书城社会科学国际工程教育前沿与进展2007
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第16章 工程教育改革与实践(3)

2.初始计划概要。大约在春季学期中,团队提交一份描述他们创意的一页纸的文件。在这份书面记录中,团队必须描述产品和它所利用的技术,解释它的创新性和独特性,描述目标客户群并提供一个市场规模,解释产品在市场中的需求,提供关于知识产权保护的一个基本概述。TES 在提交限期之前会即时进行一个准备会议,对团队的参赛提供反馈。主席团主要是由熟悉赛事的老师组成,他们从提交的创作中选出决赛候选作品。

3.指导和研发。在公布半决赛选手团队之后,TES 进行额外的专题讨论会以帮助团队不断完善他们最终的参赛作品。为了增加团队的业务和报告经验,TES 为每个团队配备了一位或多位指导人员。

4.计划概述和实践报告。竞赛前一周,半决赛团队提交一份对初期提交的文件信息进行扩展的技术概述。这份概述对评分没有影响,但是可以利于评判人员了解他们的项目。概述对于团队也是一个宝贵的练习机会,因为它包含了报告中将要出现的主要观点。竞赛之前不久,要求团队向一组教师和I2P组织者进行报告,他们能由此获得有关报告风格、形式和内容的有益反馈。

5.竞赛。竞赛分半决赛和决赛,在临近春季学期末的连续两天内(周五和周六)举行,周五半决赛获胜者将晋级到周六的决赛。对于竞赛,每个团队都准备了一个10分钟的报告,以阐释在“快速直觉解释”评估中找到的众多主题,包含该技术的目前状态、研发和应用上的可行性、潜在市场障碍、竞争优势以及该创意在市场上是否会取得成功。团队要花10~15分钟的时间来回答提问,而问题则来自由企业家、风险投资家、工程师、知识产权代理人共同组成的评判团。决赛设置现金奖励,获胜团队将代表UT 参加I2P国际竞赛。

迄今,超过400个UT 学生参与过这项竞赛。基于UT 竞赛的成功,这项计划已经扩展到世界范围,包含国际性的竞赛。创意-产品计划通过学生亲身实践参与技术商业化过程,支持将创业整合进工程教育;同时,计划联合UT 范围内学院的学生和教师,为额外的多学科合作提供绝好的机会。为项目本身服务的评判人员、指导者和讲演者建立的网络与为技术转移的服务网络是相同的,这促成了以I2P项目为基础公司。

该计划尚存一些可以改善和发展之处。首先,可以组织I2P专业竞赛。其次,可以通过I2P活动的一部分——团队组建练习来获得更多参与的学生,形成更多的多元学科团队。项目目前的活力显示可以将I2P模型迁移到另外的大学。

改善工程教育标准和保持力的系统模型

美国人口结构持续改变。不论是工业还是学术机构,未来都会面临非传统资源的专业劳动力,因此,急需一种工程教育的新模型。

新的模型必须考虑两个准则:①为学生接受工程教育提供充分准备;②教育系统必须能够使学生在合理的时间内以最好的成绩毕业。

Owusu 提出的全球性的教育模型详细原理图希望培养出两类工程学毕业生:一类是希望直接进入工厂的学生,另一类是希望继续深造读研究生的学生。每一类学生必须有类似的教育质量特征。本文重点是大学和学院的工程教育。

1995年,对波音公司经理、工程师以及工厂基层工人进行调查,得到对工程学毕业生期望的十项标准,包括:交流技巧、技术知识、确定问题并找到简明的解决方法的能力、清楚工程决策对环境的影响、团队合作精神、创造力和批判思维、对实践知识的重视、继续教育的重要性、工程师自愿在基层工作以及理解交叉功能训练的概念。这些标准被认为是工程教育模型的主要成果之一。专家系统试图将学生感兴趣的学术理论与他们需要辅导的课程进行搭配,在课程早期就应发现哪些学生有困难,以便及时提供必要的帮助。表明专家系统模型如何将合格学生的研究兴趣与大学教学人员、国家研究中心、私人工业研究中心和国家研究实验室(比如Argonne,Oak Ridge 和Sandia)的研究领域相配合。

