1、1教 育 部 科 学 技 术 委 员 会专家建议第 5 期(总第 67 期)科技委秘书处编 2007 年 6 月 16 日改革工程教育 培育创新人才以桥梁工程为例项海帆 院士教育部科技委工程技术一部主任同济大学【摘要】通过分析我国工程教育现状，指出工科院校的分层体制和定位，工科院校教师的职责，以及工科教学大纲和教材中存在的问题，以桥梁工程为例，明确了现代工程教育的理念和真谛，并指出中国桥梁在创新、质量和美学方面的不足正是中国工程教育的缺陷所造成的，建议从工2程教育的改革入手，努力跟上国际现代工程教育的步伐，即：加强桥梁技术发展史的教育；加强创新理念和方法的教育；加强国际化的教育；加强理论和实践
2、相结合的教育。一、引言工程活动是人类存在和发展的基础。古代的工程建造，如埃及的金字塔( 前 2500 年) 和中国的都江堰水利工程( 前 300 年) ，主要是基于个人经验和智慧；而现代工程则更多地依赖科学和技术。1747 年巴黎建立的路桥学校(Ecole des Ponts et Chaussee)是近代高等工程学校的先声。此后，欧洲各国纷纷仿效，特别是在十八世纪英国工业革命后，蒸汽机(1782)、机车(1812)和铁路(1822)的相继问世，以及十九世纪 70 年代电机的发明，奠定了现代大学工学院土木、机械和电机三个基本学科的格局。工程(Engineering)和工程师(Engineer)
3、 一词来源于 Engine，即发动机之意。在机器没有出现之前，该词的古意为手段、方法和技艺。英国工程师 Thomas Tredgold 在 1828 年为工程所下的最早的定义是“ 工程是一种引导自然资源的伟大力量为人类所用的艺术”。为了对“工程 ”有一个正确的理解，2004 年美国工程院工程教育委员会把“工程哲学 ”列为 当年六个研究项目之一，还专门成立了工程哲学指导委员会。2004 年 6 月在中国工程院徐匡迪院长的提议下也召开了一次工程哲学座谈会。2004 年 12 月又举办了工程哲学论坛，正式成立了工程哲学专业委员会。工程哲学的首要问题是弄清工程、科学和技术三者的相互关系。李3伯聪先生提
4、出科学技术工程三元论，他认为科学发现、技术发明和工程设计是三种不同的社会实践，科学活动的本质是反映存在，技术活动的本质是探寻变革存在的具体方法，而工程活动的本质则是创造一个世界上原本不存在的物，是超越存在和创造存在的活动。正如 20 世纪著名流体力学家 Theodore von Karman 对于科学家和工程师的区别所做的界定：“科学家致力于 发现已有的世界，而工程师则致力于创造从未有过的世界 (Scientists discover the world that exists, engineers create the world that never was) ”。工程究竟是艺术（技术）还
5、是科学？有人认为“工程是艺术和科学的桥梁”， “存在于科学、 艺术和社会的交点上” 。也有人认为：“ 工程是一种将科学转化为技术的过程”或“ 工程+ 科学 = 技术”。在中国的字典中，科学技术常连在一起作为统一的领域，为了区别于纯科学( 数、理、化、天、地、生) ，有 应用科学、工程科学和技术科学的分类，为了区别于其他非工程的应用技术(如农学、医学、 军事学等 )，又有工程技术的分类。工程具有社会性、创造性、综合性的特征。工程师所创造和建造的作品是为了造福人类、改进人民的生活，因而还具有道德制约性和全球性的意义。人 类所面临的技术和社会挑战决定着未来工程的发展趋势，现代工程教育必须面对这种挑战
