变革中的实践教育理念

变革中的实践教育理念

——清华大学工业工程系案例分析

李曼丽

工业工程在我国是一门年轻的学科，而在国外则已有100多年的历史，是美国七大工程学科之一，对工业发达国家的经济与社会发展发挥了巨大的推动作用。清华大学工业工程系（以下简称清华IE）吸收、借鉴了工科教育的传统做法，非常注重对学生工程实践能力的培养。但与传统的工科实践教育做法相比，该系的独特之处在于：实践教育被融合进整个教育教学等人才培养过程中，而不仅仅是教学过程中的一个独立环节。清华IE数年来的教学实践表明，这种与实践紧密融合的教育教学特色体现了工程教育的基本规律，更好地适应了社会的需要。

一、通识、专识与实践能力——工业工程专业人才的内在要求

工业工程是关于复杂系统有效运作的科学，它融工程学和管理学为一体，从系统的角度对制造业、服务业等企业或组织中的实际工程与管理问题进行定量的分析、优化与设计，是一门以系统效率和效益为目标的、独立的工程学科。清华IE在广泛分析行业、学科及社会发展趋势和需要的基础上，认为该专业的学生既要有广博的基础，又要熟练地掌握技术。清华IE的培养目标和课程设计就反映了工业工程学科的这种内在要求：“（工业工程专业的本科生应该）掌握扎实的数理基础理论、良好的计算机能力，掌握宽广的工程、经济管理、人文社科等方面的基本知识和技能；具有对复杂的生产系统、服务系统进行分析、规划、设计、管理和运作的能力。”^［1］在课程设计中，人文社科课程与自然科学基础类课程共71学分，占学士学位总学分的42%。由此可见，清华IE要求学生具有宽广的基础，或称通识基础，“通识基础上的专业教育”观主导了清华IE的教育教学。从表1所列的培养方案中各类课程学分分布情况即可看出这种特点。

表1　清华大学工业工程系本科生培养方案

清华IE关于人才培养的另一重要的、也是本文拟重点阐述的理念是，把实践融入整个教育过程。我们在调查中发现，该系的教师一致认为：没有实践环节，学生就不可能掌握好数理知识，不可能熟练应用计算机，不可能熟练应用所学到的技术理论知识，因此也就不可能把通识与专识有机地整合在一起。因此，该系强调把实践教育融合进整个教育与人才培养过程中，而不仅仅是传统的“实践环节”。正是这种融合，形成了该系教育与教学的特色，完成了对传统工科实践教育观的改进。

由于把实践教育视为学生质量整体优化的基本途径之一，该系的培养方案中除了保留“实践环节”外，还通过引入“项目为基础的教学”（project－based learning）方式以改变传统的教学模式，特别注重“课堂实验”与“社会实验室”相结合以拓展学生的工程实践能力。下面对后两者进行具体介绍和分析。

二、项目为基础的教学——理论与实践相融合的课程教学方式

在清华IE开设的38门课程中，几乎所有的（专业课）教师都要求做项目（project），^［2］我们称之为“project－based learning”。根据清华IE教师的看法，project－based learning就是“把项目引入课堂，以项目为主线，以理论为辅线”，而“‘以项目为明线，以理论为暗线’可能是更合适的概括。”^［3］

具体而言，“项目”产生于学生观察与教师指导相结合：首先，在理论讲解之后，教师为学生提供一些思路，安排学生观察银行、地铁、医院等机构，或日常生活中常见的自行车车把、握力器、食堂背景音乐等，这些对象都曾经被选作项目；其次，就是科研项目与课题，我们在课堂观察时就曾发现该系一位教师正在指导学生为广西一家烟草公司制订销售网络规划。

在操作上，教师根据不同的项目以及学生意愿把学生分组。各小组之间可以互不相关，比如在“人因工程”课上，做车把的小组和做背景音乐的小组就是如此。各小组也可以构成相互影响的局部，比如“工业链管理”课中牛鞭效应的实验，三个小组分别是生产部、销售部和供应部。分组之后，各小组大多进行课后讨论，有时还须进行与项目相关的实践，包括到金工实习工厂做模型，到学校周边观察相关机构的服务系统。教师通常会给项目定好日程进度，分几个阶段，布置几个小作业，学生利用大约一两个月时间完成一个项目。教师也会采用一定的激励方式，一般从项目中评选一个最佳作业以资激励，比如在“沃尔玛”项目中，就曾经给学生一个沃尔玛的标志作为小奖品。

