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麻省理工新提出:新工科人才的12種必備思維

2019-07-08 16:12

麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology,簡稱MIT),是由美國自然科學家威廉·巴頓·羅杰斯于1861年創辦的世界著名私立研究型大學。該校一直秉持“知識學習與操作訓練相結合”(Mind and Hand)的校訓,不斷改革創新,致力于工程人才培養質量的提升,無論是在美國還是全球,MIT工程教育均享有很高的聲譽與影響力,堪稱全球高等工程教育的典范。


2017年8月, MIT啟動了新一輪的工程教育改革“新工程教育轉型”(New Engineering Education Transformation, 簡稱NEET) 計劃,旨在重構麻省理工學院的工程教育教學,從根本上對工程教育進行一次系統性反思和變革,變革的重點集中在學生的學習方式及學習內容,目標是培養能夠引領未來產業界和社會發展的領導型工程人才。



一、工程教育的邏輯重構:實現學科邏輯和心理邏輯的整合


傳統工程教育強調對學生進行基于學科知識的認知能力的訓練,體現出工程教育活動組織與開展的學科邏輯。由于學科邏輯過于強調學生對工程學科知識的掌握以及學生認知能力訓練的傾向,因此,容易造成工程教育活動的開展忽視學生個體身心發展規律、忽視學生工程實踐經驗構建。持教育應更多尊重學生身心發展規律的學者對傳統教育的學科邏輯展開了猛烈的批判,強調教育活動的開展需遵循學生的身心發展規律,強調學生中心、活動中心及經驗中心,體現出教育活動中人才培養的心理邏輯。由此可見,學科邏輯強調按學科知識建構開展教育活動,關注學生認知能力的訓練,而心理邏輯則強調按學生身心發展規律開展教育活動,關注學生的實踐經驗, 體現出兩種不同的價值取向,背后體現的是學科邏輯與心理邏輯代表的兩種不同的教育范式,體現出兩種不同的人才培養主張。


MIT此次的新工科改革采取了整合學科邏輯與心理邏輯的策略。整合的路徑體現為“學科串”(threads)的應用。“學科串”是學生在大二開始學習的跨學科路徑。圍繞驅動現代產業的實踐和研究方法,構建機械、材料和系統科學的跨學科“學科串”。每個“學科串”為學生提供了前所未有的機會,讓他們沉浸在跨越學科的學習項目中,同時獲得所選專業的學位。NEET目前的“學科串”主題主要包括:自動化機械(Autonomous Machines)、生活機械(Living Machines)、數字城市(Digital Cities、可再生能源機械(Renewable Energy Machines)、先進材料機械(Advanced Materials Machines)。


二、工程教育的內容重構:面向未來的新機器與新工程體系

MIT認為,工程教育應從關注當前產業界發展轉向面向產業界未來發展,即面向未來的新機器與新工程體系。新機器是對工程師所制造出來的工程人工物的統稱,例如機械類、分子類、生物類、信息類的工程人工物。新工程體系是指由新機器所組成的產業體系。根據MIT的構想,21世紀中期的新機器與新工程體系將會由物聯網、自動化體系、機器人體系、智慧城市、可持續材料與能源體系、生化診療、大數據等組成。


與傳統的機器和工程體系相比,面向未來的新機器與新工程體系體現出高度的整合性、復雜性、連通性、自主化以及可持續發展等特色。高度的整合性指新機器與新工程體系超越了傳統的工程學科隔離,對機械、信息、分子、生物、建筑、能源等進行整合;復雜性指新機器與新工程體系所運用的工程技術的復雜程度不斷提升;連通性指新機器與新工程體系各部分是高度連通的;自主化指新機器與新工程體系自主水平提升,可以獨立于人的行為自主運作;可持續發展指新機器與新工程體系與自然生態環境之間的關系。


三、工程教育教學方法重構:構建基于以項目為中心的方法體系

工程教育的現狀通常是基于以學科為中心的學習方法。課程被規劃為一系列專業化程度不斷提高的內容結構;評價的主要方法是封閉式問題解決。在這種情況下,項目往往被視為補充性的方式應用于工程教育。NEET倡導以項目為中心的方法,學生們選擇一個明確的跨院系課程和項目的“學科串”,而基礎仍然來自于本院系的要求。由于“學科串”跨越了院系和學校邊界,學生組成了一個圍繞共同項目的團隊。評估是以主題和項目為基礎的。學生通常從大二開始每年參加一個項目,他們的項目需要隨著他們的進步而不斷提高深度和專業性。


