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晨枫:新型理论与实践相结合,改革中国大学的工科教育

2017-03-14 09:41:46

【文/观察者网专栏作者 晨枫。作者系加拿大阿尔伯塔大学化学工程博士,在加拿大化工行业工作25年。】

【国务院总理李克强在十二届全国人大五次会议上作政府报告时,3次提及“中国制造2025”,这也是“中国制造2025”连续三年在政府工作报告中出现。“中国制造2025”与中国工业发展密切相关,而工业的发展离不开工业人才的培养。令人担忧的是,目前中国大学工科教育中存在理论与实践相脱节的问题。若欲实现“中国制造2025”的目标,我们便不能不正视这一教育缺陷。】

大学工科教育中理论与实践脱节是一个世界性问题,最大的原因在于,大量工科教授从学校到学校,缺乏工程实践的经验,因此从课程设置到讲授都没法真正与工程实践相联系。美国和加拿大早就开始cooperative education制度,简称coop,意思是合作教育,也确实是大学和工业界合作的结果,学生的学习在课堂和工业界之间交替反复进行。合作制在不小程度上弥补了工科大学教学里的理论与实践脱节问题。

改革开放在经济层面的最大成就是“中国制造”的大发展,“中国制造2025”将成为中国经济未来可持续发展的关键,工科教育将为其提供人才基础。中国工科教育成就斐然,中国制造的大发展与此是分不开的。但中国工科教育依然是传统模式,课堂教育为主,再加一个练习性质为主的毕业设计,更进一步是历史的要求,改革是当务之急。

他山之石,可以攻玉,合作制是很值得中国大学工科教育借鉴的经验。观察者网登载的《半工半读产学结合以促进科技创新创业》一文对合作制有所介绍,只是郭文用的半工半读说法容易引起误解,合作制与传统的半工半读有本质区别,在学习期间挣一点生活费不是合作制的主要目的,合作制也与大学里的科技创新没有什么关系。

对很多人来说,理工科常常混为一谈,但理科和工科是有很大区别的。理科专注于科学教育,毕业生从事科学探索为主。科学探索的基本特点是从已知出发,通过理论或者实验的方法,探索未知。由于现实世界高度复杂,科学探索的学科划分越来越细。另一方面,高度专业的学科之间有很多交叉地带,这又形成大量边缘学科,成为新的探索内容。

工科专注于工科教育,毕业生从事工程实践为主。工程实践的特点是给定具体问题,有现成工具要解决,没有现成工具创造工具也要解决;有精确、严格的方法就用精确、严格的方法,没有就用近似方法,实在不行就凭经验估计,再放足安全系数兜底。工程方法有理论依据最好,没有的话,只要管用,就是好的。

由于现实世界的问题是完整地呈现的,常常不尽符合理论方法所依据的理想化假定的架构,判断特定方法、数据、经验是否适用与其说是科学,不如说是艺术。工程实践的关键在于要在有限的时间和资源条件下安全、可靠、经济地解决问题,是否有创意反而是次要的。这一切决定了工科教育有别于理科教育。

另一方面,工程技术实际上开始得比现代科学还要早,在没有科学方法的时候,人们已经在修桥筑屋、造车造船了。在没有科学方法指引时,就只能靠经验、靠试错,在比已有经验往前再走一步的时候,只能靠安全系数来确保不会出问题。米开朗琪罗在罗马造圣彼得大教堂的时候,想模仿罗马万神庙那样造一个大穹顶,但缺乏科学的计算方法,只能加料,最后穹顶座圈底部厚度超过一米。这当然造成浪费,但也是缺乏精确方法和数据时的典型工程方法。

