美國本科階段工程教育改革思考

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摘要:美國本科階段工程教育的改革引領(lǐng)著世界工程教育的發(fā)展。通過深入考察近30年美國工程教育改革的研究與實(shí)踐進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)美國本科階段工程教育改革的總體趨勢(shì)是“科學(xué)導(dǎo)向”向“工程設(shè)計(jì)導(dǎo)向”的轉(zhuǎn)變，其原因在于商戰(zhàn)促使工程教育界認(rèn)識(shí)到工程設(shè)計(jì)是工程的核心。美國關(guān)于工程設(shè)計(jì)教育的研究大致分為宏觀層面的理念構(gòu)建、中觀層面的課程改革和微觀層面的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)3個(gè)階段，其工程設(shè)計(jì)教育改革實(shí)踐也在理論研究的推助下持續(xù)向前推進(jìn)，美國“工程設(shè)計(jì)導(dǎo)向”的工程教育改革趨勢(shì)充分說明工程設(shè)計(jì)及工程設(shè)計(jì)教育的重要性，為中國工程教育改革提供了思路。

關(guān)鍵詞:美國;工程教育;改革趨勢(shì);“科學(xué)導(dǎo)向”;“工程設(shè)計(jì)導(dǎo)向”

工程教育的發(fā)展離不開科學(xué)的推動(dòng)。美國以及西方許多國家本科階段的工程教育自20世紀(jì)50年代起日益形成“科學(xué)導(dǎo)向”的模式，強(qiáng)調(diào)科學(xué)基礎(chǔ)，忽視工程實(shí)際問題的解決。20世紀(jì)80年代，美國工程教育領(lǐng)域發(fā)起了“回歸工程運(yùn)動(dòng)”(ReturntoEngineeringMovement)，開始對(duì)“科學(xué)導(dǎo)向”的工程教育模式進(jìn)行改革?？v觀近30年美國本科階段工程教育的研究與實(shí)踐，“工程設(shè)計(jì)導(dǎo)向”的改革趨勢(shì)日趨明顯，工程設(shè)計(jì)成為本科階段工程教育的核心要素。

一、“工程設(shè)計(jì)導(dǎo)向”的原因分析

(一)商戰(zhàn)引發(fā)工程教育界對(duì)工程設(shè)計(jì)的關(guān)注

20世紀(jì)70年代，在愈演愈烈的商戰(zhàn)中美國三大支柱產(chǎn)業(yè)收益連年下跌，在國際競(jìng)爭(zhēng)中逐步處于劣勢(shì)，如圖1所示。［1］為提高產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，維護(hù)世界經(jīng)濟(jì)霸主地位，美國經(jīng)過大量研究論證，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品成本的70%由設(shè)計(jì)階段決定，有效的設(shè)計(jì)能夠提高質(zhì)量、減少成本、縮短生產(chǎn)周期，更好地滿足顧客的需求。美國認(rèn)真審視自己的工程設(shè)計(jì)狀況，指出政府、企業(yè)界、教育界存在的九大問題。其中，教育界存在的問題主要是:(1)高校名義上承擔(dān)責(zé)任，實(shí)際上并沒有做好工程設(shè)計(jì)教育。設(shè)計(jì)教育沒有受到應(yīng)有的重視，工科教師普遍認(rèn)為設(shè)計(jì)難教，僅有的設(shè)計(jì)教師沒有工程設(shè)計(jì)背景，高校不能培養(yǎng)企業(yè)需要的工程設(shè)計(jì)人才。(2)高校關(guān)于工程設(shè)計(jì)的研究正在復(fù)興，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。(3)目前的工科課程不關(guān)注整個(gè)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過程，大部分課程只強(qiáng)調(diào)小部分傳統(tǒng)的、技術(shù)性的設(shè)計(jì)過程。課程從整體來看缺乏現(xiàn)代設(shè)計(jì)活動(dòng)學(xué)科交叉的特點(diǎn)，而且課程也沒有教授目前多數(shù)有競(jìng)爭(zhēng)性的企業(yè)正在進(jìn)行的設(shè)計(jì)活動(dòng)。結(jié)果導(dǎo)致工科畢業(yè)生在實(shí)際設(shè)計(jì)活動(dòng)中缺乏團(tuán)隊(duì)精神，不能很好地應(yīng)用他們的科學(xué)、數(shù)學(xué)和分析知識(shí)，不能真正理解制造過程、成本和產(chǎn)品生命周期等概念。［2］這些問題歸因于20世紀(jì)50年代美國工程教育界發(fā)生的重大轉(zhuǎn)折:極其強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)和自然科學(xué)在工程教育中的地位，在工科課程計(jì)劃中大幅度增加科學(xué)教育的比重，削減了設(shè)計(jì)類科目及學(xué)時(shí)。商戰(zhàn)凸顯出工程設(shè)計(jì)的重要性，工程教育界開始重新關(guān)注工程設(shè)計(jì)。