NEET不僅重視知識的獲取,而且重視應用知識的能力。項目精心安排學習目標,反映學科學習目標。項目是學習制造、發現、系統和創造力的主要工具。項目有助于促進學生從團隊技能到人際關系技能再到領導能力提升。


MIT新工科對傳統工程教育的教學方式進行變革,強調以學生為本,關注學生的學習方式和學習內容,把學生真正置于工程教育活動的中心。在開展教學活動時,通過充分考量學生個體的認知風格、學習方式等的差異,選擇最適合學生個體發展的學習方式,引導學生積極參與,激發學生的主動探究與自學能力,采取項目學習、小組學習、團隊合作、信息化教學、智慧學習等手段,為學生成為引領未來工程發展的領導者奠定基礎。教學方式的變革必然會對教師隊伍的核心素養提出挑戰,為確保新工程教育教學方式的順利轉型,MIT也計劃為教師教學活動的開展提供專業支持。


四、工程人才的能力重構:強調思維能力的養成

MIT主張,未來產業界將會更加注重工程人才的學習能力和思維等方面的表現,原來強調知識習得與認知能力訓練為重心的工程教育將會受到挑戰。因此,新工科應更注重對學生思維的培養。使學生在工程實踐中面臨各種未知與復雜問題時能夠運用恰當的思維思考解決。因此,MIT提出新工科人才應具備12種思維,即學習如何學習、制造、發現、人際交往技能、個體技能與態度、創造性思維、系統性思維、批判與元認知、分析性思維、計算性思維、實驗性思維及人本主義思維。


12種思維能力的基本內涵如下:

⑴ 學習如何學習(Learning how to learn)是指學生利用一定的認知方法主動思考和學習。

⑵ 制造(Making)指新工科人才發現和創造出不存在的技術人工物的能力。

⑶ 發現(Discovering)指通過采取探究、驗證等方式促進社會及世界知識更新,并能產生新的根本性的發現和技術的能力。

⑷ 人際交往技能(Interpersonal skills)指能夠與他人合作并理解他人的能力,包含溝通、傾聽、對話、情商、參與和領導團隊的工作等。

⑸ 個人技能與態度(Personal skills and attitudes)包含主動、有判斷力、有決策力、有責任感、有行動力、靈活、自信、遵守道德、保持正直、能終身學習等。

⑹ 創造性思維(Creative thinking)指通過深入思考,能夠提出和形成新的、有價值主張的思維。

⑺ 系統性思維(Systems thinking)指在面對復雜的、混沌的、同質的、異質的系統時,能夠進行綜合性全局性思考。

⑻ 批判與元認知思維(Critical and metacognitive thinking)指能夠通過對經由觀察、體驗、交流等方式所收集到的信息進行分析與判斷,以評估其價值及正確度的思維。

⑼ 分析性思維(Analytical thinking)指能夠對事實、問題進行分解,運用理論、模型、數理分析,明確因果關系并預測結果。

⑽ 計算性思維(Computational thinking)指能夠把基礎性的計算程序(例如抽象、建模等)以及數據結構、運算法則等用于對物理、生物及社會系統的理解的思維。

⑾ 實驗性思維(Experimental thinking)指能夠開展實驗獲取數據的思維,包含選擇測評方法、程序、建模及驗證假設等內容.

⑿ 人本主義思維(Humanistic thinking)指能夠形成并運用對人類社會及其傳統、制度以及藝術表達方式的理解,掌握人類文化、人文思想、社會政治經濟制度知識。上述12種思維能力圍繞工程人才應該成為什么樣的人的問題展開,涉及到工程人才的工程思維、科學思維與人本思維,體現了MIT新工科改革以學生為本的理念和創新實踐。



麻省理工學院“新工程教育轉型”計劃開啟了工程教育從強調工程實踐的“實踐范式”到強調以學生為本的“育人范式”轉變的第四次改革新時代, 對工程教育教學進行了邏輯重構、內容重構、方法重構和能力重構,引領全球高等工程教育發展的新方向。


主要參考文獻:

[1]MIT School of Engineering.NEET New Engineering Education Transformation[EB/OL].[2019-04-25].http://neet.mit.edu/.

[2]MIT School of Engineering.New Engineering Education Transformation Charter [EB/OL]. [2019-04-25].http://neet.mit.edu/.

[3]MIT School of Engineering. Learning to learn-NEET as an Education in Ways of Thinking[EB/OL]. [2019-04-25]. http://neet.mit.edu/neet-ways-of-thinking/learning-tolearn/.



【圖文轉自】微信公眾號:數學中國


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