现代工程教育最早出现在大革命时期的法国。鉴于传统大学的陈腐保守,拿破仑关闭了法国的大学,重新建立了高等专科学校体系,巴黎高科就是其中最为著名的一个。拿破仑信奉实用主义,认为大学教育要直接服务国家和社会。新式学校一扫旧大学经院主义陈腐风气,启用优秀人才,重视科学和技术的教育和训练等。
拿破仑的高等教育变革,为法国带来了教育和学术的繁荣,不仅培养了一大批优秀的工程技术人才,也大大提升了法国的科学研究水平。但拿破仑对大学的集权管理模式,以及对学生的军事化管理,将教师纳入政府公务员体系等做法,伤害了大学的自治和学术自由传统,使大学失去了应有的内在活力。因此,法国在教育和学术上的领先地位没有维持多久,就被德国所超越。
1870年普法战争失败后,法国对高等教育进行了反思,恢复了综合性大学体系。拿破仑的实用主义工程教育模式,对世界高等教育产生了很大的影响。欧洲国家的工科大学、美国的《莫雷尔法案》和赠地学院,与此都有千丝万缕的联系。
20世纪初,这种实用主义教育在苏联发挥到了极致。为加快工业化进程,苏联对旧大学进行了彻底的改造,按产业领域设置大学,按生产岗位划分专业,对学生实行高度专业化的教育和培养。在计划经济体系中,学生如同特定岗位上的 “螺丝钉”,根据需要安排在企业或研究机构中。从实用主义的观点看,苏联的工程人才培养是很成功的。专业选择与岗位就业一致、理论学习与技能训练契合,在进入实际工作岗位之前,学生就已经做好了充分的职业准备。
这种专业化的教育模式,在苏联工业化的早期发挥了巨大作用,不仅为国家培养了大批紧缺的专业人才,也为战胜纳粹德国奠定了强大的学术和工业基础。二战之后,这种专业化教育模式被推广到了东欧,20世纪50年代初,中国也按这种模式对大学进行了彻底改造。
工程技术教育是工业化时代的产物。当时,工程和技术都是以经典力学和电学为基础的,而这些科学原理大多都是在几十年甚至上百年前发现的。工程技术与现代科学像是两股道上跑的车,各自独立,并不往来。工程技术人员当然要学习和掌握科学原理,去设计、发明和制造新的产品,解决生产中的实际问题。科学家的研究多是以个人兴趣导向,专注探究未知世界,对实际应用并不关心。
事实上,早期的发明家大多也是单打独斗,有些还是自学成才的业余发明家。直到第一次世界大战前后,一些大公司才开始建立自己的研发机构,但主要是为了开发技术,提高企业利润。工业化时期的这种实用主义文化传统,对大学教育产生了很大影响。
人们普遍认为,工程教育的目的就是培养特定岗位的工程技术人员,他们需要掌握基本的科学原理,但没必要去了解科学的前沿和学术的思维方式。在培养方案中,对工程技术应用、实际操作技能的要求远高于思辨与探究,更不用说人文素养和社会科学知识了。
第二次世界大战不仅是一场正义与邪恶的较量,也一场科学技术的战争。
在战争初期,纳粹德国在军事装备、军事战略上都占有优势。凭借强大的工业基础,特别是一大批来自大学科学家的卓越工作,同盟国不仅在常规军事装备上超越了德国和日本,还在最新科学发现的基础上,发明了先进的雷达、精准的雷管、高效的战舰、自动火炮控制系统和高性能的战机,当然还有威力巨大的原子弹和高效的密码破译技术。
二战之后,范内瓦·布什在《科学:无尽的前沿》中,系统总结了美国战时研究的成功经验,阐述了前沿科学对和平时期保持美国战略优势的重要意义。根据布什的建议,在20世纪50年代,美国建立了国家自然科学基金会,支持大学的学术研究。从大学的角度看,国家科研基金的设立是一件具有深远影响的事件,标志着大学的科学研究从个人属性转变为国家属性,从此,世界各国的研究型大学体系逐步建立起来。
二战期间,科学家与工程师之间的卓越合作,给予人们一个重要启示:科学研究与工程技术不再是两股道上跑的车,它们已经非常紧密地融合在一起了。在新的科学发现不断涌现的时代,工程师不能再仅仅拘泥于技术,而需要理解科学新发现的工程意义,并应当参与到从科学发现,到工程技术发明,再到产品创造的全过程。
这种认识导致了20世纪50年代美国的工程教育变革,即从工程技术向工程科学转变。钱学森先生是最早认识到这一趋势的学者之一。1947年,钱学森分别在上海交通大学、浙江大学和清华大学做了关于工程科学的演讲,明确提出要关注工程科学的人才培养。但在内战正酣的局势下,他的这些思想显然无法在中国实现。
20世纪中叶是科学发现和技术进步的黄金时代,很多重大技术应用都是前沿科学与工程紧密结合的结果。半导体材料是贝尔实验室的一项重大科学发现,半导体材料很快就作为整流器件用于实际。随后,大规模集成电路的发明和应用,催生了计算机和信息产业。激光发现和应用也是科学与工程结合的一个范例。激光原理是20世纪初由爱因斯坦提出的。但直到20世纪50年代,人们才真正实现了激光输出。今天,激光技术已广泛用于生产、生活的各个方面。
