範式是科學哲學家庫恩提出的一個概念,它為人們觀察和理解特定問題和活動提供了框架。在這一概念裡,每一種範式就是一種科學觀,就是一種世界觀,不同範式間有着質的區别。所謂工程教育範式,它指的是工程教育的理念、行為和規範。工程教育範式的變革,需要相應改變工程人才培養的思維方式、行為方式和組織方式。美國傳統的本科工程教育是依循通識教育、專業基礎教育和專業教育(含畢業設計)三階段邏輯進路展開的。畢業設計是要綜合應用學過的知識去解決一個問題,一些專業基礎和專業課程雖然也有一些實驗或者項目,但基本上是以驗證性為主。Olin則打破這一傳統範式,實行“課程+項目”新範式。該範式以創新性實踐思維和動手能力訓練為目标,以真實的實踐性問題及其解決為依托,培養學生用設計思維去發現問題、清晰地描述問題和準确地定義問題,然後再用數理、自然科學等知識去綜合設計解決問題的方案,直至生産出創新性産品,同時還要求生産的産品具有人文價值、商業價值,将創新産品與技術可行性、經濟可行性和社會價值結合起來。為此,他們在大學本科4年中以實踐為指向,以學生為中心,通過全學程地實施 “課程+項目”教學模式,采用真實的或者模拟的項目的體驗式教學方式對學生進行完整的工程訓練。這裡的“項目”既是一種實踐形式也是一種學習方法,不同學科知識通過工程項目與真實世界的需求結合起來。雖然基于項目的體驗式教學并非Olin首創,但它與衆不同的是,并非将其作為輔助性的驗證知識的手段,而是系統的、全面的創新性真實設計、建造實踐,直至商業化。不僅在4年大學課程計劃中一以貫之項目體驗(包括實驗仿真、團隊合作和動手實踐等),覆蓋絕大多數課程,約占總課程數的80%,是一般工程院校的3~4倍,而且随着學習階段的提升,項目數量更多、更開放和更具商業價值。這種培養模式可以同時滿足跨學科學習、創新性實踐及其商業化應用的要求,克服了傳統工程教育學科知識面狹窄,學生隻是學會解決老師交給的問題而不會自己去尋找具有挑戰性的現實問題,更不會讓問題的解決方案從實驗室走向現實世界,達到“牽一發而動全身”工程教育改革的效果。可以說,Olin的工程教育模式是真正符合工程本性的教育。
這種模式雖然也把整個教育過程分為三個階段,但與傳統本科工程教育的三階段不同,而是将其劃分為多學科基礎、專門化和轉化實現三個階段。每學期開設4門課,畢業最低120個學分。三個階段教育将 “課程+項目”有機結合(整個學程從設計到制造要完成25~35個項目),強調知識的綜合性和整體性應用。在多學科基礎階段主要為工程專業學習奠定堅實的基礎,包括數學、物理學、生物學、化學以及藝術人文和社會科學。在這個階段,從入學就開始接觸到工程問題,并非要等修完1年或更長的數理課程之後,強調在實在的工程項目中掌握并應用科學技術知識,即在做中學。如在“現代生物學基礎”課中,要求學生走進神奇的大自然,直接向千姿百态的動物學習,仔細觀察、思索和研究它們運動的機理,從中學習設計的原理和方法,并要求基于其特性設計和制造出機械模拟物。在專門化階段,學生在自己選定的專業領域深度應用跨學科知識進行工程項目設計開發,這些工程項目通常都是社會現實存在的真實問題,學生自主動手設計建造,教師僅僅進行啟發引導。學生通過親自動手設計建造的項目課程學習,提高自己融合多學科知識解決具有挑戰性問題的能力,使得他們未來能夠毫無畏懼地應對各種新的挑戰。在轉化實現階段,學生用其所學解決企業真實的、具有商業價值和挑戰性的問題,他們通過跨學科團隊合作去完成客戶調研、産品定義和樣機制作的全過程,将“創新設計概念”轉化為技術上可實現、商業上有價值和能造福人類社會的市場産品。具體地說,它具有如下明顯特征。
