孫剛成　左晶晶

摘要：? 國際工程教育研究是當(dāng)前的研究熱點，對其進行綜合分析，可以為我國的工程教育和新工科建設(shè)提供借鑒。通過采用文獻計量學(xué)方法，對在Web of Science數(shù)據(jù)庫中檢索到的樣本文獻進行可視化分析，發(fā)現(xiàn)21世紀(jì)國際工程教育研究熱點集中在綜合實踐能力、多維思維與實踐能力、跨學(xué)科深度整合能力、高效獲取并有效利用信息的基本素養(yǎng)和學(xué)術(shù)表達(dá)能力五個方面?；谝陨戏治龊蛯诵奈墨I的深度研究，可以確定國際工程教育目前的研究前沿主要體現(xiàn)在基于STEM教育整合的工程人才培養(yǎng)模式構(gòu)建、工程人才的核心素養(yǎng)和關(guān)鍵技能培養(yǎng)、以項目為抓手的自主合作學(xué)習(xí)與實踐探究、生態(tài)化工程教育體系建構(gòu)等四個方面。

關(guān)鍵詞：國際工程教育;STEM教育;核心素養(yǎng);人工智能;工程倫理

中圖分類號： G640

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-0717（2019）04-0030-11

收稿日期：2019-03-27

作者簡介：孫剛成（1969-），男，河南濮陽人，教育學(xué)博士，延安大學(xué)高等教育研究所副所長，教育科學(xué)學(xué)院教授，教育發(fā)展戰(zhàn)略研究中心主任，主要從事教育基本理論和高等教育研究;左晶晶，延安大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院研究生;延安，716000。

一、研究工具與數(shù)據(jù)來源

進入21世紀(jì)，第四次工業(yè)革命拉開了序幕，人類社會迎來了人工智能時代。信息技術(shù)、智能化生產(chǎn)、人機交互等科技創(chuàng)新與融合應(yīng)用，已成為新工業(yè)時代到來的顯著特征，它們從各行各業(yè)、各個方面滲透并影響人們的工作、生活與學(xué)習(xí)，為人類生活帶來了前所未有的便利。然而，工業(yè)化與全球化進程也危機重重，如環(huán)境惡化、信息泄露、基因編輯、資源枯竭、可持續(xù)發(fā)展等問題接踵而至。為迎接挑戰(zhàn)，世界工程教育正在進行改革，如德國的“工業(yè)4.0”、美國的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略”、法國的“新工業(yè)法國”、日本的“日本再興戰(zhàn)略”，以及中國的“中國制造2025”等一系列戰(zhàn)略部署均對工程教育發(fā)展做出了安排。

Web of Science（以下簡稱“WOS”）作為集合多學(xué)科專業(yè)期刊的大型引文索引數(shù)據(jù)庫，具有高學(xué)術(shù)性和高影響力特征。因此，本文以Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫所收錄的2000～2018年期間的工程教育研究文獻數(shù)據(jù)為樣本，采用標(biāo)題詞檢索法，檢索標(biāo)題為“Engineering Education”，檢索時間段范圍為2000～2018年，文獻類型選擇“論文”（article），獲得用于分析的文獻數(shù)據(jù)共1 457篇（詳見圖1）。由圖1可見，自21世紀(jì)以來，雖然國際上對工程教育的研究有所波動，但是整體發(fā)展呈現(xiàn)上升的趨勢。

在樣本文獻確定之后，本文借助Cite Space軟件繪制可視化科學(xué)知識圖譜，揭示21世紀(jì)國際工程教育研究的動態(tài)、熱點與前沿，以期為國內(nèi)學(xué)者在該領(lǐng)域的研究提供理論參考，并為中國打贏科技攻堅戰(zhàn)、建好新工科、邁向工程教育強國提供決策參考。

二、21世紀(jì)國際工程教育研究的動態(tài)

（一）核心作者統(tǒng)計

為了更加直觀地了解21世紀(jì)國際工程教育領(lǐng)域核心作者科研能力和團隊分布情況，筆者通過對該領(lǐng)域作者發(fā)文情況進行統(tǒng)計，列出了發(fā)文量大于等于5篇的11位作者，合計68篇，約占有效樣本總數(shù)的4.67%。其中，弗吉尼亞理工大學(xué)工程教育系副教授Borrego Maura共發(fā)文14篇，是該領(lǐng)域目前發(fā)文數(shù)最多的研究者。其研究方向包括工程教育學(xué)術(shù)共同體和跨學(xué)科研究生教育研究。她在2010年發(fā)表的“工程教育創(chuàng)新擴散理論研究：基于美國工程部門的創(chuàng)新意識和采用率調(diào)查”是其被引頻次最高的文章，被引129次;Kacey Beddoes是普渡大學(xué)工程教育學(xué)院的博士后，共發(fā)表相關(guān)文章8篇，其在2014年與Mary Besterfield-Sacre等人合作發(fā)表的“改變工程教育：基于美國教職工、教授和院長的看法”是其被引頻次最高的一篇文獻，被引25次;Jacek Uziak是博茨瓦納大學(xué)機械工程系的副教授，他專門研究機器和機械原理并教授這方面的課程，當(dāng)前的研究興趣主要是工程教育，共發(fā)表相關(guān)文章6篇，被引頻次最高的一篇文章為“電子表格：遠(yuǎn)程教育在工程教育中的理想工具”，被引4次;其他作者發(fā)文量皆為5篇，其中，Chen Wei Fan和Fang Ning是中國在國際工程教育領(lǐng)域具有代表性的作者。

