基于知行合一理念的工程教育一体化课程体系再造

基于知行合一理念的工程教育一体化课程体系再造

一、再造工程教育教学系统“知识”和“行动”的不同程度分离是目前世界各国工程教育的现状。以往工程教育的改革就是解决“知识”、“行动”、“知识”和“行动”之间的平衡和双重平衡问题。“知行合一”本是人类活动的基本轨迹,“知”和“行”是你中有我、我中有你的关系。“科学———技术———生产”这一“知”、“行”分离的范式是在第二次世界大战后逐渐形成的逻辑思维公式,推演至生产领域,遵循的是知识再生产的模式;在教学体系中,其分别对应的是学科理论课系列、实践性活动教学系列;在课程设计排序上理论为先、实践随后,理论为主、工程实践为辅。这种课程设计存在明显的缺陷,在工程教育中造成二律背反:工程教育采用接近于美国的工程教育模式———在校期间主要进行工科基础教育,而要求达到德国工科大学的培养目标———要求在大学本科阶段完成工程师的基本训练。换句话说,就是中国的工程教育“名”为培养工程技术人员,“实”为培养工程学科人才。本科生在校期间主要进行工科基础教育,强调掌握“知”的学术型训练,接受的是分门别类的单科系统性知识,大多数学生仅凭自己的力量难以有机整合各学科之间的理论,更难以打通“知”与“行”之间的联系,所以学生的整个知识体系框架是零碎的、片断性的,在应对真实世界的问题时,就凸显出其明显的局限性———本科毕业生不具备产业界所希望的工程师的系统能力,特别是工程实践能力和创新能力,也由此产业界质疑工程教育的质量。因此,为培养产业界所需要的新型工程师,必须再造工程教育教学系统。就工程教育的本质而言,工程教育再造需要解决的关键问题就是“知”与“行”之间的整合问题,必须重新设计能够融合理论与实践的“知行合一”的一体化大课程体系。二、“知行合一”的大课程观“知行合一”简称为“知行论”,是明朝思想家王阳明提出、后经王守仁加以系统阐述的古代教育思想,着重说明“知”与“行”的关系,是中国古代教育哲学中有关认识论和实践论的命题。“知”是指知识、思想、认识和理论,“行”是指行为、实践。中国古代哲学家认为,不仅要认识(“知”),尤其应当实践(“行”),必须“知与行的合一”;既不能以“知”来吞并“行”,认为“知”便是“行”,也不能以“行”来吞并“知”,认为“行”便是“知”。工程教育中的“知”主要指科学知识、技术与非技术知识、工程活动背景知识;工程教育中的“行”主要指实验室模拟实践和作为专业技术人员的工程实践。工程教育的改革与发展,由“科学范式”向“工程范式”转变的工程教育再造,其核心内容就是再造工程教育中理论和实践的关系,可以说,“知行论”影响着工程教育界对理论和实践两种导向的选择和平衡。“知行合一”的大课程观就是重新厘定工程教育中理论与实践关系的教育思想,是指工程教育以工程为取向,不再遵循传统工程科学教育的理论———实践、知识———技能、基础———应用的课程设计理念;重新定义工程理论课系列与实践课系列之间的关系,将断裂的两个系列通过合理的再造设计整合为一体化的更符合人类大脑活动规律与工程教育本质的课程设计体系的指导理念。这一观念的实质是重新实现工程理论与工程实践的一体化,包括两个层面的含义:第一,实现“知”与“知”之间的整合,主要是科学知识、技术与非技术知识以及工程系统背景知识的整合;第二,实现“知”与“行”的整合。其具体的课程设计是以解决真实世界的工程问题为导向,采用自下而上的逆向设计路径,模糊学科之间、理论与实践之间界限,通过“整合与构建机制”,重新整合不断分化的学科,将通识性与专业性、技术与非技术知识、科学与技术、技术与人文、理论与实践、专业性与职业性实现实质意义上的整合,建立“知”与“知”之间、“知”与“行”之间的内在结构性关系,然后建构成新的一体化的工程教育大课程体系。这是一种工程取向的整体工程教育观,是构建工程教育的整体路径的工程教育大课程设计理念。这种课程设计是关联互动的,不是简单将课程内容与实践内容进行拼凑,而是在深入研究各种工程教育要素的基础上,在内容之间建立内在的关联,将内容进行有机的糅合,其目的是通过更突出跨学科、更全面系统的工程路径,培养在万变的世界中具备思想力与行动力、领导团队项目的能力、跨学科沟通技能,以及怀抱对工程行业终身学习的愿景的工程师。这种工程师不仅精通专业技术,最关键的是能够在技术、法律、公共政策、文化艺术、政府与企业、环境生态、可持续发展等约束条件中,具备跨学科系统和运用工程思想的工程能力。