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肖凤翔、覃丽君:麻省理工学院新工程教育改革的形成、内容及内在逻辑{先睹为快}
发布时间:2018-04-03  阅读:1600

【摘  要】麻省理工学院进行的三次工程教育改革举世曙目。2017年8月,该校启动了新一轮工程教育改革,其宗旨是培养能够引领未来产业发展的领导型工科人才,改革的内容涵盖工程教育的出发点、重心、教学方式和发展方向,体现出多重逻辑:从现实到未来的取向,从学科和心理的分离到整合,从学科隔离到跨学科合作,从工程实践的回归到工程教育育人本质的回归等。虽然此次改革仍存在质量保障及认证等方面的问题,但大胆创新的麻省理工精神却再次引发各国关注。该校能否以此改革契机,开启第四次工程教育改革新时代,引领世界高等工程教育发展的新方向,成了举世关注的焦点。

麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology,以下简称MIT)是美国自然科学家威廉·巴顿·罗杰斯(William Barton Rogers)1861年创立的世界著名高校。该校一直秉持“手脑并用”(Mens et Manus)的校训,[1]不断改革创新,致力于工程人才培养质量的提升。在2018年《美国新闻与世界报道》(U.S.News)全美最佳本科工程教育项目(Best Undergraduate Engineering Programs)[2]以及最佳工程学院(Best Engineering Schools)[3]排名中,MIT均位列榜首。2018年QS世界大学学科排行榜(QS World University Rankings by Subject)工程与技术(Engineering &Technology)学科排名中, MIT连续4年蝉联世界第一。[4]表明无论是在美国还是全球,MIT工程教育均享有很高的声誉与影响力,是全球高等工程教育的典范。

2017年8月,MIT启动了新一轮的工程教育改革“新工程教育转型”(New Engineering Education Transformation,以下简称NEET)计划,代表了美国工程教育的最新发展方向。此次改革的形成、目标、内容及其内在逻辑亟待探讨。

一、 新工程教育改革的形成

(一)改革的基础。

MIT工程教育经历过三个具有代表意义的变革时期,反映了美国高等工程教育变革的总体趋势,也为此次新工科改革的开展提供了历史与经验的基础。

第一个工程教育变革时期是1861年到20世纪30年代。这一时期MIT秉持建校时罗杰斯主张的有用的知识(Useful Knowledge)教育观,以培养能够参与经济建设的工程技术人才为目的,体现为工程人才培养从经验范式向技术范式的转变。第二个变革时期从第二次世界大战持续到20世纪80年代。由于技术范式主导下的工程教育较为忽视基础科学知识的学习,所以这一时期主张工程教育向强调基础科学知识的科学范式转变,以培养具备工程科学知识的工程人才,服务于国家政治、军事战略的需要。[5]第三次变革从20世纪90年代开始。这一时期国家经费投入的缩减使得MIT需要加强与产业界工程实践的联系,以获取所需的经费。因此,此次变革主张工程教育回归工程实践本质,从工程科学范式向工程实践范式转变,以培养具备较强工程实践能力的工程人才。

1993年,时任MIT校长的查尔斯·维斯特(Charles M. Vest)在《1992-1993年MIT校长报告》(MIT Report to the President 1992-1993)中指出,MIT正日益从完全强调工程科学走向强调工业的根本。[6]同年,工程学院院长约尔·莫西斯(Joel Moses)提出了“大工程观”(Engineering with a Big E),[7]并于次年启动了工程学院1994-1998年长期发展计划(Long Range Plan),[8]标志着MIT第三次工程教育变革的开端。经过二十年的发展,MIT第三次工程教育变革取得了卓越的成就,提出了CDIO(Conceive, Design, Implement, Operate,指构思、设计、实现和运作)等工程教育理念,在世界高等工程教育领域保持着非常高的声誉与卓越的人才培养水准。

