思維驅動引導下的工程專業畢業要求變化新思考

張劍妹，劉秀平，韓麗麗

（1.長治學院，山西 長治 046011；2.西安工程大學，陜西 西安 710048；3.西京學院，陜西 西安 710123）

世界工程組織聯合會（World Federation of Engineering Organizations，WFEO）與國際工程聯盟（International Engineering Alliance，IEA）在2019年11月成立工作組對2013年第3版的《畢業要求和職業能力》進行審查與修訂，于2021年6 月21 日頒布第4 版。新的畢業要求為培養與科技發展新趨勢、產業變革新需求和可持續發展新要求相適應的工程師人才提供了制度性參考框架[1]。

作為《華盛頓協議》成員國，我國工程教育必須跟蹤畢業要求框架的新變化，以適應新技術、新問題、新挑戰、新使命對工程教育人才培養目標、理念、模式、內容、方法、標準等提出新要求。在新的畢業要求框架下，工程專業如何制定體現OBE 理念且實質等效的畢業要求呢？文章試圖從思維引導角度分析畢業要求框架及內涵的新變化，為工程專業畢業要求的制定提供新的思路。

1 新版畢業要求框架的變化

《華盛頓協議》畢業要求框架是在基于成果目標導向教育（Outcome-Based-Education,OBE）理念下，制定了畢業要求的框架，也是協議成員互認的實質等效畢業要求標準的參照點。為了方便描述，將畢業要求項簡寫為WA（Washington Accord, WA）。從畢業要求框架整體結構看，2021 版由2013 版的12 條要求變更為11 條，即“工程師與社會”與“環境和可持續發展”合并為“工程師與世界”，如圖1 所示。

除畢業要求第4 項“研究”的內容沒有變化，僅是詞序發展調整外，其余各項均有變化。在畢業要求“工程知識”項中增加了“計算基礎知識”，是用于適應未來新興學科及數據科學的需要。在“問題分析”項中增加了問題分析時“結合可持續發展的整體考慮”，更強調突出了“第一性原理”的重要性，而非“基本原理”。在“設計/開發解決方案”中增加了“全壽命成本和零凈碳（碳中和）”的設計考慮。將畢業要求“使用現代工具”項變更為“使用工具”，拓展了相應的知識，突出數據、建模和計算技術模擬的解決方案，理解所做假設的影響和所使用數據的局限性。將2013版中的畢業要求“工程師與社會”和“環境和可持續發展”項目整合變更為“工程師與世界”，即將人文和自然整合為“世界”。強調社會科學知識（資源)有效利用、環境影響、全壽命成本、資源再利用、零凈碳等內容。在畢業要求“倫理”中增加了“遵守國家和國際法律的倫理責任，及理解多樣性和包容性的倫理責任”，突出強調了“倫理”而非“道德”。在畢業要求第9 項“個人與團隊”中增加了“面對面、遠程和分布式環境，充分考慮了工作方式的新變化”，強調團隊的多樣化和包容性。第10 項“溝通”中增加了溝通必須考慮到文化、語言和其他方面差異，強調包容性溝通的重要性。第11 項“項目管理”變更為“項目管理與財務”，即增加了“財務知識和應用”。畢業要求第12 項“終身學習”增加了長遠發展的技術要求（適應新技術和未來技術)和思維要求（在最廣泛的技術變革背景下進行批判性思維），突出了適應能力和批判性思維的培養。

圖1《華盛頓協議》畢業要求框架2021 版和2013 版比較

2 思維引導下的畢業要求變化

2.1 第一性原理思維

第一性原理思維的基礎是批判性思維。在2021 版《華盛頓協議》畢業要求框架的“終身學習”中突出了對“適應新技術和未來技術”的適應能力，及在技術變革背景下的批判性思維。

