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“大工程观”的涵义、本质特征探析

来源:高等工程教育研究 2009年10月18日 作者:谢笑珍

一、问题的提出

  中国最早接触“大工程观”(Engineering with a Big E)理念是从1996年国家教委工程教育考察团赴美考察报告中开始的。之后国内学术界对此概念进行演绎或者拓展,但对“大工程观”的理解至今还停留在当年赴美考察团对“回归工程”理解的层面,没有将其升华——具体化。

  而美国工程学界尤其是MIT却不同,从前MIT院长莫尔(Joel Moses)初次提出“大工程观”这一概念至今,大工程观已从“回归工程”运动思潮,形成从理念到实践的一套完整的、可操作的教育教学理念与教学模式,切实指导美国工程教育改革,并取得巨大成功,其内涵更加丰富完善。本文从“大工程观”的生成过程,探究“大工程观”内涵、特征与本质以及具体的教学改革运作。

  二、大工程观的生成过程

  美国工程教育经历“技术模式”与“科学模式”,正在实践当前的“工程模式”,并且不断地面向未来进行探索和改革,“大工程观”就是伴随美国工程教育这一变革历程而生成的一套完整的指导工程教育改革的理论体系。

  20世纪三四十年代前,以传统工程观为导向的工程教育“技术模式”,侧重技艺技能本身研究与运用,重视处于工程经验阶段的工程实践,工程教育侧重专业技术知识的掌握。到20世纪40~80年代,美国工程教育引进科学教育,开设数学、物理等基础学科,这样以“工程科学运动”(Engineering Science Movement)为导向的教育理念主宰美国工程教育。由于工程科学在许多领域取得了巨大成功,促进“过度”工程科学化运动思潮的蔓延。但是工程教育过分科学化、学术化,过分强调科学基础理论研究与教育,重点突出了工程学科的学习和科学分析的训练,这样二战前注重的工程设计和集成以及工程实践教育等项目就被消除或者大幅度减少,偏离以实践为基础的工程教育的本质,其直接后果是造成美国工业在一系列产品领域让出霸主地位,对美国的竞争力构成严重威胁。20世纪90年代以后,美国有志之士开始研讨工程教育新模式,提出“回归工程运动”,形成“工程模式”。前MIT院长莫尔则把这阶段的工程教育改革运动称之为“工程系统运动”,“一个运动,我称它为工程系统运动,就开始应对这些问题了(A movement ,let me call it Engineering Systems movement)”。“回归工程运动”的核心内容就是要改革美国“过度工程科学”化的工程教育体系,“重构工程教育”,“要使建立在学科基础上的工程教育回归其本来的含义,更加重视工程实际以及工程教育本身的系统性和完整性”。以MIT为首的高校则对工程教育开展一系列理论研究与教学实践改革探索。莫尔则在1993年提出“大工程观”概念,并指出这是未来工程教育发展的新方向,获得广泛认同。随后,MIT率先探索能使工程教育接合的各种方式。随着“大工程观”理论在实践中逐步丰富与完善,逐渐从概念演变为一门系统学科——“工程系统学”,标志着美国工程教育步入成熟期。如今,“工程系统已经作为一门学科”深刻影响着美国的整个工程教育。

  三、大工程观内涵与本质

  1.“回归工程”、“大工程观”、“工程系统学”。

  “回归工程”、“大工程观”这两个概念是从不同视角对20世纪90年代开始的美国工程教育改革思想的归纳和总结。两者的区别在于:“回归工程运动”(莫尔称之为“工程系统运动”)是工程教育改革思潮,是与“工程科学运动”相对应的形而上的概念。“大工程观”则是“回归工程运动”的结果,是在“回归工程”思潮运动过程中,在工程教育改革实践中形成的一套指导工程教育改革实践的教育教学理念,具有实践性、可操作性,其内涵与外延已经大大突破单纯的“回归工程运动”本身,其不仅仅是一种教育理念,更多的是一种指导解决工程系统基本问题的思想及方法,这就是“工程系统学”。“工程系统学”是“大工程观”理念的进一步完善与具体外现,主要应对大型复杂工程系统问题,其核心概念是工程系统。

