面向工程的工科學術型碩士研究生課程教學研究——基于MIT 與北航航空航天專業(yè)的比較分析

王 悅 馬永紅 馮秀娟 王延奎

學術學位研究生的培養(yǎng)是以學術研究為導向的創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，但對工科研究生培養(yǎng)而言，這絕不意味著要脫離工程實踐，而恰恰是要更深刻地反思如何在培養(yǎng)中更好地體現(xiàn)工程本質，立足工程實踐來培養(yǎng)創(chuàng)造性的科技人才。作為世界工程教育的先鋒，美國麻省理工學院（Massachusetts Institute of Technology，以下簡稱MIT）的人才培養(yǎng)模式一直是世界各國效仿的典范，但是由于中美兩國在文化、歷史、國情、科技與教育發(fā)展水平等眾多方面的不同，我們的大學不可能也不應該完全照搬美國大學的培養(yǎng)模式。 為此，本文以航空航天專業(yè)為例，從多個角度對MIT 和北京航空航天大學（以下簡稱北航）學術型碩士研究生的課程教學進行了比較，試圖通過對其中差異的分析，為我國學術型工科研究生課程教學的改革提供借鑒和參考。

一、MIT 與北航學術型碩士研究生培養(yǎng)的基本情況

MIT 的航空與航天系（Department of Aeronautics& Astronautics）隸屬于工程學院（School of Engineering）。 其學術型碩士研究生的培養(yǎng)為期兩年，主要面向希望在航空航天學科中繼續(xù)攻讀博士學位的申請者①http：//aeroastro.mit.edu/graduate-program/masters-degree.。 在專業(yè)設置上，MIT 的航空與航天系共有9 個專業(yè)方向，分別是航空航天工程計算、吸氣式推進、飛行器系統(tǒng)工程、航空運輸系統(tǒng)、人類航空航天、材料與結構、自動化、通信和網(wǎng)絡、控制。這其中既有傳統(tǒng)航空航天學科的內容，也有屬于更加廣闊的航空航天決策、信息與控制領域的內容。

北航是我國一所具有航空航天特色的研究型大學，學術型碩士研究生的培養(yǎng)年限為2.5 年。 與MIT不同的是，北航航空航天領域的人才培養(yǎng)是由航空科學與工程學院、宇航學院、能源與動力工程學院等多個學院共同承擔，涉及航空宇航科學與技術、力學、動力工程及工程熱物理3 個一級學科，飛行器設計、人機與環(huán)境工程以及航空宇航推進理論與工程等10 個二級學科，這其中還包含飛機適航設計等自主設置學科。 這種多學科交叉的特點是由航空航天技術本身的復雜性所決定的，所以盡管兩所大學由于學科傳統(tǒng)、學術資源等方面原因，在專業(yè)的設置上各有不同，但都為學生提供了一個較為寬闊的學科平臺，有利于學生形成開闊的學術視野。

二、培養(yǎng)目標的比較

作為美國高等工程教育的領導者，培養(yǎng)工程界的領袖人物是MIT 一直追求的目標。 而作為國內高水平的研究型大學，北航也一直致力于為國家培養(yǎng)優(yōu)秀建設者和領軍、領導人才。 表1 中，我們以MIT的飛行器系統(tǒng)工程專業(yè)與北航的飛行器設計專業(yè)為例進行了培養(yǎng)目標的比較。 從比較中可以看出，MIT的課程教學目標充分體現(xiàn)了其將科學、技術與非技術要素融為一體的“大工程觀”的教育思想，反映了MIT 對現(xiàn)代工程人才知識與能力結構的判斷及對未來發(fā)展趨勢的預測，并據(jù)此提出了特定的、具體的預期學習結果。相比而言，北航的培養(yǎng)目標中對知識的要求較為具體，但對能力目標的表述則較為籠統(tǒng)，較多地使用了內涵廣泛的詞語，而沒有給出更為細化的、具體的說明；在內容上較多地沿用了國家學位條例中的表述，專業(yè)特色不夠明顯。這種差異一方面說明，我們沒有充分認識到培養(yǎng)目標在人才培養(yǎng)過程中的重要性，對培養(yǎng)目標缺乏深入的研究，另一方面也說明，高校在工科人才的培養(yǎng)中未能及時總結和有效表述其獨特、鮮明的教育理念，對現(xiàn)代工程科技人才的特征和需求缺乏深刻的理解和分析。

