提供企业参观，4家企业参加“卓越”课程，2家企业与学院共建课程，2家企业与学院合作进行了创新T班。具体如表1-9所示。表1-9 企业与软件学院合作情况
由表1-9可见，英特尔、微软等知名企业几乎参与了软件学院人才培养活动的全部环节，即除了参与传统的课外创新活动、企业参观活动外，英特尔还参与了软件学院的课程建设、创新T班教学。在软件学院的课程建设方面，企业与学校联合打造了六门课程，包括“软件工程职业素养”、“企业软件过程与管理”、“企业软件质量保证”及“软件知识产权保护”等。
其次，引入企业真实的项目需求。为了给学生创造真实的工程环境，工程实践的教学需要引入产业的真实需求。因此，在开展校企合作时，学校主动向企业求助，希望将企业的项目需求、优质资源引入到项目中来，激发学生的参与热情。在命题上，改变了最初单纯的教师命题，现在形成了以学生培养为目标、面向实际问题、企业和教师争相设题、学院组织评审、学生双向选择的良性竞争环境。
最后，加强与企业界工程师的沟通。企业接受大三的学生实习，不仅为学生提供真实的工作环境，让学生参与真实的项目，还可以同时得到企业工程师和校内导师的双重指导；学校会经常性地邀请企业界的成功人士来学院给学生做报告，内容包括如何在企业获得成功，如何创业，如何进行职业规划，如何成为一个领导者等，为学生提供大量的和外界直接交流的机会；学校会举办设计展，邀请大量企业人士前来参加，为学生提供展示他们创新成果的机会，同时增进学生和企业界的直接交流和沟通。
五、创建多元化的人才评价体系
为了培养具有多样化能力的工程科技人才，学校意识到只有以多元化的人才评价体系作为支撑，才能实现工程教育培养理念的彻底转变。在对课程的考核方式上，将以考试为主的课程学习成绩考核转变成以考核综合能力为目标的课程全面考核。学生最终课程成绩不仅反映学生对知识点的掌握，还要包括学生各方面能力的进步（解决工程问题的能力、工作态度、交流能力等）。分阶段、多层次、多元化的实践平台，已成为上海交通大学培养学生工程实践能力的重要手段，为企业输送了大量优秀工程科技人才。除了构建丰富的工程实践的平台，软件学院还建立了多元化的评价机制。例如，针对暑期大作业的分阶段、多元化特质，其评价机制也是按不同标准设立的：学术性项目重点评价学术研究过程和能力，考查其完成的学术报告或论文质量；研发型项目重点评价技术上的贡献（包括算法设计、架构设计等），技术运用的合理性，考查其完成的原型系统的有效性；工程型项目重点评价解决具体问题的方法，考查软件质量（功能、性能、可用性、容错性、用户体验等）。在实施评价的过程中，会安排专门的负责人员进行过程质量管理，包括访谈、座谈、巡检、中期检查、答辩等环节。附件1-1工程教学理念调查
各位专家：
本调查主要为了了解您对工程教学所秉持的理念。预计会花费您两分钟时间。
问卷仅作为研究使用，我们将严格保密您填写的个人信息，请如实填写，谢谢您的配合！
以下列举了11条工程教学中可能的培养目标，请根据您对工科教学的理解，挑出您认为最重要的（不超过5项），并根据重要性由高到低排序。
重要性：_____>_____>_____>_____>_____（填写选项前数字）
1.应用数学、科学、工程知识的能力。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]