  中国经常使用的术语“回归工程运动”,是为了克服“工程科学运动”的局限而应对当前社会需求的教育思潮。一方面,它意味着从过分注重“工程科学”到注重“工程实践”的转变,回归工程教育的本来涵义,从“科学模式”回归“工程模式”;另一方面,它又是指通过重新整合不断分化的学科,从而创建新的工程学科的过程。这种“回归工程运动”的“回归”并不是完全否定式的回归,它是在肯定工程科学的基础上重新重视或者增强工程实践的内容;这种对工程实践的回归,不是简单地对工程实践经验的回归,而是在工程科学理论指导下的工程实践;这种回归也不是完全复原式的回归,它不是简单地复原原本属于一体的工程学科,而是切合时宜地将一些工程学科进行创造性的整合与集成。

  2.“大工程观”特征。

  与传统工程观(主要指近代工程观)比较,“大工程观”作为一种现代工程观,表现出如下突出特征:

  第一,“大工程观”将科学、技术、非技术要素融为一体,形成完整的工程活动系统,注重工程技术本身的同时,把非技术因素作为内生因素加以整合,引入工程活动。重视对整个工程系统的研究。工程活动包含着对生态环境结构与功能的重塑,与社会相互协调发展,既改造环境又保护环境,促进环境的可持续发展。

  第二,“大工程观”重视多元价值观统摄,力图实现多元价值观的整合。现代工程将科学、技术、经济、社会、环境生态、文化以及审美艺术、伦理道德等价值观整合起来,指导工程实践,创造一个人工的实体。人工的实体一旦生成,就成为一个社会文化的实体,并围绕其形成新的社会结构系统。传统工程观价值观单一,主要以追逐经济利益为目的,创造一个经济技术实体,工程活动价值指向是以人类为绝对主体,对作为客体的自然界的改造活动,忽视自然本身的内在规律,以及对人类活动行为的限制与反作用的功能,忽视工程对社会结构与社会变迁的影响,忽视社会对工程的促进、约束和限制的作用,因而难以全面把握人与自然的互动关系。

  第三,现代大工程活动属于知识密集型实践活动,用丰富的知识替代相对稀缺的自然资源。传统工程多属于劳动密集型工程和资本密集型工程,这种传统粗放型的资源利用方式易引发生态危机。

  3.“大工程观”本质与内涵。

  工程本质上是多学科的综合体,是以一种或几种核心专业技术加上相关配套的专业技术所重构的集成性知识体系,是创造一个新的实体。工程活动就是要解决现实问题,是实践的学问。工程的开发或建设,往往需要比技术开发投入更多的资金,有很明确的特定经济目的或特定的社会服务目标,既有很强的、集成的知识属性,是整合与集成,同时具有更强的产业经济属性。现代工程朝巨型化、集成化方向发展,呈现技术高度集成化趋势,同时大型工程对环境生态、人文、政治经济活动产生显著的影响。因此,“大工程观”的本质就是将科学、技术、非技术、工程实践融为一体的,具有实践性、整合性、创新性的“工程模式”教育理念体系。

“大工程观”是从实践的视角,将大型复杂工程系统存在的传统与非传统属性上升为学术研究领域,演变为改革现代工程教育的理论体系,经历各学科各部门人员的不断努力、丰富与完善,而逐渐形成“工程系统学”理论体系,其外延与内涵进一步扩大。“大工程观”不是指工程规模本身的“大”,而是指为大型复杂工程提供理论支撑的科学基础知识系统范围的“大”,涉及各方面学科的交叉与融合,远远突破“工程科学”知识本身的范围。“大工程观”就是“以整合、系统、应变、再循环的视角看待大规模复杂系统的思想”,包含以下三个层面的内容:

  第一,整体论的思想。

  整体论是“大工程观”的典型特征,要求在描述和分析工程系统时,关注工程系统整体的架构,要抽象地将其作为一个整体来思考,而不仅仅是相对独立的各分支部门,要求用联系的观点看待问题;不仅要把工程系统看作一个整体,而且还要将其放到更大范围内的政治、经济、文化等社会背景中去,把它们共同看作一个整体。

  整体论思想体现在工程系统方面的思考模式就是整合、集成、综合,关注支撑大型复杂系统工程的各学科之间理论的系统性与关联性,工程学科之间的整合与综合,关注工程系统与工程背景的整合。