(二)改革的缘起。

进入二十一世纪以来,大数据、人工智能、虚拟现实等现代技术方兴未艾,产业变革与结构调整更新的速度不断加快,在线学习、慕课、智慧学习等新的学习形式不断涌现,给工程教育活动的开展提出了新的挑战。MIT秉持不断创新的精神,在21世纪的第二个十年里开始对工程教育进行系统反思,以调整工程教育的未来发展方向,使MIT在世界高等工程教育界继续保持引领地位。在这一思想的指导下,MIT于2013年初组建了特别工作组(Task Force),负责对MIT未来教育发展方向进行研究。

经过18个月的深入调研后,工作组于2014年8月发布了《面向未来的MIT教育特别工作组全校调查报告》(Institute-wide Task Force on the Future of MIT Education),提出了四大针对性的改革建议:通过创建教育创新行动计划为未来发展提供根基、通过“大胆实验”(bold experiments)改革教育理念与教育方式、跨越校园边界扩大MIT的教育影响力、通过创设新的途径以及创设新的空间来支持学生的学习等。[9]随后,MIT工程学院在已有基础上开始了一系列具有试验性质的工程教育改革计划,先后更新升级并推出了“本科生研究机会进阶计划”(Advanced Undergraduate Research Opportunities Program)及帮助工程专业学生了解产业需求,为未来创业做准备的“开端6计划”(Start6 Program)等计划。

以上计划的成功给MIT进一步深入开展工程教育改革提供了基础。2016年8~10月,MIT形成实施新一轮高等工程教育改革计划的构想。经过搜集世界各国工程教育改革资料、调研产业界需求、访谈校友及工程专业师生等研究与论证工作,最终于2017年8月启动了新工科改革的第一轮计划(2017—2020年),即NEET计划。当前NEET计划设置了以生命机器(living machine)、自主机器(autonomous machine)为主题的两个串联(threads)① 。共招收了45名大二学生。串联与传统的基于专业的学习方式并存,学生毕业时可获得所修专业的理学士学位(Science Bachelor Degree)及NEET计划证书。[10]

二、新工程教育改革的目标与内容

(一)改革的目标。

根据NEET计划的宪章,MIT此次实施新工科改革的目的是从根本上对工程教育进行一次系统性反思,反思的内容是学生如何学习以及学习的内容是什么。[11]因此,改革的重点将集中在学生的学习方式及学习内容方面,体现出以学生为中心的教育理念。MIT工程学院院长阿南沙·詹德拉卡桑(Anantha P. Chandrakasan)认为,NEET计划是激发学生参与精神,为他们成为社会和产业界领导者做准备的具备前沿意义的新创举。[12]工程学院副院长、NEET计划负责人阿勒托·派可·霍索伊(Anetto Peko Hosoi)进一步补充到,此次(NEET计划)的目标是让MIT的工程人才面向未来的产业界,而不是面向过去的(传统)产业。[13]因此,MIT此次新工科改革是对工程教育的一次系统性反思,强调工程教育以学生为中心,通过变革学生的学习方式与学习内容,以培养能够引领未来产业界和社会发展的领导型工程人才为目标。

(二)改革的内容。

1.工程教育的发展方向:面向未来的新机器与新工程体系。

MIT认为,工程教育应从关注当前产业界发展转向面向产业界未来发展。也就是面向未来的新机器与新工程体系。新机器是对工程师所制造出来的工程人工物的统称,例如机械类、分子类、生物类、信息类的工程人工物。新工程体系是指由新机器所组成的产业体系。

根据MIT的构想,21世纪中期的新机器与新工程体系将会由物联网、自动化体系、机器人体系、智慧城市、可持续材料与能源体系、生化诊疗、大数据等组成。[14]与传统的机器和工程体系相比,面向未来的新机器与新工程体系体现出高度的整合性、复杂性、连通性、自主化以及可持续发展等特色。[15]其中,高度的整合性指新机器与新工程体系超越了传统的工程学科隔离,对机械、信息、分子、生物、建筑、能源等进行整合;复杂性指新机器与新工程体系所运用的工程技术的复杂程度不断提升;连通性指新机器与新工程体系各部分是高度连通的;自主化指新机器与新工程体系自主水平提升,可以独立于人的行为进行自动化运作;可持续发展指新机器与新工程体系与自然生态环境之间的关系。