工程教育中质量标准的保持力的控制模型示意图 描述控制工程教育保持力和质量特性的模型示意图如图5所示:包括输入和输出(工程学毕业生)的系统。可控制的输入X1,X2,X3, XP 包括以下这些因素:学生先前的背景,学习能力,教师的教学经验和适当的支持系统。支持系统包括指南节目、财政支持、教师作为指导者参与的学生活动等。无法控制的因素Z1,Z2,Z3,ZP包括疾病和其他环境条件等。可控制的因素在教育过程中必须尽早提及。

本文提出的工程教育模型考虑了教育家、工业、政府组织以及父母在教育系统中的参与作用。

该模型的关键是利用新型的网络技术设计课程,以满足不同学生的需要。

学习设计:工程教育的持续性

要想成为一个设计者,学生就要学习怎样去进行设计、制造产品和提供服务。当学生们进行设计和制造时,他们便进入到“一系列特定的……有序活动中”。根据Barlex,Read,Fair和Baker的说法,这种顺序包括:①了解人们的需求;②确定并阐明进行这种新的设计的必要性;③通过建立模型阐述并评价设计理念;④进行设计;⑤反思产品的成功之处和生产效率。

通过这种顺序来进行学习的关键在于设计活动。教师的一项重要任务就是为学生提供学习下面五种设计决策的机会:①概念(设计的总体目标是什么,产品是哪种产品);②技术(设计是怎样工作的);③审美(产品是什么样子的);④结构(设计是怎样结合到一起的);⑤营销(为谁设计的,在哪儿用到它,在哪儿能卖掉它)。

Harrison 认为工程设计教育是一个“持续的、不断进步的、成体系的学科,从初等教育到大学教育”。他还认为工程理解能力、接受能力和积极性在设计能力中是紧密相连的。他将工程教育视为一个持续性过程,从儿童时代刚刚同外界环境互动开始,直到小学、中学乃至大学和毕业后的专业训练。不管是在小学还是中学,设计和技术教育的首要目标都在于让学生沉浸于技术的学习。

在1998年9月,安大略教育和就业部为1-8年级的学生引进了一门新的科学和技术课程。

课程的内容目标很广泛,包括:能够让学生参与到社会生产中去的科技知识和技能……培养学生以一种负责的态度使用他们的知识和技术……传授学生实用的技能……让学生学会认识问题、分析问题的能力,并能够综合广泛的背景信息来得出解决方案。为了帮助教师编写设计和技术课程的教学材料,计划设计人员想出了一个关于教学、学习和评价的办法,它利用了两种任务类型:支持性任务和设计与生产。支持性任务是活跃的。而设计与生产要求学生注意设计技巧、技术理解能力和制作技巧。这种教学方法的有效性已经由设计和生产的反馈证明了。一项设计制造任务(DMA)要求学生做出一项设计,并用二维模型和三维模型展示出来,之后做出产品模型并对其性能表现作出评价。

此外,还发展了“新兴展望”课程,只要求学生进行设计而不是制造产品。新兴展望在7个方面挑战了传统的技术教育实践:①要求学生设计而不是制造;②要求学生为未来设计产品和服务;③要求学生发展自己的设计理念;④希望学生使用新技术作为设计的基础;⑤要求学生以团队为单位工作,成员之间可以讨论设计创意;⑥并不希望教师单独辅导这个任务;⑦要求学生向他们的同学、老师、指导者以及其他参与的观众展示自己的设计想法。

作者认为在中小学中的设计教育为工程教育播下了种子。这不是说基于学校的设计教育的目的是为工程教育做准备,而是说设计教育是对所有儿童进行一般教育的基础构成之一。工程教育通常选拔有数学和物理背景的学生;主要聚焦于思考性学科。然而,学生在这个年龄前获取的知识和创造性以及已获得的发散性思维技巧,对未来工程专业的重要性不亚于高度的理论理解能力。

欧林学院重组工程教育

欧林学院位于马塞诸塞州的尼达姆,拥有后现代建筑的干净整洁的校园。它没有学术部门,没有终身教授聘用制,不收学费,没有固定课程,而是通过依次传递、基于项目、不断推行跨学科的方法,使未来工程教育的基本设想能够实现。