  整体论思想体现在工程实践系统层面,就是工程系统中的工作人员,不仅仅是运用工程科学、技术、工程方法、企业管理标准、社会因素中的某一学科方面的知识开展专业化的工程活动,而是必须综合这些学科知识运作工程系统,关注来自不同学科的工程师与其它专业人员团队协作,关注工程过程,关注技术手段的选用,关注多元价值观对工程师的求解问题方法与途径的制约。

  整体论的思想反映在工程教育系统层面:一是建立多学科整合系统;二是实行通识教育,培养的工程师要具备技术知识、沟通技能和金融知识、对社会问题的感知能力,以及基于伦理道德的是非判断能力,是宽厚理论体系与实践能力兼备的通才。

  具体的工程教学改革措施:重新审订工程教育培养目标与课程计划,将比较深入和多样化的人文社科内容整合到工程教育计划中;设立多学科小组,围绕未来工程实践、技术、社会专业大背景研究工程教育“教什么、学什么”,由其重组完整的课程设置和教学,建立交叉学科;不断开发和实验有效的教学方法;改善教师和组织结构,工程领域和其它学科的教师的作为一个整体更深入地密切合作,共建跨学科项目团队;设计和实验同等重要,通过工程设计整合理论教学与实践教学;开发学生的人际交往技能以及灵活运用多元文化思考的能力;优化教师队伍,与企业合作,为教师创造更多的机会以提高他们的工业素养和工程设计方法论知识。

  整体论的思想反映在工程教育运行机制层面,就是要建立一个横跨各系科之间的工程系统部门ESD(Engineering Systems Division)。

  第二,应变的思想与方法。

  理念是行为的先导,大型复杂系统工程遵循“理念-设计-工程实体”这一模式,大型工程系统的设计与管理,与其说是在做物质化的工程,还不如说是在“做一种思考的理念与模式(engineering systemmode of thought)”,是将思想借助于物质技术手段,外现具体化为一个物质实体的过程。新创造的工程实体一旦生成,就成为物化的“生命(life)”系统,可能随时间的变化而发生改变,为了应对工程系统运行过程中可能发生的各种问题,应变的思考模式或者说思考大型工程系统的方式充斥整个工程系统。应变策略设计是找出系统中相对稳定的那些因素,如系统的宏观架构一般相对稳定,那么这些宏观架构就作为系统的主体属性,这些宏观架构恰恰反映在工程教育的课程设置上,作为课程教学的主体内容。

  应变的思想与方法反映在工程教育层面,就是工程教育终身化,必须培养学生终身学习能力;精简学科教学内容,加强对基本概念与原理的掌握,不需要对整个知识领域的覆盖,给学生以充分的时间思考和参与社会活动;教学中帮助学生学习如何运用基本原则,发挥主动精神,用自己的自信心和判断力来对付新问题;重新设计多样化的工程教育系统,满足不同人员终身学习的需求。

  第三,“再循环”(recycle)的思想与方法。

  在大工程观中,“再循环”的视角非常普遍。大型复杂系统工程成本高,功能复杂,一旦生成,功能相对稳定,而社会总是不断变化的。大工程观中,设计工程系统时就必须重点关注其循环使用周期与长远发展问题,关注工程系统的灵活性,可以更容易地给系统增加新的功能,或者改变现有的功能,使其重新适应变化的需要。

  值得注意的是莫尔提出的“大工程观”,只是强调要远离“纯粹(pure)”的工程科学导向,扭转“工程科学”极端化的趋势,而不是要否定或者削弱工程科学研究。事实上,莫尔同样重视工程科学在工程教育中的支撑作用,承认工程科学研究的优势:“它能够解决具有精确或者接近精确答案的问题……而且工程科学在许多领域是非常成功的。”正是工程科学和技术的不断发展给原来的工程教育课程不断补充新鲜血液。而且工程教育中通过强化科学知识的一致性,很方便地将新的科学发展融入工程实践。不过,“大工程观”要求的“工程科学”研究要求学科之间创造性综合,与传统科学研究的分门别类、越分越精细有所不同。(作者系华南理工大学高等教育研究所副研究员)


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