工程教育中的工程实践研究范文

对于工程师来说，要把科学原理转化为可用的发明，实践能力是必不可少的，因此工程实践是工程教育中十分重要和必不可少的组成部分。美国等发达国家的工程教育经历了倾向于科学的阶段以后，重新关注学生实践能力的培养，并结合时代需求，开创了多种工程实践模式。我国工程教育在教学改革中需要学习和借鉴这些新的模式，加强实践环节，让学生对工程有更好的理解与掌握，同时进一步树立对国家和社会的责任感。美国普渡大学的“社区服务工程项目”(EngineeringProjectsInCommunityService，EP-ICS)较好地满足了工程和教育的共同需求，对解决我们工程教育中的实践问题提供了新思路。

一、对工程教育中工程实践的反思

(一)我国工程教育中工程实践面临的难题目前我国工程教育中的实践环节面临一系列挑战。一是改革开放以来，企业与工科院校之间的联系因为市场化改革以及主管部门的变化而被割裂，打破了原先企业和高校同属一个部门，主要依靠行政手段保证工程实践顺利开展的模式。二是我国高等教育快速进入大众化阶段，学生规模不断扩大增加了工程实践教育的难度。三是工程教育科学化的倾向对工程实践产生了冲击。“由于科学导向，对工程教育必不可少的实践环节的认识也模糊了，有的以模拟、虚拟化、演示观摩来代替，使学生解决实际问题的能力严重缺失。”①如何建立起新的工程实践教育模式，以此改善工科学生的工程实践环节，这个问题已提出来很久，但仍未找到答案。工科学生参与到工业界的生产实践中，一直是工程教育的重要内容。正在实施的“卓越工程师教育培养计划”的重点内容之一是，创新高校与行业企业联合培养人才的新模式，通过建立工程实践教育中心，解决工科学生到企业学习和实践的问题。目前参与“卓越计划”的高校主要与大型企业和高技术企业开展合作，据统计，与高校签订合作培养人才协议的6155家企业中，61．4%是大型企业，48．5%是高新技术企业①。然而随着时展，工程实践的环境已经发生了变化。在大型企业和高新技术企业中，由于技术先进、复杂，设备自动化程度高，对工程师的知识、能力有较高要求，对人数则有限制，使到企业实习的学生无法真正参与到工程实践中，影响了实习效果。工程教育界需要在新形势下重新认识工程实践教育的目的，探寻弥补工程实践要求和实践条件之间现实差距的新路径。

(二)对工程实践的再认识工程实践的目标是多方面的，一般来说是使工科学生在知识、能力、情感态度三个方面得到发展。包括更好地学习、理解、应用知识;提升组织领导、团队合作、沟通交流、处理复杂关系等多方面的能力;具有正确的工程伦理观，树立社会责任感，了解国情，能够促进跨文化交流和理解等。现有的企业实习很难实现上述全部目标，特别是能力和情感态度方面的目标。学校应当创造机会让学生亲自参与到一个真实的工程项目中，担负实际责任，并且体验整个项目的运作过程。这样的工程实践项目不一定在技术上最先进，也不一定与学生的专业完全对口。关键在于项目是真实的、完整的，具有现实中的复杂关系;学生能够真正参与，对社会有实际贡献并直接体验到这种贡献。

