20世纪80年代以来,面对日益加剧的国际竞争和工程教育的自身不足,国外工程类高等院校开始了“强调工程实践能力”的高等工程教育改革。美国、英国、德国、澳大利亚、韩国、日本、新加坡以及中国香港、中国台湾等国家和地区开始实施工程教育认证,作为保证高等工程教育质量、实现教育水平和工程执业资格相互协调的重要措施。1989年,由美国等6个西方发达国家发起和签署了针对本科高等工程教育的《华盛顿协议》。
我国的工程教育认证工作分别由教育部、原建设部负责牵头主导。自1992年起,原建设部启动建筑学、城市规划、土木工程、建筑环境与设备工程、给排水科学与工程、建筑工程管理6个工科专业的高等教育评估工作。2002年,建筑环境与设备工程专业启动了本科教育评估工作,截止到2017年,通过评估的高等学校共有39所。为了与其他国家相关专业教育相协调,为相互承认同类专业的学历创造条件,我国于2016年正式加入了《华盛顿协议》,成为该协议的第18个正式成员。按照《华盛顿协议》的要求,我国的专业评估逐渐向专业认证方式过渡。目前,我国高等院校土木工程、给排水科学与工程2个专业的本科教育已经按照《华盛顿协议》由专业评估转向了专业认证。
建筑环境与能源应用工程(原建筑环境与设备工程)专业本科教育评估标准对本专业的教学提出了具体的要求,除了加强本专业基础理论外,还特别强调实践环节和建立工程概念的重要性。评估(认证)标准对本专业毕业生的要求,总结起来有以下几点:
做到1个了解:了解国家注册公用设备(暖通空调)工程师执业资格制度,以及注册公用设备(暖通空调)工程师应具备的能力、责任和职业道德。
掌握1个方法:掌握建筑环境与能源应用工程的设计程序与有关设计文件编制的内容和方法。
达到6个能力:1) 实践与应用能力——建筑环境与能源应用工程方案制定、设计与应用;2) 解决本专业有关工程技术问题的能力;3) 运维能力——设备与系统安装、测试、调试、运行管理与操作;4) 表达能力——以书面及口头的方式清晰、简练和准确地表达设计意图及技术观点;5) 计算机应用能力——运用计算机解决与分析工程实践问题及计算机设计制图;6) 集成创新能力——将相关技术在工程中合理集成和创新。
就建筑环境与能源应用工程专业而言,从总体上看,《华盛顿协议》的工程教育专业认证标准与目前我国已经实行多年的评估标准在专业基础理论、专业实践和能力培养等方面要求基本相同。但两者对比来看,认证标准具有如下特点:
1) 认证标准分为了“通用标准”和“专业补充标准”。大学本科工程教育的毕业生,在走出学校后面临的工程问题是多样化、多专业的。因此认证标准中,从学生、培养目标、毕业要求、持续改进、课程体系、师资队伍和支持条件等7个方面,对工程教育的“通用标准”作了明确的规定。其中在培养目标和毕业要求中,除了强调适合学校定位和社会发展需求之外,更强调的是毕业生具有问题分析与研究、工程知识与沟通、社会环境与可持续发展认识、管理与终生学习、个人与多学科背景下的团队协调和使用现代工具等多方面的能力培养。
2) “专业补充标准”针对的是本专业教学的内容。除了相关的基础理论(如传热学、工程热力学和流体力学等)和专业知识(空调工程、通风、冷热源、自动控制等)外,更强调了对学生实践环节的教学,从实验教学(认知性、验证性、综合性和设计性实验)到课程设计、毕业设计的选题和内容,从师资队伍的工程背景到实验条件与实践基地,都作出了详细的规定。
3) 在对学校的认证过程中,要求现场专家对被认证学校在“通用标准”和“专业补充标准”方面的执行情况作出细化的评估和回复,包括标准达成情况和存在问题及关注项。并对每个标准要求采用P(合格)、P/C(合格但有不确定性)、P/W(基本合格)和F(不合格)4个判定来进行评价。