(二)工程設(shè)計(jì)是工程的核心

工程設(shè)計(jì)和工程有著同樣漫長的歷史。工程設(shè)計(jì)的涵義及其與工程的關(guān)系也在不斷發(fā)展變化。現(xiàn)代工程與社會(huì)建立了密切的聯(lián)系，受到系統(tǒng)工程學(xué)和社會(huì)建構(gòu)論的影響，過程主義的工程本質(zhì)觀出現(xiàn)。取得職業(yè)身份的工程師們更傾向于把工程定義為一種設(shè)計(jì)的過程，認(rèn)為設(shè)計(jì)是工程的核心，真正的工程師是設(shè)計(jì)師，強(qiáng)調(diào)工程的創(chuàng)造性本質(zhì)。［3］120—121美國工程師普遍認(rèn)為專業(yè)工程師的特質(zhì)在于“設(shè)計(jì)”。工程教育家Smith把工程定義為建筑、裝置或系統(tǒng)地滿足特定條件的最優(yōu)化設(shè)計(jì)方式，并進(jìn)一步指出，在寬泛的意義上，工程的本質(zhì)就是在觀念中設(shè)計(jì)裝置、程序、系統(tǒng)，有效地解決問題，滿足需要。［3］120—121美國許多著名的學(xué)者都對(duì)工程設(shè)計(jì)的定義進(jìn)行了闡述。比較有代表意義的如Simon指出“凡是以將現(xiàn)存情形改變成想望情形為目標(biāo)而構(gòu)想行動(dòng)方案的人都在搞設(shè)計(jì)”［4］;Dym在Simon的基礎(chǔ)上提出自己對(duì)設(shè)計(jì)的理解:“設(shè)計(jì)是對(duì)物品規(guī)范系統(tǒng)化的、智能的生產(chǎn)和評(píng)估，使物品外形和功能達(dá)到規(guī)定目標(biāo)并且滿足一定的約束條件”［5］;Bucciarelli認(rèn)為，工程設(shè)計(jì)是處于真實(shí)情境中，涉及社會(huì)過程，持有不同觀點(diǎn)、來自工程或非工程的不同學(xué)科的人，一起工作解決復(fù)雜的技術(shù)問題，來滿足社會(huì)和消費(fèi)者的需要［6］?？梢钥闯?，美國學(xué)者對(duì)于工程設(shè)計(jì)的定義都較為籠統(tǒng)，這也反映出工程設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。在現(xiàn)代工程活動(dòng)中，設(shè)計(jì)工作絕不是一個(gè)“局域性”或“局部性”的環(huán)節(jié)，而是一個(gè)影響到工程活動(dòng)的“全過程”和“全局”的起始性、滲透性、貫穿性環(huán)節(jié)，具有特殊的重要性。［7］

二、“工程設(shè)計(jì)導(dǎo)向”的研究與實(shí)踐

(一)“工程設(shè)計(jì)導(dǎo)向”研究進(jìn)展

美國關(guān)于工程設(shè)計(jì)教育的研究大致可以分為3個(gè)階段:宏觀層面的理念構(gòu)建研究階段、中觀層面的課程改革研究階段和微觀層面的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)研究階段。