三、課程體系結構的比較

我們從總學分要求、必修課程門數(shù)、課程體系結構與比重三個方面對兩所大學學術型碩士研究生的課程體系結構進行了比較（見表2）。 從總學分要求上看，北航略高于MIT，但是從必修課程門數(shù)看，北航學生需要修讀的課程數(shù)卻超過MIT 的兩倍。 這充分說明MIT 的課程具有高度綜合化和融合性的特點，學時量大，持續(xù)時間長，課程內容及要求也高。在MIT 要求的66 個unit①一般認為MIT 的一個unit 相當于國內高校1/3 學分，參見張林、程文青、羅杰等《美國高校電氣工程專業(yè)本科培養(yǎng)計劃淺析》，載《電氣電子教學學報》2014 年第3 期。中，42 個必須是高等級（H級）的研究生課程。 其他非H 級課程則必須拿到B以上成績，尤其數(shù)學課一般都要求成績在B 以上。因此，學生要完成一門課程的學習往往要付出很多的努力。

從課程體系結構來看，MIT 的課程由科技文章寫作、數(shù)學類課程、核心課程和專業(yè)選修課程四個部分構成的。 其中，科技文章寫作不計學分，每學年考評一次，合格成績?yōu)?0 分，達不到要求則需要進行補習訓練。 北航的課程體系由公共課、數(shù)學基礎課、一級學科基礎課、專業(yè)課、跨學科課程和專業(yè)實驗課構成。 其中一級學科基礎課大致相當于MIT 的核心課程，專業(yè)課程、專業(yè)實驗與跨學科課程等基本相當于MIT 的專業(yè)選擇課程。 因此，除以政治、外語為主的公共課外，北航與MIT 的課程體系構成要素基本相同，但是各要素的比重卻存在較大差異，尤其表現(xiàn)在數(shù)學及具有基礎性的專業(yè)核心課程上。因此，盡管從構成上看兩所大學差異不大，但是在內容上，MIT的課程體系還是表現(xiàn)出了“綜合性更強，基礎更扎實”的特點。

表1 培養(yǎng)目標的比較

表2 課程體系結構的比較

四、數(shù)學類課程的比較

在工科人才的培養(yǎng)中，以數(shù)學、物理和化學為主的自然科學知識是形成學生創(chuàng)新能力的基礎。 對航空航天類人才培養(yǎng)而言，數(shù)學歷來是課程教學的重頭戲。在這里，我們以飛行器設計專業(yè)的數(shù)學類課程為例進行比較。從表3 中可以看出，兩所大學在數(shù)學教育上不僅有量的差異，在課程內容上也有明顯的不同。 MIT 的飛行器系統(tǒng)工程專業(yè)共有六門數(shù)學選修課程，主要側重概率統(tǒng)計和優(yōu)化兩部分，學生可以根據(jù)自己的研究需要在這兩部分中選擇一門課程進行修讀。值得注意的是，MIT 的這些數(shù)學課程并不是完全由數(shù)學學院開設，還分別來自航空航天系、土木與環(huán)境工程系、電氣工程與計算機科學系以及商學院。 在教學內容上這些課程都是當今工程技術中應用最廣泛的數(shù)學知識，是數(shù)學在學科領域中的滲透、交叉和融合，是一種與學科緊密聯(lián)系、以工程應用為主的工科數(shù)學教育，其教學目的是使學生掌握該領域前沿研究所需要的近代數(shù)學工具。 北航的培養(yǎng)方案中共設置了四門數(shù)學基礎課程，其中主要是由數(shù)學學院開設的經(jīng)典的高等工程數(shù)學。 這種基礎性的數(shù)學課程往往具有很強的抽象性，而教師囿于應用研究的水平和認知程度，對于應用的講解難免會廣而不深，容易造成知識與實際問題的脫離，使學生不能對課程知識進行有效的建構。針對這一問題，北航于2005 年開始啟動公共數(shù)學課程教學平臺的建設。在數(shù)學課程的設置上不僅考慮目前北航各學科專業(yè)人才培養(yǎng)的需要，同時還考慮到對學生數(shù)學素養(yǎng)的提高和后繼發(fā)展的影響，進一步加強了課程內容的優(yōu)化，注重跟蹤工科專業(yè)知識的發(fā)展和數(shù)學在工科課程中的應用，并為數(shù)值分析等實踐性較強的課程建設了研究生公共數(shù)學實驗室。此外，為了讓學生更好地掌握分析和處理工程實際問題的數(shù)學方法，很多專業(yè)還在學科基礎課中開設了如“線性系統(tǒng)”、“結構有限元方法與應用”等與專業(yè)結合更密切的數(shù)學類課程供學生選修。