与传统的课堂教学相比，这种做法有如下显著特点。

1.教学更加注重师生互动

学科的基本结构仍然由教师把握，但是学生需要更加自主、能动地参与到学习中去。项目的引入有利于培养学生的兴趣和研究性学习的能力，克服传统课堂的缺陷。以人因工程学的教学为例，授课教师每10分钟左右便要就课程的案例分析和相关游戏的内容提问一次，从而得以及时了解学生的疑惑之处，帮助他们更好地理解相关理论知识。而且，案例分析和游戏的内容均为来源于实际的文字和录像，这有利于学生集中注意力，产生更大的学习兴趣。

2.关注学生解决问题的能力以及综合素质的培养

清华IE一般以项目为作业形式，帮助学生巩固对理论知识的掌握。这种作业类似于德国工科教育中的小论文，一般都是由教师结合自己的科研项目，让学生以小组为单位完成一个相关的课程设计。其目的在于训练学生把理论知识转化为解决问题的能力，并应用到实践中。以生产运作分析课程为例，课程设计的内容是生产流程的设计，每组选择一个产品（如应急灯）来拆解，然后设想生产这种产品有哪些流程。学生在接受访谈时指出，通过项目参与到问题发现和解决过程中，有利于培养质疑精神，形成科学态度；利用所学理论知识制订计划，完成设计、生产产品等解决问题的过程，给予学生很大的自主性，有利于培养创造能力；采用团队分工与合作的小组活动形式，有利于学生形成协作能力。而解决问题的总体思路则需要深厚的知识积累，掌握正确的学习方法，并根据需要随时自我充电。

3.更直接地培养了学生的专业技能

从教学手册的规定看，似乎清华大学工科学生并不应该缺少专业知识。但是，从毕业生反馈的信息看，学生所学的“软”知识多，“硬”知识少；通用知识多，专门知识少。这既不利于巩固学生学到的专业知识，也不利于培养综合素质，而最坏的后果是助长了一种只尚“空谈”而不求真务实的作风，与清华大学“行胜于言”的校训背道而驰。Project的引入，使学生在操作过程中学技能，形成区别于他人的专业特点，培养严谨的科学作风。

总之，project－based learning首先要求有project。无论project是来自对生活的观察，还是来自企业项目或教师课题，都是具体的科研实践。将project与理论相结合，本质上也就是把理论与实践相结合。可以说，通过project，工业工程教育的两条主线——理论和实践得到了融合：理论得到传承，创造能力得到了培养，从而成为工程教育教学改革探索中的一个亮点。

三、课堂实验与“社会实验室”相结合

清华IE课程与教学的第三个特点，就是课堂实验与“社会实验室”相结合。该系在人才培养过程中与实践教育直接相关的教育环节主要包括两个方面。

（1）加强实验室建设，配合专业课开设实验。

在专业实验方面，工业工程系走在了清华各工科院系甚至其他兄弟院校工业工程专业的前面，全系开设的38门课程中，有24门开设了实验课。目前，工业工程系有4个校内实验室，分别是物流工程实验室、先进制造系统实验室、人因工程实验室和虚拟现实体验与展示中心。其宗旨是把复杂的问题简单化，培养学生的动手能力，激发其学习兴趣，在尽可能短的时间内对专业有所体会。实验室的实际运作采用授权制，由教师结合自己的科研方向，配合教学内容设计实验。

作为现代工程和管理的缩微模型，实验室可以模拟工业制造、物流等领域的实际生产场景，学生在实验室就可以实际操作，并进行自主的创造性实验。例如，物流工程实验室即是现代化大生产的一个缩影：从零售柜台、配送中心、立体仓库到生产线的原料与产品的流动，整个过程十分清晰。市场需要什么产品，可以立刻到配送中心去取；若配送中心没有，可以到仓库取；若仓库还没有，立刻在生产线上生产。这样就保证了库存量的合理，使市场供需达到平衡，从而降低成本，提高效率。从人才培养看，作为一种教学辅助手段，实验课可以让学生更好地理解所学的知识内容，相对于单纯的文字、图片及语音，实验更加生动、具体、直观，更具参与感，更有助于学生了解生产的整个过程，而动手操作中出现的问题则反过来激发学生提出问题，并促使他们努力运用课堂讲授内容自主探究解决办法和途径。