与传统的学科课程模式比较,“知行合一”的大课程观具有三个典型的特征:①跨学科,应用情境中的学科之间的界限是模糊的;②“知”和“行”之间是不断交互的,工程教育不是简单地被视为科学理论指导下的“应用”,而是富有创造性的过程;③以解决真实世界的问题为导向。三、课程设计路径理念“知行合一”的大课程观是培养新型的工程师的整体课程设计路径理念,该理念建立在人类大脑的活动规律以及工程教育本质、理论与实践之间的关系以及课程本身逻辑基础之上。音乐、艺术、理论等内容这种课程设计符合人类用脑的规律,有利于大脑潜能的开发。R.Sperry研究发现:人的大脑分为不对称的左右两个半球。左半球是“理智的”一半,加工信息的方式是言语的、系列的、数字的、几何学的、理性的和逻辑的,一般说来,偏重语文、数学等与语言、数字、逻辑和理论等有关的内容。右半球是“直觉的”一半,加工信息的方式是视觉的、平行的、整体的、模拟的,偏重于音乐、美术等与形象、空间知觉、直觉、想象等有关的内容。左半球负责词语性作业,右半球负责空间(形象)性作业,“决定”归左脑,“执行”归右脑。工程都是在诸多约束条件下,基于技术的艺术设计,并将其建造为实体,是大脑左右半球协同工作的产物。工程师在技术、经济、商业、政治、社会与伦理等约束条件下,设计出直接或间接改变我们生活的设备、装置、零件和各种系统,因此,工程活动需要左右脑协同工作。以数学和自然科学为主体的理论课教学体系侧重语言智能与逻辑———数学智能的测评、培养与发展,有利于开发和训练左脑,但对右脑以及大脑两个半球的协调功能的训练和开发严重不足,限制毕业生未来的发展。“知行合一”的大课程设计则有利于大脑两个半球协同开发。私家车工程的发展方向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。工程活动就是要解决具体的现实问题,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,工程教育的课程设计必须将科学、技术、非技术、工程实践融为一体,并具有实践性、整合性、创新性,实现“知行”一体化课程体系与工程教育的本质是契合的。知识与实践的内在关联理论学习偏重掌握“知”,侧重对客观世界规律性的探寻,其所获得的知识在真实世界中会产生什么样的“结果”,并不存在必然的相关;实践活动重在“行”,侧重应用。如果工程教育分为理论课系列与实践课系列,造成“知”、“行”事实上的割裂式教学,这意味着将理论知识从真实世界中抽离出来,沦为“纯粹”抽象概念,理论知识的学习也就成为抽象概念之间的逻辑推演,而失去与真实世界的联系。因此,过多地学习这些“纸上”的理论,学生们容易陷入知识的“虚无主义”,而失去对学习本身的兴趣。而且学科之间界限分明,每门学科理论都按学科自身发展的逻辑线性推进,理论与实践之间如何联结,即“知”与“行”之间建立什么样的内在关联,“行”用什么样的“知”来指导,皆不纳入“知”与“行”两个系列的范畴,全仰仗学生们自己的“悟性”去打通,从本科教育的实践来看,大部分学生是相当困难的。“知行合一”则重新定义了理论与实践之间的内在联系。掌握专业知识、提高实践技能是工程实践的重要技能一、三工程教育中的许多课程,如语言类、工程设计类、工程管理类、制造与工艺类、实验课等本身就是“知行合一”、“学”“用”合一的,而且掌握理论知识既可以通过正规的课堂教学体系,也可以通过工程实践,在工程实践中掌握知识的更有利于学生建立与真实世界的问题联系。有些技能,如人际沟通能力、团队协作能力、领导力、工程伦理、工程成本的核算与管理,这些作为工程师的关键技能,不是课堂教学就能培养出来的,是在工程实践中渐进式领悟与锤炼出来的。因此,“知行合一”符合课程本身的逻辑。四、构建“知行合一”工程教育大课程体系本研究交互采用模块化设计和过程式设计,从四个层面设计“知行合一”工程教育大课程体系:工程教育大课程整体路径设计、整体课程结构计划设计、课程群设计、课程教学内容设计。1.工程能力教育的延伸对工程教育系统进行系统设计,设计“知行合一”的大课程整体路径,从整体上突破传统的狭义的教室型课程教育教学空间限制,将课程教学空间拓展到社会和产业界这一大课堂之中,构建以“工程能力教育”为核心的工程理论与实践教育一体化、学—研—产一体化的“工程能力教育”无限学习空间站,形成工程教育联合体。构建以解决真实世界中的问题为导向而非以理论为导向、以实质性能力培养为导向而非以知识传递为导向的融理论性、专业性、实践性、行业性、真实性为一体的工程能力培养体系,以此为基础,建造“工程能力教育”空间站,并将其拓展延伸到社会和产业界,将课堂教学与课外延伸训练学习、专业课理论教学与实质性工程实践能力培训、专业性与职业性统合、有限学习空间与无限学习空间融合为一体的“工程能力教育”无限学习空间站,使学生在这个工程能力教育系统中得到实质性的可持续成长(参见图1)。