利用第一性原理分析問題，恰恰是我國工程教育的短板。我們在工程人才培養方面應重點構建和提升第一性原理思維內涵。

2.2 計算思維

計算思維（Computational thinking）是第四次工業革命下互聯網、大數據、云計算、物信融合和人工智能深度集成的結果。

科學、技術、工程三者自成體系又相輔相成，充滿著辯證法。科學是技術的基礎，技術是工程的基礎。科學是人類以探索發現為核心的實踐活動；技術是人類以發明革新為核心的實踐活動；工程是人類以集成建構為核心的實踐活動。科學旨在發現，技術旨在發明，工程旨在實踐，相互關聯，又相互獨立。現代科學研究必須以技術、工程為手段，以儀器裝備為工具，以工程實踐的工程科學問題為研究對象。

數學是科學、技術和工程的基礎。數學完成了物理世界系統到現實世界的符號化從而形成數學模型。數學模型是形式科學，無法直接作用于科學、技術和工程。計算思維是通過建立系統的可計算模型將數學模型轉化為信息系統模型，再利用通用計算裝置自動解算。即運用計算機科學實現問題求解、系統設計、人類行為理解等一系列思維活動，通過計算學科的原理、思想和方法，將數學應用于科學、技術和工程等學科領域問題中。

第四次工業革命使得工程和工程領域的范式轉變，工程設計的模式從傳統“設計（Disign）—構建（Constuct）—測試（Test）”向“模型（Model）—分析（Analysis）—構建（Construct）”轉變[3]。獲取知識和其他價值信息拓展為由集成網絡、智能機器算法創造，算法使系統能自我決策、自主執行任務。

2021 版《華盛頓協議》將自然科學定義為：在每個工程學科或實踐領域適用情況下，提供對物理世界的理解，包括物理、力學、化學、地球科學和生物科學等。數學、計算思維、編程、預測分析等能力是未來工科人才的必要能力。在2021 版畢業要求框架中增加了計算思維能力要求，對工程專業人才培養質量具有重要意義。

公立醫院預算管理存在一些問題，如部門預算不準確，財務權利不匹配等，導致預算與預算執行脫節，也給預算調整內部控制帶來風險。 財務主管或公立醫院主管的不準確信息導致任意預算調整和部門預算不足，因此他們開始逐步或甚至跨越報告。 未能建立健全的問責機制導致缺乏使用項目資金的計劃，嚴重影響資金使用效率。

2.3 可持續發展思維

2015 年09 月25 日聯合國大會第70/1 號決議通過《變革我們的世界：2030 年可持續發展議程》中確定了17 個可持續發展目標（Sustainable Development Goals，SDGs）[4]，包括消除貧困、消除饑餓、良好健康與福祉、優質教育、性別平等、清潔飲水與衛生設施、廉價和清潔能源、體面工作與經濟增長、工業創新和基礎實施、減少不平等、可持續城市和社區、負責任的消費和生產、氣候行動、水下生物、陸地生物、和平正義與強大機構、促進目標實現的伙伴關系。以綜合方式徹底解決社會、經濟和環境三個維度的發展問題轉向可持續發展道路。

《華盛頓協議》2021 版畢業要求框架中強化了可持續發展思維，至少7 處描述了相關的要求。在“設計/開發解決方案”中的“全生命成本”與SDGs 中的“廉價和清潔能源”、“工業創新和基礎實施”、“負責任的消費和生產”、“持續城市和社區”、“氣候行動”等目標緊密相關。全壽命成本包括設計、制造、采購、運行、維護、報廢、回收、再利用等成本。在設計階段，必須考慮設計費與維持費，并充分考慮回收與再利用費用，使全壽命達到最大化效益[5]。

“設計/開發解決方案”中的“零凈碳”與“負責任的消費和生產”、“氣候行動”、“水下生物”、“陸地生物”等目標緊密相關。為了響應2015 年巴黎氣候大會通過《巴黎協定》，將零凈碳確立為2020 年后全球氣候治理新機制,即全面實施《聯合國氣候變化框架公約》(United Nations Framework Convention on Climate Change，UNFCCC）。中國政府2020 年9 月22日在第七十五屆聯合國大會上提出了中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，力爭于2030 年前二氧化碳排放達到峰值，爭取2060 年前實現碳中和”。