1．宏觀層面的理念構(gòu)建研究階段(20世紀(jì)七八十年代)此階段研究的重點(diǎn)是論證工程設(shè)計(jì)在工程中的重要性，以及本科階段開展工程設(shè)計(jì)教育的必要性與可行性。持否定態(tài)度的學(xué)者主要認(rèn)為工程設(shè)計(jì)不能算是一門真正的學(xué)科，因?yàn)樗狈?shù)學(xué)的支撐，更像是一門藝術(shù)而非科學(xué);工程設(shè)計(jì)往往是依靠直覺，工程設(shè)計(jì)教育沒有充分的理論基礎(chǔ)，師資隊(duì)伍也沒有保證。［8—9］持肯定態(tài)度的學(xué)者認(rèn)為工程設(shè)計(jì)理論更關(guān)注設(shè)計(jì)過程而非產(chǎn)品，而設(shè)計(jì)過程是可教授的。［10］隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)特別是人工智能的發(fā)展，可以用符號(hào)表述出許多傳統(tǒng)算法不能表達(dá)的東西，實(shí)現(xiàn)并展示工程設(shè)計(jì)，這證明了工程設(shè)計(jì)并不是憑借看不見摸不著的直覺。20世紀(jì)70年代以來涌現(xiàn)了一批有重要影響的設(shè)計(jì)學(xué)家和著作，促進(jìn)了工程設(shè)計(jì)科學(xué)的發(fā)展，使工程設(shè)計(jì)成為一門學(xué)科而不再僅是費(fèi)時(shí)難教的技能。Henderson于1980年發(fā)表《當(dāng)然，設(shè)計(jì)可以教授》一文，該文通過對(duì)學(xué)生修完工程設(shè)計(jì)課程后的收獲進(jìn)行實(shí)證研究，得出設(shè)計(jì)可以教授的結(jié)論。［11］

2．中觀層面的課程改革研究階段(20世紀(jì)八九十年代)在確立了工程設(shè)計(jì)教育的可行性和重要地位后，各個(gè)高校通過多樣化的方式進(jìn)行“工程設(shè)計(jì)導(dǎo)向”的改革，相關(guān)研究主要是基于現(xiàn)有的工程設(shè)計(jì)學(xué)理論如工程設(shè)計(jì)過程模型等，結(jié)合研究者自身的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，嘗試提出有效的設(shè)計(jì)教學(xué)方法，改革工程設(shè)計(jì)課程。此階段涌現(xiàn)了大量的研究成果，對(duì)“工程設(shè)計(jì)導(dǎo)向”的改革實(shí)踐起到了積極的推動(dòng)作用。Turns等選取1994—2001年10種工程教育期刊和2種重要的工程教育會(huì)議論文集，篩選出題目中包含“工程設(shè)計(jì)”的文章共273篇，從設(shè)計(jì)教學(xué)的對(duì)象、設(shè)計(jì)教學(xué)方法、設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)及要求、課程評(píng)價(jià)和設(shè)計(jì)的定義五方面對(duì)選出的文章進(jìn)行了文本分析。［12］具體來看，此階段的研究內(nèi)容主要包括以下方面:(1)論證工程設(shè)計(jì)教學(xué)的有效性。例如:Atman和Bursic選取10位大一年級(jí)學(xué)生作為研究對(duì)象，一半學(xué)生在閱讀工程設(shè)計(jì)過程內(nèi)容之前解決三項(xiàng)開放性的工程設(shè)計(jì)問題，另一半讀完之后完成同樣的問題。然后分析實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，發(fā)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)過程的相關(guān)知識(shí)對(duì)于學(xué)生定義問題、分析問題和解決問題確實(shí)有一定的幫助。