二、EPICS的产生与成效

(一)EPICS产生的背景随着科技的加速发展，工程系统日趋综合化、复杂化、国际化，这对工程教育提出了新的更高的要求。工程教育不仅要讲授系统的理论知识和工程技术，而且要鼓励工科大学生从跨入大学校门之初就投入到工程领域的真实世界中去。②上世纪80年代以来，服务学习策略在美国教育界越来越受到重视。到上世纪末，有46%的中小学报告参与到服务学习的活动中③，越来越多的大学也把这一理念运用到教学当中。美国工程教育共同体对工程教育相关问题反思后认为，虽然毕业生拥有较强的技术背景，但是缺乏职业成功需要的其他技能。他们一致认为，学生要为未来做好准备，应该具备的专业技能包括，在团队环境中工作，有效沟通，与客户合作，管理项目，辨识影响工程项目的相关问题(如伦理、法律和环境等)，以及与来自不同背景和不同社会环境的人共事的能力。④依靠传统工程教育课程培养学生的能力，应对上述挑战是比较困难的。所以需要新的课程结构来满足这些要求，既要继续维持学生深厚的技术素养，同时也要创造新的经验，发展附加的能力。与此同时，现代社会中社区服务组织必须利用技术来改善和协调他们所提供的服务，需要寻找一种长期的、低成本的、拥有个性化技术支持的项目。EPICS的创立满足了大学与社区的相互需求，使双方形成长期的合作伙伴关系。该项目的愿景是通过建立这种合作关系使双方受益。工程专业的学生通过参与长期的、大规模的、来自真实世界的工程项目取得学分;同时也造福社区，为社区合作者提供低成本的技术服务，并在这一过程中体会到成就感，提高服务社会的能力。①EPICS最初是在1995年秋季由普渡大学电气和计算机工程学院发起，开始共有40名学生组成项目团队。此后该项目的规模稳步发展，目前普渡大学每学期都有超过400名学生组成约33个团队参与到EPICS当中。同时，普渡大学也是全美EPICS总部，有22所大学和学院加入这一项目。从上世纪末到本世纪初期，美国工程教育学会(ASEE)和国家科学基金会(NSF)对推动服务学习在工程教育领域的快速发展起到了重要作用。它们一方面向为创立和实施EPICS作出突出贡献的普渡大学教师颁奖，扩大EP-ICS的影响;另一方面投入资金支持相关大学开展EPICS，促使EPICS在更多高校推广。EPICS先后获得来自联邦、企业和校友的资助，累计超1000万美元。

(二)EPICS实施的范围EPICS已经在社区内得到了有效实施，实际上，这种教育模式还可以扩展到地区、全国甚至是国际的层面。当地社区项目。实施EPICS最常见的地方是在当地社区，这样有许多优点。如寻找项目地点和社区合作伙伴都很方便;更易于维护长期的合作伙伴关系;交通和物流更便捷;学生真实感受到他们的学习和工作有益于社区;在当地社区看到的社会问题有助于学生理解工程问题往往就在“身边”，而不仅是从新闻上看到的遥远的地方。地区项目。有些EPICS是在当地社区以外完成的，这些项目可能涉及地区或区域组织的范围，与之相关的合作关系能够产生更广泛的影响，让学生获得更大范围的体验。教师们或者学校会利用在其他领域的相关联系人，通过与区域和地区组织合作来安排这样的项目。美国赠地学院通常与州政府都有良好的合作关系，他们会利用这种关系加强同本州的相关机构合作。例如，普渡大学建立了与印第安纳州人居组织的合作关系，致力于州政府组织的建设项目。国家项目。与区域项目相似，国家合作关系提供了扩大EPICS的范围和影响的机会。EPICS与非营利组织———人类家园国际组织的合作就是国家合作伙伴关系的典型例子，普渡大学和威斯康星大学与其全国总部合作，设计和交付信息管理项目，该项目能分发信息给全国各地的机构。国际项目。这是涉及范围最广的项目，教师通常把满足发展中国家的需要等内容整合到项目当中，并组织学生团队到国外实施项目。参加这些活动的学生能够获得跨文化体验和全球化的视角，而且这类项目对发展中国家也会产生巨大的潜在影响，使学生和项目所在国家双方都获益。国际项目的物流和资源问题比较复杂，但也有很多成功的模式。例如，工程师无国界组织主要致力于应对社区发展中那些基于工程问题的挑战，包括清洁饮用水、适当的卫生设施、电力的持续供应等提高人们生活质量的问题。