罗马圣彼得大教堂

现代科学方法发展起来后,工程技术也科学化了,不光工具精确化,思维也精细化了。这本身是进步,不是问题,但问题出在工科教育。

随着工程科学的精细化、深入化,工程研究的起点越来越高,要走上起跑线就要很长的积累,要往前发展一步更是需要巨量的时间、精力和资源。在理论上,工程研究与工程实践交替进行,理论结合实际,这是最理想的,但实际上很少有这样的机会,也没有这个时间。这很不幸地造成了工科教授以工程研究背景为主,缺乏工程实践。工程方法也越来越多,越来越细,“必须掌握”的东西越来越多,在客观上造成课堂学时不够用的问题。而从事工程实践的人又缺乏足够的理论背景,“不够资格”担任工科教学。工科教育在理论和实践之间出现分裂。

工程实践不只是技术、工具与方法的堆积。工程技术有科学的一面,更有艺术的一面。这艺术不是琴棋书画,而是在有限资源、不完整和不确定信息情况下的直觉、经验、判断和诸多只可意会不可言传的东西。用比方的话,兵书装备好比科学,有一定之规,但工程技术好比带兵打仗,教条主义是要害死人的。

工程实践还需要团队努力。现在提倡工匠精神,但工匠是在工程师制定的技术方向下运作的。这就像军队里一样,经验丰富的老班长的作用非常重要,但指挥战斗还是连排长。但指挥不只是发号司令,需要沟通作战计划,得到官兵的理解、支持、补充和按照指挥意图随机应变。对于工程师来说,给定问题只是开始,需要深入理解问题的性质、范围、历史、教训等,这一切都是从沟通交流开始的。

工程师不仅需要组织领导才能、团队合作精神、交流沟通能力,还需要理解和熟悉各种行业法规、标准,更需要理解和熟悉公司内部的工作流程和工程标准。机械的理解还不够,要在理解和尊重的基础上,对各种规定之间的灰色空间做出合理的解释和填补。

最重要的是,工程师的存在不是因为个人爱好或者对事业的执着,而是帮助公司盈利,或者帮助业主实现特定的商业或公益目的,工程师必须善于根据公司的运作目标开展日常工作。工程科学与“工程艺术”兼长,具有团队精神,能够在有限资源和不完全信息情况下卓有成效地工作,这才是工程师的英雄本色。

资料图

但这些都是大学工科教育很少涉及的内容。不仅如此,工科教育容易在系统、深入的框架下,流于对各种具体工程方法的罗列,深入广泛下去做到了,但总体大局反而迷失了,一不小心,就容易只见树木,不见树林。

对于尚未入行的大学生,只知道学了一大堆定理和方法,不知道如何与具体的工程问题联系起来,不理解各种方法在工程实践中的定位,对于传说中的工程师英雄本色更是谈虎色变,这种现象远非罕见。但其实这东西没有那么可怕,沉下去,干起来,是可以掌握的。这就像烹饪,总是捧着菜谱、烹饪技艺大全端详,只会越看越怕,真的挽起袖子干了,也不过如此,味道好点差点而已,吃饱肚子总是做得到的。也就是说,工程还真就是要在学中干、干中学的。

工科教育与工程实践脱节并不是新问题。还在1901年,美国理海大学新科教授赫尔曼·辛德勒就注意到,已经工作过一段时间再来读大学的学生明显比学校到学校的学生更加成熟,学习更加有目的性、更加有效,在校期间在外打工的学生也是这样。这当然不是送外卖、到建筑工地扛大活那样的打工,而是与专业有关的短期工。受到这样事例的启发,他开始设想一种大学与工业界合作教育的体制,这就是合作制教育理念的开始。1903年,辛辛那提大学聘请辛德勒任教;1905年,辛辛那提大学决定支持他开设合作制课程,试验一年,但万一试验失败,大学不负责任。2005年,辛辛那提大学校董会再次决定,试验期结束,100年后大学终于对合作制负全责。

