晨枫：新型理论与实践相结合，改革中国大学的工科教育

时间：2017-03-14

【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。

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