美国卓越工程师培养模式研究：2017—2023年工程教育“戈登奖”获奖项目分析

摘   要：工程教育“戈登奖”是美国工程教育改革与创新的风向标，其前沿特征对改进我国工程教育模式，培养新时代卓越工程师具有参考价值。文章分析2017—2023年“戈登奖”获奖项目案例。进一步总结对于优化中国卓越工程师培养模式的启示：注重培养工程师软技能，提升领导力、沟通协作能力、可持续胜任力；重构跨学科模块化知识体系，推行项目制培养模式，实现知识技能“学有所用、用有所学”；以真实项目为抓手推动多元合作、多方协同育人，切实提升实践教学效果等。这些启示可为优化中国卓越工程师培养模式提供参考。

关键词：卓越工程师；工程教育；“戈登奖”；美国

中图分类号：G649         文献标志码：A         DOI：10.3969/j.issn.1672-3937.2023.12.01

一、引言

党的二十大报告指出：“教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑。加快建设国家战略人才力量，努力培养造就更多大师、战略科学家、一流科技领军人才和创新团队、青年科技人才、卓越工程师、大国工匠、高技能人才。”[1]我国18家国家卓越工程师学院建设单位在2022年9月联合发布《卓越工程师培养北京宣言》，指出加快培养卓越工程师的共同使命——“工程实践的快速发展呼唤我国工程教育理念、体制和路径的全方位变革，需要心怀‘国之大者’，着力解决关键领域高层次人才供给不足、工程教育与工程能力培养脱节等突出问题，持续深化产教融合，大力创新人才培养模式。探索形成中国特色、世界水平的工程师培养体系，努力建设一支爱党报国、敬业奉献、具有突出技术创新能力、善于解决复杂工程问题的工程师队伍。”[2]新时代卓越工程师教育培养对我国全面建成社会主义现代化国家、实现第二个百年奋斗目标具有重要意义。[3]

美国“工程技术教育创新贝尔纳·M.戈登奖”（Bernard M. Gordon Prize for Innovation in Engineering and Technology Education，以下简称“戈登奖”）是国家级奖项，代表了美国工程教育发展的最高水平，亦是美国工程教育改革与创新的风向标。“戈登奖”于2001年由美国企业家、发明家、工程师贝尔纳·戈登向美国工程院捐赠设立，旨在表彰“有效培养工程领导力的创新教育模式和实验”[4]，是激励和支持提升学生领导力、激发学生立志成长为工程领军人才，从而增强美国的工程领导力和经济竞争力的工程教育创新项目，重点是创新的课程设计、教学方法以及教育技术支持的学习模式。[5]“戈登奖”共有五项评选标准，包括培养未来工程领导者的教育范式（educational paradigm）、范式的执行（paradigm execution）、创新的可转移性和向其他机构的推广情况（transferability and diffusion）、培养工程界领袖的成效（success in producing engineering leaders）、奖金使用计划（use of the prize）。[6]本文以2017—2023年七项“戈登奖”获奖项目为案例，分析其工程教育模式特征，并以此为基础探讨对改进我国卓越工程师培养模式的启示。

二、案例分析

近七年“戈登奖”获奖项目勾勒出美国工程教育的发展前沿，反映了社会对工程人才的最新需求。如表1所示，这些项目的共性特征是汇集多学科师资的跨校或跨院系产学研一体化人才培养，并实施项目制学习。同时，“戈登奖”与我国教学成果奖有一定的相似之处，可以借鉴相关分析思路。例如，有学者曾通过分析三届国家教学成果奖部属院校理工专业获奖项目，总结理工科人才培养模式改革的趋势和特点。[7]作为对比，本研究尝试采用我国教学成果奖申请中的四个关键问题作为“戈登奖”获奖项目案例分析框架。一是是何，即项目有何目标，解决了什么教育教学问题？二是如何，即如何通过机构、师资、模式、项目、合作等方面创新解决特定教育教学问题？三是为何，即为什么解决方法具有创新性？四是又何，即项目有什么成效，是否具有可持续性和推广性？