(三)EPICS对提升工程人才培养质量的作用EPICS是长期服务社区的具有挑战性的工程项目，同时也是教学活动，已有的实践证明它是非常成功的，学生们在以下几方面取得明显收获。首先是技术技能。每个项目都具有显著的技术挑战，学生们有机会通过解决实际问题，发展和运用课堂上学习的技巧。其次是知识整合能力。由于项目的范围和规模一般有可能超越传统的课程，学生们必须运用各种学科知识来定义和解决不够明确的问题，这些经验能够促进他们的分析思维和组织知识能力的发展。第三是沟通能力。每个项目都有书面报告，口头建议和进度简报，需要经常与项目合作伙伴、顾问沟通和在团队内部沟通。第四是团队合作经验。由于项目规模较大，团队合作是主要的工作方式，学生们学会了如何分解一个大问题，分配和调度子任务，以及再把各部分集成为一个有效的解决方案。他们也明白项目的结果依赖于团队每一个成员的努力。第五是资源管理。每个项目的建议书必须考虑到合作伙伴的资源及所需设备、空间等条件，学生们理解了在项目设计和实施过程中必须面对各种约束。第六是客户意识。项目来源于当地社区服务机构，他们的满意度是衡量项目成功的重要标准，因此学生们能认识到向客户提供高品质产品的重要性。第七是扩大对外界的关注。通过与工程学术界以外的人员合作，学生们会进一步了解他们将要踏入的大学之外的世界。第八是职业伦理。与项目相关的工程活动涉及到合作伙伴、客户、团队成员等多个人群，学生在与他们打交道时必须严格遵循职业伦理原则。①EPICS与企业实习是两种不同的工程实践模式，各有侧重。前者主要是利用工程技术来帮助社区发展，尤其是解决欠发达地区的民生问题，对学生的影响更多在价值层面上，而不是先进的技术。后者着力于提升学生解决工业生产中实际问题的能力，更加关注学生在工业界创新和创业能力的培养。两种模式相辅相承，不能替代。事实上，美国大学工学院的学生在学习过程中，常常既参加EPICS，同时也有企业实习。EPICS是工程实践的一种新形式，给学生提供了更多的实践机会。

三、普渡大学的EPICS

(一)普渡大学EPICS的特点普渡大学作为EPICS的起源地，经过长期实践，其EPICS形成了较为成熟的运作方式，具有以下特点。与社区组织紧密合作。每一个EPICS团队都有一个社区非营利性组织作为项目合作方。从发现并明确合作伙伴遇到的技术问题，再到最终为社区提供所需要的服务和支持系统，EPICS团队与项目合作方始终保持非常密切的联系，保证为社区提供有效的服务。合作方关于项目的观点、建议和对项目系统开发利用情况的反馈，为每个项目提供真实的工程背景。在大多数情况下，项目团队都能为合作方提供低成本的工程系统，为合作方更好地服务社区提供技术援助。良好的社会效果更能够促使学生积极参与到项目中去。大学－社区合作伙伴关系是EPICS的核心。选择社区合作伙伴及合作项目，主要基于以下四项标准:(1)重要性，不是所有项目都值得开展，应该选择能为社区带来最大利益的项目。(2)挑战性，项目要具有一定难度，但也要在工程系本科生的能力范围内。(3)长期性，项目最好持续几个学期，这样既可以在学术方面给予学生广泛的设计体验，也可以帮助合作伙伴解决对社区有重大影响的问题。(4)责任性，这是项目的关键因素，合作方承诺与学生共同确定项目，提出具体要求并持续提供批判性反馈。每年大学都参照这四项标准遴选新的社区合作伙伴和合作项目。新项目的来源也呈现多样化，既有教师发起的项目，又有学生建议的项目。伴随着EPICS在社区的知名度扩大，当地社区组织也会提出项目建议。大型和垂直一体化团队。每个EPICS团队都由8－20名学生组成，以便能够承担较大规模并对社区有重要影响的项目。这种大型团队采取垂直一体化的配置方式，由大一、大二、大三、大四学生混合组成。团队既需要掌握更多和较高级技术的成员，以适应项目对复杂技术的要求;也需要资历较浅，但能了解整个项目并在未来的学期担负主要任务的成员，以保证项目的可持续性和最终达成项目目标。通常，由大四学生担任技术和组织领导工作;大二和大三学生承担主要的技术性工作;大一学生主要负责了解项目合作方的需求，参与团队工作并跟踪团队的任务，为将来承担主要技术工作和组织领导工作做准备。学生长期参与。学生参与EPICS最长可达7个学期，即在大一的第二个学期加入团队，一直持续到毕业。每年都会有大一新生或者大三学生加入EPICS团队，顶替因毕业或其他原因离开团队的学生。在EPICS团队中形成了高年级学生和团队顾问培训、指导新加入成员的机制，这种机制不仅使团队有良好的持续性，确保有效地完成大型项目，同时也使每个学生在团队中学习和体验不同的角色，从新手到设计工程师再到团队领导。灵活的学分制度。参加EPICS的大一、大二学生每学期可以获得1个学分;大三、大四学生根据自己选择承担的工作量可以获得1或2个学分;技术水平高、组织能力强的学生由于担负较多技术和组织责任，可获得两倍学分。不同学院或系对学分的计算方式不同，学生毕业所需的学分也不同。例如，电气和计算机工程系要求学生完成6个选修学分，3个高级设计学分;而机械工程系的学生需要完成技术选修的6个学分。多学科团队。大型的EPICS团队通常能够容纳多个学科的学生，这是由项目需求决定的。例如，为残疾儿童或成人研发援助器械的团队就会吸引电子工程、机械工程、计算机科学、儿童发展和护理专业的学生。EPICS团队成员的专业可能分布在工程学科和非工程学科，目前已有超过20个专业的学生参与到项目中，包括电子、计算机技术、机械、土木工程、航空、生物医学，以及工业工程、计算机科学、社会学、心理学、教育学、听力学、英语、护理、视觉设计、林业和自然资源、化学、管理等。EPICS团队每学期通知，招募项目所需要的学生和对学科背景的要求。学科交叉已被证明对团队开发和提供产品及服务的质量起到了至关重要的作用。同时，多学科的学生在一起工作，共同去实现一个目标，从人才培养的角度看也具有非常重要的意义。全程的设计体验。为学生提供全程的设计体验是EPICS的重要价值所在。对于每个项目，学生都要从识别合作方的需求、明确定义项目目标入手;然后与合作方共同开展项目的计划、实施、评估和反馈。这个过程通常持续两年或更长时间。这为学生提供足够的时间学习和掌握工程项目设计的各个方面，包括准备不同的设计方案、项目计划和管理、团队领导、技术创新、设计的修订和经济成本的考量等。作为专业工作者，项目团队需要培训合作方代表，使其能够更加清晰、准确地表达需求，及时、有效地反馈信息。项目团队要根据合作方的需求和反馈做出合理的改变。项目交付合作方以后，团队的学生在后续学期内还要承担项目支持和维护的责任，为当地机构和组织提供长期的技术支持①。