［13］(2)探討工程設(shè)計(jì)教學(xué)方法。學(xué)者們普遍認(rèn)為以項(xiàng)目為中心的學(xué)習(xí)(project-centeredlearning)是比較有效的設(shè)計(jì)教學(xué)方法?？梢酝ㄟ^設(shè)計(jì)項(xiàng)目訓(xùn)練學(xué)生的設(shè)計(jì)思維，了解設(shè)計(jì)過程并提高學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力。［14—15］(3)大一年級(jí)貫穿設(shè)計(jì)體驗(yàn)。研究者意識(shí)到本科低年級(jí)教學(xué)環(huán)節(jié)與工程實(shí)際脫節(jié)，開始探討與大四年級(jí)的頂層設(shè)計(jì)(“capstonedesign”)相對(duì)應(yīng)的大一年級(jí)底層設(shè)計(jì)(“cornerstonedesign”)。一些學(xué)者提出大一年級(jí)學(xué)生應(yīng)該面對(duì)真實(shí)的工程問題，理解工程師究竟在做些什么。［16］同時(shí)，大一年級(jí)開設(shè)工程設(shè)計(jì)課程有助于緩解工科學(xué)生的流失，對(duì)今后學(xué)生的學(xué)習(xí)也有很大幫助。［17］一些高校嘗試在大一年級(jí)讓學(xué)生以團(tuán)隊(duì)合作的形式通過真實(shí)的工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目體驗(yàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的完整過程，深刻理解工程設(shè)計(jì)的開放性與復(fù)雜性。［18］這一階段的研究在理論方面主要依托工程設(shè)計(jì)科學(xué)研究取得的一些成果，包括設(shè)計(jì)過程的發(fā)現(xiàn)與描述、基于企業(yè)最優(yōu)的設(shè)計(jì)實(shí)踐建立規(guī)范的設(shè)計(jì)活動(dòng)模型、設(shè)計(jì)過程的自動(dòng)化模型開發(fā)、開發(fā)設(shè)計(jì)語言及陳述、開發(fā)設(shè)計(jì)分析工具、發(fā)展用于工業(yè)和民生的設(shè)計(jì)。［19］工程設(shè)計(jì)的相關(guān)理論為設(shè)計(jì)教育研究提供了方法和視角，但是并不能很好地解釋工程設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)，即工程設(shè)計(jì)者如何習(xí)得知識(shí)和技能并將其轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力和創(chuàng)新。此外，此階段關(guān)于課程評(píng)價(jià)的研究較少，不能很好地評(píng)價(jià)某種工程設(shè)計(jì)課程對(duì)于學(xué)生的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)所起到的作用。建議使用的教學(xué)方法多是作者的自身經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，并沒有認(rèn)知科學(xué)和教育心理學(xué)的相關(guān)理論作為支撐。設(shè)計(jì)教育研究出現(xiàn)瓶頸，在指導(dǎo)實(shí)踐方面存在一定的局限性。