圖2呈現(xiàn)了21世紀(jì)國際工程教育研究領(lǐng)域作者的合作情況。從中可以發(fā)現(xiàn)，該領(lǐng)域獨立作者較多，如發(fā)文量分別為5篇的Strobel Johannes，F(xiàn)ang Ning，Stefanovic Miladin以及Alejandra J.Magana等;合作團體偏少，其中兩兩合作的有7組，如Kolmos Anette和Zhou Chun fang，Murphy Cynthia F.和Allenby Braden等;2人以上的團體合作有一組，其是以高產(chǎn)作者為核心組成的研究團隊，如以Borrego Maura為核心的包括Beddoes Kacey，F(xiàn)inelli Cynthia J，F(xiàn)royd Jeffrey E.和Foster Margaret J.等作者組成的合作團體。綜上，獨立和兩兩合作的小團體相對較多，兩人以上的較大合作團隊偏少。

（二）被引期刊分布

高被引期刊通常被認(rèn)為是發(fā)表高水平、高質(zhì)量文獻的出版物，對其進行統(tǒng)計分析能夠有目標(biāo)地對該領(lǐng)域進行跟蹤研究。表2呈現(xiàn)了單篇最高被引量大于50次的11個來源出版物的相關(guān)信息。11個期刊刊文量為619篇，占有效樣本文獻的42.50%。其中，單篇被引頻次最高的期刊是J ENG EDUC（工程教育雜志），單篇最高被引為414次，刊載量45篇，占有效樣本文獻的3.09%;刊載量最多的期刊是INT J ENG EDUC（國際工程教育雜志），共刊載了327篇工程教育的文章，占有效樣本文獻的22.44%，單篇最高被引為335次;IEEE T EDUC（國際電器和電子工程師學(xué)會教育會刊）是中心性最高的期刊，共刊載了27篇工程教育的文章，占有效樣本文獻的1.85%，單篇最高被引為161次。此外，從表2中還可以發(fā)現(xiàn)，該領(lǐng)域最高被引頻次和最高刊載量的文章都集中發(fā)表在工程教育專業(yè)期刊上，即使有部分文章刊登在其他領(lǐng)域期刊上也大多與工程或者教育相關(guān)。可見，目前在工程教育領(lǐng)域，國際上已經(jīng)形成了能夠集中體現(xiàn)國際工程教育研究成果的核心期刊。

（三）主要研究機構(gòu)分布

對某一領(lǐng)域作者發(fā)文機構(gòu)進行統(tǒng)計分析，有利于了解團隊分布和科研實力情況。表3列舉了發(fā)文量大于10篇的15所研究機構(gòu)，其中12所研究機構(gòu)來自美國，占所選機構(gòu)總數(shù)的80%，其余三所機構(gòu)分別來自西班牙、以色列和丹麥。從研究成果的數(shù)量及影響力來看，成果較多且影響力高的研究機構(gòu)依次是普渡大學(xué)、賓夕法尼亞州立大學(xué)、弗吉尼亞理工大學(xué)以及馬德里理工大學(xué)。其中，普渡大學(xué)是聞名遐邇的老牌理工科高校，其工程教育發(fā)展在國際上位列頂尖，被譽為“工程界之翹楚”，培養(yǎng)了22位美國工程院院士，是培養(yǎng)美國工程師最多的學(xué)校之一;賓夕法尼亞州立大學(xué)是美國大學(xué)工程學(xué)專業(yè)的發(fā)源地，被譽為“工程師的搖籃”;弗吉尼亞理工大學(xué)是一所以工科為主的特高研究型大學(xué)（卡內(nèi)基教育基金會分類），是全美實力最強的四大理工學(xué)院之一;馬德里理工大學(xué)是西班牙一所頂級理工大學(xué)，其以工程科學(xué)聞名世界。除此之外，佐治亞理工學(xué)院、密歇根大學(xué)、華盛頓大學(xué)以及斯坦福大學(xué)等在工程教育研究上也皆具有很大的影響力。

從21世紀(jì)國際工程教育機構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)來看（詳見圖3），普渡大學(xué)、馬德里理工大學(xué)以及賓夕法尼亞州立大學(xué)是發(fā)文量較多且中心性較大的關(guān)鍵節(jié)點，是該領(lǐng)域最主要的研究機構(gòu)。同時，通過圖3還可以發(fā)現(xiàn)，國際工程教育領(lǐng)域機構(gòu)間合作較為密切，合作網(wǎng)絡(luò)錯綜復(fù)雜，尤其是以美國為代表，研究機構(gòu)間已經(jīng)形成了多個較大的合作網(wǎng)絡(luò)組織，如以普渡大學(xué)為核心的凝聚子群、以賓夕法尼亞州立大學(xué)為核心的凝聚子群、以弗吉尼亞理工大學(xué)為核心的凝聚子群等。各機構(gòu)間構(gòu)成強大的合作網(wǎng)絡(luò)是美國能夠培養(yǎng)出大量的世界級優(yōu)秀工程師的重要原因。此外，還有一些大學(xué)有其單獨的研究團隊，如馬德里理工大學(xué)、馬德里科技大學(xué)以及斯塔赫州立大學(xué)等。