(二)EPICS取得成功的两大因素真实情景下的工程实践。大学与社区组织基于社区的真实环境建立长期合作关系，引导学生加入其中，并坚持用几个学期或更长时间去完成双方合作的最初承诺。学生们意识到这些合作项目都是针对社区的切实需求展开的，如果他们的工程实践效果良好，那么最终成果将会真正地投入使用。这就对项目设计的可靠性、可用性、可维护性、安全性、可制造性和美观性等提出更高的标准。为了取得工程项目的成功，学生们需要解决项目中的关键性问题，例如儿童博物馆在承受数百名儿童使用甚至滥用之后能维持几个月?升级后的软件界面能否提高社区服务工作者的工作效率?设计一个系统用于检测脑瘫儿童的姿势，并鼓励他们保持标准姿势，是否真能帮助他们改善姿态?在传统的课程学习中，学生们面对的是虚拟客户，很少遇到上述问题，更不会去深入思考，寻求答案。所以，EPICS提供真实的工程实践环境，让学生们面对的是真实的客户，非常有助于培养工科学生的社会责任感和成就感，深刻地理解自己作为工程师在社会中扮演的角色，增强对工程专业的忠诚度和荣誉感。这些是在教室和实验室里都无法获得的。长时间参与工程实践。在实际情况中，很少有工程项目能够在一学期的15周或者一学年的30周内彻底完成。EPICS的显著优势，就是通过学生最长可参与7个学期和一届届学生持续不断的参与，来打破这些人为界限。从项目和与社区组织合作的角度来看，学生团队有足够的时间进行精心设计和良好测试，然后把完成的项目交付给合作伙伴;他们能从合作伙伴那里收集反馈意见，不断完善设计;他们还能深化与社区组织的合作，寻求新的机会。从学生的角度来看，长期持续参与工程项目使他们能够体验整个项目周期不同阶段的工作，以及从实习生到设计工程师和团队领导者等不同的角色;给他们更多的时间加深本专业的学习并涉猎其他学科领域，去感受工程在社会中的角色和作用，发展自我意识和团队意识，提高专业能力。EPICS的企业家顾问还倡议，利用较长的项目周期，让学生有机会了解和追求项目的商业化。评估数据表明，EPICS确实使学生的技能得以发展。①