6、，从最初的缺少理论的实践技术教育到强调科学基础的理论教育，最终向着工程本质所要求的方向前进。二、中国工程教育的现状近年来，中国高等教育的发展很快，在校的大学生已达到 2500 万左右，成为 世界高等教育的大国。其中工科学生的比例很高，因而也是4工程教育的大国。1、工科院校的分层体制和定位据 2006 年的统计，在全国 1867 所高校中，地方高校有 1756 所，占 94%，其中比例最大的是地方工科高校。地方高校中 1141 所为 2-3年制的大专技术学院，约占 65%，其余 615 所为本科大学，以培养本科生为主要任务，少数学科有硕士点。百余所进入“211 工程 ”的全国重点大学中， 56
7、所为设有研究生院的研究型大学，其中有 30 余所进入“985 工程 ”，成为国家重点建设的研究型大学。没有研究生院，但拥有较少国家重点学科和博士点的其他重点大学，定位为教学研究型大学，着重培养本科生和硕士生，并向研究型大学输送优秀的硕士毕业生。可见，中国高校已基本形成宝塔形的分层体制，即研究型、教学研究型、教学型和技能应用型四个层次。在56 所研究型大学中，第一批 9 所大学可谓是重点研究型大学，负有向国际一流大学( 世界前三百位)冲刺的重要使命。美国有 4000 多所高校，其中 200 余所为研究型大学。中国作为发展中国家，在 1800 余所高校中，逐步建成约 100 所研究型大学是合理的布
8、局，其余大学应正确定位，地方工科院校主要应面向本省的经济建设办学，办 出特色。 较 低层次的高校应争当各层次的一流，把大专生、本科生和硕士生培养好，不宜致力于“专升本 ”,向上一层次突破和挺进，以保持高等教育的合理结构。要避免盲目攀登，追求学校升格，造成人才比例失衡，教育质量下滑，毕业生就业困难等问题，影响经济平稳发展的大局。2、工科院校教师的职责和存在的问题按照我国高等教育法的规定，高等学校应当以培养人才为中心，开5展教学、科学研究和社会服务。培养学生的教学工作是大学的首要任务，每个大学教师都要把为学生上课作为最重要的职责。研究型大学的科学研究工作主要也应是为培养高质量的研究生的载体。然而，
9、遗憾的是，中国高校的大部分教师都没有把主要精力投入到教学工作中去，其原因是多方面的。（1）中国扩大招生的规模大、扩招速度快，学校没有准备好足够的师资和教学资源。据统计，中国大学教师中有博士学位的仅占 10%左右，许多研究型大学拥有博士学位的教师也不足半数。在地方高校中，少量有博士学位的教师大都担任行政领导，他们又热衷于从事学校升格或申请博士点的公关工作，使大部分本科教学工作落在没有高学位的教师身上。（2）中国高校年轻正教授的月工资收入大致在 23 千，而从事横向咨询可获得高额的提成，使大学教师热衷于争取工程咨询项目以提高收入。同时，中国的设计和施工企业的技术储备又不足，每做一个重大工程都要列出
10、许多科研项目寻求咨询服务。由于中国缺少象发达国家那样的专业咨询公司，这些工程咨询工作就落在中国高校教师身上，高校成了技术咨询的主力军。许多高校的科研经费中，纵向课题的经费不足三成，其中真正属于学科前沿的基础研究经费更少，绝大部分是咨询性质的横向课题。金钱的诱惑和客观的需求使高校教师的大部分精力用于低水平重复的社会服务，从而影响了教学工作和高水平的科研工作。这也是中国高校浮躁和拜金风气的缘由。（3）中国高校的“官本位 ”体制和“行政化”倾向，使不少年轻的教授稍有成绩就急于“学而 优则仕” 谋求“一官半职” ，以便容易 获取资源和挂名负责科研项目。组织部门也过早地把有学术潜质的苗子提拔到行6政岗位
11、上，使他们把主要精力消耗在“跑部钱进” 和迎来送往的应酬和公关工作中，而不能静下心来做学问和教学生，从而逐渐淡化了对教学和科研工作的志趣，也浪费了 35 岁至 50 岁最佳年龄段的宝贵年华，这是十分可惜的。3、工科教学大纲和教材中国的工科教育过去都因袭苏联的体制，按行业设校，培养行业需要的工程技术人员。改革开放以来，开始转向按学科设系，逐渐向欧美体制靠拢，形成一种混合的体制，行业的影响力继续存在。以土木工程本科专业为例，高年级时分成传统的建筑工程、桥梁工程、岩土和地下工程三个专门化进行教学，以便适应不同的行业和企业的需要。从桥梁工程课程的大纲和 2003 年 2 月新版的教材看，除了因2004