（四）國家和地區(qū)發(fā)文量統(tǒng)計

在國家（地區(qū)）發(fā)文量方面，文章選取了發(fā)文量大于30篇的11個國家（地區(qū)）做重點分析（詳見表4）。從中可以發(fā)現(xiàn)，排名前11位的國家發(fā)文量共計1 053篇，占總量的72.28%。其中，美洲（美國、加拿大、巴西）工程教育的發(fā)展遙遙領(lǐng)先，歐洲（西班牙、英國、德國、荷蘭）緊隨其后，亞洲（土耳其、中國、印度）奮起直追。美國工程教育發(fā)展“一家獨大”，發(fā)文量占總文獻的35.83%，累計發(fā)文522篇，中心性0.64，單篇最高被引頻次為457次，在國際工程教育領(lǐng)域具有不可動搖的地位，這與美國的綜合實力以及對工程教育的大量投入密切相關(guān)。西班牙是除美國之外在發(fā)文量（126篇）和中心性（0.24）上皆位列第二的國家，可見，該國的工程教育實力不容小覷。荷蘭雖然發(fā)文量只有31篇，但是文章質(zhì)量較高，是除美國之外被引頻次最高的國家（最高被引頻次為164次）。與歐美國家在工程教育上的發(fā)展相比，我國的工程教育研究發(fā)展與之還存在一定的差距（發(fā)文量47篇，中心性0.07，最高被引頻次29次）。但是，在主動應(yīng)對國際競爭和國內(nèi)新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革、支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、以及“中國制造2025”等一系列國家戰(zhàn)略發(fā)展背景下，我國提出的“新工科”將會全力探索形成領(lǐng)跑全球工程教育的中國模式、中國經(jīng)驗，助力高等教育強國建設(shè)。

三、21世紀(jì)國際工程教育研究的熱點

期刊文獻關(guān)鍵詞作為文獻內(nèi)容的精髓與核心，能夠揭示研究主題并體現(xiàn)某一研究領(lǐng)域的總體特征和研究熱點。通過文獻計量數(shù)據(jù)統(tǒng)計及可視化知識圖譜結(jié)果顯示，工程教育（engineering education）、教育（Education）、設(shè)計（design）、學(xué)生（student）、科學(xué)（science）、工程（engineering）、系統(tǒng)（system）、課程（curriculum）、技術(shù)（technology）、創(chuàng)新（innovation）等關(guān)鍵詞的排序比較靠前。與此同時，為了進一步分析高頻關(guān)鍵詞間的親疏關(guān)系，有效挖掘潛在信息，揭示目前世界范圍內(nèi)工程教育研究的主題和熱點，研究結(jié)合關(guān)鍵詞聚類圖譜（詳見圖4），發(fā)現(xiàn)當(dāng)前世界范圍內(nèi)工程教育研究的熱點主要集中在以下幾個方面：

（一）綜合實踐能力

在競爭激烈的21世紀(jì)國際社會中，世界各國對工程人才的能力要求更加綜合化，除了必要的專業(yè)工程知識之外，“全球化視角”“領(lǐng)導(dǎo)力”“環(huán)境素養(yǎng)”及“可持續(xù)”等許多其他特征也成為評估工程人才的重要屬性。實際上的工程實踐是一個與設(shè)計解決方案相碰撞的溝通、團隊和多領(lǐng)域協(xié)同活動過程，也是一個工程科學(xué)基礎(chǔ)形成和工程設(shè)計與制造得以落實的活動過程[1]，說明新的工程實踐中需要具備良好的溝通素養(yǎng)和團隊合作與跨領(lǐng)域協(xié)同能力。美國國家工程學(xué)院《培育2020年的工程師：適應(yīng)新世紀(jì)的工程教育》中表示，工程畢業(yè)生應(yīng)具備的綜合實踐能力包括：分析能力、創(chuàng)造力、獨創(chuàng)性、專業(yè)精神等[2]。此外，隨著職業(yè)挑戰(zhàn)變得更加復(fù)雜，問題需要創(chuàng)造性地、相互依存地解決，這就需要培養(yǎng)勞動力新的技能。一些實證研究發(fā)現(xiàn)，在21世紀(jì)的工程實踐中，領(lǐng)導(dǎo)能力和合作能力在工作場所中比任何時候都更加關(guān)鍵[3]，而且以溝通、團隊合作、文化意識和道德為核心的領(lǐng)導(dǎo)力越來越成為工程人才需求的關(guān)鍵能力[4]。與此同時，為了使各種工程實踐有一個強大的理論支撐，有研究者提出了一種構(gòu)建工程和科學(xué)教育經(jīng)驗的方法——工程認(rèn)知實踐，將其分為社會環(huán)境中的工程、使用數(shù)據(jù)和證據(jù)進行決策、運用工具和策略解決問題以及通過創(chuàng)新和創(chuàng)造力尋找方案四大類[5]。