20世纪中叶,美国的一批顶级工学院,陆续从传统的工程技术教育转向了工程科学教育。钱学森先生很早就曾阐述过工程科学人才培养的理念和思想。他认为,工程科学人才不仅需要具备坚实的科学基础、学术研究的素养和能力,还要对实际工程有很强的感知和实践能力。从国外一些顶尖工学院的本科教学计划看,理科类课程的确比较多,也比较重,而工程类的课程以工程原理、标准和规范为主,更多是通过参与实际项目,对学生进行工程思维和方法的训练。
总体来看,工程科学人才的适应性和创造性更强,特别是需要在科学原理上创新的复杂工程问题,工程科学人才更具优势。从就业情况看,工程科学的毕业生很多都继续深造,最终从事学术工作,当然,更多的是在公司或研究机构从事研发和其他类型的工作。
工程教育转型、政府对科研的大量投入、研究型大学的兴起等等,对于美国的科学发展和高新技术产业的兴起都是至关重要的。工程科学人才培养模式,随后为欧洲和其他国家接受,成为工程人才培养的共识。但同一时期,苏联、东欧国家和中国的工程教育并没有大的变化,仍然是以工程技术为主传统教育模式。
而且,在国家的统一计划下,科学研究主要由专门的研究机构承担。这种人才培养与学术研究相分离的方式,使大学的工程教育远离科学发现的前沿。由于真正能够理解最新科学发现工程意义的人才非常缺乏,在信息技术、生物医学的新浪潮中,东方阵营处于了落后地位。
进入21世纪,信息技术和知识经济高速发展,人们的生活方式、价值取向、消费需求和产业形态都发生了巨大变化。很多传统行业,尽管拥有悠久的历史,却被那些跨界的新业态所颠覆。产业变革不再是单纯的技术创新,还需要对人们生活方式和价值追求的深刻理解,才能设计和创造出引领消费的新产品、新服务和新商业模式。社会和产业的快速变化,对大学工程教育提出了新的要求:培养能够引领产业变革的工程人才。
并不是所有的人都赞成这种说法。人们更愿意相信,引领产业变革的杰出人才并不是大学培养的,而是实际摔打磨炼出来的。这无疑是对的,但这丝毫不能降低工程教育对人的成长的基础性意义。大学教育的根本任务是 “解放” 学生的心智,释放内在潜力,使他们为未来做好更准备。为未来产业变革做好准备,显然也是大学教育的重要任务之一。
2009年,世界经济论坛曾发布了一份创新创业教育和创业型大学的报告,对培养新型创业人才的状况做了系统梳理。实际上,工程引领与创新创业的基本思想是相通的,都是一种能够把想法变为行动的素养和能力,而且,这种素养和能力并非企业家独有,对于在任何岗位上工作的人,都是非常需要的。
从教育和成长理念看,工程技术和工程科学属于专业教育。而工程引领既需要较强的科学和技术的知识基础,也更加关注学生的社会体验和人文素养,因而是一种专业教育与通识教育相结合的教育模式。近年来,一些发达国家的大学,开始从不同的角度进行工程引领型人才培养的尝试。由于理解不同,各学校的培养方式各有千秋,但还是形成了一些基本共识。
一是加强人文和社会科学素养。未来的工程不仅是科学与技术的结合,更需要对人、社会和自然有深刻的理解,才会有更广阔的视野,以及批判、质疑和创造精神,才能敏锐发现新问题和新机遇。在加州理工学院、斯坦福大学的教学计划中,人文和社会科学课程已超过总学分的1/4。而在工程教育领域享有盛誉的哈维·穆德学院,更声称自己是一所独特的博雅工程教育的学校。
二是知行合一。对工程引领型人才而言,最重要的不是他们知道什么,而是创造性地思维和行动。瑞士洛桑理工学院和美国新建的奥林工学院做了很好的尝试,他们把工程项目融入教学计划,使学生在项目的研究和实践中,发现知识和理论的魅力,从而更加主动地学习和实践。共同参与和组织工程项目,对学生的团队合作、勇敢面对失败以及领导和管理能力都是很好的磨炼。
三是产教融合。在知识开放时代,社会蕴藏着丰富的教育和学术资源,其中很多是高校无法提供的。北美一些高校实行多年的产教融合的教育模式(COOP),在新的历史条件下,显示出培养学生全面素养的独特优势。加拿大滑铁卢大学一直实行COOP教育,由于毕业生在行业中的卓越表现,滑铁卢大学被美国硅谷列为十所最受欢迎的大学之一,这也是最受欢迎的大学中唯一的美国之外的大学。
工程技术、工程科学、工程引领是三种不同的工程教育模式。这些教育模式是在不同的历史条件下和社会环境中,逐步产生和发展起来的,但每种模式都有各自的社会需求,并不意味着后者可以替代前者。实际上,世界各国的工程教育都不是单一模式,而是根据产业发展的实际状况和需求,将上述三种工程教育合理地组合在一起。
工程技术人才是制造业的基础。工程技术教育是一种大众化教育模式,与职业教育一起,为制造业提供人才支撑。工程科学和工程引领都属于精英教育,主要是一些顶级工学院采取的教育模式。一般地说,这两类人才的数量需求不会太大,但竞争异常激烈,只有那些最顶尖的才能脱颖而出。为了直观理解世界各国工程教育状况,本研究把上述三种工程教育模式作为典型,构建起如图1所示的示意图。