3．微觀層面的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)研究階段(2000年至今)隨著工程教育從知識(shí)導(dǎo)向到能力導(dǎo)向的轉(zhuǎn)變，工程設(shè)計(jì)教育進(jìn)入了重視學(xué)生設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的新階段。工程設(shè)計(jì)教育研究開始關(guān)注學(xué)生做設(shè)計(jì)的心智過程，即學(xué)生如何處理工程設(shè)計(jì)問題并具備設(shè)計(jì)能力。鑒于工程設(shè)計(jì)科學(xué)與工程設(shè)計(jì)教育之間存在的距離，Eastman于2001年所著的《設(shè)計(jì)知識(shí)與學(xué)習(xí):設(shè)計(jì)教育中的認(rèn)知》提到了設(shè)計(jì)教育中的認(rèn)知概念框架，試圖從四方面建立認(rèn)知科學(xué)為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)教育理論。從此工程設(shè)計(jì)教育研究開始對(duì)工程設(shè)計(jì)認(rèn)知密切關(guān)注。［19］這一階段比較有代表性的是華盛頓大學(xué)工程學(xué)習(xí)教學(xué)中心關(guān)于設(shè)計(jì)教育的實(shí)證研究和斯坦福大學(xué)設(shè)計(jì)研究中心關(guān)于設(shè)計(jì)教育的理論研究。華盛頓大學(xué)工程學(xué)習(xí)教學(xué)中心的研究者們利用“發(fā)聲思考”方法，考察工程本科生和專家如何解決工程設(shè)計(jì)問題。主要通過錄下學(xué)生和專家“出聲”的思想，基于設(shè)計(jì)中最基本的操作單元對(duì)音像帶進(jìn)行分析，取得數(shù)據(jù)，從而對(duì)比大一學(xué)生、大四學(xué)生以及經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)者之間設(shè)計(jì)行為的差異及變化。該團(tuán)隊(duì)在3套數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上完成了6項(xiàng)相關(guān)研究。該團(tuán)隊(duì)對(duì)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)的研究成果如何運(yùn)用于實(shí)際的設(shè)計(jì)教學(xué)中也做了系列研究。斯坦福大學(xué)設(shè)計(jì)研究中心主要致力于工程設(shè)計(jì)教育的理論研究，將設(shè)計(jì)科學(xué)與認(rèn)知科學(xué)結(jié)合起來，為工程設(shè)計(jì)教育實(shí)踐提供更好的指導(dǎo)。例如:NeeleyJr．鑒于以往工程設(shè)計(jì)教育領(lǐng)域?qū)υO(shè)計(jì)的一些本質(zhì)屬性如設(shè)計(jì)過程中人的特性、動(dòng)力、適應(yīng)性等特征關(guān)注不夠，在仔細(xì)分析已有設(shè)計(jì)模型的基礎(chǔ)上，提出自適應(yīng)設(shè)計(jì)理論。［20］該理論并非對(duì)已有的設(shè)計(jì)過程、階段進(jìn)行詳細(xì)解釋，而是強(qiáng)調(diào)對(duì)設(shè)計(jì)者和設(shè)計(jì)本身的關(guān)注，將設(shè)計(jì)者的思考過程整合到設(shè)計(jì)活動(dòng)過程中，從設(shè)計(jì)思維與認(rèn)知的角度更加深刻地闡述設(shè)計(jì)及其過程。2010年斯坦福大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)出版《設(shè)計(jì)思維:理解—拓展—應(yīng)用》一書，對(duì)工程設(shè)計(jì)思維進(jìn)行深入剖析并建立了相關(guān)模型。此階段的研究成果主要包括:(1)工程設(shè)計(jì)課程評(píng)價(jià)。傳統(tǒng)的、單一的評(píng)價(jià)方法對(duì)于設(shè)計(jì)課程已經(jīng)不再適用，為了評(píng)價(jià)教學(xué)方法和課程內(nèi)容的有效性，應(yīng)綜合采用多種方法，如封閉性調(diào)查法、開放式問卷法、概念地圖法、觀察訪談法等。［21］Safoutin等在布魯姆的目標(biāo)分類法基礎(chǔ)上，按照設(shè)計(jì)活動(dòng)包含的各個(gè)要素及其子要素建構(gòu)課程目標(biāo)，提出了基于設(shè)計(jì)的課程分析框架，用于評(píng)估課程計(jì)劃和學(xué)習(xí)效果，他們還對(duì)大一年級(jí)的4個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目進(jìn)行了實(shí)證研究，按照提出的框架構(gòu)建目標(biāo)，在課程結(jié)束后通過問卷調(diào)查檢測(cè)學(xué)生每一項(xiàng)教學(xué)目標(biāo)完成的程度，并將學(xué)生調(diào)查的結(jié)果與教師相比較。［22］(2)建立工程設(shè)計(jì)課程體系?！肮こ淘O(shè)計(jì)導(dǎo)向”的改革需要改變?cè)械囊钥茖W(xué)為中心的課程體系設(shè)置，突出工程設(shè)計(jì)課程的重要性。這就需要建立工程設(shè)計(jì)課程體系，將設(shè)計(jì)體驗(yàn)作為主線貫穿本科各個(gè)階段。一些學(xué)者采用比較研究、案例研究的方法探討如何在本科階段建立一體化的工程設(shè)計(jì)課程，實(shí)現(xiàn)工科課程計(jì)劃的轉(zhuǎn)型。［23—24］(3)有效培養(yǎng)工程設(shè)計(jì)能力。2004年在日本召開的國際工程設(shè)計(jì)教育研討會(huì)上，經(jīng)過專家學(xué)者的討論，對(duì)以下幾種工程設(shè)計(jì)能力達(dá)成共識(shí)，即識(shí)別并明確地表達(dá)問題;創(chuàng)造力;不同的科學(xué)技術(shù)知識(shí)的整合及應(yīng)用;用制圖、命題、方程式、編制程序等方式表達(dá)和描述問題;從經(jīng)濟(jì)、安全、倫理、環(huán)境影響等角度思考問題;在以上約束條件下對(duì)問題求解;規(guī)劃并追隨規(guī)劃;交流;團(tuán)隊(duì)合作。如何有效培養(yǎng)工程設(shè)計(jì)能力的研究也日益增多。學(xué)者們運(yùn)用實(shí)證研究方法深入分析教學(xué)對(duì)于培養(yǎng)設(shè)計(jì)能力的作用。