（二）多維思維與實踐能力

多維思維是一種特殊的高級思維形態(tài)，屬于創(chuàng)造性思維范疇，培養(yǎng)多維思維能力是發(fā)展個體創(chuàng)造性素質(zhì)的有效途徑。因此，探尋多維思維途徑、培養(yǎng)多維思維能力成為21世紀(jì)國際工程教育人才培養(yǎng)的重中之重。其中，設(shè)計教育作為多維思維與創(chuàng)新思維的培育途徑之一，不但是過去一百年工程教育發(fā)展的重要轉(zhuǎn)變之一，而且在當(dāng)下工程教育發(fā)展中仍然非常重要[6]。對此，新加坡科技與設(shè)計大學(xué)（SUTD）通過研究表明，學(xué)生可以在生物機器人設(shè)計、交互式音樂電路設(shè)計和自動牛奶輸送等設(shè)計中，通過將問題澄清、概念生成和原型設(shè)計與主題內(nèi)容結(jié)合的方式學(xué)習(xí)工程知識，發(fā)展多維思維能力[7]。此外，學(xué)生或工程技術(shù)人員可以增加工程專業(yè)的信息化資源，在可視化的情況下進行工程作業(yè)。如：三維幾何模型所允許的交互作用可以結(jié)束傳統(tǒng)學(xué)術(shù)教學(xué)中經(jīng)常出現(xiàn)的被動學(xué)習(xí)態(tài)度;虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）可以作為3D建模的補充，使各個利益相關(guān)者之間在培訓(xùn)、教育或職業(yè)實踐中進行更深入的溝通[8];四維模型正被用于改善施工項目的多個階段和領(lǐng)域的生產(chǎn)、分析、設(shè)計管理和施工信息等[9]。以上方式都可以用來促進學(xué)習(xí)者或工程技術(shù)人員多維思維能力與實踐的發(fā)展。

（三）跨學(xué)科深度整合能力

工程教育的主要問題是如何應(yīng)用包括科學(xué)、技術(shù)、經(jīng)濟、法律、社會或文化等方面的背景意識，增強工程技術(shù)人員理解跨學(xué)科行動、問題、解決辦法以及預(yù)知后果的能力。工程教育已經(jīng)在不同程度上涉及多學(xué)科與工程過程和實踐有關(guān)的具體學(xué)科問題。因此，跨學(xué)科整合勢在必行。與多學(xué)科合作不同的是，跨學(xué)科合作可以通過多學(xué)科方法或真正的跨學(xué)科方法來實施。在多學(xué)科的研究方法中，協(xié)作者在利用自己的專業(yè)知識解決完某個具體問題后，繼續(xù)他（她）自己的研究軌跡，不受合作經(jīng)驗的影響。相比之下，在真正的跨學(xué)科協(xié)作研究和實踐中，協(xié)作者不是為解決方案提供單獨的研究與實踐部分，而是密切合作，將各自學(xué)科的知識結(jié)合起來，為解決方案而協(xié)同努力，并形成集合力或集合體[10]。在某種程度上，這不但有助于發(fā)展學(xué)習(xí)者的高階思維能力，還能夠有效提高團隊合作能力，促進學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動機。但是，跨學(xué)科本身存在學(xué)科之間較難平衡以及難以教授的困難。對此，有研究者通過實踐開發(fā)了一門綜合科學(xué)與工程的跨學(xué)科課程，由擁有不同學(xué)術(shù)背景的學(xué)生組成團隊，并推行“小先生制”，旨在將學(xué)到的知識教授給其他同學(xué)，從而在一定程度上達(dá)到解決跨學(xué)科教授困難的目的[11]。除此之外，還有學(xué)者提出用“嵌入式方法”（即在實際工程課程中納入一個組成部分或模塊的方式來整合學(xué)科）來培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的跨學(xué)科深度整合能力。而對于跨學(xué)科的評價，Maura Borrego則提出通過系統(tǒng)評價的方法使現(xiàn)有的系統(tǒng)評審資源適用于工程教育和其他發(fā)展中的跨學(xué)科領(lǐng)域，從而促進學(xué)科整合[12]。

（四）高效獲取并有效利用信息的基本素養(yǎng)