当然,辛德勒的试验是成功的,辛辛那提大学2005年的负全责决定只是多此一举的形式而已,根本没有这个必要。辛德勒后来从助理教授一路晋升到工程学院院长,并担任过辛辛那提大学的代理校长,很大原因就是合作制的成功所带来的声望。如今辛辛那提大学校园里有一座他的雕像。大学里牛人多,牛人相轻,要众望所归建一座雕像可是不易,辛德勒的贡献和在学界的声望可想而知。不仅如此,2006年辛辛那提大学还建造了一座合作制教育名人堂,足见重视。

在美国,东北大学、安条克学院、从通用汽车学院改制的凯特林大学、德莱克赛尔大学甚至普渡大学都是合作制的中坚,众多实行合作制的大学还组成全国性学会机构,负责统筹事宜,交流相关经验和制定共同标准,如ASEE。在加拿大,滑铁卢大学在1957年率先开始合作制教育,以后大部分具有工程系科的大学都开设了合作制课程,CAFCE负责加拿大大学的合作制教育。合作制教育现在从工科扩展到社会、艺术、医科等,工作地点也从本地扩大到省内、州内和全国,甚至其他国家。比如说,加拿大若干大学就有到美国、英国、澳大利亚的合作制机会。

合作制有同时制和交替制。同时制每天半天上课,半天工作;交替制集中上课一个或几个学期,然后集中工作几个月,然后再回来上课,再工作,如此往复。交替制比较常见。

北美大学一般是两学期制,秋、春两个学期各4个月,中间的圣诞节到元旦期间有两个星期放假,5、6、7、8月是暑假,时间长度与正常学期相当,学生大多在暑假打工挣钱,家庭条件好的当然就放野鸭了。也有把暑假作为第三个学期的,比较少,课程选择也少。合作制把暑假时间也利用起来,成为三学期制。课堂学期数与普通大学生一样,也就是说,四年制就是8个课堂学期,但另外有工作学期,一般要求工作学期总时间在16-24个月之间,各个学校和系科的要求不同。

交替制有多种做法,比如新入学一年级分两班,A班只上大一上学期,下学期为工作学期,暑假回来补大一下学期,然后再是四个月的工作学期,如此交替,直到最后一年接连上大四上下两个学期;B班接连上大一上下两个学期,然后四个月的工作学期,然后交替。大一上学期和大四下学期的时候是A、B班唯一并班的时候。特殊情况下,容许两个工作学期合并成一个8个月的长工作学期,接下来两个课堂学期也背对背接着上。

这样要5年完成学业,累计24个月的工作学期,没有暑假,但课堂学期数与非合作制是一样的。这样的好处是工作学期均匀分布,避免所有学生一窝蜂都在同一时间到各公司敲门找工作学期的机会。分散的工作学期也提供较多的不同机会,可以尝试不同的公司和工作性质,也有利于逐步把学到的东西与实际结合起来。更加极端一点地说,如果在实践中发现所选专业不适合自己,要转向都可以及早决定。

还有的做法是在大一、大二期间只有一个工作学期,大二、大三之间有一个8个月的长工作学期,大三、大四之间再有一个8个月的长工作学期。这样四年半可以完成学业,累计工作学期20个月。安排松散一点的话,中间还可以插进一个暑假,放松一下;或者再增加一个4个月的工作学期。当然这样就要5年才完成学业了。这样的好处是工作学期的重心靠后,有利于积累一定的知识后,有系统地应用到实际中,时间较长,也避免了工作经验的碎片化。

更加极端的是在前三年只安排一个4个月的工作学期,但在大三、大四之间一下子安排一个16个月的超长工作学期。这已经接近通常意义的试用工了,工作经验相当完整。这样做又好又不好,如果这16个月卓有成效,接下来的雇佣就是水到渠成;如果磨合有问题,那就浪费了。

在合作制教育中,工作学期是和课堂学期同等重要对待的,每一个工作学期必须在符合要求、榜上认证的地方工作才算,而不能自己随便找个七大姑、八大姨家的杂货店或者小作坊打工算数。工作学期结束时,对方要出具证明,说明是否达到要求,才算这学期及格。大学有专门机构,通常还与相当数量的大中小公司建立固定的合作关系,帮助学生落实工作学期,但并不负责找到地方,最终还是要学生自己找的。