第一,改變傳統先理論後實踐的培養模式,将實踐居于主導地位,在做中學。Olin颠覆傳統以科學理論為主導的工程教育理念,踐行以實踐為主導的人才培養思想,以實踐性思維和實踐能力訓練為目标,以現實世界的問題解決為邏輯起點,實踐與理論相結合,以通貫4年三個階段的項目教學為抓手,在教師的引導下,通過對實踐性問題發現、動手設計和制作來引發學生的學習體驗,讓學生自己去發現和創造知識來促進學習,建構理論知識,理解理論知識的作用和意義,生成實踐智慧,提升工程實踐能力,推動了“傳授範式”向“學習範式”的轉變,實現了外在輸入式知識傳遞向内發創生式體驗生成的轉向。在這種模式中,徹底改變了傳統以學科為主導、以教師為中心的知識傳遞範式,教師“為實踐而教”,學生“為實踐而學”。學生基于概念的實踐不僅深入理解其中的理論,而且還對學生生活産生意義,“學會怎麼做事”“學會怎麼成事”“學會怎麼成人”,真正實現了工程教育對工程專業實踐的回歸。
第二,設計思維能力培養貫穿始終,培養設計型工程師。設計是工程的精華,設計思維是一種打破常規的、開拓創新的思維形式。它對發現問題的需要甚于解決問題,既展現了工程對滿足人需要的追求,更體現了工程創新的特質。Olin非常重視設計思維的訓練,将設計思維訓練作為培養工程創新人才的核心,不僅貫穿4年設置了一系列的設計課程,而且課外各類項目設計大賽等也以設計思維訓練為目的。在第1學年第1學期開設“設計的本質”,第 2 學年第2學期開設 “面向用戶的協同設計”,第3學年開設的深度設計課程,要求在“為制造而設計”“可持續性設計”“産品設計與開發”“合用的産品”“人類因素與界面設計”“分布式工程設計”“系統”等任選其一。第4學年兩個學期開設畢業設計,這是面向企業的大型項目,學生團隊首先進行客戶訪談,分析用戶需求,評估商業價值,查找資料與專利,提出多種解決方案,然後根據客戶反饋優化方案,做出産品原型,最後讓客戶感受體驗并進行價值評估。通過在真實項目的場景化應用中進行創意思考,培養學生的系統觀、發散與聚合思維、想象力與創新思維,提高他們系統化解決問題的能力。
第三,跨學科思維和團隊合作能力并育,培養管理型工程師。學科是知識的分類,是現有知識的一種組織形式,它既不包括未來的知識,也忽視知識之間以及知識與真實世界的聯系。當代認知科學和科學學的研究表明,知識本無界限,界限隻存在于人的腦海中。學科相互分離,阻礙了知識的互相流通與關聯,以學科培養人才,容易産生學科思維的禁锢,難以解決現實生活複雜綜合的工程難題。Olin認為,過度專門化的工程教育将會導緻學生對世界觀察的偏見。在項目制教學中,課程以項目為載體,根據項目組織課程内容,将不同學科知識與現實項目建立起有機的聯系,通過項目設計制造,把不同學科知識整合、融合起來。在這個過程中,學生團隊通過頭腦風暴式的反複讨論、實驗和學習,使他們學會從不同的專業視角,融合與應用多學科知識思考問題,養成跨學科的思維方式。多學科融合的團隊工作,需要分工協作和管理協調,在這個過程中,團隊成員将學會如何溝通協調,如何傾聽與表達不同意見,如何化解矛盾與沖突等,尤其是在讨論設計方案、分析失敗原因以及如何去改進等之後,經過不同學科知識的碰撞、不同思想觀念的交鋒以及反複的實驗試驗,不僅磨練了口才,溝通協調能力、團隊領導力與合作精神也得到很好地鍛煉和提高。