培養(yǎng)個體形成良好的信息獲取與有效利用技能是信息素養(yǎng)的核心要素。早在1989年，美國圖書館協(xié)會（ALA）就概述了信息素養(yǎng)的定義和教學(xué)信息素養(yǎng)技能的重要性[13]，為之后的學(xué)院和圖書館協(xié)會制定的第一套標(biāo)準(zhǔn)提供了基礎(chǔ)。該標(biāo)準(zhǔn)主要分為確定信息需求、高效地獲取信息、評價信息及其來源、有效利用信息以及有道德地使用信息五個方面[14]。信息素養(yǎng)（包括專業(yè)使用和信息管理）作為專業(yè)工程師第一階段能力標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵要素之一，對工程學(xué)生能力發(fā)展非常重要[15]。在工程領(lǐng)域，信息素養(yǎng)技能主要集中體現(xiàn)在信息獲取、有效利用信息促進工程設(shè)計和工程實踐過程中，學(xué)生需要了解如何整合、學(xué)習(xí)并利用包括行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、專利、市場信息、文獻以及可靠的網(wǎng)絡(luò)資源等在內(nèi)的多元化信息資源[16]。研究表明，信息素養(yǎng)教學(xué)能夠提高學(xué)生研究的質(zhì)量，主要體現(xiàn)在提供深入和基于證據(jù)的研究報告，確定所發(fā)現(xiàn)資料的可靠性、準(zhǔn)確性、有效性、權(quán)威性、及時性、偏差性以及適當(dāng)性，成為資訊市場的貢獻者，理性道德地使用資訊以及獲得終身學(xué)習(xí)的能力[17]。同時，根據(jù)2015年新的ACRL框架，信息素養(yǎng)習(xí)得能夠賦予個人、組織和社會力量，并使之實現(xiàn)有效轉(zhuǎn)型[18]。對此，越來越多的大學(xué)和工程項目將信息素養(yǎng)納入課程，使其在滿足市場對人才培養(yǎng)技能要求的同時，也提高了學(xué)生成為終身學(xué)習(xí)者的潛能[17]。

（五）學(xué)術(shù)表達(dá)能力

在STEM和STEAM教育熱潮下，STREAM（科學(xué)、技術(shù)、讀/寫、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)）教育應(yīng)運而生。事實上，強調(diào)讀寫能力是科學(xué)、工程和技術(shù)教育的重要組成部分，目的是使專業(yè)人士能夠勝任撰寫報告、實驗材料以及與人交流的需要。在支持越來越多的國際學(xué)生有效運用英語進行工程技術(shù)交流時，支持學(xué)術(shù)寫作能力發(fā)展以便實現(xiàn)更加廣泛的工程技術(shù)創(chuàng)新交流變得越來越重要[19]。同時，在專業(yè)領(lǐng)域和外行領(lǐng)域進行有效的口頭和書面交流，也是學(xué)術(shù)和專業(yè)發(fā)展的重點[20]。研究表明，寫作不僅是學(xué)術(shù)界日常工作中的一項重要活動，而且是評價學(xué)術(shù)人員職業(yè)能力的一種手段[21]。然而，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，38%的工程專業(yè)畢業(yè)生認(rèn)為溝通和寫作技能是他們職業(yè)中最重要的因素之一，但這也是他們覺得準(zhǔn)備不足的領(lǐng)域[22]。為了使學(xué)生能夠適應(yīng)學(xué)科規(guī)范和學(xué)術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，有研究者呼吁，在高等工程教育中將包括學(xué)術(shù)寫作在內(nèi)的核心技能納入具有挑戰(zhàn)性的課程之中，旨在使學(xué)生在本科期間就獲得書面溝通及寫作能力[23]。埃爾頓（Elton）認(rèn)為，學(xué)術(shù)寫作的學(xué)科規(guī)則往往是默認(rèn)的，成功的技能發(fā)展依賴于學(xué)科專家和寫作專家的意見[24]。當(dāng)教師對學(xué)生的工作提出反饋質(zhì)疑時，學(xué)生的工作質(zhì)量可能會得到提高[25]。在培養(yǎng)學(xué)生學(xué)術(shù)表達(dá)能力時，除了配備專業(yè)教師進行教授、指導(dǎo)之外，還可以通過在線反饋、同行評審、協(xié)作等方式來滿足工程人員學(xué)術(shù)表達(dá)能力的培養(yǎng)需求。

四、21世紀(jì)國際工程教育研究前沿

Cite Space軟件開發(fā)者陳超美認(rèn)為，一組突現(xiàn)的研究概念和潛在的研究概念可以用來反映某一學(xué)科領(lǐng)域的研究前沿和未來發(fā)展趨勢[26]。打開Cite Space，進行設(shè)置調(diào)節(jié)，得到21世紀(jì)國際工程教育研究前沿知識圖表（見表5），以2000～2018年的數(shù)據(jù)作為樣本，在二次閱讀文獻基礎(chǔ)上，結(jié)合突現(xiàn)詞可以探測到其研究前沿主要集中在以下四個方面。