四、改进我国工程教育中的工程实践环节

分析美国大学的EPICS，对改进我国工程教育中的工程实践环节可以得到以下几点启示。

(一)转变对工程实践的认识随着我国经济社会发展，工科院校应适应新的形势，转变和深化对工程实践的认识。根据人才培养的总目标，本科阶段工程实践环节的目标应该多样化，不仅要让学生了解和体验先进的生产技术、现代化大生产的组织管理，也要让学生亲身参与真实的工程项目，亲身经历工程活动的全过程，理解工程对于改善民生、造福社会的重要作用。相对而言，后一个目标更加基础，但在目前还未引起足够重视。因此，在选择工程实践的场所和内容时应着重考虑以下因素。首先，工程实践要让学生真正承担起工程项目的责任。工程教育的一些目标，如在经济、法律、文化、伦理等各种约束条件下解决工程问题，以及具备社会责任感等，仅仅通过课堂讲授、模拟作业、现场考察等方式很难真正实现。只有让学生参与到真实的工程项目中，并对自己的工作负责，才能促使他们综合运用所学的理论知识，充分发挥掌握的技能和能力，深刻理解自己作为未来工程师的责任。其次，工程实践的内容不能局限于专业的界限。工程教育划分专业是为了使学生更加精通某一领域的工作，然而在现实世界中，工程问题往往涉及多方面因素，学生在真实的工程环境中解决问题必须综合运用各种知识。所以工程实践活动不一定过分要求“专业对口”，让学生在较宽的专业领域开展实践，对他们适应未来的工作会有更大帮助。第三，工程实践活动要符合学生的能力水平。工程项目的选择既要有一定技术难度，同时也要在学生的能力范围之内。工程实践活动并不一定要做高、精、尖的项目，重要的是完整的工程项目，让学生能真正参与实践，同时对社会有实际贡献。

(二)到有需要的地方开展工程实践在国内和国际两个范围内，都有许多地方需要工程为提高人们的生产水平和生活质量提出解决方法。在国内的中小企业、农村偏远地区都有对工程的需求，比如给中小企业技术升级提供技术帮助，为农村地区居民解决清洁饮用水、稳定电力、修建道路等问题。这些地方的人们更需要那些简单实用、可持续的工程解决方案，也需要整个社会给与更多的支持和关注。推动工程教育国际化并不是都要组织教师、学生到发达国家去，其实为经济落后的国家和地区解决实际工程问题、提供技术服务，同样能培养学生的跨文化交流能力和对多元文化的理解，也是工程教育国际化的一方面。我国在与欠发达国家和地区的交往中一直重视民生问题，未来的工程师们参与到这一过程中，也能使工程教育国际与国家的外交战略统一起来，对提升我国的国际声誉和国际地位起到重要作用。相对于大型企业和高新技术企业来说，中小企业和落后、偏远地区对工程有更多需求，而且所需要的主要是成熟的技术，本科生的知识和能力应该能够胜任，这就为学生解决实际工程问题提供了空间。而且这样的工程实践活动对增强学生作为未来工程师的使命感、成就感会有更大作用。

(三)探索开展工程实践的有效方式为保证学生在工程实践中实质性参与工程项目，并对工程活动过程有完整的体验，使工程实践取得实效，需要对以往的工程实践形式进行调整。一是把工程实践贯穿于工程教育全过程，协调好课程学习与工程实践的安排，使工程实践与工程项目的进度相适应。这样学生就有较长时间和较多机会参与工程实践，能够承担一个具体的工程项目，经历项目实施的全过程，取得较为完整的成果。二是打破年级、专业界线组织实践团队。这不仅是完成实际工程项目的需求，更是培养学生的有效方式。三是建立灵活的学分制度。在参与时间长短、完成工作量多少、承担责任大小、从事技术工作难易等方面给学生较多的选择权，使有兴趣、有能力、愿投入的学生更有积极性，让其他学生也能达到最低要求。

(四)把工程实践纳入国家重大计划予以支持基于工程服务的学习模式最主要的特点是，学生要参与真实的工程项目，承担实际工作任务，并取得有实用价值的成果。对于偏远、落后地区来说，工程专业的学生也是一支可以利用的人才队伍。因此，国家应当把大学生的工程实践纳入西部大开发、扶贫工程、甚至对非洲援建等重大计划中，其他政府投资的项目只要是本科生力所能及的，都可以作为学生的工程实践项目。这样既完成了工程项目又培养了人才，是一举多得的事情。

作者：雷庆 苑健 单位：北京航空航天大学 高等教育研究所