第45章 工程教育动态与研究(16)

采用新范式发展新专业

目前，美国工科院校面临很多挑战：招生和培养，提供有效的本科生和研究生的实习，使学生适应不断变化的技术环境并表现卓越。内华达州立大学拉斯维加斯分校的工程和美术学院拟设置一个新的多学科专业：工业设计。它通过公共／私人的合作，为学生提供工程实践机会。通过这一新兴专业的培养，提高学生的创新能力、技术能力和企业管理能力。

机械工程专业的核心知识体系

文章研究了机械工程专业现行的多种培养计划和教学科目，并将其涉及的1392项不同的素质要求进行了频次统计和分析，进而得出了当前所普遍认同的该专业毕业生所需掌握的核心知识体系。同时，研究结果显示，所选样本学校的培养计划，其主要目标基本相似，但各自也增加了不同的要素以显示其独特的侧重。为了符合ABET对工程类专业的鉴定标准，许多学校对其课程进行了调整，在目标要求上，“技术能力”比“专业能力”更为明确和具体。本文为识别工程专业的核心知识体系和工科课程改革提供了比较有效的研究方法。

工程师是企业家和改革者

文章指出，虽然多数工程师在某种程度上都带有企业家的特质，但在其向企业家发展的道路上，学术理论缺乏的问题造成了工程师职业发展的障碍。培养企业家特质要求从启蒙教育过程开始，贯穿整个工程师职业生涯。文章指出，一个具有企业家特质的工程师不仅需要掌握专业的知识（比如电子工程、化学工程、机械工程等），还需要掌握多学科的方法，如同瑞士军刀具有多项功能的作用。文章提供了相关资料、框架和一些实例，得出结论显示，在美国存在一些科技误区亟待修正，科技误区的存在将给希望成为企业家的工程师带来威胁。

培养创新型工程师

文章概述了在工程领域的创新者应该具有的态度、技巧和知识。文中分析和比较了美国、澳大利亚、马来西亚三国毕业生的特征，总结了与创新能力相关的因素。创新能力可以描述为一项综合的凌驾于毕业生其他特性的外在表现。由于毕业生特性的复杂性，工业界和学校间难以协调，导致毕业生不足以满足工业界的需求。而工科院校的文化对培养工程师的创新能力有着重要的影响。

可视化环境中的土木工程教育

“可视课堂”是一种在可视化环境中的大学课程，它试图填补传统低技术含量的工科教学模式与当前高技术含量的工程实践之间的差距。该课堂拥有一套数字化白色书写板，一组立体三维显示器以及专门的工程可视环境的软件。本研究通过观察、访谈、调查以及检查学生的学习成果等方式，得出了学生和教师对“可视课堂”的普遍看法及其对教学过程的作用。文章指出，在可视化环境中进行教学的好处主要有：教师能够把复杂的问题用可视化方式解释得更加清晰；学生则能够对工程问题有更透彻的理解，并增强了他们课后协作解决问题的能力。

K-12教师的DET教学评估

DET是指设计、工程和技术。文章对K-12教师在DET方面的教学活动进行了评估，指出教师的性别、所教年级以及教龄等是影响评估结果的重要因素。如：女性教师比男性教师把DET教学看得更重要；低年级教师进行DET教学的程度最低；教龄长的教师更愿意了解有关DET的知识。将DET融入K-12教学大纲还需要一定的时间准备和行政支持，因为目前几乎所有的教师仍不熟悉DET教学，对于自己DET教学的能力也没有充足的自信。在这些研究结果的基础上，本文就K-12教师的专业化发展和DET课程的开发提出了建议。

工科学生对学术造假的态度

学术造假已成为高等院校的一个很严重的问题。根据以往的研究显示，这在工科领域特别明显，工科学生是大学中最可能造假的学生。为了调查事实，本文作者从了解学生和教师对于造假的看法入手，进而去帮助教师和大学提高学生的学术诚实。本研究以一份长达7页的问卷对11所大学的643名工科学生做了抽样调查，学校类型涉及社区学院到研究型大学。调查问卷主要围绕以下内容：什么是学术造假，造假发生的频率多高，学生为什么造假，以及通过什么手段可以使学生减少或者停止造假。