美国的工程教育正陷入困境,所以改变迫在眉睫。在对工程师的需求不断增长的情况下,美国本科工科学生的比例持续低迷。2000年,美国学校仅培养95000名工程师和计算机工作人员,因而美国公司又从国外引进了同样多的人才。“9·11事件”后,由于大批外国学生被拒签,因此美国工程师日益紧缺。F.W.欧林基金会资助了57个校区的73幢建筑,直到1997年,基金会决定把所有的问题立即处理掉,所以为欧林大学捐赠了4.6亿美元,并聘请了加州理工学院研究结构力学和非线性力学的米勒博士管理学校。

在几位教职工和30名学生的帮助下,米勒设计、测试了一个新的学习课程,并于2002年招收了第一批本科生。

一个明显需要关注的领域是基础工程课程,在过去的半个世纪里它几乎没什么变化,对已选择该领域或即将报考的学生不再有吸引力。国家工程院的主席威廉姆·伍尔夫把仅有60%~65%的学生选择并修完工程课程的现状视为“耻辱”。

在欧林学院,学生没必要因为考试不及格而遭退学。欧林学院的莎拉·科恩斯说:“是工程教育者让这一切变得困难、枯燥、乏味。”

人们不用花太多时间就能感受到欧林发生的重要转变。工程学校不再有落后的揠苗助长式的、又难又枯燥的数学、物理课了,在这里人们会发现像“面向用户的协同设计”这样有趣的课程。

在面向用户的协同设计课堂上,人们会遇见穿睡衣、汗衫、短裤、拖鞋的学生,气氛与其说是课堂,不如说是艺术工作室。在某个春天的早上,一对沙发椅和扶手椅占据房间的中心,一个学生跷着二郎腿坐在桌子上,像个哲学家一样思考成为艺术家该有的生活和需要。学习面向用户的协同设计课程的学生不需要制作实际产品,不用接触任何技术,甚至不用做数学题。帮助组班的助教本杰明·林德承认:“这看起来一点都不像学工程的。”

欧林的课程注重面向用户的协同设计和自然设计(例如学习制造爬行机械的班级)这样的课程。管理者米勒喜欢用类比法,他把传统课程比作音乐课,学生学习音乐史和乐理知识,但却不能接触乐器。恰恰相反,欧林较早引进项目基础课程,并且长期坚持。

欧林还坚持认为学生应该花1/4的时间学习工商管理、人文与社会科学等课程。来自哈佛国际医疗所的研究员康斯坦斯·博维在考察欧林后说:“欧林竭力让学生注意这几门课程的互动。”为了向学生注入创业精神,欧林学院创建了欧林铸造车间,在这里学生创业人数众多,硬件设施良好,资金充足。

学生还通过欧林高级工程咨询计划直接在商业界实习。2007年有12家企业,包括名列世界500强的波音、惠普波士顿科技、IBM 等共向欧林支付70万美元,招收几组5人一组的大二学生做一学年的顾问,负责公司的紧急工程技术问题。

领导这一计划的欧林助教大卫·巴雷特说:“当他们成为高级顾问时,他们就达到专业水平了。”

欧林的人文、工商管理、纯粹工程教育的综合达到良好效果,其中一个标志就是本科生保留率高达91%,大概比美国其他工程学校平均高出50%以上。另一个标志是该校改革后首届66名毕业生2006年轻松地得到了令人羡慕的工作或读研机会,其中两人获得富布赖特奖学金,四人获得美国科学基金会奖学金,另外还成立了三家公司。

2007年春季,欧林的5个校区共招收了304名本科生(全部获得全额奖学金),于是校外人士开始对该校表示关注。美国工程教育协会的执行主管弗兰克·休班德说:“欧林肯定是创新的,能否将其做法转移到大规模的学校还不清楚,但是的确有值得我们学习的地方。”

米勒用剧院与足球作对比谈了欧林的课程、教授、学生。但是当讨论教学生什么的时候,他很直截了当地说:“他们不学工程,而是学习怎样成为工程师。”