2.工程教育的出发点:为学生成为工程制造者或发现者奠定基础。

MIT认为,新工科应以学生为中心,更多的尊重学生的个体需求与职业兴趣,通过工程教育赋予工程人才更多的、更为灵活的职业选择。所谓更多的、更为灵活的职业选择,指涵盖从工程制造者(Makers)到工程发现者(Discovers)这一广阔的工程职业生涯领域。[16]制造者指从事工程实践工作、在工程实践活动中不断创新的工程师,其承担的职责包含构想、设计、实施、操作等内容。制造者是实践取向的。发现者指从事工程科学研究工作的工程研究人员,其承担的职责包含探究工程活动规律、拓展工程科学知识等。发现者是认知取向的。之所以如此划分,与工程的性质有密切关系。工程不仅包含工程实践活动,也包含工程科学知识,其中,工程实践活动是实践取向的,与制造者相对应;工程科学知识是认知取向的,与发现者相对应。

由于工程实践活动与工程科学知识之间不是二元分割的关系,而是相互联系,相互作用,相互促进的关系,所以制造者与发现者只是代表着工程职业的两个维度,制造者与发现者可以相互交往、相互促进,也可以在一定条件下相互转换。为了实现学生成为制造者或发现者的人才培养目标,MIT强调在开展工程教育活动时,应以学生为本,教给学生基础性的工程科学知识,例如工程科学基础知识、工程实践基本范式等。学生可以在掌握工程基础性要素的基础上,根据自身的职业兴趣制定职业发展规划,选择不同的工程学习内容,按照制造者或发现者的职业路径做准备。

3.工程教育教学方式:关注学生的学习。

NEET计划对工程教育的发展方向、出发点提出了新的要求,这也带来了工程教育教学方式的变革。MIT现有的工程教育以学科为中心,更多关注学科知识是否得以系统性传授。然而,教育是使人成为人的活动,其核心在于人才的培养,而非单向的知识传递。知识的传递是工程教育的重要组成要素,是服务于工程人才的培养这一目标的。为了达成工程人才的培养目标,就需要变革工程教育的教学方式,回归教育的本质,把学生的学习置于教育活动的中心位置。

对于个体的人而言,其发展是受生物因素与社会因素的共同影响的,其中,生物因素是基础,社会因素是本质。[17]由于每个个体的生物遗传因素与社会环境因素存在一定的差异,使得个体在参与教育活动时体现出不同的个性、认知风格、学习方式,对教育活动的开展提出了个性化的学习要求。MIT此次的新工科开始转换工程教育的教学方式,强调以学生为本,关注学生的学习方式和学习内容,把学生真正置于工程教育活动的中心。在开展教学活动时,通过充分考量学生个体的认知风格、学习方式等的差异,选择最适合学生个体发展的学习方式,引导学生积极参与,激发学生的主动探究与自学能力,采取项目学习、小组学习、团队合作、信息化教学、智慧学习等手段,为学生成为引领未来工程发展的领导者奠定基础。教学方式的变革必然会对工程教育教师队伍的核心素养提出挑战,为了确保新工程教育教学方式的顺利转型,MIT也计划为教师教学活动的开展提供专业支持。

4.工程教育的重心:强调学生思维方式的养成。

MIT认为,未来产业界将会更加注重工程人才在学习能力、思维方式等方面的表现,原有的强调学生知识习得与认知能力训练为重心的工程教育将会受到挑战,因此,新工科应更加注重对学生思维方式的培养。当学生在工程实践中面临各种未知的、复杂的问题时就能够运用恰当的思维方式思考、最终解决问题。基于此,MIT提出新工科人才应具备十一种思维方式:制造、发现、人际交往技能、个体技能与态度、创造性思维、系统性思维、批判与元认知思维、分析性思维、计算性思维、实验性思维及人本主义思维。

