欧林工学院：工程教育的一种新范式

摘要：面对科学理论主导工程教育导致偏离工程实践的现实困境，欧林基金会以战略的远见创办了一所旨在创新传统工程教育的新型学院。它改变了工程教育“先基础后专业”“先理论后实践”的传统，以工程实践为主导，从塑造工程创新人才的需要出发，通过全学程地实施“课程+项目”的培养模式，对传统的工程教育进行革命性的变革。学生通过在项目实践中跨学科团队学习，在提高自主学习和动手设计建造能力的同时，跨学科思维能力、创新创业能力、团队合作能力、全球视野和伦理道德也得到同步提升。欧林工学院独树一帜的工程教育改革已经取得显著成效，推动了工程教育从工程科学范式向工程实践范式的转变，不仅引领了美国乃至全世界工程教育改革与发展的方向，也对我国新工科建设具有非常重要的借鉴意义。

关键词：欧林工学院;回归工程实践;基于项目的教与学;工程教育范式

富兰克林·W·欧林工学院（以下简称Olin）始创于1997年，2002年正式招生，只举办小规模本科精英教育，在校生仅有300多人，师生比1∶8，不设院系，仅开设电子与计算机工程、机械工程和工程+方向（如工程+生物工程、工程+设计、工程+机器人、工程+计算机科学、工程+计算生物学等）3个专业。[1]它是欧林基金会为了改革美国工程教育，培养创新创业工程人才而创建的工程教育“实验室”。在这样一所独树一帜的工程学院，每个人都致力于改变世界，他们对工程教育大胆的探索、改革所取得的成就令世界瞩目，尤其是“以项目为基础，以设计为中心”的工程教育模式，使其在工程教育界异军突起、后来居上，无可争辩地成为美国乃至全球工程教育改革的先锋和楷模，在短短的20年里培养了一  批与众不同的工程师，赢得世界工程教育界和企业界的认可，迅速跻身于美国优秀大学的行列，《普林斯顿评论》将其评为2020年度最有价值的学院，其创校校长理查德·米勒因此而荣获2017年布鲁克国际教育奖。麻省理工学院的一项调查表明，Olin已经成为全球工程教育的领导者。[2]用哈佛大学克莱顿·克里斯滕森教授的话说，这是创新人才培养领域的一场颠覆性创新。截至2020年1月，它吸引了全球65个国家800多所大学致力于工程教育改革者来学习访问，对世界工程教育产生了非常重要的影响。人们不禁要问，美国已经有众多全球最顶尖的工学院，如久负盛名的麻省理工学院、加州理工学院等，为什么还要建立这样一所新的工学院，其目的是什么？它与传统工学院有何不同，其教育理念、人才培养模式有什么特色？它改革成功的秘诀是什么？深入、系统地思考和回答这些问题对我国工程教育改革和新工科建设具有重要的借鉴意义。

一、欧林工学院工程教育新范式生成的逻辑基础工程教育自古有之，历史悠久。那时工程教育主要形式是师徒传授的学徒制，师傅将纯经验性技艺性的操作技术技能传授给徒弟;工业革命以后，随着现代工厂的出现，在大学里出现了体系化的现代工程教育，手工技能、工艺等实践经验逐步提升到工程科学理论知识。大学将科学的理论与实践相结合，大规模、分门别类地培养各种现代工程技术人才，有力地促进了现代工业的发展，与此同时，也形成了以学科为基础、从理论到实践的工程教育模式。这意味着数学和自然科学成为工程的基础，工程是这些理论知识的实际应用和转化，工程教育也依循着从理论到实践抑或理论与实践相结合的路径发展。如麻省理工学院的创始人威廉·巴敦·罗杰斯的工程教育理念是，不仅仅是传授工艺技能，重要的是要为学生将来在工业生产部门工作打好科学理论基础。于是，他将理论科学和应用科学的教育与研究结合起来作为办学方向，培养理论型或科学型工程师，科学导向成为工程教育的主导思想。这一导向也改变了工程教育的教学内容和方式——依赖于坚实的科学基础、工程原理和分析能力的教学，培养过程强调教学与研究相结合，丢失了注重经验传授的传统，甚至将工程经验视为次等的、应用性知识，形成了偏重理论的工程教育特色。尤其1960年代后，工程教育甚至忽视了实践、经验等特性，使得“工程”与“科学”、“工程师”与“科学家”界限模糊，工程教育院校几乎成为“工程科学家”的乐园。[3]它虽然推动了工程科学的进步发展，提高了工程师的职业地位，但20世纪末以来，由于这种工程教育模式忽视了学生动手设计和建造能力的培养，不断受到社会各界的质疑和批评，促使了西方发达国家对工程教育改革的理论研究和实践探索，Olin就是在这一背景下诞生的。