表3 數(shù)學類課程設置的比較

五、專業(yè)課程的比較

表4 是MIT 航空航天系“飛行器系統(tǒng)工程”專業(yè)為學生推薦的選課模式。從中可以看出，MIT 研究生實際選擇的核心課程只有兩門，即飛行器系統(tǒng)工程和飛行運輸系統(tǒng)構建，且都為必選課。從課程內容上看，這兩門課程都是以系統(tǒng)整體論為基礎的綜合性課程。 如飛行器系統(tǒng)工程（Aircraft Systems Engineering）這門課程就采用了全面性的觀點，將飛機視為一個系統(tǒng)來進行探討，其主要內容包含基本系統(tǒng)工程、成本與重量估計、基本飛機性能、安全性與可靠度、壽命周期議題、飛機子系統(tǒng)、風險分析與管理、關鍵性驅動程序的設計以及相關的案例研究等。教學形式則采用了講授、講座、研討、實地考察等多種方式①http：//ocw.mit.edu/courses/aeronautics-and-astronautics/16-885j-aircraft-systems-engineering-fall-2004/index.htm.。 這種綜合化的課程設計反映了工程本身多學科融合的本質特點，打破了學科之間的界限，關注了學生在該領域中所要解決的大部分具體問題的復雜性、整體性和相關性，使學生可以更清楚地看到科技與社會的統(tǒng)一性。 推薦的4 門專業(yè)選修課程中有2 門為力學類課程， 這說明在課程的設置上，MIT 的研究生將進行更深入的專業(yè)知識學習， 因此會具備更好的專業(yè)基礎知識，為開展高水平的研究奠定基礎。

相比之下，北航的課程選擇空間很大，開設了一級學科理論課8 門，專業(yè)課14 門，其中力學類課程5 門，學生在導師的指導下從中選擇6 門課程。 從對比中可以看出北航課程的分化程度很高，在這種情形下，研究生選課可能會形成“多點開花，深度不夠，基礎不扎實”的現(xiàn)象。 雖然學習了多門專業(yè)課程，但是缺少系統(tǒng)性，缺少對全局的了解，對自己研究領域的專業(yè)知識的學習深度反而不夠，理論基礎不夠好，導致無法從最根本的和整體的角度分析和解決問題，造成研究生在研究過程中，對問題認識不深刻、不全面，在從工程實踐中提煉科學問題時，常常會感到力不從心。

