从OBE-CDIO到新工科建设

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导语:近日,教育部高等教育教学评估中心官网正式公布了其2020年工作要点,其中明确,在专业认证方面,今年将控制认证规模,对300个工程类专业进行认证。认证是对高校专业建设成效的检验,更是高校工作成效的体现。本文将分享天津大学新工科教育中心主任顾佩华对工科专业建设的一些看法。

 

新工科教育改革的背景

当代科技发展成果与日俱新,新知识、新技术从发明到应用的周期远远快于大学课程体系、课程内容和学术体系的更新周期。斯坦福大学工程学院(School of Engineering 前院长吉姆·普拉莫(Jim Plummer)曾经说过,斯坦福大学本科工程教育的问题在于学生在校学习的专业知识在毕业之后很快就过时了。

近年来,人工智能的影响愈加广泛。一方面源于传感器技术、精度和质量等都在提高,价格也在降低。另一方面,从数据采集和存储能力看,这三五年的数据存储量超过以前150年的数据量,同时计算机的计算能力大幅度提升。这些因素和其他相关技术的发展支持了人工智能的快速发展,这种技术叠加性效应对企业发展、工程教育都提出了新的挑战。

中国工程人才培养水平在最近20多年取得了令人瞩目的成绩。但是,与高校办学条件、科研经费和论文数量提高的速度和程度相比,本科工程教育质量和水平还有提升空间,教育模式和方法尚未发生根本性改变。当代大学生从小使用计算机长大,他们的成长特点影响了其学习习惯,哈佛大学、斯坦福大学和麻省理工学院等大学调查发现,学生对MOOC青睐有加。传统的教学方法并非完全适合当代大学生的学习习惯。

美国大学的教学目标与社会需求存在脱节的问题。卡耐基基金会(TIME & Carnegie Corporation of New York)等曾对1000名成年美国人进行调查,结果显示,80%的人认为美国学生在大学受到的教育不值他们付的学费,41%500多名大学的管理层领导持同样的观点。2013年,美国学院和大学学会(Association of American Colleges & Universities)对用人单位的调查发现,用人单位对非专业能力的终生能力的要求超过专业能力的要求。例如,93%的用人单位认为毕业生的批判性思维、清晰交流和解决复杂问题的能力比学生的本科专业更为重要。新技术革命和产业变革快速颠覆传统产业和劳动力市场,形成全新的工程科技人才需求格局,这迫使大学贴近产业以培养企业需要的创新工程师。工程教育需要深刻变革和全面创新,全面实施新工科教育发展的变革。

 

汕头大学的工程教育改革实践

2008年汕头大学提出了先进本科教育(Advanced Undergraduate Education)模式,目的是让通识教育和结果导向的专业教育有机结合。针对所有本科专业,学校制定了18个通识教育培养目标和1个专业目标。通识教育的目的是让学生掌握适应各种职业和人生成长所需要的知识和能力,“以学生为中心的学校价值观、校园文化和学校政策”“生师比低”“小班授课,大量的师生交流”“住宿学院、导师指导”“基于经历的学习模式”等都是其特征。

汕头大学在这方面起步早,措施也比较齐全。例如学校生师比达到了12157%的课程学生人数在30人以内,每名学生都有导师等。具体落实到人才培养目标的制定上,汕头大学人才培养的目标多级制定,通过课内外哪些活动去实现这些培养目标也制定得比较详细。例如“具有有效思维的能力”是通识教育培养目标之一,细分为“具有明确问题和分析问题的能力,具有按照正确的逻辑做出推论和提出结论的能力,具有进行归纳的能力,具有对各种可选择的解释进行概括和形成自己观点的能力,以及具有对争论的问题进行分析和评估的能力”,这些能力的培养需要通过“汕大整合思维”与“逻辑方法论”等课程与课外活动实现。除此之外,重视培养学生的外语能力也是汕头大学的一大特色,学校本部的外教比例达20%左右,医学院会少一点。很多传媒、商科等相关课程都由外教授课。

再谈以结果为导向的CDIO工程教育模式。汕头大学在总结国内外工程教育改革的经验基础上,开展了OBE-CDIO工程教育改革。OBE-CDIO工程教育模式实质上是培养未来工程师的创新教育框架,包括12CDIO标准和380多条CDIO能力大纲。标准是实施OBE-CDIO工程教育综合改革实践和评估的准则,能力大纲则对学生在专业知识之外的能力和职业素质提出较全面的要求,包含毕业生从事工程师方面的综合能力要求。这一教育模式回答了“工程师需要具备哪些知识、能力和态度”以及“工程教育如何使学生具备这些知识、能力和态度”两个核心问题。

