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白逸仙:建构主义学习理论与创业型工程人才培养——英美高校人才培养模式变革的案例研究

  当前以技术创业为基础的高新技术产业已进入飞速发展时期,创业型工程人才成为推动产业发展和社会进步的重要力量。培养创业型工程人才是工程教育义不容辞的责任,我国在探索创业型工程人才培养模式之时,还需学习西方发达国家的先进经验。本文选取了英美工程教育体系中的两所大学进行案例研究,两所大学与产业界紧密联系、科技创业特色鲜明,值得我国参考和借鉴。

  一、研究设计:理论基础与研究方法

  1.理论基础。

  认识论认为,学习不是教师简单地向学生传递知识,而是学生建构自己的知识的过程。学生经过学习、实践与反思,其经验系统发生了重组、转换或改造,由此形成了建构出的学习结果。就工程人才培养而言,工程实践训练是教育教学整体改革的驱动力量,需要学生通过实践和反思来建构知识体系,实现知识与能力的协同整合。鉴于此,用建构主义学习理论作为分析工具,无疑是变革工程人才培养模式的新思路。建构主义认为,世界是客观存在的,但认识主体对世界的理解却各不相同。所以建构主义者更关注如何通过已有经验建构知识,强调学习的主动性、社会性和情境性。在此思想指导下可形成一套有效的认知学习理论,其核心观点可概括如下:① 知识是学习者以做中学的主体参与的方式主动建构的活动和结果;② 学习者的已有经验是建构新知识的基础;③ 特定的社会文化情境是知识建构的前提条件;④ 知识的建构过程需要与他人不断互动和协商。从建构主义学习理论的角度看创业型工程人才,他们以自己的经验为背景,在特定的情境中,通过做中学的主体参与,经过反思、社会协商等方式实现知识的不断建构。

  2.研究方法。

  本文运用案例分析法审视国外两所大学创型工程人才培养模式。选取案例的标准是:明确提出培养创业型工程人才;采取了实质性措施培养这类人才;在学校的不同层面以不同形式培养这类人才。基于此,本文选取了英国的华威大学和美国的北卡罗来纳州立大学。两所大学对于创业型工程人才的培养,一个是工程学院面向各层次学生全面进行;一个是以一项计划为中心、集中面向本科生并由一个学科向其他学科辐射进行,二者各有特色。他们的成功经验均有可借鉴之处,对这些经验进行建构主义的分析,有助于理顺创业型工程人才培养模式的内在逻辑并构建出具有我国特色的高校创业型工程人才培养模式。

  二、案例描述:华威大学与北卡罗来纳州立大学的教育变革

  (一)华威大学创业型工程人才培养模式。

  英国华威大学(University of Warwick)始建于1965年,是一所著名的独具特色的创业型大学。学校注重面向社会需求、与工商界紧密联系,着力培养适应企业需求、能为经济和社会发展做出重大贡献的优秀人才。华威大学的工程学院是英国同类型学院中最大的学院之一,主要涉及自动化工程、土木工程、电子工程和机械工程等领域,学院能够提供灵活的、跨学科的学位课程,可最大限度地满足学生的学习意愿。著名的华威制造业集团(WMG)隶属于工程学院,是欧洲最大规模的制造工程中心,是培养创业型工程人才的重阵基地。

  1.培养目标。

  学校希望培养毕业生成为未来的行业领军人物,他们不仅能够取得卓越的学术成就,而且商业能力也要享誉全球。特别是工程学院WMG 的教育目标是,培养参与制造业和工程商业的管理者、工程师及科学家。他们希望培养的研究生,是具有技术开发创新能力和商业管理能力的复合型工程师,能够成为未来工业企业界的领袖。

  2.课程设置。

  为了达到培养目标,工程学院结合企业需求大胆进行课程改革,其灵活的工程学位和模块化课程不仅打破了传统学科界限,而且满足了学生个体的需求。下面分别介绍本科生和研究生的课程设置情况。

  (1)本科课程体系。

  工程学院将工程硕士学位课程纳入本科课程体系,所有专业前两年的课程与工程学士学位课程相同,第三年起有所不同。以电子工程专业(The Electronic Engineering)为例。该专业的课程由主辅结合的课程模块组成,各种模块按类别分为核心模块(Core Modules)、选择性模块(Optional Modules)以及选项(Options)。核心模块有三门专业基础核心课程;选择性模块包括可供学生选择的语言技能或工程主题的内容。