第四,通過校企合作将工程創新與商業化應用有機結合,培養創業型工程師。問題導向思維或産品(設計)思維雖然是推動科學技術成果商業化應用的重要因素,但對下一代工程師來說,最重要的事情是要将工程創新與商業化應用緊密結合,了解商業上如何運作,學會創業,将創新成果轉化為巨大的财富,造福人類。Olin在課程項目設計、建造中貫穿這一思想,專門開設“商業與創業基礎”課程,尤其是畢業設計,設計的課題直接面向産業或者市場需求,在考慮技術可行性的同時,還要考慮建造成本、資源配置和潛在的市場效益。畢業設計課題是一個由企業或者其他機構委托并贊助的真實的具有挑戰性的大型工程項目,要求學生跨學科專業自由組合,有些項目還有毗鄰的巴布森學院(以創業教育為特色的商科教育為主,也稱巴布森商學院)的學生參加,組成一個跨學科團隊。有意向選擇創業的學生也可以通過市場調研,自定課題。工程教育怎樣才能更好地培育優秀的創業者,校企合作育人無疑是重要途徑。他們非常重視與企業(研究機構、政府等)合作,很多知名企業也積極響應,如微軟、谷歌、臉書、波音等,他們不僅為畢業項目設計提供5萬美金經費資助,還負責項目的具體指導,校企合作既為資助企業開拓思路、創造價值,也使學生将工程設計與企業和市場需求緊密地融合起來,為未來創業奠定堅實的基礎。
第五,在工程教育中滲透藝術人文社會科學教育,培養人文型工程師。Olin不隻關心設計建造能力培養,還考慮理解産品設計開發生産對人類社會的重要影響,以形成正确的态度、動機和行為,塑造學生的價值觀和倫理道德。它利用毗鄰的巴布森學院和韋爾斯利學院(從事女子教育的文理學院,也稱韋爾斯利女子學院)的教師資源和課程資源,結合工程開設的藝術人文社會科學課程,如 “技術史:文化與背景的視角”,“文化與差異: 人類學視角”,“試聽:以圖片、印象為交流手段”,“‘我’是誰”,“有限合奏:樂器、音樂、樂手”(多選一),通過在具體工程情景中讨論學習,把藝術人文社會科學與工程相融合,幫助學生全面理解人性,了解工程應用的環境背景,為人類追求更美好的生活服務。理查德·米勒校長認為,工程始于想象而非數學。工程創新力來源于想象力,是個人想象力的充分發揮。創新是無極限的,有限的是想象力。藝術本身就是想象力的産物,而且它還成就了想象力的美感。工程創新與藝術都需要豐富的想象力和對美的追求。為此,Olin除了利用上述兩所學院的教育資源之外,還特意聘請音樂教授和電氣工程教授狄安娜·達比來校任教,她原本是鋼琴演奏家、作曲家,在音樂領域取得很好的成就之後,又去麻省理工學院攻讀電氣工程學并獲博士學位。在受聘Olin之前,她一邊在麻省理工學院教電路設計,一邊在塔夫斯大學教音樂理論。可見,Olin源于對工程創新屬性的深刻理解而對藝術教育給予高度的重視。他們通過音樂、繪畫、雕塑等藝術教育,使學生富有藝術家的想象力和美感,以拓寬他們想象的空間,開啟想象力的源泉,激活異想天開的新創意。
需要指出的是,Olin并不是要獨立培養上述四種類型的工程師,而是要把它們集成在每一個學生身上,形成一個有機整體,使他們能夠從創意、設計、制造産品直至商業化整個過程全面綜合地思考并解決問題。正如理查德·米勒校長所說的那樣:“我們培養的創新人才不僅能夠去了解科技的可行性,還包括經濟和商業上的可行性,以及它在社會理論上是不是我們真正應該去追求的東西。”