（一）西北大学工程学院：兼具逻辑性与创造性的全脑工程培养模式

全脑工程（whole-brain engineering）培养模式最早由美国西北大学工程学院时任院长胡里奥·M.奥蒂诺（Julio M. Ottino）于2005年提出。[8][9]全脑工程培养模式注重将左脑思维（分析、逻辑、综合、数学）与右脑思维（直觉、隐喻思维、创造性问题解决）相结合。

在模式创新方面，西北大学工程学院实施的全脑工程教育包括六大领域：分析、设计、创业、领导力、合作、艺术。其一，在分析方面，包括数学、逻辑、科学推理和理性思维在内的分析能力，是工程领导者系统性思维方式的缩影。西北大学提供本科生研究机会和工程分析等创新课程，以提高学生的数学、逻辑思维和分析能力。其二，在设计方面，西北大学成立了西格尔设计研究院（Segal Design Institute），为本科生、研究生和在职专业人士提供沉浸式、跨学科课程，教授设计思维中的协作和领导力。其三，在创业方面，西北大学工程学院建立了法利创业和创新中心（Farley Center of Entrepreneurship and Innovation），该中心通过整合不同的学科，将一些学校的教师聚集在一起开发课程，让学生体验“创新”“商业生命周期”“从构思到原型设计”和“商业计划发展”。其四，在领导力方面，西北大学设有领导力中心和个人发展办公室，并开设领导力相关课程。其五，在合作方面，西北大学工程学院与跨学科伙伴合作，从多个角度解决复杂问题。工程学院积极寻求与西北大学其他院系的合作，使师生探索不同的思维模式，打破陈规和学术孤岛，并集思广益，提出新想法。其六，在艺术方面，西北大学与芝加哥技术研究所、布洛克艺术博物馆（Block Museum of Art）都有密切的合作。[15]

在合作创新方面，西北大学工程学院与院外机构开展艺术、人文、法律、医药等方面的交流合作。例如，西北大学工程学院与美国顶尖医学院范伯格医学院（Feinberg School of Medicine）和雪莉·瑞安能力实验室（Shirley Ryan AbilityLab）有着密切的联系；与普利兹克法学院（Pritzker School of Law）合作，共同举办活动，提供合作课程，并鼓励跨学科研究。

在项目成效和推广方面，西北大学工程学院在《美国新闻与世界报道》工程学院排名中位列第十九，本科生项目排名中位列第十三[16]。全脑工程作为西北大学工程学院十多年来的原则性指导战略，改变了西北大学的面貌，加强了工程学院与西北大学其他部门和外部合作伙伴的联系。

（二）斯坦福大学生物设计中心：创业项目驱动的生物设计培养模式

斯坦福大学生物设计中心为斯坦福大学的学生、研究人员和教师创造培训和支持的生态系统，提供科研所需的知识、技能、指导和网络，为世界各地患者提供有意义和有价值的创新。

在项目创新方面，斯坦福设计中心设置了有特色的多元化非学位培养项目。生物设计中心提供的项目主要有以下三种：一是斯坦福课程项目，面向在校生的健康技术创新课程，为期10～20周；二是研究员项目，面向“端到端”生物设计创新过程的高强度项目，为期8个月到2年不等；三是高管培训项目（战略规划、研发、产品开发、市场营销、业务发展等方面），面向拥有10年以上管理经验的高管，周期一般为几天。[17]

在模式创新方面，斯坦福大学生物设计中心打造了“识别—发明—应用”的“3I模式”（见图1）。“3I模式”既是商业开发模式，也是基于项目的人才培养模式。在合作创新方面，生物设计中心在学术界和健康技术产业之间进行广泛合作。斯坦福Bio-X为生物设计中心的跨学科项目提供了理想的环境，特别是在医学、工程学和商学之间构建了基于真实项目的密切合作伙伴关系。