  电子工程本科四年课程设置如表1所示。贯穿始终的是不同的课程模块,它们以设计、商业和技术科学原理为主线,以实践训练和设计项目为

  表1华威大学工程学院电子工程专业(The Electronic Engineering)课程体系支撑。在第一、二学年,课程模块为学生提供基于任务或问题的学习。两年基础学习后,如果达到标准,可在本专业继续学习,也可转到其他专业学习。在第三学年,学生进入个人项目,同时参与将研究成果商业化的过程。这一年工程学士与工程硕士有不同的核心模块,并且需从选择性模块中挑选一个模块学习。三年的工程学士课程能够使学生成为有执照的工程师。工程硕士学生在第三年末,可调整第四年的选修科目,或延长学习时间到第五年,这使他们有一年的时间到企业实习或做研究。工程硕士学生在第四年要进行团体项目,并参与到知识产业化的进程中,学会将技术知识和科研成果向企业有效转移。

  

  (2)研究生课程体系。

  学校的研究生学位分研究型硕士(Research Degree)与授课型硕士(Taught Degree)两类。工程学院的WMG主要培养授课型硕士,鼓励他们

  将知识和技术转化为商业利益。开发课程的是一群各具特色的专家,包括科研人员、企业领导、教育合作伙伴以及教育研究者。

  全日制硕士课程为期一年且有结构,学生可将各模块课程灵活组合。硕士学位课程由模块课程、模块作业以及项目三部分组成。① 模块课程中,核心模块是必修课程;选修模块,要从模块清单中选足够的课程以达到10个模块总数的要求。每个模块为期一周,含讲座、研讨会、个案研究、远程学习、实习工作等多种学习活动。② 模块作业即后期模块任务。每个模块结束时,学生需花40~60小时完成老师布置的任务,最后以书面形式上交并考核。③ 在课程学习和完成模块任务的同时,学生须选择一个感兴趣的项目作为学位论文内容,占学位成绩的50%。所有项目都与行业发展和集团的研究密切相关,并且由WMG 监管。

  硕士课程模块,以工程商业管理专业(EBM)课程为例。该课程为那些想要成为科技企业管理者的人开设,旨在培养学生工程制造能力或企业管理能力。从EBM 的核心模块课程(表2)中可看出,课程设置是根据企业流程和产品的生命周期CDIO(构思Coneive—设计Design—实施Implement—运行Operate)组织选编的。运行/技术模块和商业模块的课程巧妙按照商业进展的四个阶段来设计,每个阶段包含一定主题的课程,逻辑关系明显,结构性强。

  3.组织与制度。

  (1)通过科研成果的转化促进教学和科研。华威大学在与社会和企业的紧密合作中获得发展,鼓励师生自力更生实现经济创收。大学教授带领学生为企业担任技术指导和咨询顾问,将科研成果商业化。教师把在实际应用中的知识带回课堂,或直接将公司的问题分配给学生去解决,这不仅使课程学习因真实案例而生动,还从企业的实际问题中提炼出理论意义反馈到教学和科研中。

  

  (2)项目学习贯穿整个学习阶段。对学生学习影响最大的是基于项目的学习。无论是本科生还是研究生,一入校便会进入项目小组,参加由易到难的项目设计。项目小组通常由5-8人的跨学科学生组成,进行以解决企业实际问题或制造产品为特征的项目学习,同时还要学习产品生产与管理经验、工程职业与社会背景、商务知识等。

  (3)采用“双导师制”培养创业型工程人才。从课程设置到课堂教学,从学生项目指导到学习效果考核,均由专业教师和企业人员共同参与完成。研究生项目学习时,专业导师指导学生需具有学术严谨性,企业导师则指导学生要结合企业实情。本科阶段,学生每周与专业导师见面,讨论并解决讲座中的学术问题;学生在工业企业的参观访问、项目学习以及假期实习等实践训练则由企业导师帮助完成。这些企业导师有成功企业家、风险投资家,也有技术人员。

  4.效果评价。

  总体来说,灵活的课程以及合理的培养方式,是学生成为有专业资格的工程师的重要因素。毕业生的就业率很高,学生在学校获得的诸多技能受到雇主的高度青睐,无论是企业界还是学术界都深受欢迎。学生毕业后会发展成为企业开发、制造、质量保证、人力资源或客户服务等部门的领导者。据统计,华威大学毕业的研究生就业率高达95.8%,而且在商业领域占有一席之地。[3]

  (二)北卡罗来纳州立大学创业型工程人才培养模式。

  美国北卡罗来纳州立大学成立于1887年,是一所赠地学院。学校极力发挥其社会服务的功能,通过教学研究培养满足社会需求的人才。学校的一项杰出计划———工程创业者计划(Engineering Enterprise Program,EEP),是早在1993年身为企业家的Thomas K.Miller博士针对当时美国业界抱怨毕业生缺乏企业经营管理等知识和能力而发起的。该计划是基于工程创业和新产品开发的工程师教育,是以科技为基础的创业教育革命。这是一项本科生参与,围绕科技创业公

