中美机械专业课程设置与人才培养模式比较研究.doc

中美机械专业课程设置与人才培养模式比较研究2006年9月，受教育部学位办公室委托，北京理工大学组成调研团，去美国普渡大学（Purdue University）调研其办学情况。笔者有幸随团前往。由于本人出身于“机械制造及其自动化”专业，因此更加关注机械专业的比较研究，希望这样的比较 研究能有助于为我国机械专业的教学改革提供一些合理化建议。普渡大学是一所历史悠久（建校于1869年）的研究型公立大学，有政府特准的土地、海洋和空间使用权，历来以优良的教学质量和适中的收费标准闻 名世界。该校尤其以工科著名，中国“两弹元勋”邓稼先早年即毕业于该校。本文主要就普渡大学（包括其CALUMET校区和FORT WAYNE校区）的某些工科本科专业的办学情况、特别是机械专业的情况与北京理工大学的一些对应情况相比较，比较的内容不在于某些教学细节，而主要关注学 校的教学管理、专业设置、教学计划、人才培养模式等方面的差异。在这些方面，普渡大学在相当程度上可以说代表了美国公立大学的普遍状况。一、教学管理与人才培养模式普渡大学的教学管理模式是教务长制，据说这也是美国许多大学的管理模式，即教务长是大学的学术首长，直接对校长负责，统领与教学运转相关的一切事务，这体现了大学以教学为中心的管理模式。学校的主要教学工作由各个学院具体负责，学院按照学科发展的规律和历史沿革关系划分设立。设立新学院由学校董事会批准，老学院的发展在很大程度 上依靠学院的自主权，这给学院的发展提供了很大的主动、灵活性，当然各学院在教学学术事务上都要遵从学校共同的规范。学院下设系或部 （Department and Division），系下没有固定的教研室，由教授组织教学与科研团队，自由组合，动态更新，教授自治，充分体现学术权利与行政管理的互补作用。反思我国 的教学基层组织，早年许多大学都设置基础课和专业教研室，那似乎不利于学科建设与科研；近年来纷纷打烂教研室，成立学科组或学系，美其名曰由教研室办专业 调整为学院或学校办专业，实际上基层教学活动（如教学法活动）因此而无法开展，许多教学改革的设想都是空中楼阁，无法落实在基层。这与过于强化的行政管理 体制和过于僵化的教学科研基层组织不无联系。学院之外，学校设立了一些公共服务与管理机构。这一点与中国的大学基本相同，只是职能有所不同罢了。涉及学术事务（Academic Affairs）的有：学术事务办公室，招生办公室，学生注册办公室，财务支持与学生帐务办公室，研究生院，国际教育中心等；涉及学生服务工作的有：学生 服务办公室，国际学生服务，学习适应及奖学与运动服务，教育才能发掘、成功计划、进修奖励、学生支持服务、生活顾问中心，就业指导与事业规划等；涉及管理 服务的有：管理服务办公室，会议中心，学生住宿，计算机、技术和信息服务，人力资源开发，公共设施服务等。这样的管理机构设置体现了一个特点，即以学生为 中心，一切为了学生更好地学习与职业发展服务，这正是大学“以人为本”、“以学生为主体”的教育理念的体现。普渡大学的本科学习原则上均为4学年制，但同美国其他大学一样，采用学分制管理，对每个学生的具体学习进程和进度没有特别规定，具体学习年限依 照学生本人学习情况而定，可以38年甚至10年才完成学业。据统计，约有1/4到1/3的学生在学习过程中找到了合适的职业，未及毕业即工作，或者边工 作边读书；学生修满普渡大学所规定的某专业学分即可大学本科毕业并申请获得普渡大学学士学位证书，也可以在中途申请转专业、转学分、转学校，模式多样。多 数工科学生获得学士学位需要6年时间，真正在4年内毕业的工科本科生很少，不到1/3。这与中国大多数大学的情况显然很不同,似乎他们并不看重毕业率和学 位授予率，看重的是学生是否学有所用、学以致用，能在社会上立足。就学生而言，本科及以下的学习注册模式一般可有五种：学士学位（Bachelor Degree）:基本学制4年，须完成规定的学分和实践环节。助理学士（Associate Degree）: 基本学制2年，须完成规定的学分。专业证书（Certificate Program）:不规定系统学制，修读专业规定的学分发学历证书。辅修专业（Minor Program）:对于学位生，在主修专业之外可辅修其他专业课组。借读计划（Transfer Program）:他校学生在本校借读，所修学分转往他校承认。由此可见，美国的人才培养模式真正是多种多样，给学生自我发展、自主发挥以及根据社会发展需要而调整学业与就业方向提供了广阔的空间。