（2）利用“社会实验室”为学生提供更多的实践机会。

清华IE强调，学生应该学会发现并解决问题。但是，实验室模拟与实际工作毕竟有一定差距，它只是一种帮助学生更好地理解专业知识的教学辅助手段。现场工程问题纷繁复杂，难以模拟，尤其是涉及生产系统或服务系统时，如成百上千人的调度、复杂供应链的库存控制等问题，更不可能在实验室中加以模拟。对此，清华IE提出了“社会实验室”的设想，即让学生进入真实的社会环境中，尤其是到工厂和企业中去，让他们在生产的第一线体验、学习，发挥才干，从而真正了解工厂、企业是什么，实践是什么。如果说课堂实验室是把复杂的问题简单化，让学生在尽可能短的时间内对专业有所体会，那么，“社会实验室”就是把简单的问题还原到本来的复杂状态，让学生了解社会的真实。为实现这一目标，清华IE与多家企业（如深圳富士康、UT斯达康等）建立了合作关系，将它们作为社会实验室，从而有效地支持了对学生实践能力的培养。例如，2004年暑期，清华IE与富士康公司合作，安排了22个三年级的本科生到企业进行了为期2个月的实习。学生们在企业管理人员的帮助和指导下，用工业工程的方法提高企业的制造效率。第一个月，学生们像普通技术工人一样在生产现场观察，并动手操作每一个技术环节，在此基础上，第二个月即对生产线的改进提出建议。学生设计的改进方案降低了企业生产成本——每月为企业节约数千万元［4］，提高了生产效率。实践学习结束，6位学生向3000名现场管理人员和富士康全球分支机构成员作了精彩的报告，获得了企业高层的极高评价。

除了暑期实习之外，清华IE还开展了其他“社会实验室”的实践活动。如组织学生参加“欧莱雅校园创意设计大赛”，派出两个队去法国参赛，学生从中既锻炼了实际工作能力，也拓展了国际视野。

总之，“社会实验室”提高了学生的综合素质。与学校相比，企业的生活条件艰苦得多，学生在各个方面都需要自理。实习两个月后，学生都反映在提高独立生活能力方面大有收获。另外，较之学校里的师生关系和同学关系，在企业如何与学长、企业导师以及工友友好相处也是需要学习的重要方面。通过以上训练，学生普遍反映学到了不少东西，尤其是毕业在即，社会实验为择业积累了许多有益的经验，“知道了某类生产类型的企业采用的是什么样的生产和管理模式，有哪些东西需要注意，因而面试时就会显得底气十足。”^［5］“社会实验室”也实现了清华IE最初的设想，即让学生了解真正的工厂作业，理解真正的工程实践，在实践中锻炼成长。

四、总结和讨论

清华IE的改革使我们认识到，在工程教育中，实践教育的意义不可低估，更不可忽视。新中国成立之后很长一段时间里，清华大学一直把培养“红色工程师”作为自己的人才培养目标。20世纪90年代中期，清华进而明确提出建设世界一流大学的奋斗目标，要培养“高层次、高素质、多样化、创造性”人才，而不仅仅是“工程师”。很难想象，将学生关在大学的“象牙塔”内，单靠灌输知识的方法能培养出这样的人才。显然，只有让学生用自己的眼睛去观察，用自己的双手去触摸，靠自己的头脑去判断，上述目标才有可能实现。通过对清华IE的调研我们发现，工程教育、实践教育的观念正在发生转变。清华IE正在尝试的“以项目为基础的教学”方式就是探索之一。