自我学习和终身学习

最近的研究显示，传统的学术机构无法有效地推动自我学习。本文就一项跨学科项目——“全球研究项目（GSP）”展开了调查，看其采取的三项措施是否有效提高了自我学习和终身学习的能力。这三项措施是：一项名为“个人发展与教育评估体系（IDEA）”的全国公认的课程评估体系，一份学生质量评估内部协议，以及“自我学习准备等级（SDLRS）”。“全球研究项目”的学生通过IDEA 体系进行自我评估后，他们的终身学习能力要远强于对照组的学生；SDLRS 也显示了“全球研究项目”的学生的自我学习能力有所提高。

两种教学方式的实证比较

一项研究试图比较两种教学方法的有效性，即“基于挑战的教学（CBI）”和“基于讲课的教学”，前者是一种基于问题的教学方式。实验历时3年，对接受不同教学方法的两组学生做了比较分析，主要是对回答知识性问题的表现作对比。结果显示，CBI 组的学生比对照组明显表现出色的占全部问题的26%，对照组则为8%。不过总体而言，两组学生并没有显着性差异。但是，CBI 组的学生在遇到相对较难的问题时的表现明显要比对照组出色（35%比4%），主要原因是CBI 组学生的概念理解能力较强。调查结果同时显示，学生更偏爱“基于挑战的教学（CBI）”。所以，有理由相信这种教学方式是有效的，能够培养学生更适应未来的工作环境与终身学习。

识别“任务相关信息”

识别工程环境中的“任务相关信息”是解决问题的关键一步。本文研究了在一系列工程问题中，工科学生是否能够准确识别“任务相关信息”。这些工程问题的信息密度和分布都有所不同。

试验结果的分析采用了信号侦察理论与簇分析的方法。结果如事先所料，有实际经验和专业技术的学生能够更为有效地识别“任务相关信息”。同时，结果显示，任务描述的结构会影响学生在实验中的表现。

一种新颖的工科课堂的形成性评价

文章将“电子课堂交流系统（CCS）”引入工科课程，提供给学生一种形成性的评价工具。该系统采取匿名的方式，让学生进行自由交流、学习与评价，因此受到了学生的青睐。教师则可以通过该系统及时了解学生的学习情况和教学反馈，掌握他们对课程的评价，并根据实际情况来调整教学内容和节奏。

工程项目管理的环境模拟

在工程项目管理的学习过程中，为了给学生提供现实中的项目情境，课程采用了“项目管理训练模拟器”，对时间、成本、工程进度等要素进行了仿真。模拟器可保存“学习记录”，即项目进行到某一时间点的状态，包括了资源和预算情况、工程进展情况等。本文研究了自动（由模拟器控制）和手动（由学生控制）这两种不同的保存模式对学习效果的影响。通过一组工科学生的四次模拟训练，结果显示了带有撤销功能的手动保存模式更有利于学习。本文为当前工程教育交互式的动态模拟环境中，如何使用模拟设备以提高教学质量提供了参考。

基于网络平台的沟通技能训练

沟通技能对多文化和跨地域的工程知识转移具有重要作用，已成为工科学生的重要素质之一。

他们不但要能说会写，还需要掌握电子化和可视化的沟通方式。本文研究的案例，要求学生在网络上创建个人学习档案，教师每学期随机抽样阅读和评定，并基于十项沟通技能标准进行逐项和综合打分。这十项标准涉及主题、内容、文档设计、图解、参考标注等内容。这一方面促进了学生基于网络平台的沟通技能训练，另一方面也要求教师改变以往的教学方式。采取这种模式来训练学生在信息化时代的沟通技能，可为其他学科提供参考。

工程模块对中学理科教学的作用

内华达里诺大学的工学院和教育学院开展了一项名为“教师整合工程与科学（TIES）”的合作项目。该项目将大学教师和中学理科教师进行结对，形成了采用交互式学习的工程设计等模块，以组织更多的学生参与到该项目。这些模块包括：基于网络的模拟活动、课程计划、项目设计，以及三种跨学校的标准化评估。评估结果按照性别、种族、特殊教育和社会经济水平进行分组，并将每组的平均成绩与参照组（2004年内华达州的8年级学生）的理科平均成绩进行比较。结果显示，参与工科课程活动的学生相对于参照组，理科成绩的组内差距较小。