表4 核心課程設置的比較

六、實驗與實踐類課程的比較

沒有實踐就沒有工程，沒有高質量的實驗實踐教學就不會有高質量的工程教育，因此，重視實踐教學是工程教育的本質特征。近年來，北航通過加大投入，深化教學研究和改革，不斷完善研究生的實驗實踐條件，建設了一批高水平的研究生實踐基地，并增加和開發(fā)了一系列綜合性實驗實踐課程。 在飛行器設計專業(yè)的培養(yǎng)方案中單獨設置了32 個學時的航空航天工程實驗和12 個學時的飛行器設計實驗，并且在多門專業(yè)課程中設置了實驗教學的內容，大大加強了學生綜合運用知識、接觸工程實踐的機會。重視實踐教學也是MIT 鮮明的特色。在MIT 碩士項目的介紹中就明確指出學習系統(tǒng)工程和設計的最好途徑就是在真實的應用環(huán)境中學習。 但是與北航不同的是，MIT 航空航天類研究生的培養(yǎng)方案中沒有專門的實驗類課程，實驗實踐的內容融入到了具體課程的教學中，而且形式多樣。 有的是設計性實驗，有的是實地考察，有的是以項目形式進行的課程研究。以結構動力學（Structural Dynamics）課程為例，該課程有近10%的課時是實驗項目，而項目考核成績占最終成績的20%①http：//web.mit.edu/16.221/www/.。 此外，MIT 的學生還需要在暑期到企業(yè)或政府的實驗室進行實習。由此可見，無論采用什么形式，兩所大學都表現(xiàn)出對實驗實踐教學的高度重視。

七、師資的比較

作為世界頂尖級的研究型大學，MIT 擁有一支杰出的教師隊伍，其中航空航天系也匯聚了眾多世界級的知名學者，這一點是北航在短期內難以企及的。但是，其教師來源的多樣化與深厚的工程背景值得我們關注和借鑒。 在MIT 航空航天系從事科研與教學的師資隊伍中來自企業(yè)與行業(yè)的非MIT 人員占到了50%，而在另外50%的教師中，非航空航天系的教師又占到了29%，航空航天系自己的教師僅占21%，而這其中又包括2 名美國國家宇航局（NASA）前副局長、3 名美國空軍前首席科學家、13 名美國工程院院士和15 名美國航空航天學會（AIAA）的高級特別會員[1]。 在教學中，MIT 的一門課程往往由多名教師共同承擔。同樣以核心課飛行器系統(tǒng)工程為例，該課程共有16 位任課教師，其中MIT 航空航天系教師7 名，承擔了50%的教學主題，而其他教師則分別來自國家宇航局、海軍飛行學校、波音公司、麥道公司以及美國聯(lián)合航空公司等多個機構。 這樣的師資隊伍為課程教學與工程實踐和科學前沿的緊密結合提供了基礎。

八、對我國工科學術型碩士研究生課程教學的啟示

1.樹立面向工程的人才培養(yǎng)理念，明確知識與能力協(xié)調發(fā)展的培養(yǎng)目標

北航與MIT 在課程教學中呈現(xiàn)出的種種差異在很大程度是源自人才培養(yǎng)理念的差異。 上世紀80年代，MIT 率先提出了回歸工程的教育理念，要求以培養(yǎng)工程科技人才為主的高等工程教育無論是側重工程技術還是側重工程科學都必須回歸到工程實踐的根本上來，樹立工程實踐的教育理念[2]。 因此，在MIT 的學術型研究生的培養(yǎng)中從培養(yǎng)目標到課程設置、教學實施以及師資隊伍等各個方面都充分體現(xiàn)了與工程的緊密結合。然而，我國的高等工程教育尤其是研究生教育長期以來是科學導向的，工程特色不明顯。在當前研究生教育結構轉型的背景下，我們需要重新審視和思考工科學術型研究生的培養(yǎng)定位和目標，更深入地理解和重視工程科學對實踐性、整合性和創(chuàng)新性的需要，從多個角度分析和判斷工程科技人才在知識、能力上的核心特征，結合國情、校情和學科特點明確培養(yǎng)目標，并具體細化成課程學習的預期效果，以此來指導課程改革，評價和反思課程教學，不斷提高研究生培養(yǎng)質量。