12、 年新颁布的桥梁设计规范而作了必要的修改外，教材的篇、章、节安排基本上还是因袭老教材的体系，甚至和过去的苏联教材范本并没有本质的差别。这是因为在教学理念上并没有摆脱“教会学生按规范要求进行设计” 的老框框。2006 年的国际桥协布达佩斯年会上，德国柏林工大的 Schlaich 教授发表了题为“ 对教育的挑 战概念和结构 设计” 的主旨报告。他介绍了柏林工大正在进行的土木工程教育改革，即把原来传统的按材料区别的钢结构教研室和混凝土结构教研室合并更名为“概念和结构设计”教研室，三名教授不是按传统方式分别讲授不同材料的分析计算方法和按规范的设计方法，而是面对所有材料按结构类型讲授概念和结构设计方法，
13、其中包括设计构思(conceiving) 、建模 (modelling)、尺寸拟定(dimensioning)和构造细节设计(detailing)各步 骤中的创新理念和能力的培养，即不仅教结构设计，更重要的是教会学生概念设计的能力。7总之，工程教育要走出技术教育和科学教育的阴影，通过对创新能力、全面运用新知识的能力、领导和管理能力、国际交流能力、终身学习能力等方面的全面培养，以适应快速发展的科学技术对工程提出的要求，使工程教育从原来的知识学习转向基于知识的各种能力培养。同济大学提出的“ 知识、能力、人格(KAP)三位一体的全面发展的素质教育模式”，正是为了赶上世界工程教育改革的潮流。三、现代工
14、程教育的理念和真谛前已提到，科学活动以发现为核心，技术活动以发明为核心。而现代工程则是既有科学理论指导，又有技术方法装备的一种社会活动。对于土木工程行业来说，现代土木工程的基本任务是建设和完成一个具体的工程项目，其中包含着基于新发现的科学理论的设计理念和方法，也要运用受到“ 专利” 保 护的新的技术发明，尤其是在使用新的施工装备中就包含着新的发明专利，在新的软件中也包含着新的科学理论和分析方法。可见，工程虽然不同于科学和技术，但三者是不可分的。作为现代工程教育的出发点，我们要明确科学是要明辨是非，即回答正确还是错误；而工程的解答却不是唯一的，而是优与劣、先进与落后的问题。因此，我认为：把工程和
15、科学加以区别是必要的。正如前述 Von Karman 教授所作的界定，科学家和工程师的培养目标不同，思维方式和工作模式也不同。以培养工程师为目的的工程教育( 工科教育)也应当和以培养科学家为目的的理科教育有不同的特征和方法。1、工程的价值源于创新精神在现代桥梁工程的发展史中有许多有关新体系、新构造和新工法8的首创和发明。下面列举桥梁工程的十项重大创造和发明：（1）1928 年，法国 Freyssinett 发明的预应力混凝土技术；（2）1938 年，德国 Dishinger 首创的斜拉桥；（3）1952 年，德国 Finsterwalder 首创挂篮悬浇施工工法；（4）五十年代初，德国 Leo
16、nhardt 发明了各向异性钢桥面板；（5）1956 年，德国 Leonhardt 首创斜拉桥工程控制的“倒退分析法” ，并在 Dusseldorf 北桥中首先成功应用；（6）1962 年，德国 Leonhardt 首创下层移动托架和顶推法施工技术；（7）1964 年，法国 Muller 首创用上层移动托架进行预应力混凝土预制节段拼装工法；（8）1971 年，英国 Freeman & Fox 公司首创流线形箱梁桥面和混凝土桥塔的现代悬索桥；（9）1977 年，法国 Muller 首创单索面混凝土斜拉桥；（10）1979 年，瑞士 Menn 首创连续刚构桥。以上这些创新技术已成为现代桥梁的主流，