(二)“工程設(shè)計(jì)導(dǎo)向”改革實(shí)踐

在理論研究的推動(dòng)下，工程設(shè)計(jì)教育改革實(shí)踐持續(xù)向前推進(jìn)。1990年9月美國科學(xué)基金會(huì)(NSF)資助了ECSEL和SYNTHESIS兩個(gè)工程教育改革聯(lián)合體，通過校際協(xié)作和聯(lián)合攻關(guān)，前者意在將工程設(shè)計(jì)教育通盤考慮并貫穿于本科教育全過程，后者旨在開發(fā)一種創(chuàng)新的綜合課程結(jié)構(gòu)模型。美國工程和技術(shù)鑒定委員會(huì)(ABET)從1996—1997年度鑒定周期起，將原來一年的工程科學(xué)和半年的工程設(shè)計(jì)，融合為一年半的工程主題，按照工程主題標(biāo)準(zhǔn)對(duì)教學(xué)計(jì)劃中的設(shè)計(jì)成分進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而引導(dǎo)工科院校在本科階段全面貫穿工程設(shè)計(jì)的體驗(yàn)。從美國近期的報(bào)告中可以看出，“工程設(shè)計(jì)導(dǎo)向”已經(jīng)成為工程教育改革的趨勢(shì)。2007年美國科學(xué)理事會(huì)(NSB)的研究報(bào)告《大力推進(jìn)工程教育改革》(MovingForwardtoImproveEngineeringEduca-tion)提出進(jìn)行以設(shè)計(jì)為核心、以學(xué)生為本的課程結(jié)構(gòu)及內(nèi)容改革。［25］2008年《杜德斯達(dá)特報(bào)告》第4章中提到工程師應(yīng)具備工程設(shè)計(jì)的能力，并指出一些工科教育計(jì)劃已經(jīng)建立或者轉(zhuǎn)型，使得工科課程計(jì)劃在所有層面上都貫穿設(shè)計(jì)的體驗(yàn)，通過課題或基于工作室的活動(dòng)來完成它。①大學(xué)層面的工程教育改革也體現(xiàn)出“工程設(shè)計(jì)導(dǎo)向”的趨勢(shì)。素有“世界理工大學(xué)之最”的麻省理工學(xué)院，非常注重本科階段的工程設(shè)計(jì)教育，以機(jī)械工程系為例，其本科階段的教育目標(biāo)強(qiáng)調(diào)“學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行建模、測(cè)量、設(shè)計(jì)機(jī)械部件及系統(tǒng)”“學(xué)生能夠有效地構(gòu)思、執(zhí)行工程設(shè)計(jì)任務(wù)，并且做好團(tuán)隊(duì)合作與溝通工作”。麻省理工學(xué)院機(jī)械工程系從大一年級(jí)到大四年級(jí)都開設(shè)不同類型的工程設(shè)計(jì)課程，其內(nèi)容主要有:(1)為社區(qū)顧客設(shè)計(jì)玩具。其中包括了解社區(qū)顧客需求、頭腦風(fēng)暴進(jìn)行初始設(shè)計(jì)、繪制草圖制作模型、細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)、建模、為社區(qū)顧客展示設(shè)計(jì)產(chǎn)品、交流溝通等過程。(2)設(shè)計(jì)機(jī)器人并參加比賽。比賽的內(nèi)容每年都不相同，要求學(xué)生在預(yù)定時(shí)間和預(yù)算內(nèi)完成機(jī)器人的設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)堅(jiān)固耐用和工藝性。(3)以15～19人的大團(tuán)隊(duì)形式完成一項(xiàng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，課程結(jié)束后學(xué)生要向近1000人包括設(shè)計(jì)師、企業(yè)家、學(xué)術(shù)人員和校友等展示自己的設(shè)計(jì)成果。(4)設(shè)計(jì)一款高質(zhì)量低成本的產(chǎn)品。課程將工程與管理整合在一起，決定制造的速度、成本、質(zhì)量和靈活性。課程的主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)一款對(duì)消費(fèi)者負(fù)責(zé)任的產(chǎn)品。學(xué)生在上完本門課之后應(yīng)該有能力和信心去制造企業(yè)用不熟悉的過程制作他從未見過的產(chǎn)品，并作出明智決策。建于1997年的富蘭克林•W•歐林工學(xué)院(FranklinWOlinCollegeofEngineering，以下簡稱“歐林工學(xué)院”)以推動(dòng)美國傳統(tǒng)高等工程教育徹底、系統(tǒng)地改革為目標(biāo)，確立了“歐林三角”這一別具一格的課程理念，尤為關(guān)注學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。