在项目成效和推广方面，截至2016年，斯坦福大学生物设计中心孵化了41家公司，这些公司帮助了50多万名患者，筹集了超过2.8亿美元的资金。2019年，在斯坦福大学生物设计中心学习的学员成立的公司总数攀升至50家，帮助的病人总数超过270万人。截至2021年，斯坦福大学生物设计中心研究员和生物设计创新课程的学生通过研究项目创办了51家健康技术公司，造福了全球340多万名患者。[19]

（三）佐治亚理工学院—埃默里大学生物医学工程系：融入学习科学原理的跨校联合培养模式

佐治亚理工学院—埃默里大学生物医学工程系致力于通过培养全世界生物医学工程领域的下一代领导者来改善健康和福祉，其使命主要有两个方面：教育和培养学生并使其达到生物医学工程领域的前沿领导地位；通过组建世界一流的教师队伍，塑造关键生物医学领域的研究前沿，对医疗保健产生重大影响。

在合作创新方面，佐治亚理工学院—埃默里大学生物医学工程系具有独特的世界级跨校学习与科研资源。生物医学工程系有本科、硕士、博士学位项目。本科学位项目是生物医药工程。[20]硕士学位项目包括生物医药工程、生物医药创新与发展、机器人科学。[21]博士学位项目包括佐治亚理工学院—埃默里大学生物医药工程联合项目、佐治亚理工学院—埃默里大学—北京大学生物医药工程联合项目。交叉学科项目包括五个方向：生物工程、生物信息、计算科学、机器学习、机器人。[22]本科和硕士课程由佐治亚理工学院管理。学生通过佐治亚理工学院申请入学资格，在佐治亚理工学院上课，并由佐治亚理工学院授予学位。佐治亚理工学院和埃默里大学生物医学工程博士项目的学生通过佐治亚理工学院申请入学，在佐治亚理工学院和埃默里大学上课，并获得两所大学的学位。佐治亚理工学院、埃默里大学和北京大学生物医学工程博士项目的学生通过佐治亚理工学院或北京大学申请入学，他们在这三所大学上课并获得学位。此外，库尔特生物医学工程系所有学生都有机会在三所学校中的任何一所学校进行研究。[23]

在模式创新方面，佐治亚理工学院—埃默里大学生物医学工程系注重在教学模式上融入学习科学原理，全面采用基于问题的教学方式。生物医学工程教育者面临的一个挑战是如何平衡广泛的基础知识学习与生物工程师所需的分析性、深入的问题解决能力的培养，因为适应、创新、获取和整合相关信息等能力无法在讲座中学习。生物医学工程系在人才培养方面最突出的特色是生物医学工程借鉴了许多传统学科（包括生物技术和临床医学）的教学方式，同时结合丰富的教学实证研究结论[24]，在教学过程中有意识地融合了多种学习科学原则，提高教学效果。生物医学工程系采用的典型教学方式包括认知学徒制（cognitive apprenticeship）[25]，基于问题的学习（problem based learning），解决问题工作室方法（problem-solving studio）[26]等。目前，基于问题的学习是生物医学工程系生物医学研究生课程的关键组成部分，而且正将这种方法引入本科课程。[27]

在项目成效和推广方面，生物医学工程专业的本科生项目与研究生项目在2021年《美国新闻与世界报道》大学排行榜中均排名全美第二，被认为是美国最好的生物医药工程专业之一。目前佐治亚理工学院—埃默里大学生物医学工程系是全美最大的生物医学工程（BME）院系，有1469名学生和68名教员。截至2021年8月，生物医学工程系开设的生物医药工程顶石项目（BME Capstone）已孵化12家初创企业，获得17个奖项，注册60件专利。[28]

（四）斯坦福大学设计学院：无边界跨学科多元设计思维培养模式

斯坦福大学哈素·普拉特纳设计学院（Hasso Plattner Institute of Design）创立于2004年，是一所全球知名的设计学院，其主要创始人为斯坦福大学机械工程教授、美国工程院院士大卫·M.凯利（David M. Kelley）。设计学院的使命是将设计用于工作，将商业、法律、医学、社会科学和人文科学融入更传统的工程和产品设计教育。在教育创新上，该学院以整个设计领域的方法为基础，创造学习经验，帮助人们释放创造潜力，并将其应用于世界。