实现大课程整体工程教育路径,学术机构与产业界能否建立实质性的一体化合作机制至为关键。应把产业界统合进工程教育系统之中,让产业界成为工程教育的关键性主体之一,全程参与工程师培养的路径,包括人才培养目标的清晰定位、依据产业界需求与技术发展趋势以及课程本身的要求重组课程结构、课程计划的制定、教学内容编订、工程实践指导、具体的教学指导等方面,同时让企业成为课堂教学空间。这样,学生的学术训练与真实世界的工程问题建立直接的联系,学生通过这种体验式学习习得真实的工程经验,训练解决真实问题的系统化的技能。2.以通识性课程为支撑的专业学生培养计划“知行合一”大课程计划包括五类课程群:导论性课程、学科课程(主要指纯科学与工程科学课程)、通识课程、专业核心课程、总结性工程实践项目,采用课程与项目交互设计的方式设计整体课程结构计划(如图2所示)。图2中,学科以水平方向展开,工程能力与工程实践项目以垂直线条方向展开。导论性课程、通识性课程贯穿四年制学习生活中。导论性课程强化对相关核心学科的应用,使学生对工程领域产生兴趣,增强他们的主动性。通识性课程帮助学生了解工程运行的背景性知识,以及以技术为基础的非技术知识。导论课与通识课伴随其他学科基础课,能够形成创新结构,以此为支撑,通过专业核心课程与工程实践项目,学生对学习经验进行重组使其成为一系列全新的结构。以四年制本科整体课程结构计划为例,大一、大二学习导论性课程、综合的统一的基础科学和数学,在此过程中穿插进行试验、设计的实践内容并学习相关的方法论课程;大三深入学习工程科学和专业知识为研究打下基础;大四深入学习专业核心课程,并进行系统的设计训练,在毕业时按照实践导向的硕士学位计划、直接进入工业界和研究导向的博士计划作为出口。导论课、通识性课程与解决实际问题为导向的工程实践贯穿四年制学习生活中。在新的模式下把四年的培养计划打通,综合考虑,突出工程专业的固有特点。围绕学科重构课程计划,其优点是学科之间相互支撑,并与能力和项目不断交互,以工程为核心,使工程能力的培养成为常规课程计划的有机部分,既能促进学科内容的学习,又可以为项目和设计的整合提供多种灵活的结构,同时将有效沟通能力以及产品设计和工程系统的建造能力的训练全部整合进学科课程之中,所有的教学都发挥双重作用———既掌握了“知”,又习得如何“行”。学生通过基于问题的探究式学习以及探究式实验室学习等方法,打通“知”与“行”之间、“知”与“知”之间的内在关联,从而形成系统化的知识技能结构,有很大的应用价值。3.重建课程结构运用跨学科联结的方式构建更加灵活的一体化课程群结构,图3中这三种方法使教学计划更加灵活,使“知”之间能够实现真正的整合。方块同步型是最有效的也是最常用的一体化课程设计,基于解决真实世界问题为导向,可以首先使两门课程的内容和时间整合为一体,一个教师可以负责一门整合后的课程,或者两个或几个教师通过有效沟通共同授课,然后使另外两门相关的课程的内容融合为一体,并使前一整合的课程与后一整合的课程建立内在联系,以此类推,最后形成有机联系的一体化课程群,从而形成一体化的知识结构。这种方块结构重建学科之间内在关联,学习主题更加突出,并变得灵活。联结型课程结构中,两门课的教师可以各自独立教学一部分,到某一个节点再将两门课整合起来,比如基于复杂的真实问题的项目设计,继续开展教学活动。联结型课程结构的最大优点在于能够保持学科课程的相对系统性,同时又建立课程之间的有机联系。主线型课程结构是将几门课程先各自独立教学,然后留一部分时间通过合适的设计,将几门课程转化为一种可以将“知行”连接起来的元素,这种元素可能是某个复杂的项目设计,也可能是探究式实验,也可能是基于问题的探究式学习。这三种课程设计技术最大的优点在于:明确定义每门课程在能力和学科知识方面的学习效果,促进“知”之间形成有机的联系,学科之间相互支撑,能力训练高度相关,训练学生整合学习的技能。4.从理论训练到应用能力培养的转变路径采用“五步循环教学法”对课程内容进行设计,通过互动参与式学习以及模型建构学习,打通“知”与“行”之间的关联,培养学生的工程能力。这五步是5个教学环节:理论概览、理论联系实践(应用性练习)、工程案例研讨、工程师角色扮演、工程能力训练工作坊。第一步,通过理论概览理解理论知识的基本精髓;第二步,通过应用性练习,将理论与实践联系起来,建立理论与真实世界的联系,训练学