不言而喻，“实践教育”具有深厚的历史渊源。在中国，两千多年前的孔子就强调知行统一、学以致用。在西方，经由20世纪初威廉·詹姆斯、约翰·杜威等著名哲学家、教育家的倡导，“体验性教育”、“经验教育”、“做中学”、“实践性知识”等实践教育思想得到了广泛的认可和推广。在当今中国社会的大背景下，在高等学校讨论并推行实践教育更是具有重大的现实意义。

我国高等教育已有数千年历史，现代高等教育史也已有百年。在高等学校的教学论方面，已经积累了丰富的经验和大量行之有效的做法，但对于在教学过程中如何处理知识基础和实践经验的关系，其认识还有待深入。按照现代教学论的解释，在教育教学过程中，理论知识和实践经验并不是一个非此即彼的关系（either－or－proposition），不能执其一端而排斥另一端。研究表明，只有在将理论知识付诸实践之时，学生的认知方式才有可能真正得到改进和发展。学生只有参与某一学科的学习和发展，对该学科的兴趣才会真正被点燃。因此，有效的学习需要以富有意义的方式使学生与新学到的理论知识直接互动。而对于教育者来讲，学生的“经验”就是真正的学习驱动力。正因为如此，笔者认为，有必要重新认识实践教育的重要性，对传统的工科教育教学法进行检视和自省，进而探索新的教学方式。

清华IE正在尝试的project－based learning也许是一种能够较好地把理论知识教育和经验性学习结合在一起的新型教学法。清华IE所设计的project源自实践而又高于实践，因而能较全面地反映专业的内涵与现实的要求，激发学生学习和钻研的兴趣。Project－based learning是以课程为基础进行设计的，这种形式可以超越传统课程教学的樊篱，既可弥补过分专业化的缺点，拓宽学生的知识面，又可全面培养学生的能力和素质。

与此同时，清华IE主动搭建“社会实验室”的思路强化了工科教育与社会、工业界和企业界的联系，为保障高质量的工程教育创设了宽广、坚实的基础平台。清华大学对工科学生的培养历来有参加实践的要求，而工业工程系在这一方面的表现尤为突出，它所提出的“社会实验室”概念对于我国高等工程教育教学实践不足的缺憾是一个有益的补充。从工程教育思想和培养理念来看，长期以来，我国工科人才培养一直存在着避实就虚、重学轻术的倾向。尤其是20世纪80年代末至90年代初，我国高层次工程技术人才的培养盲目追求学术化和培养层次的高规格化，而忽视了工业企业的实际需要。从人才培养模式看，问题突出表现在：①学科专业划分过细，知识面过窄，缺乏足够的工程实践训练；②学生对工程设计在工程及工程教育中的重要地位和作用缺乏认识，缺乏解决工程问题的能力，缺乏现代工程所必需的经济和社会等方面的知识，缺乏参与管理现代工程的领导、决策、协调、控制的基本能力和管理素质；^［6］③教师的主要精力仍放在传授理论上，有意无意地弱化了实际工程技术的传授；④学生的主要精力则放在考试上，有意无意地忽视了实践技能的锻炼。

针对上述问题，学校可以像大多数工科院校那样，鼓励工程专业的学生积极参与直接为工业企业服务的工程性论文撰写与课题研究，自主联系社会，寻找实践机会，但学校若能主动搭建与社会和企业界联系的渠道和平台，通过校企共建等途径增加学生的实践机会，则更有利于工科院校面向工业企业培养符合其需要的工程技术人才，同时工业企业也可以通过对工科毕业生的使用对其质量进行检验。目前，我国理工科高校与工业企业之间的合作尚不紧密，对此，学校应采取主动，积极加强与工业企业的联系与合作，以利于提高工科毕业生的服务社会的能力和市场竞争力。

注释：

［1］参见清华大学2005工业工程专业本科培养方案。

［2］引自2005年对清华大学工业工程系本科生的访谈资料。

［3］引自2005年4月对教师的访谈资料。

［4］来自对清华大学工业工程系两位教师的访谈资料。

［5］来自对清华大学工业工程系一位大四学生的访谈资料。

［6］中国工程院工程教育研究课题组.我国工程师培养的重要性与培养途径研究［J］.高等工程教育研究，2005（1）.

（作者单位：清华大学；文章来源：《高等工程教育研究》2006年第2期）