歐林工學(xué)院課程類別對(duì)應(yīng)于歐林三角，包括四類課程:藝術(shù)、人文社會(huì)科學(xué)、創(chuàng)業(yè)類;科學(xué)類;工程類和數(shù)學(xué)類。在工程類課程中，設(shè)計(jì)流(designstream)是非常重要的一部分，在修讀要求中單獨(dú)列出并做出明確規(guī)定:第一學(xué)年開設(shè)“設(shè)計(jì)本質(zhì)”(De-signNature，課程代碼ENGR1200)，強(qiáng)調(diào)工程設(shè)計(jì)的原理和方法，把學(xué)生帶到工作室環(huán)境中并鼓勵(lì)他們嘗試將想法轉(zhuǎn)化為模型。第二學(xué)年開設(shè)“用戶導(dǎo)向的協(xié)同設(shè)計(jì)”(User-OrientedCollaborativeDesign，課程代碼ENGR2250)，強(qiáng)調(diào)通過與用戶的互動(dòng)及合作，開發(fā)真實(shí)產(chǎn)品的概念與模型。第三學(xué)年，學(xué)生必須從六門深度設(shè)計(jì)課程(DesignDepthCourse)中選擇一門修讀。學(xué)生在深度設(shè)計(jì)課程中接觸的是學(xué)科跨度較寬、項(xiàng)目主題較大的設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)、部件或流程的再造。第四學(xué)年的高級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)(SeniorCap-stonePrograminEngineering，簡稱SCOPE，課程代碼4190)是設(shè)計(jì)流的終點(diǎn)，也是人才培養(yǎng)的最后環(huán)節(jié)。位于美國中西部印第安納州的普渡大學(xué)以其雄厚的工科實(shí)力所著稱。該校機(jī)械工程系本科階段重點(diǎn)突出四大類專業(yè)課程:系統(tǒng)、測(cè)量和控制類課程;機(jī)械科學(xué)類課程;熱力、流體科學(xué)類課程和工程設(shè)計(jì)類課程。這樣的分類是基于機(jī)械工程領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者對(duì)于機(jī)械工程本科階段教學(xué)內(nèi)容理解和課程安排的共識(shí)，即系統(tǒng)、測(cè)量和控制，機(jī)械科學(xué)，熱力、流體科學(xué)作為機(jī)械工程本科階段課程的三大基礎(chǔ)，而設(shè)計(jì)則更為綜合，是上述三類課程的有機(jī)結(jié)合。

普渡大學(xué)機(jī)械工程系工程設(shè)計(jì)類課程主要包括兩個(gè)方面:(1)半開放的設(shè)計(jì)項(xiàng)目的完成。學(xué)生從備選項(xiàng)目中根據(jù)自身興趣挑選一項(xiàng)完成。包含問題表述、用戶與市場(chǎng)調(diào)研、信息搜集、初步設(shè)計(jì)、頭腦風(fēng)暴、初步評(píng)估、設(shè)計(jì)挑選、材料清單、性能分析、最終設(shè)計(jì)評(píng)審等要素，基本涵蓋了工程設(shè)計(jì)的全過程。(2)典型設(shè)計(jì)項(xiàng)目的完成。包括典型的運(yùn)動(dòng)學(xué)項(xiàng)目、典型的動(dòng)力學(xué)項(xiàng)目、典型的應(yīng)力項(xiàng)目、疲勞失效項(xiàng)目、機(jī)械零件設(shè)計(jì)項(xiàng)目。這些典型項(xiàng)目并不是簡單的驗(yàn)證型設(shè)計(jì)實(shí)踐，而是與生活非常貼近的如棒球投擲裝置、公交車擋風(fēng)玻璃雨刮裝置、食品攪拌器軸等的設(shè)計(jì)。在訪談時(shí)該系的副系主任Jones做了這樣的比喻:“如果把機(jī)械工程系的課程體系看作是一個(gè)三腳椅，那么三大類基礎(chǔ)課程可以看作是三條腿，缺少一個(gè)則三角椅不能平穩(wěn)支撐，而設(shè)計(jì)類課程則是三條腿上面的平臺(tái)，有了它，椅子的功能才得以實(shí)現(xiàn)?！泵绹肮こ淘O(shè)計(jì)導(dǎo)向”的改革實(shí)踐不止體現(xiàn)在對(duì)工程設(shè)計(jì)類課程的重視與改革，還包括其他課程或培養(yǎng)環(huán)節(jié)的配合。例如:麻省理工學(xué)院在本科階段為學(xué)生提供許多參與課外工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目的機(jī)會(huì);歐林工學(xué)院除設(shè)計(jì)流之外的其他許多工程類課程中都貫穿有設(shè)計(jì)的體驗(yàn);普渡大學(xué)的社區(qū)服務(wù)工程項(xiàng)目(EngineeringProjectsinCommunityService，EP-ICS)包含許多工程設(shè)計(jì)的成分，此外，大一年級(jí)的工程導(dǎo)論課程和大二年級(jí)的國際化工程討論班課程的主要目標(biāo)就是讓學(xué)生了解工程師是如何工作、思考、交流，并嘗試培養(yǎng)學(xué)生像工程師一樣思考問題。需要說明的是，美國在“工程設(shè)計(jì)導(dǎo)向”的工程教育改革中并沒有削弱基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)的分量，依舊認(rèn)為基礎(chǔ)知識(shí)決定了學(xué)生未來的發(fā)展?jié)摿εc創(chuàng)造能力?！肮こ淘O(shè)計(jì)導(dǎo)向”的工程教育改革并非是對(duì)科學(xué)的否定，而是強(qiáng)化工程教育的工程屬性，提高學(xué)生解決實(shí)際工程問題的能力。