  司主题而形成设计团队的多学期体验式学习过程。尽管参加该计划的大多数是电气与计算机工程专业的学生,但不同年级、不同专业的学生都能参加。

  1.培养目标。

  EEP有六个目标,分别是:① 通过让学生参加重要的设计实践保持其对工程的兴趣;② 通过多学期的设计活动提高工科学生的综合能力;③通过高年级学生的表率作用,降低本专业学生的流动率;④ 通过学生参加团队项目增强其团队合作能力;⑤ 通过分配给高年级学生管理任务来提高其领导能力;⑥ 通过向学生展示小型企业的运作过程,让他们为未来工程师工作做好准备。

  2.课程设置。

  为了培养能够熟练掌握创业流程和新产品开发技能的创业型工程人才,EEP开设了三门课程,分别是:创业介绍与新产品开发(ECE383①,1学分),工程创业与新产品开发Ⅰ(工程专业学生修ECE482,非工程专业学生修ECE492Y,3学分),工程创业与新产品开发Ⅱ(工程专业学生修ECE483,非工程专业学生修ECE492Z,3学分),如图1所示。

  (1)ECE 383创业介绍与新产品开发。学生将接触到产品开发的各个方面,并作为团队成员由高年级学生领导从事项目工作,完成高级设计,最后参与样品的实施。

  (2)ECE 482 工程创业与新产品开发I。ECE 383课程学习达到C以上水平才有资格修这门课。运用工程、数学、基础科学、金融和商业等知识设计和开发工程样品。  

  (3)ECE 483工程创业与新产品开发II。前提:要修线性系统、微电子学、电磁场、创业介绍与新产品开发课程,以及任意两门电子与计算机工程的专业课程。运用工程、科学、管理和创业知识对新产品的创意进行设计、开发和推广。不同年级和专业的学生将组成创业团队去实现这些新产品的创意。

  

  (4)ECE 492电子与计算机工程专题(1~4学分)。根据电子与计算机工程专业的新课程发展需求开设。其中,ECE 482 (ECE 492Y)和ECE 483(ECE 492Z)两门课是前后两个学期开设,对新产品和新服务的设计有一个承接关系。ECE 482偏重于产品、服务的定义和高水平设计,ECE 483侧重对ECE 482设计的产品和服务进行实际操作。修ECE 383的学生会作为成员在创业团队工作并可自由选择团队,这些团队是由修ECE 383一直到ECE 483课程的学生组建的。

  3.组织与制度。

  (1)团队组织。EEP建立在高级设计课程的基础上。学生每周须参加商务主题研讨会,还要在课外完成团队项目。团队由指导老师和学生组成,学生分为“领导者”与“参与者”。领导者一般由高年级学生担任,负责组织并确定团队目标和任务;参与者在团队中起辅助作用,他们运用所学知识完成项目并获得学分。每个团队配备一名指导老师,首要任务是确保团队组织结构清晰、正常运作。团队规模大小不等,一般5~10人最为合适。

  (2)团队运行。团队是围绕公司的项目主题来组建的,这些项目包括便携式医疗设备研发、软件开发等。在初期,由学生确定与项目主题一致建构主义学习理论与创业型工程人才培养的产品名称和标志,指导老师和学生一起确定潜在客户和相应产品。领导者负责安排成员分工,如首席执行官、秘书、产品开发测试人员以及业务发展人员等,鼓励大家各司其职。学期末,团队要上交项目工作记录和项目文件,同时要根据项目要求设计和制造一个产品模型,如气垫船、电脑游戏软件、计数器等。研讨会和学生报告是常采用的学习形式。研讨会的主题涉及团队合作、制定商业计划、获得风险投资、法律事宜以及市场营销等内容。主讲人大多是从校外聘请的管理顾问、营销专家、企业创始人、风险投资者、制造工程师等。学生报告要求每个团队每学期作三次报告。第一次,介绍团队理念、本学期任务、预采取的策略;第二次,回顾团队成员各自的目标、任务和策略,提交一份项目中期进展报告以及策略变化的记录;最后一次,呈现并演示每个团队研发的技术模型,并概述未来发展计划。

  (3)学生的考核。EEP对学生的考核,以给团队定级评估取代了书面考试,在参考研讨会出勤率、学生报告和每周团队会议等基础上测评团队成员的任务完成情况以及角色分工的表现。对高年级学生的评估,包括他们的领导能力,以及在其领导下成员参与执行情况,同时,团队成员也要对领导者的工作效率和贡献度进行评估。由于评分带有主观性,所以指导老师要时常监督每人的工作、关注他们的问题和成绩,这一点至关重要。