总体来看,认证标准比评估标准更细化,要求更具体。同时,进一步强化了以工程实践能力为目标的教育培养要求。因此,工程思维是工程教育专业必须培养的,也是从事本专业工程技术人员应具备的能力。
1. 科学、技术、工程的活动与思维特点
1.1 本质与特征
科学、技术与工程,都可以视为人类在不断探索和进步过程中的一种“社会活动”,都是以人为主体来进行的。它们的共性过程是:发现问题(或现象)—提出需求—研究与行动—找到答案。但由于三者的目标不同,因此三者在思维、活动方法等方面存在本质区别。
科学活动的目标,是对某种客观的、现存的自然规律的发现。其活动基础是根据已经存在的各种客观现象,去寻找这些现象之间存在的千丝万缕的内部联系,从中总结出某一类的规律。牛顿发现万有引力定律,就是科学活动取得成果的最好例证。
技术活动的目标,是为了创造高效实用的工具(包括硬件和软件)而形成的发明。在这一活动中,既需要利用已掌握的科学知识与原理,也需要结合当前的能力,通过不断的试验才能取得成功。
工程活动的目标,则是完成对预期功能项目的构建和集成。由于项目的种类繁多,构建时的各种支撑条件也千差万别,因而并不是简单地将各种技术进行堆砌,而是需要在各种边界条件(科学、技术、经济、管理、社会、文化、制度、环境、需求等诸多要素)下,不断优化,最终使得项目能够为人的生活、工作等活动提供直接的服务。
1.2 思维模式
思维,是人类对客观世界的被动与主动反映的总和。它呈现出的是一种通过人脑的分析、综合、概括、抽象、比较、具体化和系统化等,对感性材料进行加工并转化为理性认识,同时又利用理性认识的积累去解决问题的能力。
由于科学、技术、工程三者的目标和活动内容的不同,因而分别形成了科学思维、创新思维和工程思维等不同的思维方式。科学家要回答的问题是:客观世界“是什么”和“为什么”(认识世界);工程师要回答的问题则是“怎么办”(改造世界)。
因此科学活动需要的是一种“发散性思维”模式,充分想到每一种可能性。由于存在一定的未知性,因此对于科学活动成果,“失败”是可以接受的。但工程活动的目标则是为社会创造价值,活动成果“失败”则是社会不能接受的(或者容忍度非常有限)。因此工程活动需要的是一种“收敛性思维”模式。
由此可见,工程思维与科学思维的区别突出地表现在以下几个方面:
第一,科学思维是真理定向的思维,而工程思维是价值定向的思维。
第二,科学思维是超越具体对象的共性思维,工程思维则是与具体对象相联系的个性思维。任何工程项目都是“唯一对象”或“一次性”的。
第三,从时空维度看,科学思维具有对“具体时空”的“超越性”,而工程思维不可能超越时空,因此具有“实时实地性”。
1.3 三者的关系
从上述三者的目标、活动内容和方法,可以看到它们之间的关系,如图1所示。
科学研究所发现的基本规律,为技术发明提供了指导性的基本原理。技术发明与创造,为工程项目的构建提供了适宜的工具。工程项目构建的完成,在达到预期的目标之后,不但能够为人们的活动提供直接的服务,而且能够反过来为科学研究发现和技术发明创造提供良好的支撑条件。
由此可见,科学研究和发现是一切活动的根基。无论是技术发明与创造活动,还是工程项目的构建活动,科学都是不可或缺的理论基础,没有科学理论支撑的工程活动犹如无源之水、无本之木。因此,人们只能自觉地将科学理论用于认识自然、建设和改造世界。工程活动如果不遵循基本科学原理,必然会导致失败。
在科学与工程中,技术起到的是“桥梁”的作用,通过技术把科学与工程紧紧联系到了一起。若干的技术集成,就构成了工程的诸多核心要素。技术是构成生产力诸多要素中的关键要素。工程活动的结果反映了所有生产力要素的综合度和优化度。
技术与工程活动也可能相互渗透甚至交织一体。例如,20世纪著名的“曼哈顿工程”,其成果就是集成了多项技术后得到的产品——原子弹。这也是工程思维模式在技术集成中的典型应用。