（一）工程教育發(fā)展的策略：基于STEM教育整合的工程人才培養(yǎng)模式構(gòu)建

由表5可知，序號1、7、9、19、24所列國際工程教育突現(xiàn)詞可以反映STEM教育戰(zhàn)略發(fā)展的重要性;同時，通過以上突現(xiàn)詞的時間跨度可知STEM教育將持續(xù)成為國際工程教育研究的前沿與趨勢。STEM教育起源于美國，是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）的簡稱，旨在強調(diào)多學(xué)科交叉融合。21世紀(jì)以來，美國聯(lián)邦政府對STEM教育在政策上進行了大力支持，如2006年出臺的《美國競爭力計劃》、2010年出臺的《準(zhǔn)備與激勵：為美國的未來實施K12年級的STEM教育》、2012年出臺的《致力超越：再培養(yǎng)百萬名STEM領(lǐng)域大學(xué)畢業(yè)生》、2014年出臺的《K-12年級STEM整合教育：現(xiàn)狀、前景和研究議程》、2015年頒布的《STEM教育法案》以及2016年出臺的《STEM2026：STEM教育創(chuàng)新愿景》等，皆體現(xiàn)了STEM教育發(fā)展的重要性。其作為國際工程教育發(fā)展的前沿，體現(xiàn)了跨學(xué)科、跨領(lǐng)域、整合綜合能力與思維品質(zhì)的培養(yǎng)導(dǎo)向，以及國際社會對綜合型工程人才發(fā)展的需求?？v觀國內(nèi)，STEM教育雖然尚未成熟和系統(tǒng)化，但是在一些發(fā)達(dá)城市已經(jīng)開始進行探索實踐，且國內(nèi)學(xué)者對STEM教育的研究也逐年增多，可以將其與當(dāng)下備受關(guān)注的新工科建設(shè)進行結(jié)合，構(gòu)建人才培養(yǎng)新模式，探索工程教育理論和實踐新視角。

（二）工程人才培養(yǎng)的目標(biāo)：工程人才核心素養(yǎng)+關(guān)鍵技能培養(yǎng)

由表5可知，序號4、12、14、16、21所列國際工程教育發(fā)展突現(xiàn)詞體現(xiàn)了工程人才培養(yǎng)的關(guān)鍵技能和核心素養(yǎng)培養(yǎng)方向。美國21世紀(jì)核心素養(yǎng)包含“學(xué)習(xí)與創(chuàng)新技能”“信息、媒介與技術(shù)素養(yǎng)”“生活與職業(yè)素養(yǎng)”三方面，21世紀(jì)技能則在3Rs（閱讀、寫作、計算）基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)向了4Cs（交流、合作、批判性思考、創(chuàng)造力）[27];日本21世紀(jì)核心素養(yǎng)包含基礎(chǔ)素養(yǎng)、認(rèn)知素養(yǎng)與社會素養(yǎng)三方面，21世紀(jì)技能則包含思維能力（核心）、基礎(chǔ)能力以及實踐能力[28];新加坡21世紀(jì)核心素養(yǎng)以培養(yǎng)充滿自信的人、能主動學(xué)習(xí)的人、積極奉獻的人以及心系祖國的公民為目標(biāo)，包含核心價值、社交與情緒管理技能（自我意識、自我管理、社會意識、負(fù)責(zé)任的決策、人際關(guān)系管理）以及新的21世紀(jì)技能（批判性、創(chuàng)新性思維，交流、合作和信息技能，公民素養(yǎng)、全球意識和跨文化交流技能）[29];中國21世紀(jì)核心素養(yǎng)以培養(yǎng)“全面發(fā)展的人”為核心，包含文化基礎(chǔ)、自主發(fā)展、社會參與三個方面，綜合表現(xiàn)為人文底蘊、科學(xué)精神、學(xué)會學(xué)習(xí)、健康生活、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、實踐創(chuàng)新6大素養(yǎng)，著重發(fā)展認(rèn)知能力、合作能力、創(chuàng)新能力以及職業(yè)能力四大關(guān)鍵技能[30]。綜上不難發(fā)現(xiàn)，各個國家關(guān)于21世紀(jì)核心素養(yǎng)和關(guān)鍵技能的制定大同小異。因此，對于工程教育發(fā)展而言，培養(yǎng)滿足國際社會發(fā)展要求的具備21世紀(jì)核心素養(yǎng)和關(guān)鍵能力的工程人才將是工程教育與人才培養(yǎng)不斷追求的目標(biāo)與方向。

（三）工程教育教學(xué)的方式：以項目為抓手的自主合作學(xué)習(xí)與實踐探究

由表5可知，序號10、20、21所列國際工程教育發(fā)展突現(xiàn)詞體現(xiàn)了以項目為抓手的自主合作學(xué)習(xí)與實踐探究工程教育教學(xué)方式。其主要強調(diào)在國際工程教育教學(xué)發(fā)展中基于工程項目、工程實踐、工程經(jīng)驗進行教學(xué)，以及形成以人工智能+工程教育的教學(xué)模式?；陧椖窟M行教學(xué)能夠提供足夠的挑戰(zhàn)，幫助學(xué)生走出舒適區(qū)，有充分的機會練習(xí)技術(shù)技能和非技術(shù)技能，最大限度地提高學(xué)生工程學(xué)習(xí)的能力;基于工程實踐進行教學(xué)能夠使學(xué)習(xí)者有針對性地將問題與課程相聯(lián)系，提高學(xué)生知識獲取、反思和實踐的工程能力;經(jīng)驗式學(xué)習(xí)理論通常被稱為科爾布（Kolb）理論，其包含具體經(jīng)驗（CE）、反思觀察（RO）、抽象概念（AC）和主動實驗（AE），即要求學(xué)習(xí)者在體驗過程中將自動化集成到邏輯健全的理論中（AC），且具備使用這些理論來做出決策和解決問題（AE）的能力，其作為一種超越傳統(tǒng)課堂教學(xué)的方法，有利于學(xué)習(xí)者從直接經(jīng)驗中分離出抽象的概念進行實踐探究與合作探究[31];作為當(dāng)下受到國際社會廣泛關(guān)注的人工智能，聯(lián)合國教科文組織和布羅孚圖盧（ProFuturo）在2019年移動學(xué)習(xí)周期間發(fā)布的《教育中的人工智能：可持續(xù)發(fā)展的機遇和挑戰(zhàn)》工作報告，就人工智能對學(xué)習(xí)成果、受教育機會和教師支持的影響以及公平性、包容性、師生是否做好準(zhǔn)備等問題進行了探究。而對于工程教育發(fā)展而言，如果能夠有效發(fā)揮人工智能的優(yōu)勢，將其與工程具體專業(yè)相結(jié)合，將會大大促進工程教育的進步與發(fā)展[32]。綜上可以預(yù)見，基于工程項目、工程實踐、工程經(jīng)驗以及人工智能+工程教育的教學(xué)模式將是國際工程教育教學(xué)發(fā)展的重要方向。