·比较教育·欧林工学院：工程教育的一种新范式Olin的创建是源于欧林基金会致力对传统工程教育弊端进行改革的设想。该基金会经过充分地调研发现，在已有大学工学院里很难对传统工程教育进行系统和彻底地改革。据统计，美国近300所传统工程教育机构中愿意做出彻底改革的不足25%。[4]而细枝末节性的修修补补又难以解决长期以来形成的危机，于是，他们决定另起炉灶创建一所全新的工学院，探索工程教育改革的新方向和新范式。为此，他们重新思考一个工程师意味着什么，受过工程教育意味着什么，怎样的工程教育才能更好地促进工程的发展等等，创办这所学校就是要探索这些问题的解决方案。Olin建立后，它将“为美国乃至全世界工程教育发展持续做出重大贡献”[5]作为使命追求。在这样的使命推动下，他们重新定义工程师并认为，工程师不是学者，学者总是问为什么，他们思考的是理论问题，而工程师则总是问为什么不呢？工程师动手造物，想象从不存在的事物，并想方设法、尽其所能去实现它。[6]其创校校长理查德·米勒教授明确提出“想前人不敢想、且能排除万难去实现之”[7]的创新人才培养理念，以此来改变世界。它通过对工程教育进行设计再设计，探索工程教育的新范式，努力为工程教育改革闯出一条新路来。

工程教育改革离不开对工程本质的追问。随着科学技术的进步，尽管科学与技术、技术与工程乃至科学、技术与工程不断呈现一体化发展的趋势，但工程与科学、技术毕竟是三个不同的概念，理清这三个不同的概念对科学认识工程教育的本质有着重要意义。从科技哲学上看，科学是对未知世界客观规律的探索，科学知识的基本形式是科学概念和科学定律，其核心是发现;技术是对可行的方法、技巧或“机器”的发明，技术知识的基本形式是技术发明和技术开发，其核心是发明;而工程是改造世界的物质实践活动，工程知识主要包括调查工程的约束条件、确定工程目标、设计工程方案、作出工程决策、预见工程的后果、建造工程实体等，其核心是设计与建造。[8]即通过实践做出实物或产品，而科学技术理论则是用于为实践提供方向和某些原理性的支撑。由此我们可以看出，理论的作用只是工具性的。

由于工程是创造未有物、改造已有世界的建造活动，因而它具有创新性、实践性、多学科性和效益性等特征，其中创新性是前提，实践性是根本，多学科性是基础，效益性是动力。工程正是在追求商业价值的驱动下所进行的综合性创新实践活动。工程的这些特性决定着工程教育的方向，只有依据工程本性作出的工程教育改革才能推动工程的发展和进步。工程教育界据此提出了“回归工程”的工程教育改革思想，如朱高峰院士曾提出，“回归工程”的实质在于主导地位由实践取代理论的变化，而并非课程数量、课时比例的调整。他还强调，理论课教学，也是要在实践主导下理论与实践相结合，真正让理论教学接受实践的主导。[9]突出实践的主导地位，正是工程教育区别于传统科学教育、复归工程本质属性的关键所在。Olin的建立就是旨在探索出一条工程教育“回归工程实践”的道路。

在工程实践活动中，专业技术知识无疑起着重要作用，关键是需要哪些知识，需要多少知识，什么时候需要，以及通过什么样的方式和途径去获取这些知识。就拿莱特兄弟发明飞机来说，他们俩本来是自行车的修理工，以修理自行车为生，在萌发研制飞机的创意之时，既没有高深的数学、物理等基础理论知识，也没有系统的航空动力学理论和机械设计理论等专业理论知识，然而，他们却凭着好奇、激情和冒险精神，经过上千次反复试验、迭代，不断在试验中学习、探索，发明了人类梦想能飞上天空的飞机，把人类过去的梦想从神话变成了现实，使我们生存的巨大星球缩小成为一个小小的世界。这样的事例还有从哈佛大学辍学创立微软公司的比尔·盖茨，在里德学院只上一学期就退学创业、创造了苹果帝国的史蒂夫·乔布斯。这些事例证明人的创造力生来俱有，专业知识不是创新的关键性问题。有研究表明，工程专业毕业生未来职业生涯所取得的成就与所学课程数量、考试分数并不呈显著的正相关。如美国卡耐基梅隆大学对其1990年以前的毕业生进行跟踪调研还发现，上课越多的学生所取得成就甚至越差。[10]这个结论虽然不能被常人所接受却不得不令我们深思。由此我们也可以认为，由于没有太多的专业知识，思想的禁锢和羁绊就越少，没有传统思维框架的束缚，则更有优势去探寻新的可能性，进行新的创造。反观之，我们灌输式的教与机械记忆式的学，不仅把学生的好奇心给淹没、扼杀了，还可能给他们设置许多新的条条框框，成为阻碍他们走向更广阔天地的绊脚石。如果他们没有打破已经形成思维框架的勇气，不敢尝试、不敢试错，可能永远地被困在自己固有思维的牢笼之中，很难跳出来去尝试新的路径、探索新的可能。莱特兄弟的事例也表明，创新者需要不同寻常的思维和精神品质，“敢于冒险，不惧失败，做别人不敢做的事，做看似不可能的事”是其根本特征。其成长路径是由于好奇而产生奇思妙想，进而生成使命责任，在抑制不住探索激情的驱使下，去实验、去探索，反复实验、反复探索，深入认识和理解事物，最后取得了改变人类生活的巨大成就。