17、在全世界大跨度桥梁建设中产生了巨大影响，发挥着重要的示范作用。然而，我们的教材中并没有详细介绍这些重大创新技术的来历，许多中国年轻一代的总工程师并不清楚他们在桥梁设计和施工中所采用的大都是发达国家在 20 世纪 5070 年代所创造和发明的。我们虽然在规模和尺度上有所超越，但在技术上并没有新的突破。这种满足于跟踪和模仿的习惯，正是中国工程教育不重视培养学生创新理念的结果。其次,我们的教育内容和方法过于保守，容易养成工程师循规蹈矩的习气，而缺少对创新精神的激励。世界著名的林同琰国际公司总裁、9美国工程院院士、中国工程院外籍院士邓文中先生将创新上升为工程师的义务，他说：“ 一位桥梁工程师如果不试图
18、在每项设计中尽可能地进行改进，那么他就没有尽到工程师应尽的义务。 ”邓文中先生还说：“创新源于提问”。第一个问是“为什么？” （Why?）这个问题给我们向因循守旧的习惯挑战的机会；第二问是“为什么不？” （Why not?）它给我们引进新的理念和突破约束的机会；第三个问是“如果 又如何？（What if?）”它使我 们必须谨慎和 稳妥，即妥善地解决因 创意而出现的新问题，使创意落到实处，而不致带来安全隐患。邓文中先生强调指出：“工程是门艺术，而不是科学，科学的目的在于发现真理，而真理是唯一的，因而科学必须严谨。工程是灵活的，是多方案的。这就提供了创造和创新的空间。 ”正因 为一项工程可以有诸多
19、的实施方案，所以工程师的职责就是要选择一种最适当的方案。因此，我们不能满足于“可行 ”，而要追求 “卓越”。总之，培养未来工程师的创新理念和能力是工程教育首要的核心任务。2、工程质量和耐久源于先进的装备前面提到的许多桥梁工法大都是发达国家在 20 世纪 5060 年代的高潮中所创立的，然而为实施这些工法的装备在过去的 50 年中又不断升级换代，增添了许多新的专利，使工法日益精确、轻便、自动控制、更少依靠人工操作，从而使工程质量更好、更加耐久，也推动了材料的不断进步。 2500 年前，中国的先哲孔子说过：“ 工欲善其事，必先利其器。”这个“器” 就是装备。要建造优质和耐久的桥梁必须依靠装备的不断
20、进步。中国施工企业的总工程师们并不十分清楚他们所使用的工法的来10由和所用装备的先进程度。由于中国的人工较便宜，他们往往还在使用落后的、需要更多人工的非自动化的装备，有时还把过时的工法误认为是“最先进的工法 ”。现代桥梁工法的趋势是：从有支架向无支架施工发展，从现场浇筑向预制装配发展，从分段分片向整体化施工发展。而施工装备则必然从小型机具向大型自动化机器人方向发展，并相应地使施工人员急剧减少，而工程质量却日益提高。看到中国重大工程的工地仍聚集着大量民工，而且采用的机具设备并不是最先进的；一些施工操作仍主要依靠人力和采用落后的工具；此外，因陋就简的支架、模板、人工振 捣、土法养 护，甚至落后的结
21、构形式等也仍被认为是最经济的；这种局面就很难保证施工质量，也不能造出耐久的桥梁。总之，提高质量观念，依靠先进的装备来控制工程质量也是工程教育的重要内容。3、桥梁工程的美学价值相对于机械、电机、化工等工程而言，土木工程的美学价值可能更为重要。我 们居住和从事活动的房屋，我们出行经过的公路和桥梁是我们生活的重要部分。为了提高生活品质必须让建筑物具有美感，和周围的环境相协调。桥梁工程不仅有交通功能，还是一个标志性建筑物。作为百年大计的桥梁设计者必须提高美学修养，使人民在长期使用中得到美的享受，发出一声赞叹，成为他们生活中的一份价值。意大利文艺复兴时期的 Alberti 将美定义为“各部分的和谐统一”
22、 ，可见美的要义是比例、平衡和和谐的统一。即呈现出比例美、平衡美、和谐美和统一美，如果再加上创新美和造型美，这样，充分考虑美学设11计的桥梁将不仅具有交通功能，而且还是一个十分完美的艺术作品。遗憾的是，在中国大桥的建设中，由于过分追求跨度的超越，误以为跨度第一，跨度之最就是突破，就是创新，就是“ 壮美”。很小的通航要求也要建造超大跨度桥梁，其结果反而造成比例失调从而失去了比例美；或者花费成倍的代价做一些怪异的、受力不合理的、难以施工的和过分装饰的桥梁，完全背离了安全、实用、经济和美观的原则。美观不是靠多花钱，而寻找比例、平衡和和谐正是趋向最合理的受力、最经济的结构和最方便的施工，并且也能获得最