二、专业设置与质量监控普渡大学是公立大学，联邦政府赠地，州政府提供资金支持，但在办学的具体事务上，政府很少干预。例如，学校办什么专业、设什么课程、如何监控教 学过程质量等都不需要报政府批准。但这并不意味着学校可以随意办学，学校办学如果不能有效地吻合社会需要，则难以为继，因此学校可以不受政府指挥，但必须 时刻接受社会监督，通过社会中间组织的监督，大学与社会之间形成良好的互动关系。例如，盖莱默校区创办于二次世界大战期间，以满足战时军工发展需要，但其专业设置一直由普渡大学校本部控制，以保证专业办学质量。1974年6 月13日普渡大学授予盖莱默校区本科专业办学自主权，但盖莱默校区在办学过程中仍然自觉接受校本部和社会的监督，甚至其发展成熟的工科老专业（办学近60 年历史，在美国不算长，但与中国的许多工科院校相比已经是老学校了），也仍然经常接受一些社会中间机构的评估，如高等教育委员会北部中心协会（NCA: The Higher Learning Commission; Member: North Central Association）；工程与技术认证委员会技术认证分会（TAC-ABET: Technology Accreditation Commission of Accreditation Board for Engineer and Technology）；工程与技术认证委员会工程认证分会（EAC-ABET: Engineering Accreditation Commission of Accreditation Board for Engineer and Technology）；印第安那州职业与技术教育委员会（ISBVTE: Indiana State Board of Vocational and Technical Education）等。为了更好地让学校人才培养目标、规格符合社会需要，美国大学的各不同专业还经常接受相关专业或行业协会/委员会的评估。例如，我们所调研的普渡 大学三个校区的工科专业都普遍接受了美国工程与技术评估委员会的评估或专业认证，而且自觉地把它作为学校专业教学质量的控制标准。美国的工程与技术评估委 员会（ABET）由全美31个工程技术协会组成，其中包括了ASME、 IEEE、 ASCE等美国著名协会，他们给全美500多所大学提供认证，每六年进行一次。ABET为需要认证的学校提供原则性指导，他们强调对学校的目标和结果的实 现进行检查，但不针对细节，因此给学校留有很大的发挥空间。ABET对工程教育培养专业人才的评估制定了11条标准：(1)应用数学、科学与工程等知识的 能力；（2）进行设计、实验分析与数据处理的能力；（3）根据需要设计一个部件、一个系统或一个过程的能力；（4）多种训练的综合能力；（5）验证、指导 及解决工程问题的能力；（6）对职业道德及社会责任的了解；（7）有效地表达与交流的能力；（8）懂得工程问题对全球环境和社会的影响；（9）学会终身学 习的能力；（10）具有有关当今时代问题的知识；（11）应用各种技术和现代工程工具去解决实际问题的能力。这11条评估标准涵盖了一名合格的现代工程师 所应具备的全面能力和素质，它不仅包含了传统的数学和科学基础素养，而且更加强调工程实践能力、终身学习能力、团队合作精神、职业道德及社会责任等。这对 我们国内的工科教育具有很现实的借鉴意义。看起来拥有办学自主权的学校仍然有很多“婆婆”，但这些“婆婆”都是学校自愿请来的，他们非但不干涉学校的办学自主权，而且帮助学校监控教学质量，有利学校获得区域、国家乃至国际社会的认可，更有利于学生获得高质量的、规范化的教育，从而学以致用。韦恩堡(Fort Wayne)分校区是由普渡大学与印第安纳大学合办的一个新校区，由普渡大学管理，文科类专业颁发印第安纳大学证书，理工类专业颁发普渡大学的证书。其教学以本科为主，工科专业颇有特色。其工学院开设下列三类本科专业：工程科学专业2个：计算机科学和信息系统；工程专业4个：机械工程、电气工程、计算机工程、土木工程；工程技术专业8个：机械工程技术、工业工 程技术、计算机工程技术、电气工程技术、土木工程技术、建筑工程技术、结构工程技术、内装修设计工程技术(Interior Design Engineering Technology)。这种开设本科专业的方法与我国大学有很大不同，我国的大学通常不区分“工程”和“工程技术”专业。