三、啟示與思考

20世紀(jì)90年代初浙江大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)意識(shí)到英美國家工程設(shè)計(jì)教育的復(fù)興運(yùn)動(dòng)將成為工程教育革命的前奏曲，對(duì)工程設(shè)計(jì)教育作了系列研究。王沛民在1989年《工程教育的目標(biāo)、模式、核心:問題與思考》一文中就鮮明地提出:工程教育的核心不是科學(xué)教育，不是普通文科教育，不是技術(shù)技能教育，也不是三者簡單的加和;工程教育的核心是設(shè)計(jì)教育。［26］進(jìn)入21世紀(jì)后，美國的回歸工程運(yùn)動(dòng)、大工程觀、CDIO工程教育模式成為中國工程教育研究領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)。雖然中國近十幾年的研究沒有對(duì)工程設(shè)計(jì)教育再做專門的討論，但回歸工程、大工程觀、CDIO教育模式，都與“工程設(shè)計(jì)導(dǎo)向”密切相關(guān)。回歸工程就是要糾正工程教育過分科學(xué)化的傾向，突出工程自身的特點(diǎn)，實(shí)際上就是向“工程設(shè)計(jì)導(dǎo)向”轉(zhuǎn)變。大工程觀強(qiáng)調(diào)工程的系統(tǒng)性、復(fù)雜性、綜合性，這些特性集中體現(xiàn)在現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)的內(nèi)涵中。CDIO模式中的“D”正是指工程設(shè)計(jì)，“設(shè)計(jì)－實(shí)現(xiàn)”經(jīng)驗(yàn)是CDIO專業(yè)計(jì)劃的一個(gè)重要特征，也是CDIO教育理念的核心部分。中國工程院在《走向創(chuàng)新———?jiǎng)?chuàng)新型工程科技人才培養(yǎng)研究》的研究報(bào)告中指出:工程設(shè)計(jì)能力是創(chuàng)新型工程科技人才應(yīng)該具備的重要能力，中國的工程科技水平要進(jìn)一步趕超世界先進(jìn)水平，必須大力提高工程設(shè)計(jì)水平。擁有高水平的設(shè)計(jì)和開發(fā)(D＆D)人才，特別是培養(yǎng)和重用創(chuàng)造性設(shè)計(jì)人才，是產(chǎn)業(yè)與工程創(chuàng)新取得成功的根本所在。［27］應(yīng)該關(guān)注美國“工程設(shè)計(jì)導(dǎo)向”的工程教育改革進(jìn)展與趨勢(shì)，深刻認(rèn)識(shí)工程設(shè)計(jì)及工程設(shè)計(jì)教育的重要性，以推動(dòng)中國工程教育向前發(fā)展。

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作者：王敏 雷慶 單位：北京航空航天大學(xué)人文社會(huì)科學(xué)學(xué)院