（四）工程教育面臨的挑戰(zhàn)：生態(tài)化工程教育體系的建構(gòu)

表5中序號5和22所列國際工程教育發(fā)展突現(xiàn)詞，以及針對這兩個突現(xiàn)詞的文獻拓展研究，共同印證了生態(tài)化工程教育體系的構(gòu)建是當(dāng)下及未來很長一段時間內(nèi)國際工程教育面臨的挑戰(zhàn)，其主要包括綠色工程、工程倫理和性別平等。在工程學(xué)中，將關(guān)于可持續(xù)性的觀念納入產(chǎn)品、過程、技術(shù)系統(tǒng)和服務(wù)，意味著將環(huán)境、經(jīng)濟和社會因素整合納入產(chǎn)品和設(shè)計的評估中，并逐步形成工程人才培養(yǎng)和工程制造體系的生態(tài)化與系統(tǒng)化。尋求可持續(xù)性設(shè)計的工程師可利用的量化工具不斷發(fā)展，但目前主要側(cè)重于自然資源保護和減少排放，可用于將可持續(xù)性的社會層面納入工程設(shè)計的量化工具很少。在工程教育中，可持續(xù)性的社會層面受到的重視不及環(huán)境和經(jīng)濟層面，因此，在某種程度上，其將會是工程教育未來發(fā)展的挑戰(zhàn)之一[33]。隨著科技社會與環(huán)境的快速發(fā)展，工程倫理問題也日益引起了人們的注意，并在工程倫理學(xué)領(lǐng)域形成了一個研究和教學(xué)領(lǐng)域且取得了重大進展，但在“教什么”以及“如何教”才能培養(yǎng)出最優(yōu)秀的倫理工程師方面仍然存在明顯的差距。對于未來國際工程教育發(fā)展而言，工程倫理教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方式也將是重要挑戰(zhàn)之一[34]。聯(lián)合國教科文組織認(rèn)為，性別平等是一項基本人權(quán)，是社會公正的一個方面，也是經(jīng)濟發(fā)展的必要條件。只有婦女和男子擁有更多的平等機會、選擇以及作為正式、平等的公民自由和有尊嚴(yán)地生活的能力，才有可能在全球、地區(qū)和地方層面實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展與和諧發(fā)展[35]。但是，由美國國家科學(xué)基金會資助的《2018年工程教育現(xiàn)狀報告：工程學(xué)位的多樣性寫照》（2018 Status Report on Engineering Education：A Snapshot of Diversity in Degrees Conferred in Engineering）顯示，工程學(xué)中男女性別差異顯著[36]。雖然當(dāng)下尚未有明確的解決措施，但基于國際社會的發(fā)展趨勢，性別平等作為2030年可持續(xù)發(fā)展議程及其17項可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的重大障礙，將會是工程領(lǐng)域未來發(fā)展中實現(xiàn)生態(tài)化建構(gòu)面臨的另一重要挑戰(zhàn)。

參考文獻?

[1] Dunsmore K，Turns J，Yellin J M.Looking Toward the Real World：Student Conceptions of Engineering[J].Journal of Engineering Education，2011（02）：329-348.

[2] Iturbe C B，Ochoa L M L，Castello M C J，etal.Educating the Engineer of 2020：Adapting Engineering Education to The New Century[J].IEEE Engineering Management Review，2009（01）：11-11.

[3] Levasseur，R，E.People Skills：Developing Soft Skills—A Change Management Perspective[J].INFORMS Journal on Applied Analytics，2013（06）：503-616.

[4] Brace.A.B，John.V.F.Embedding Leadership In Civil Engineering Education [J].Journal of Professional Issues in Engineering Education and Practice，2000（01）：16-20.

[5] Cunningham C M，Kelly G J.Epistemic Practices of Engineering for Education[J].Science Education，2017（03）：486-505.

[6] Froyd J E，Wankat P C，Smith K A.Five Major Shifts in 100 Years of Engineering Education[J].Proceedings of the IEEE，2012（100）：1344-1360.

[7] Telenko C，Wood K，Otto K，etal.Designettes：An Approach to Multidisciplinary Engineering Design Education[J].JOURNAL OF MECHANICAL DESIGN，2016（02）：1-11.

[8] Sampaio A Z，F(xiàn)erreira M M，Rosário D P，etal.3D and VR Models in Civil Engineering Education：Construction，Rehabilitation and Maintenance[J].Automation in Construction，2010（07）：819-828.