2.加強綜合化建設，實現(xiàn)課程教學的整體優(yōu)化

課程教學的綜合化是面向工程實踐培養(yǎng)工科人才的必然要求。與美國大學相比，我國大學的課程教學習慣于從系統(tǒng)性和科學性出發(fā)來組織課程及內容，而較少從實踐需求出發(fā)進行考慮[3]。 隨著新知識的不斷出現(xiàn)，課程數(shù)量越來越龐大，課程內容越來越多，課程教學中對知識的分化和縱深的要求也越來越高。但是由于課程內容缺乏相互間的聯(lián)系，學生所學到的知識往往成了一個個的知識孤島，很難做到用多學科的視角，系統(tǒng)性、整體性地認識和解決問題。這就造成我們的研究生修讀十幾門課程，把大量的時間和精力消耗在課堂上卻沒有形成與之相應的科研創(chuàng)新能力。這與科學的發(fā)展、社會的要求以及人才成長的規(guī)律都是相背離的。 因此課程的綜合化是當前我國研究生教育改革所亟待解決的問題。

課程的綜合化建設首先是課程體系的綜合化，即以學科為中心， 明確什么樣的課程能夠更有利于為學生提供培養(yǎng)目標所規(guī)定的知識、技能和經(jīng)驗，從而超越學科的分化，確立其內在聯(lián)系，并將其轉化為具體的課程體系，合理構建各類課程的組成、比重和相互間的銜接，使課程的整體功能得到最大限度的發(fā)揮。適當壓縮課程數(shù)量，讓學生有更多自主學習的時間。 其次是課程內容的綜合化。 要有意識地運用兩種或兩種以上學科的知識觀和方法論去考察和探究一個主題或問題，強調學科之間的關聯(lián)性、統(tǒng)一性和內在聯(lián)系[4]。 讓課程教學盡可能地體現(xiàn)出現(xiàn)代工程綜合性與復雜性的特點，不拘泥于工程科學的理論與知識，讓學生可以更廣泛地接觸到大規(guī)模、復雜系統(tǒng)的分析和管理，注重理論和實踐的結合。

3.加強教師的工程素養(yǎng)，構建合理的師資隊伍

教師是人才培養(yǎng)的最關鍵因素，對于研究生教育的師資我們往往強調高學歷、高學位，卻缺乏對教師工程背景和工程實踐經(jīng)驗的要求。此外，很多大學現(xiàn)行的科研導向也使得教師過分重視論文、獎勵和縱向科研，而許多工程性強的課題卻由于周期較長，很難出短平快的理論文章而不受重視，從而導致越來越多的大學教師遠離工程，遠離實踐，使其自身的知識結構難以勝任面向工程的課程教學，成為創(chuàng)造性工程科技人才培養(yǎng)的限制因素之一。 因此在師資建設中一方面要依托企業(yè)開展教師的“工程化”培養(yǎng)，鼓勵教師參與高水平的工程課題研究，加強教師的工程素養(yǎng)，促進教師知識的優(yōu)化；另一方面要建立起與企業(yè)、科研單位人才交流的常態(tài)機制，聘請企業(yè)或行業(yè)的專家把各自領域的前沿問題、關鍵技術、科研項目等帶入研究生的課堂，使學生近距離地接觸到工程技術，開闊眼界。

[1] 北京航空航天大學能源動力工程學院.國外航空航天工程及機械類相關專業(yè)碩士課程設置調研與分析[R ].北京：北京航空航天大學，2014.

[2] 江安鳳.吳鏘.回歸工程：中國高等工程教育發(fā)展的基本取向[J].高等建筑教育，2005（12）：5-7.

[3] 馬永紅，雷慶. 課程的邏輯性教學與系統(tǒng)性教學淺議[J].中國大學教學，2008（3）：39-41.

[4] 許建領. 高校課程綜合的淵源及實質[J]. 教育研究，2000（3）：48-53.