当被问及两者有何不同时，该校工学院院长 Gerard Voland博士回答说：从教学内容上说，“工程”专业比较强调“工程设计”，而“工程技术”专业更强调“工程实现”（Engineering Implementation）；但也并不绝对如此，这种把“工程”和“工程技术”专业单独设置的做法在美国并不普遍，我们之所以这样做，是因为一方面想 保留一些学生像其他大学的学生一样接受较全面的工程基础训练（工程专业），同时想让更多的学生接受实践性更强的训练、更接近工程上技术要求的训练（工程技 术专业），这是我们学校的毕业生100%能够考取工程师资格并广受社会欢迎的法宝。可见其不论学校大小或历史长短，都对自己的办学目标和方向有独特的思 考，这是办学多样化的基本保证。三、教学计划的比较表1是普渡大学盖莱默校区机械工程专业的教学计划。将此计划与北京理工大学同类专业（如机械工程与自动化、机械设计制造及其自动化等）相比较，可以发现，两者有较大差距。这些差距也反映了中美两国在工科教育教学计划上的特点和差异。例如， 表1 Purdue Calumet 机械工程专业教学计划课程性质课程分类课程名称学分工程科学学士公共课程语言与交流English Composition英语作文3Fundamentals of Speech演讲基础3Written and Oral Communication写作与口语交流3科学与数学General Chemistry基础化学4Mechanics力学4Heat, Electricity and Optics热学、电学与光学4Calculus and Analytic Geometry I微积分与解析几何I5Calculus and Analytic Geometry II微积分与解析几何II5Multivariate Calculus多元微积分4Differential Equations微分方程3Linear Algebra线性代数3人文与社会科学Ethics for the Professions职业伦理学3Technology and Society技术与社会3Foreign Language, Communication, Aesthetics外语，交流，美学6History, Philosophy, Literature历史，哲学，文学Economics, Political Science经济学，政治学Psychology, Sociology, Anthropology心理学，社会学，人类学工程基础Engineering Drawing工程制图2Programming for Engineers工程师编程2Engineering Software工程软件2Engineering Freshman Seminar工程专业新生研讨1Elementary Engineering Design 工程设计基础2Project Management项目管理3Senior Engineering Design I高级工程设计I2Senior Engineering Design II高级工程设计II3电子工程Linear Circuit Analysis I线性电路分析I3Electronic Measurement Techniques电子测量技术1机械工程专业方向课机械工程Basic Mechanics I: Statics基础力学：静力学3Basic Mechanics II: Dynamic基础力学：动力学3General Thermodynamics I热力学基础I3Fluid Mechanics流体力学3Fluid Mechanics Laboratory流体力学实验1Kinematic Analysis and Design机构分析与设计3Dynamics of Mechanical Systems机械系统动力学3Mechanical Engineering Experimentation机械工程实验3Heat Transmission传热学3Heat Transmission Laboratory传热学实验1Machine Design I机械设计I4材料学Mechanics of Materials材料力学3Materials Science材料学3机械工程核心选修课General Thermodynamics II热力学基础II3Heating and Air Conditioning Analysis and Design 热工学分析与设计3Machine Design II机械设计II3Introduction to Automatic Control自动控制引论3Introduction to Manufacturing Engineering制造工程引论3Materials in Engineering工程材料3总计1281)美国最低毕业学分要求低（128学分），中国同类专业一般要180200学分以上，其中理论课至少在150170学分以上。