工程与音乐、舞蹈等相类似，是一种“表现艺术”，这类人才培养不可能仅仅凭着苦读书本来提高技能，应该从经验开始，先经验后理论、先感性体验后理性认识、先形成兴趣后逐渐专业化。[11]在这种认识指导下，Olin的教育与许多“先理论后实践”的工程院校截然不同，它讲究的不仅仅是教授概念和完整的理论体系，而是将理论知识如何与实际生活中的挑战和课题联系起来，把“通过实践进行学习”作为教育信条，让理论教学接受实践的指导，强调理论知识的综合应用。不言而喻，在这里，理论的作用是工具性的，实践探索过程还可能修正原有的理论甚至创造新的理论。事实上，我们永远无法知道，现在交给学生的是永恒的智慧，还是过时的偏见，但我们只要激发他们去创造一个美好世界的渴望，让他们学会理解人的需求，学会在现实生活中找问题，发现技术创新商业化应用的社会价值，他们就能够通过不断学习实现工程创新。以社会需求为导向的工程创新不是单一学科就能解决的，往往需要多学科多技术的交叉融合和团队合作才能实现。他们因此认为，一个工程师必须具备五种思维：一是团队合作思维;二是创业者思维;三是跨学科思维;四是全球思维;五是伦理道德思维。[12]同时欧林提出“学习真正重要的知识、在语境和体系中学习、在团队中学习，以及为使世界变得更好而学习” [13]四维学习框架。这种思维与学习的框架也成为他们确立“通过项目引导式团队学习，多学科交融，边学边做，边做边学，创造性探索”的工程教育改革方向的基本依据。

工程创新负载着社会价值、商业价值和伦理价值，杰出的工程人才不仅要有卓越的工程实践能力，还要具有敏锐的商业思维和深切的人文关怀，能够准确判断产品的市场价值和深刻理解产品对人类社会生活和环境的影响。Olin认为，全面地理解个人和社会、良好的艺术人文社会科学修养和企业家精神也应是工程人才素养的重要组成部分。他们据此提出了独具特色的“三位一体”课程框架，即著名的“欧林三角”。[14]与“欧林三角”对应开设4大模块课程，包括数学与科学模块、工程模块、艺术人文社科模块与创业模块，前两个模块对应欧林三角中的工程教育，后两个模块分别对应欧林三角中艺术人文社科教育和创业教育。在卓越的工程教育中融合艺术人文社会科学教育与创业教育，将工程知识的学习与工程的商业环境、企业家精神以及工程的社会作用作为一个整体紧密地联系起来，在培养学生工程创新能力的同时，塑造他们的工程责任意识、企业家精神和使命担当，赋予欧林工程教育与众不同的特质。

二、欧林工学院工程教育新范式的内涵与特征范式是科学哲学家库恩提出的一个概念，它为人们观察和理解特定问题和活动提供了框架。在这一概念里，每一种范式就是一种科学观，就是一种世界观，不同范式间有着质的区别。[15]所谓工程教育范式，它指的是工程教育的理念、行为和规范。工程教育范式的变革，需要相应改变工程人才培养的思维方式、行为方式和组织方式。美国传统的本科工程教育是依循通识教育、专业基础教育和专业教育（含毕业设计）三阶段逻辑进路展开的。毕业设计是要综合应用学过的知识去解决一个问题，一些专业基础和专业课程虽然也有一些实验或者项目，但基本上是以验证性为主。Olin则打破这一传统范式，实行“课程+项目”新范式。该范式以创新性实践思维和动手能力训练为目标，以真实的实践性问题及其解决为依托，培养学生用设计思维去发现问题、清晰地描述问题和准确地定义问题，然后再用数理、自然科学等知识去综合设计解决问题的方案，直至生产出创新性产品，同时还要求生产的产品具有人文价值、商业价值，将创新产品与技术可行性、经济可行性和社会价值结合起来。为此，他们在大学本科4年中以实践为指向，以学生为中心，通过全学程地实施“课程+项目”教学模式，采用真实的或者模拟的项目的体验式教学方式对学生进行完整的工程训练。这里的“项目”既是一种实践形式也是一种学习方法，不同学科知识通过工程项目与真实世界的需求结合起来。虽然基于项目的体验式教学并非Olin首创，但它与众不同的是，并非将其作为辅助性的验证知识的手段，而是系统的、全面的创新性真实设计、建造实践，直至商业化。不仅在4年大学课程计划中一以贯之项目体验（包括实验仿真、团队合作和动手实践等），覆盖绝大多数课程，约占总课程数的80%，是一般工程院校的3～4倍，而且随着学习阶段的提升，项目数量更多、更开放和更具商业价值。这种培养模式可以同时满足跨学科学习、创新性实践及其商业化应用的要求，克服了传统工程教育学科知识面狭窄，学生只是学会解决老师交给的问题而不会自己去寻找具有挑战性的现实问题，更不会让问题的解决方案从实验室走向现实世界，达到“牵一发而动全身”工程教育改革的效果。可以说，Olin的工程教育模式是真正符合工程本性的教育。