制造指新工科人才通过CDIO工程教育理念发现和创造出不存在的技术人工物的能力;发现指通过采取探究、验证等方式促进社会及世界知识更新,并能产生新的根本性的发现和技术的能力;人际交往技能指能够与他人合作并理解他人的能力,包含沟通、倾听、对话、情商、参与和领导团队的工作等;个人技能与态度包含主动、有判断力、有决策力、有责任感、有行动力、灵活、自信、遵守道德、保持正直、能终身学习等;创造性思维指通过深入思考,能够提出和形成新的、有价值的主张的思维;系统性思维指在面对复杂、混沌的、同质的、异质的系统时,能够综合性、全局性的思考;批判与元认知思维指能够通过对经由观察、体验、交流等方式所收集到的信息进行分析与判断,以评估其价值及正确度的思维;分析性思维指能够对事实、问题进行分解,运用理论、模型、数理分析,明确因果关系并预测结果;计算性思维指能够把基础性的计算程序(例如抽象、建模等)以及数据结构、运算法则等用于对物理、生物及社会系统的理解的思维;实验性思维指能够开展实验获取数据的思维,包含选择测评方法、程序、建模及验证假设等内容;人本主义思维指能够形成对人类社会、传统、机构等的理解,包含人类文化、认为思维、社会的政治经济框架、艺术表达模式等。[18]这十一种思维方式是围绕工程人才应该成为什么样的人的问题展开的,既关涉工程人才的工程思维,也关涉科学思维与人本思维,充分体现了MIT此次新工科改革强调以学生为本的理念。

三、新工程教育改革的内在逻辑

(一)从现实取向到未来取向。

由于工程科学知识更新的速度慢于产业实践的迭代速度,导致在现有工程教育模式下培养出来的是面向现在、乃至过去的工程产业需求的工程人才,无法满足新机器、新工程体系的需求,所以MIT倡导新工科应面向未来的新机器与新工程体系,体现出未来取向。赫尔伯特·马尔库塞(Herbert Marcuse)曾指出,发达工业社会意识形态下单向度的人是指具备肯定现实的思想与行为模式的人,在(单向度)这一模式中,凡是其内容超越了已确立的话语和行为领域的观念、愿望和目标,不是受到排斥就是沦入已确立的话语和行为领域,[19]这种人丧失了否定、批判、超越现实以及创造未来的思想与行为的向度。传统工程教育培养出来的正是单向度的工程人才,这种人才只具备迎合工程产业及社会需要的能力,无法超越现实,也无法进行批判性思考,更无法引领产业界和社会的发展方向。

然而,社会中的人本应该具有两个向度,分别是肯定现实社会的向度和否定、批判、超越现实并能够想象和创造未来的向度。只具备现实向度的人不是完满的人,也不是自由发展的人。为了超越传统工程人才培养的现实向度,MIT提出此次工程教育改革不应继续把重心置于对现有工程科学知识的习得及对当前工程产业界人才需求的追随,而应强调通过养成学生的系统性思维、批判性思维以及创造性思维等十一种思维方式,使新型工程人才具备超越现实、创造未来,能够引领产业界以及社会发展方向的向度。MIT的这一变革体现出从培养面向现在的、具备单向度思想和行为模式的工程人才到能够引领未来产业以及社会发展的、具备多向度思想和行为模式的工程人才培养逻辑的转变。