显然，美国学生自主掌握的时间更多，更利于他们学习主动性的发挥和创新能力开发。2)美国大学工科继续学习本国语言（英语），而且所用课时较多（9个学分）；对外语要求反而很低（只在人文与社科任选课中列入，不作硬性要求，如果选，最多也不超过3个学分）。相比而言，中国学生要花费大量时间学习外语（一般要占全部课时的10%以上）。3)美国大学机械专业的课程基础很广泛，中国相对偏窄。例如，表1中的化学、热力学、传热学、热工学、材料学、流体力学等课程，在中国大部分机械工程专业中开课较少；虽然近几年在教学改革中我们一再强调要“加强基础、拓宽专业”，但实际效果并不理想。4)美国大学工科在人文、社会、管理等方面的课程较多，例如职业伦理学、技术与社会、社会学、人类学、项目管理等课程，在中国大部分机械工程专 业中很少开设；我们的“两课”在思想教育和德育方面起到了很大作用，但是经管与社会学方面的知识较少，应进一步加强工程师社会责任和经营管理能力的培养。5)美国大学机械专业的设计类课程较多、较重（工程设计基础，高级工程设计I、II，机械设计I、II，共有14学分），而且大部分与企业实践 项目相结合，学生与企业和社会的结合更加紧密。相比而言，中国大部分机械工程专业强调设计与工艺并重，而且理论课时较多。当前，中国制造业以外来品加工制 造为主，所以强调工艺并无错误；但是，要加强具有自主知识产权的产品创新，就必须要加强设计能力的培养与教育，不只是理论上多讲，更要让学生在设计实践中 养成设计创新能力。6)美国大学机械专业教学计划在结构上明显地比较强调科技基础和工程应用能力教育，而对中间环节的教学较少。例如在中国大部分机械工程专业中常 花较多课时开设的工程制图、机械制造工艺、机械制造装备设计、电工电子技术、机电一体化系统、CAD/CAM、特种加工等等，美国用的课时很少，这方面的 能力大部分依靠学生在实践中学习。7)美国工科课程中花较多时间让学生学习和应用工程应用软件，例如在工程师编程、工程软件和各种工程设计课程中，让学生学习和应用 AutoCAD、ProE、UG、MetLAB等工具软件，这些工具软件的强大功能不仅“帮助本科生能干博士生的活”，而且让学生一出校门就与大公司的工 作平台直接接轨。中国目前这方面的教学较少，有些是因为尚未注意到其重要性，有些是因为没有能力购买这些昂贵的软件供学生使用。8)美国大学工科教学的企业实践内容丰富。例如在普渡大学要取得工科学士学位，要花一年的时间作高级工程设计项目，其中相当多的项目以学生团队 的形式在企业进行。普渡大学副校长、盖莱默校区校长Howard Cohen信心十足地介绍说：这种与企业结合的设计项目为学生从学校走向社会铺平了道路。另外，平常还有许多与企业合作培养的课程或半工半读的教学计划 (Professional Experience Programs)。相对而言，中国高校培养过程与企业脱节的现象越来越严重，许多行之有效的实践教学环节（如生产实习、毕业实习、毕业设计等）近年来也 越来越被削弱，甚至名存实亡，这值得我们严重关切。四、结束语上述比较分析只是个人见解，并无褒贬之意。事实上，仅从这些差距本身恐怕很难说孰优孰劣，可能都是由本国国情、管理体制和社会就业环境所决定 的。例如，中国学生要花很多时间学外语，所以学时增加很多；中国大学大多隶属于某一级政府而与企业缺少甚至根本没有联系，故大学与企业脱节。所以，教学改 革往往不能只关注教学本身，而要更多地关注社会发展的变化与需求，从而探索教学改革的方向与可能性。努力使学生更加接近社会需求，应是教育回报社会共同的 追求。Purdue Calumet在教学计划之前所描述的工程师培养目标是：“工程师能够帮助改善生命质量，提高工业和个人生产率，进而提升每个人的生活水平 ”（Engineers help to improve the quality of life, the productivity of industry and individuals, and the standard of living for everyone.）。我国许多具有工科传统优势的大学在培养目标中不再提培养合格工程师，而只说要“培养高级拔尖创新型专门人才”，这对个别学校也许是 可行的，但若形成虚夸之风将是危险的。