“倫理”的“國家和國際法律的倫理、多樣性和包容性的倫理”與“和平正義與強大機構”、“促進目標實現的伙伴關系”等目標緊密相關。“倫理”與“道德”有本質區別，“倫理”是外在社會對人行為的規范和要求，常指社會秩序、制度、法制等；“道德”是個體的行為、態度和心理狀態的內在規范。因此，通過“包容性強調外在的規范和要求的重要性。

“工程師與世界”中的“可持續發展”則直接點題可持續發展目標，尤其與“促進目標實現的伙伴關系”目標緊密關聯。

“個人與團隊”中的“多樣化和包容性”和“溝通”中的“包容性”則與“性別平等”、“和平正義與強大機構”等目標緊密相關，使得有利于工程師在多樣性、包容性、可持續實踐和工程倫理等價值觀塑造。工程多樣性和包容性已成為世界工程組織的主流話題[6]，多樣化的跨學科方法和包容性的思維方式有助于解決全球面臨的挑戰，對成功設計和實施解決方案、實現多元化目標至關重要[7]。保證工程參與者多樣性是避免偏見的重要手段。因此，為工程教育創造多樣化的教育環境、包容性教學，形成讓人感到舒適和包容的工程文化，有利于培養未來工程師的包容性思維。

“終身學習”中的“新技術和未來技術”與“優質教育”、“體面工作和經濟增長”、“減少不平等”等目標相關，突出了新技術和未來技術對工程師的作用和價值。

可見，聯合國可持續發展目標與工程、工程師關系密不可分。為實現全球可持續發展目標，新型工程師必須將可持續發展價值觀和目標融入日常工作中。

3 新版畢業要求與課程關系的變化

畢業要求是描述或例證畢業生期望從專業教育中獲得的知識、能力和態度，可評估的學習成果[8]。它是該專業為特定目的（包括特定工程職業實踐）提供教育基礎。知識、能力和態度（素質）（Knowledge，Skill and Attitude，KSA）是工程教育的“鐵三角”。知識是期望學生畢業時應知道的事實和理解的概念，是專業工程師的數據庫，是構建課程體系的基礎。能力是期望學生畢業時應能應用這些知識的能力，是用于操縱知識的工具，如溝通、領導、分析、綜合/設計、計算、實驗、評估和團隊合作。態度是期望學生畢業時應能按正確方向應用知識，其決定能力和知識所針對的目標，即個人價值觀、關注點、偏好和偏見。

知識、能力和態度三者同等重要，其中任一項被弱化，相應的人才質量體系也必將轟然倒塌。知識表現為把事情做成的能力傾向，即行動力。能力是知識（包括顯性和隱性）的外顯，態度是知識的內化。畢業時的能力產出是依托于課程體系的產出，構建課程體系的依據是知識和態度框架。畢業要求框架給出了學生畢業應具備的能力結構，知識和態度框架則給出了形成該能力結構必備的知識和態度結構。知識是能力產出，能力是產出能力。在專業課程教學設計、實施、評價中，遵從認知規律、重視知識在能力和態度形成中的基礎性作用。《華盛頓協議》2021 版畢業要求中，增加了相應的知識和態度內容，如圖2 所示。圖中加粗下劃線為新增的知識和態度，其中，圖中知識和態度利用WK 和WT 簡寫代替，分別為Washington Knowledge 和Washington aTtitude的簡寫。

圖2《華盛頓協議》畢業要求的知識和態度的變化

從知識和態度上看，和2013 版相比，2021版共有9 條內容，其中新增1 條態度方面的內容，原有的8 條內容都有不同程度的增加和修改，分別為：（1）WK1 增加了社會科學知識，即課程體系不僅要包括基礎自然科學課程，還包括本學科相關的社會科學課程，或者通過個人體驗對相應社會科學來代替社會科學課程。（2）WK2 增加了數據分析；（3）WK5 增加了支持運行的知識，強調資源有效利用、環境影響、全壽命成本、資源再利用、零凈碳等知識，體現聯合國可持續發展目標。（4）WK7 增加了批判性思維和創造性方法的意識。課程設置應反映學科前沿的新知識和新方法，具有批判性、創新性和挑戰性。使用或應用所學的東西時，認識到背景和含義，意識的展示可以比知識更多樣化。（5）針對于態度方面的內容，強調倫理和包容性。課程設置應讓學生學習在不同專業背景下，以不同的團隊合作方式，將包容和倫理的方法融入工作實踐。多樣性是人類差異的范圍，包括個體或群體不同的特征，如種族、民族、文化、性別認同、年齡、國籍、宗教信仰等特征。包容性指成員間相互尊重、支持，在其環境下提供公平的機會和資源，使每個人能夠平等地參與，并在言語和行為上受到尊重。