主修STEM专业的影响变量

本研究通过调查、分析“合作组织研究项目（CIRP）”中两所大学的12000名学生的相关数据，对主修两类不同专业的影响变量进行了鉴别，并对该方法的有效性进行了检验。这两类专业分别是STEM（科学、技术、工程和数学）与其他专业。此方法通过统计技术识别了来自不同种族、性别和学校的7个小组的学生中主修STEM专业和其他专业之间的显着区别。研究最终表明，从定性和定量两个方面衡量影响主修STEM专业学生意向的变量最为有效。定量衡量是指诸如SAT 数学成绩、高中时期的平均成绩，以及SAT 口语成绩等学术能力方面的指标；定性衡量是指学生对自我数学运算能力、计算机应用能力以及学术能力的评估等指标。

使用网络“名义群体法”实施知识转移

世界范围内的通信网络和功能强大的计算机技术使得知识的远程转移成为可能。一旦成功地构建起一个信息平台，“名义群体法”就可以在达成共识的过程中实现知识的转移。当对最终的共识进行回顾、分享和互动交流时，便实现了知识的内化。文中所构建的网络“名义群体法”平台记录了来自学术界和产业界的13位IT 专家的实践经验。当学生进行毕业设计时、教师开展学术／工业研究时、学校开展校企合作项目时，该平台可实施知识的远程转移。本文最后指出，在工程师、工科学生和工科教师之间构建知识转移平台，可以有效提高形成共识的效率。（注：名义群体法是指在决策过程中，对群体成员的讨论或沟通加以限制的方法。）

课程作业量与教师绩效评价没有联系

许多工科教师认为，当学生们接触一门作业量很大的课程时，会对这门课以及这门课的教师给予很差的评价。这种观点使得许多工科教师都很担忧，因为工科的课程通常都会给学生带来很大的作业量。研究采用了Spearman 相关分析法，结果显示学生们认为作业量的大小和对教师整体评价的优劣是不相关的（Spearman 相关系数为0.068）。然而，教员在其他方面的表现则与评价相关（Spearman 相关系数为0.7～0.899），这些方面包括教师在工程、自然科学和人文社会科学上的整体表现。该研究显示教师应更多地关注于教学方法、教学安排、课程准备，以及与学生之间的互动，而非课程作业量的多少，从而有助于提高教师们的教学水平和课程质量。

将工程教育发展成一门缜密的学科

本文将美国国家自然科学基金会（NSF）资助的四种工程教育改革联合体作为案例，运用出版物分析法（publication analysis）和教员访谈法对近代工程教育的历史进行了研究。随着相似学科出现的缜密化趋势，工程教育领域对缜密性的需求也日益增长。以理科教育为例，重要的研究问题、研究方法和缜密的标准要在本领域内达成共识需要一定的时间。工程教育也是如此。本研究从成果以及所涉及的重要人物等方面，对工程教育改革联合体网页上的700种出版物的摘要进行了分析。研究表明，在其他报告中所提及的有关工程教育改革联合体的各种贡献已经显现出来。早期的工程教育主要关注低年级的课程设计，以及通过团队合作促进跨学科的合作。随着时间的推移，尽管工程教育主要关注的仍然是学生和课程设计，但在评估、教师发展和研究等方面的探索也在不断深入。本研究同时采用访问联合体的负责人和有关权威人士的方法，作为出版物分析方法的一个有力补充。研究表明，联合体的运作方式为工程教育发展成一门缜密的学科奠定了基础。

建筑地点环境对土木工程教育的影响

近年来，环境对建筑活动的影响日趋重要，也成为土木工程教育关注的焦点之一。葡萄牙一高等教育机构的调查表明，人们对这一问题的关注主要集中于对大型建筑项目的影响，特别是施工场地的影响。城区小型项目建筑地点的影响较少受到关注，尽管他们对居民及周围的经济活动也有较大影响。主要的负面影响包括噪声、灰尘排放、交通堵塞、泊车位紧缺、视觉影响等等。地点选择是大多数葡萄牙土木工程本科课程的重要课程，其课程提纲必须满足以上提及的那些关注点。文章还介绍了关于城区建筑地点负面影响的一个调查报告，提出了一系列土木工程课程中应该考虑到的相关科目。