  4.效果评价。

  EEP得到了大多数学生的高度评价。第一,参与EEP的学生提高了对工程专业的兴趣,专业保留率② 高于未参与的学生。第二,78%的学生感觉他们团队合作能力提高了,所有的领导者都认为他们是有效的领导者。[4]第三,参与EEP的学生的平均GPA比未参与者要高。学生们一致认为,这是他们的学习经历中最棒的最有吸引力设计体验。EEP的经历对学生的职业发展产生了重要作用。他们通过行动回馈这个计划,有的捐赠资金,有的通过担任项目的督导者或老师来贡献力量。

  三、理论解释:建构主义学习理论与工程教育模式变革

  可以看出,两所学校创业型工程人才的培养模式存在很多共性的东西。运用建构主义学习理论可以构架出创业型工程人才培养模式的分析模型,如图2所示。概括来讲就是,学习主体必须通过做中学的主体参与才能建构知识的意义,达到预期学习效果,而其前提条件则是情境创设、团队学习以及学习主体的已有经验三者的相互融合。

  

  1.已有经验:知识建构的基础。

  学生的学习活动有一个基本前提,是他们已有一定的先前经验。两所学校运用不同学习策略吸引学生,将学生与学习内容之间的互动建立在学生的先前经验基础上,逐步引导学生从原有的知识经验中生长新的知识经验。例如,项目学习活动是按照学生已有经验的丰富程度递进组织的,而且这些项目使抽象的理论知识与学生的直接经验相联系。学生调动头脑中事先已具备的先前经验,结合自己的认知能力分析问题,提出解决办法。这使得学生在整个实践过程中借助已有经验建构了新的知识、形成了新的经验。

  2.情境创设:知识建构的条件。

  建构主义强调学习的情境性,认为知识的意义存在于情境之中,学习是与情境相联系的。学习者只有在真实的情境下学习,才能结合已有经验去理解和建构新的知识,并赋予其新的意义。两所学校学生无论是去企业实习还是参与以公司项目为主题的工作,都是发生于真实任务中的学习,使学生能够以企业工程师的角色思考问题,在多学科的环境中解决诸多专业技术之外的非工程问题。

  3.团队学习:知识建构的保障。

  建构主义认为,学习者与周围环境的交互作用对于知识意义的建构起关键作用。学习者与信息内容或团队成员之间互动,他们的知识就在不断交互的过程中逐步建构。两所学校均通过组建学习共同体的方式让学生主动参与团队合作式学习,各成员通过角色分工和交流协商共同完成学习任务,实现知识意义的建构。

  4.做中学:通过主体参与来建构知识。

  知识是主体在真实的情境中通过实践来建构获得的。“做中学”主张学生通过解决问题来学习,是建构知识的重要途径之一。两所学校培养创业型工程人才,在学生理论知识生成的同时,更注重知识的实际转化和应用以及对问题的解决,以此培养其所需的诸如自学能力、管理能力、交流能力、市场能力等。项目学习是学生实践体验并建构知识的核心方式。学生是学习活动的参与者和知识建构的主体,教师是学生建构知识的帮助者和引导者。

  5.学习结果:经验系统的变化。

  创业型工程人才知识建构的根本途径是个体主动参与实践活动,学习目标是注重实践能力和实践智慧的发展。学习是学习者在已有经验基础上进行的,学习结果是新旧经验交互作用后产生的变化。两所学校培养的创业型工程人才,经过全面系统的工程实践训练,学生的经验系统发生了很大变化。第一,设计能力增强,创新意识也有所培养。第二,语言交流能力和团队合作能力明显提高,企业经营管理的基本能力逐渐形成。第三,自主学习能力提高,创业意识和创业知识均有所获。第四,职业意识凸显,工程学科的兴趣和责任感增强。

  参考文献:

  [1]姜嘉乐:《走向前沿的模式创新———30年中国工程教育模式改革案例集萃》,华中科技大学出版社2013年版。

  [2]徐辉:《现代西方教育理论》,重庆出版社2006年版。

  [3]梁建花:《选译·华威大学》,《英语沙龙实战》2008年第11期。

  [4]Matthew W. Ohland,Guili Zhang,Catherine E.Brawner,Thomas K.Miller Ⅲ."A Longitudinal Study of Retention and Grade Performance of Participants in an Engineering Entrepreneurs Program".2003,American Society for Engineering Education,Session11,2003.

  (本文作者白逸仙系华北电力大学教务处工程师、教育学博士)