23、美丽的桥梁。桥梁工程师应当具有美学素质，在设计中创造出美的桥梁。在工程教育中，美学教育应当给予重视，使未来的工程师树立正确的审美观和掌握美学设计的正确方法。四工程教育改革的几点建议 2006 年 1 月的全国科技大会号召建设“创新型国家” ，这是一项需要几代人为之奋斗的艰难历程。我国的 GDP 总量虽已名列前茅，但按人均计算仍在 100 名之外。因此，任重而道远，我们必须克服自满和浮躁情绪，做耐心和不懈的努力。中国的出路在创新,而要进行自主创新就必须树立三个“气” ：即不甘落后的骨气、为国争光的志气和敢于和外国同行竞争的勇气。2003 年，在交通部第一届公路高层论坛上，我以“ 中国桥梁建设的成
24、就和不足” 为题，回顾了改革开放以来中国 桥梁界所取得的令世人瞩目的成就，同时也指出了“ 创新、质量和美学 ”三方面的不足 。从前述的现代工程教育的理念和真谛中可以看出，中国桥梁在创新、质量和美学方面的不足正是中国工程教育的缺陷所造成的，我作为大学教师感12到有不可推卸的责任，需要我们从工程教育的改革入手，努力跟上国际现代工程教育的步伐。为此建议以下几点：1、加强桥梁技术发展史的教育“了解历史才能 创造未来 ”。在教材中增加 现代桥梁工程主要技术创新的介绍， 让年轻一代工程师了解当前所采用的主要体系、结构、计算理论、设计 方法、材料、施工工法和装 备的来 历和升级换代的进步历程。学会对 原创者
25、的尊重和崇敬， “以创新论英雄 ”，而不是满足于规模、尺度和速度的超越，因为用落后的技术也可以建成今日的新桥，甚至破记录的大桥。2、加强创新理念和方法的教育认清科学和工程在哲学上的区别，编写有关“桥梁概念设计” 的新教材，培养未来工程师的创新理念和美学素质。同时，对国内外的桥梁进行案例分析和对比，使我们看清差距、认识不足，从而提高通过创新实现超越的决心和勇气。要让年青一代知道，只有创新的设计和施工技术才能获得外国同行的尊重，才有中国桥梁的国际地位。3、加强国际化的教育当今的全球化经济的发展趋势，使重大工程必须向全球工程界开放。中国桥 梁的创新成果也必须到国际舞台上交流才能得到承认。要参与国际竞
26、争（设计竞赛和工程竞标）就要提高国际活动能力。中国的工程教育必须加强国际化的努力，培养学生的外语能力和对国外技术发展动态的关注，和国际接轨。4、加强理论和实践相结合的教育高校的教师有较丰富的工程理论知识，而企业的工程师则有丰富的工程设计和施工实践经验，加强两者的结合是切实提高教育质量的13重要途径。高校要经常邀请有经验的工程师来校为学生讲课，高校的教授们也可组织一些讲座来提高工程师的理论水平。双方可在重大工程中合作，联合发表总结性的文章，积极参加重要国际会议，在创新理念上相互切磋，共同提高。大学的教材，尤其是概念设计的教材一定要邀请企业总工程师合作编写，为改革工程教育，培育创新人才而共同努力。
27、主要参考文献1 L. Bucciarelli 著：Engineering Philosophy, 20032 杜澄、李伯 聪 主编：工程研究 第 1 卷，2004.103 尹德 蓝 ：邓文中与桥梁中国篇，2006.94 高等工程教育研究，2007.1-2 期，中国工程院教育委 员会会刊5 工程教育研究动态，2007.1-5 期，浙江大学科教 发展战略研究中心14发送：陈至立同志处，韩启德同志处，陈进玉同志处，国家科教领导小组办公室、国务院办公厅秘书三局、国家发展和改革委员会、科技部、财政部、中国科学院、中国工程院、国家自然科学基金委员会周 济、袁 贵仁、章新 胜、 赵沁平、吴启迪、陈小娅、李卫红、田淑兰、郭向远、杨周复，各相关司局教育部科学技术委员会 2007 年 6 月 16 日印