找工作本来就是合作制教育的一部分。在这里,名牌大学不仅毕业后去向好,在工作学期找工作期间就已经体现出来了。非名牌大学也有机会,因为这样的“短期非正式就业”的门槛低,没有心理负担,容易接受新面孔,只要证明了自己的实力,新面孔就有机会成为老字号。另一方面,业界翘楚的工作学期雇佣记录对毕业生求职非常有用,对大学招生也是铁板钉钉的吸引力。

在工作学期内,公司是给津贴的,有的还按照招聘新人的标准,给予安置费(包括来回飞机票)。这是公司直接发给学生的,没有统一标准,但大公司为了吸引优秀学生,常常按接近于新招聘的入门级工程师的工资发津贴。这就不仅温饱有余,通常还足够支付至少同等时间的课堂学期学费和在校生活费用还有余了。

换句话说,合作制学生常常只需要少量教育贷款甚至不需要,就可以完成学业,所以对家庭经济条件不好的学生很有吸引力,比暑假打工要强多了。对经济条件较好的学生的吸引力则主要在于就业前景。工作学期相当于公司的试用期,有中意的,早早打好招呼,到毕业时就直接来报到了。要是不中意,学期结束,一拍两散,大家没有心理负担。当然,挑选是双向的,优秀学生在不同工作学期认识到不同工作环境,毕业时几家前工作学期期间的雇主真相邀请是常见的事。

另外,上大学对很多人是出远门了,但这毕竟还是高墙之内的“安全港”。工作学期就接近走上社会了,不仅再一次出远门,还要学会自立,啃老是不行的,也没有铁哥们帮忙打理,要自己在不同的新环境里打造自己的天下,这是合作制的一个特点。学会长大成人或许也是中国教育中比较缺乏的。

大学低年级期间,专业知识还没有学习,这时的工作学期主要以一般文秘或者不需要专业知识的任务为主,很多公司并不需要这样的廉价劳动力,而且四个月时间太短,刚弄清东南西北就要走人了,所以这样的比较少了,即使四个月交替,也可能回到同一个地方接着上次的做,大家节约磨合时间。大学高年级时,专业基础课已经上过了,可以干一点事情了,如果工作学期时间较长,是可以做一点事情的。

那合作制的大学生都做些什么事情呢?一般是“技术学徒”性质的。这也难怪,毕竟不是正式员工,呆不长,不可能给太关键、太长期的项目。而且大学都没有毕业,高级专业课也没有上,不能要求太高。以化工厂为例,典型工作包括数据采集和分析,比如说,某一设备过去几年里在不同产品和产量期间的运转情况与故障率的关联分析、短平快技改项目的组织(找人开会、撰写报告、跑腿送审等)、日常运作报告等,或者计算机控制系统的图形显示修改,或者简单的数据或者图形处理编程。条件好的,还可能给一个完整但相对简单的控制应用做做。

总之,既要有意义,又不能太关键。这倒不是保密,主要还是怕万一失手出大乱子。但工作学期的学生不要求独当一面,甚至不容许独当一面,都有专人带领、指导,一般是公司里的中高级工程师,所有东西都要复核,确保无误,毕竟这是教育过程,不是来当童工的。除了自己动手,带岗工程师的大多数技术、业务、行政会议和集体讨论学生也都跟着参加,见识和理解工程师的日常工作。有时带岗人自己有事不能到会,甚至可能派学生代表自己参加会议。