 

注:CDIO 是Conceive(构思)、Design(设计)、Implement(实现)和Operate(运作)四个英文单词的首字母缩写。

 

通过项目进行教学是工程教育的重要环节,汕头大学设置的工程教育项目通常分为三级。一级项目是开放式的、能够代表本专业水平的复杂工程问题的项目,模拟企业产品研发的全过程,使学生有机会将知识有机联系起来,培养CDIO能力。二级项目是课程群层面的设计项目,相当于综合性的课程设计,使学生能够应用课程群核心知识解决问题。三级项目是课程层面的设计项目,在实践过程中重点应用本课程的核心知识,使学生在项目中掌握核心课程的知识。

国外的工程教育认证一直倡导课堂档案建设,而高质量的课程建设也需要学校做好档案系统。档案内容包括教学大纲、课堂教案、课堂PPT、作业题目、小测验题目、考试题目、概念口试题目及说明、学生的学习成果(例如作业、小测验答题、考试答题、实验记录、项目设计和实施档案等)、课程学习目标的评估及分析、教师反思报告等。每门课都有详细的档案,教师教什么,考什么,开展的项目,学生的成绩单一清二楚,“金课”“水课”一眼可见。

 

新工科建设的发展和深化

从我国新工科建设情况来看,各个方面做了一些很实际的推进,能够从不同层面看到创新的地方,有些项目有企业参与其中。不过,一大问题在于高校和行业接触不够深入,这也是全世界工程教育领域都认识到的不足之处。高校的工程教育要面向产业发展的需求,就一定要贴近工业界,了解企业需要哪种人才。同时,高校需要邀请企业人士参与到高校的人才培养当中。特别是一些信息技术方面的专业,这些领域发展非常快,大学的课程内容很难跟上社会变化,需要高校和企业深入融合。

从教师教学层面来看,学校单纯靠教务处推动教学模式的改革还不够。学校现阶段培养的学生面临的将是数年之后的就业环境。学校需要突破传统教育的思维定式,按照新工科要求建设新专业和改造传统专业,这可能就需要跨专业、跨学科甚至跨学院的合作来完成。

从教育学方面来看,学生上课就是单纯听课,考试前突击学习,这样的教学模式太陈旧了,根本不适合21世纪的人才培养要求。根据这几年新工科的发展情况,培养学生的综合素养,提升素质能力尤为关键,这就要求学校创造机会让学生和老师建立新的关系,增强课内外师生互动,而不仅仅限于是课堂上的师生关系。

目前来看,我们现在对新工科建设的理论研究基本上是在积累实践经验,还没有总结出系统性的理论。我们要建立系统性、逻辑性较强的理论体系,需要研究什么是理工科的核心要素,并且厘清各个要素之间的关系,最终建立起完整的新工科人才培养理论体系。我们应以这些新理论和新理念指导新工科建设的实践,建立面向未来、面向世界和面向工业的新工科教育体系,建设工程教育强国,为世界工程教育进步与发展贡献中国智慧和中国方案。

 

{新闻链接}

近日,教育部公布了2019年度普通高等学校本科专业备案和审批结果,新增备案专业1672个、审批专业181个(含130个国家控制布点专业和51个目录外新专业),调整学位授予门类或修业年限专业点47个。

据悉,支持急需紧缺和新兴专业也是本次新设专业工作的原则之一。为落实国家战略部署,支持具备条件高校设置网络空间安全、集成电路设计与集成系统、人工智能、数据科学与大数据技术、智能制造工程等专业布点,新增虚拟现实技术、工业智能、区块链工程等一批目录外新专业;支持高校设置预防医学、中医康复学专业布点,新增应急管理、养老服务管理、跨境电子商务等目录外新专业;支持高校推进“四新”建设(新工科、新医科、新农科、新文科),新增智能感知工程、储能科学与工程、智慧农业、农业智能装备工程、运动能力开发等一批目录外新专业。工科专业多次被提及。

 

主讲人| 顾佩华

整理|麦可思 范春骏

 

注:2011年9月至2018年7月,顾佩华任汕头大学执行校长,后于2018年9月获聘为天津大学新工科教育中心主任。本文整理自顾佩华在麦可思第八届春季高校管理论坛上的发言。

 

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