4 新版畢業要求與復雜工程關系的變化

任何一個工程項目都不是完全相同，所以，工程師職業必須具備處理復雜和不確定工程問題的能力。國際工程聯盟IEA 針對《華盛頓協議》、《悉尼協議》和《都柏林協議》協議的《畢業要求和職業能力》中“工程問題的范圍”和“工程活動的范圍”有明確的界定，如表1 所示。

表1 工程問題的范圍和工程活動的范圍

《華盛頓協議》的“復雜工程問題”和“復雜工程活動”是有進階區別的。復雜工程活動包含了復雜工程問題，在學校教育過程中，主要定位在復雜工程問題中，即真實場景的提煉和模擬，但必須意識到復雜工程活動的能力。從整體結構上看，2021 版對“復雜工程問題”的框架變化不大，仍然包含知識深度、沖突范圍、分析深度、熟悉程度、適用規則的范圍、利益相關方參與度及沖突程度、相互依賴性等7 個特征。其中，知識深度是構成復雜工程問題的必要條件，其它6 項是構成復雜工程問題的充分條件。因此，復雜工程問題定義為具備特征“沖突范圍”且同時具備特征其它6 項中的一個或全部，即“1+1/6”。從每個特征的內容上看，在2021 版增加了相應的內容：在“沖突范圍”中增加了“非技術問題及對未來需求的考慮”，強調以全面的方式解決問題，并考慮限制因素，如資源和非技術問題，當下和未來的影響。在“分析深度”中增加了分析問題的創造性，強調為學生提供系統思維分析問題的機會。在“熟悉程度”中增加了“新興問題，及應對新興技術挑戰”。在“利益相關方參與度及沖突程度”中增加了“跨工程學科和其他領域”，強調應鼓勵解決跨工程學科和其他領域合作的問題，以了解不同觀點和處理多種需求。在“相互依賴性”中增加了“系統方法”，強調采用系統方法解決多層次、多因素問題的重要性。

從整體結構上看，2021 版對“復雜工程活動”的框架沒有變化，其依據依然是資源范圍、交互層次、創新、對社會和環境的影響、熟悉性等5個特征。具有其中一個或多個特征的工程活動成為復雜工程活動。在2021版中，增加的內容為：（1）在“資源范圍”中增加了“計算、分析和設計軟件”，因為在表達工程問題及尋找最優解過程中，不再是輔助性工具而是主要工具。（2）在“交互層次”中增加了“非技術問題，強調更廣泛的非技術性問題的影響”。（3）在“創新”中增加了“有意識的創新解決方案，強調了創新是自覺的行動”。

2021 版的畢業要求在復雜工程問題、復雜工程問題總體變化不大，但在若干方面有所側重，為畢業要求的達成提供了方向。

5 結語

畢業要求是工程人才教育的航標。我國作為《華盛頓協議》下教育資格實質等效的成員國，為保障工程認證專業的本科畢業生具有實質等效的畢業資格，必須跟蹤基于目標導向OBE 理念下的畢業要求框架的變化。畢業要求的變化意味著畢業時的成果導向和標準發生變化，因此課程體系也必定將發生相應的變化。新技術的出現，必將帶來新的挑戰和新的矛盾。聯合國可持續發展目標、社會需求變化、新的價值觀變化、新的需求變化都對工程教育提出了新的需求。通過新的畢業要求的分析，明確了工程教育人才培養的方向，為教育的廣度、深度和模式都提供了新的思路。