(二)从学科逻辑与心理逻辑的分野到二者的整合。

学科的形成是建立在学科知识不断专门化、复杂化、系统化和科学化的基础上的,在学科逻辑规制下所开展的教育教学活动非常强调学生通过认知活动实现对学科知识的习得与累积。按学科的逻辑开展教育教学活动有其合理性,基于这一逻辑设计的课程经常作为培养训练有素的未来科学家的主要手段[20]。传统工程教育强调对学生进行基于学科知识的认知能力的训练,体现出工程教育活动组织与开展的学科逻辑。由于学科逻辑过于强调学生对工程学科知识的掌握以及学生认知能力训练的倾向,所以容易造成工程教育活动的开展忽视学生个体身心发展规律、忽视学生工程实践经验的问题。在二十世纪初期,以约翰·杜威(John Dewey)、威廉·克伯屈(William Kilpatrick)为代表的进步教育家曾对传统教育的学科逻辑展开了猛烈的批判,强调教育活动的开展需遵循学生的身心发展规律,强调儿童中心、活动中心及经验中心,体现出教育活动中人才培养的心理逻辑。学科逻辑强调按学科知识建构开展教育活动,关注学生认知能力的训练,而心理逻辑则强调按学生身心发展规律开展教育活动,关注学生的实践经验,体现出两种不同的价值取向,由此就产生了学科逻辑与心理逻辑的分野。这两种逻辑代表了两种不同的教育范式,体现出两种不同的人才培养主张。

实际上,在工程教育活动的开展过程中,学科逻辑与心理逻辑只是两种不同的价值取向,二者之间可以通过中介协调与沟通。在杜威看来,创造性研究可以超越知识与活动的二元对立,[21]成为沟通学科逻辑的知识取向与心理逻辑的活动取向的中介。为了改变传统工程教育模式下工程人才培养过于注重学生对学科知识习得的倾向,MIT此次的新工科改革采取了整合学科逻辑与心理逻辑的策略。整合的路径体现为“串联”。串联与杜威的创造性活动有一定的共同之处,都强调以实践活动为载体来培养学生的实践能力与创造性。其不同之处在于各自的面向对象及复杂性程度不同。串联是由若干研究子项目组成的项目集成,这种集成不是机械式的,而是围绕某一主题有意识、有目的构建的一系列相互衔接、难度逐渐递增的子项目的有机式集成。串联并不否认学科知识的重要性,而是建立在学科知识教学的基础之上的,强调学生对工程科学知识掌握的基础之上,通过串联整合各学科知识,培养学生的系统性、分析性、批判性、创造性等思维。MIT此次以串联为中介和工具整合工程人才培养中学科逻辑与心理逻辑的分野与冲突的尝试,对世界工程教育人才培养范式变革有一定的启示意义。

(三)从学科隔离到跨学科合作 。

由于传统工程教育强调学生对工程科学知识的习得,受学科逻辑规制,使得在这一范式支配下的工程人才培养呈现出学科专业本位的现象。学科专业本位现象的出现与工程知识复杂性程度日益提升有关。工程学科知识不断膨胀使工程知识日益复杂化,需要对学科知识进行细化,以专业的形式整合知识体系,由此导致专业与专业之间的隔离进一步加深。由于不同的学科遵循的是不同的学科行动逻辑,所以,在没有制度规约的前提下,学科之间是相互隔离的,秉持的是划界而治理念,各学科均以各自的利益诉求作为价值判断的标准。

MIT此次新工科改革尝试打破这种学科隔离、划界而治的局面,实现跨学科培养工程人才。首先,明确新工科以工程人才培养为本位为理念,而非以学科为本位。传统工程教育人才培养范式是专业本位的,强调的是学科知识的传递,是围绕学科知识这一主体开展的教学活动。这种范式关照的不是工程人才的培养,而关照的是学科知识是否得以系统、完善的传递。这种功利的知识传递观容易导致工程教育活动的开展均以学科利益为本位。通过确立工程人才培养本位观,使工程人才培养复归工程教育的中心,以人才培养逻辑和人的发展逻辑取代学科本位逻辑,打破MIT各专业(工程学院内部八个工程系)、各学院之间(工程学院与建筑学院等院系)的隔离。其次,构建合理机制,整合跨学科资源。例如组建NEET跨学科工作组、执行组等多个任务组;制定串联的选择标准、学术标准、操作标准等规范;关照中小型院系;配备所需资源与相应场地;与传统的学科本位人才培养模式并行存在,相互补充,且理学士学位与NEET证书并行发放等。