在工作学期期间,学生会接触到课程尚未学到的东西,或者课程以外的东西。由于时间和条件限制,不一定完全理解。但在河边走多了,不湿鞋也至少见过河是怎么流的,耳濡目染多了,实际问题、工程方法总是有点印象的,种下种子,回到课堂学习时,常常能把课堂内容与见识过的实际情况联系起来,学习容易更加有目的性,更加有效。反过来,课堂学得懵里懵懂的东西,到实际中一看,原来是干这个用的,茅塞顿开,也是加强学习效果的做法。退一步来说,学生在不同的工作学期里,也对未来职业有第一手了解,有助于坚定职业方向,或者及早换方向。

应该指出的是,合作制只用于本科教育,研究生还没有合作制教育的。这是研究生教育与本科教育的本质不同所决定的。

本科教育在本质上是批量生产,工作学期提供一定的个性化成分。研究生教育本质上就是师徒制的,本来就没有一刀切的模式,怎么带研究生与教授的个性和方法有更大的关系。教授可以派研究生到现场去做调研或者其他工作,也可以不派,这完全是教授和研究生之间的事情,大学一般不管,也与合作制教育的统筹机构无关。另外,教授不参加合作制教育的工作学期部分,所以教授与工业界的联系与合作制无关,合作制对教授的科技成果转化也没有特殊作用。

对于公司来说,合作制不仅是招聘预选,还可通过与大学的直接互动或者通过学生的间接互动,影响大学的工科教育。对于大学来说,合作制不仅为学生预订就业,更是弥补工科教育越来越与工程实践脱节的重要手段。另外一个作用是专业容量与就业市场更加切合,如果工作学期都无法解决,就业市场是否能容纳那么多毕业生就更成问题了。学生也不必等到毕业的时候再大吃一惊。另一方面,如前所述,工作学期的短期但零距离性质决定了入门门槛较低,有利于有实力但缺乏声望的大学和专业建立影响和声望,也有利于筛选虚名多于实力的伪名牌大学。

对于带岗的中高级工程师来说,工作学期的学生有帮忙打杂跑腿的作用,还可以帮助做掉大量琐碎但简单、重复的工作,但毋庸置疑,带来更多的是日常的指导负担。日常的工作量不会因为带学生而减少,这部分额外的工作也没有津贴,是义务劳动。当然,公司是支持合作制的,在个人年终评估时,带学生是可以作为领导能力和传道授业解惑算进去的,干好了或许可以年终奖金加一点分,但也仅此而已了。通常做这事是主要出于对职业和人才培养的公德心,很多人自己当年也有工作学期的经历,现在是回馈社会的时候了。

当然,合作制不是十全十美的。对于学生来说,至少要四年半到五年才能完成学业,而且别人能幸福地睡懒觉、啃老的暑假没了,很辛苦。而且合作制对课堂学习不是没有冲击的,尤其是四个月交替的短间隔制,课堂学习容易碎片化,不连贯,刚刚好像弄明白的事情,工厂里泡了四个月,又忘记了。这也是较长课堂学期和工作学期更加流行的道理。另外,对于立志读研的学生来说,未来可能以理论研究为主,工作学期的工作经验未必有用,还延长了大学时间。

对于大学来说,合作制打乱了正常、规则的学期轮换,每一个学生都可能有需要单独制定课程表的问题,大学要确保必修课在所有课堂学期期间都能覆盖,不容易集中安排。还会出现不同年份的学生坐进同一课堂、同一年份的学生反而坐进不同课堂的事情,学生管理工作量大很多。另外,有的合作制的学期安排要求暑假期间也安排课程,这就进一步打乱学校周期了。合作制对大学是增加很多工作量的,一定要校方强力支持才做得下去。但合作制是卓有有效的,尤其受到工业界欢迎。在北美,对于工科毕业生来说,很多大公司除非学业特别优秀,一般不招非合作制的大学毕业生。

对于中国来说,工科教育本来就有理论与实际脱节的问题,大量专升本大学的出现进一步增加对师资力量的压力。合作制不仅弥补校内理论与实际脱节的问题,还是就业与招聘改革的契机,很值得考虑。

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晨枫

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来源:观察者网 | 责任编辑:李泠
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