[9] Fischer M，Kunz J.The Scope and Role of Information Technology in Construction[C].CIFE Centre for Integrated Facility Engineering in Finland，Stanford University，2004：1-22.

[10] Borrego M，Newswander L K.Characteristics of Successful Cross-disciplinary Engineering Education Collaborations[J].Journal of Engineering Education，2008（02）：123-134.

[11] Gero.A.Development of Interdisciplinary Lessons Integrating Science and Engineering in Heterogeneous Teams：Education Students Attitudes[J].International Journal of Engineering Pedagogy，2016（06）：59-64.

[12] Borrego M，F(xiàn)oster M J，F(xiàn)royd J E.Systematic Literature Reviews in Engineering Education and Other Developing Interdisciplinary Fields[J].Journal of Engineering Education，2014（01）：45-76.

[13] Association A L.American Library Association Presidential Committee on Information Literacy.Final Report[J].Japan Journal of Educational Technology，2006（30）：57-60.

[14] Mitchell W E，Barbara S.Information Literacy Competency Standards for Higher Education redux[J].Teacher Librarian，2000（04）：63-67.

[15] Liu T，Sun H.Gender Differences on Information Literacy of Science and Engineering Undergraduates[J].International Journal of Modern Education and Computer Science，2012（02）：23-30.

[16] Purdue U P.Integrating Information into the Engineering Design Process[J].Australian Academic & Research Libraries，2013（02）：1-2.

[17] Bakermans M H，Plotke R Z.Assessing Information Literacy Instruction in Interdisciplinary First Year Project-based Courses with STEM Students[J].Library & Information Science Research，2018（02）：98-105.

[18] Knapp M.The ACRL Framework for Information Literacy in Higher Education Implications for Health Sciences Librarianship[J].Med Ref Serv Q，2014（04）：460-468.

[19] Lax J.Laying a Foundation for Academic Writing in Engineering：Helping International Graduate Students Write in English[C].Professional Communication Conference.IEEE，2015.

[20] Engineers Australia[EB/OL].Stage1competency standard for professional engineer.http：//www.engineersaustralia.org.au/sites/default/files/shado/Education/Program%20Accreditation/130607_stage_1_pe_2013_approved.pdf.

[21] Sharon M.Hobsons choice：the effects of research evaluation on academics writing practices in England[J].Aslib Journal of Information Management，2017（05）：504-515.

[22] Juliey B，Gerry R.Embedding Academic-Professional Collaborations that Build Student Confidence for Essay Writing：Student Perceptions and Quality Outcomes.A Practice Report[J].The International Journal of the First Year in Higher Education.2011（02）：83-90.

[23] Olajide，Lekan J.Effect of Integrated Approach on Polytechnic Students' Achievement in Essay Writing[J].Journal of Emerging Trends in Educational Research & Policy Studies，2013.

[24] Elton L.Academic Writing and Tacit Knowledge[J].Teaching in Higher Education，2010（02）：151-160.

[25] Alvarez I.The Value of Feedback in Improving Collaborative Writing Assignments in an Online Learning Environment[J].Studies in Higher Education，2012（04）：387-400.

[26] Chen C.Searching for Intellectual Turning Points： Progressive Knowledge Domain Visualization[J].Proc Natl Acad Sci U S A，2004（101）：5303-5310.

[27] Partnership for 21st Century Skills.Framework for 21st Century Learning[EB/OL].http：//www.p21.org/our-work/p21-framework.2015-12-10.

[28] 辛濤，姜宇.全球視域下學(xué)生核心素養(yǎng)模型的構(gòu)建[J].人民教育，2015（09）：54-58.

[29] Ministry of Education.Singapore 21st Century Competencies[EB/OL].https：//www.moe.gov.sg/education/education-system/21st-century-competencies

[30] 核心素養(yǎng)研究課題組.中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)[J].中國教育學(xué)刊，2016（10）：1-3.

[31] Sugarman L.Experiential learning：Experience as the Source of Learning and Development[J].Journal of Organizational Behavior，2010（04）：359-360.

[32] 聯(lián)合國教科文組織.人工智能給教育帶來的機遇和挑戰(zhàn)[EB/OL].https：//zh.unesco.org/news/ren-gong-zhi-neng-gei-jiao-yu-dai-lai-ji-yu-he-tiao-zhan.

[33] Allen D T，Shonnard D R，Huang Y，etal.Green Engineering Education in Chemical Engineering Curricula：A Quarter Century of Progress and Prospects for Future Transformations[J].Acs Sustainable Chemistry & Engineering，2016（11）：5850-5854.

[34] Li J，F(xiàn)u S.A Systematic Approach to Engineering Ethics Education[J].Science & Engineering Ethics，2012（02）：339-349.

[35] 聯(lián)合國教科文組織.聯(lián)合國教科文中長期計劃（2014-2021）[EB/OL].https：//unesdoc.unesco.org/ark：/48223/pf0000227860_chi.

[36] 徐玲玲.美國國家科學(xué)基金會發(fā)布2018年工程教育報告[J].世界教育信息，2019（02）：73-74.