(四)从回归工程实践到回归工程教育的育人本质。  

MIT工程教育回归工程实践的“大工程范式”以上个世纪九十年代维斯特与莫西斯的倡导为开端。大工程范式主张工程教育回归工程实践,以服务于工程产业界的需求为导向。与科学范式时期的工程教育相比,此时期的MIT更多的强调与产业界合作,而非政府。MIT倡导工程教育回归工程的实践范式对世界高等工程教育的发展产生了非常深远的影响。

然而,MIT2014年发布的《面向未来的MIT教育特别工作组全校调查报告》开始更多的提到要反思工程教育范式、创新教育计划、改革教育理念与教育方式。NEET计划的宪章也明确指出此次改革的目的是对工程教育进行系统性反思,反思的内容主要是学生如何学习以及学习的内容是什么。这在一定程度上体现出MIT工程教育的理念开始从强调回归工程实践到回归工程教育育人本质的转变。具体来说,大工程范式所强调的工程实践范式是工程教育对产业界需求的回应,是以服务于产业界需求为导向的,体现出工程教育被动跟随产业界需求的倾向。然而,工程教育作为一种教育活动,其实质应当以育人为归旨,以工程人才培养为本,而非以被动回应产业界需求为本。在回归工程教育育人本质理念的指导下,MIT开始更多的强调以工程实践为基础,通过更多的关注学生的学习兴趣、学习方式与学习内容,培养学生的工程思维、科学思维及人本思维,以成为能够引领未来工程产业发展的工具理性与价值理性兼具的人本式工程人才。

四、总结与展望

虽然MIT此次的新工程教育改革仍面临着许多困境,例如如何保障跨学科工程教育的质量、如何协调跨学科工程教育与基于学科专业的工程教育认证体系之间的关系等。但总的来说,此次改革以系统反思工程教育为目的,开始更多的关注学生的学习内容与学习方式,强调工程教育以学生为中心,以育人为旨归,提出了许多大胆的构想,体现出MIT勇于创新,大胆改革的精神。正如MIT教授、参与过NEET计划开发的爱德华·克劳利(Edward Crawley)所指出的,这种系统性反思是大胆的创造,也正是这种“大胆实验”的创造性精神,才让MIT始终处于工程教育的领先地位。[22]

我国与MIT于同一时期(2016年)[23]提出了新工科建设的构想,而且MIT在搜集全球工程教育改革资料期间,曾来华深入了解过我国新工科的理念及建设情况。这表明我国与MIT新工科改革的形成有着密切的联系。MIT能否把握此次新工科改革的契机,秉持其一贯的勇于创新、大胆改革的MIT精神,开启工程教育从强调工程实践的“实践范式”到强调以学生为本的“育人范式”转换的第四次改革新时代,引领全球高等工程教育发展的新方向,抑或是我国能够借助此次的新工科建设,提出并践行体现我国特色的新工科构想,成为引领世界工程教育发展方向的新秀,还需拭目以待。

 

注释:

① 麻省理工学院新工程教育转型计划中的“串联”可以理解为“项目集群”,即按照某一主题把若干子项目组织起来形成的项目集群。

② 根据教育部高等教育司理工处处长吴爱华的介绍,MIT工程学院于2017年5月22日参加了由中国工程院和清华大学联合主办的“面向未来的工程教育与工程能力建设国际工程教育论坛”,该院参会人员在听取了高等教育司司长吴岩题为“面向未来的中国工程教育”主题发言之后,对我国的新工科建设表现出浓厚的兴趣并收集了相关资料。

参考文献:

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[10] MIT School of Engineering. NEET New Engineering Education Transformation [EB/OL].[2017-12-02]. http://neet.mit.edu.

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