中法高等工程教育体系中的实验课程比较研究

1、    中法高等工程教育体系中的实验课程比较研究    摘要：文章以北航中法工程师学院为背景依托，在大量走访、调查和研究法国五所中央理工大学和北京航空航天大学实验教学的基础上，对中法两国高等工程教育体系中实验课程的设置方式、实验目的和要求、课程比重、组织形式等多个方面进行了比较研究，分析了差异形成的原因，并对提高我国高等工程教育中实验课程的教学水平提出了建议和意见。关键词：高等工程教育，法国预科大学校，实验教学一、引言21世纪是我国高速发展的时期，巨大的产业规模为工程科技的发展提供了新的机遇，同时也对优秀工程技术人才的培养提出了更高要求，大力发展工程师教

2、育已经成为政府和教育部门的主要任务。而在全球经济一体化发展的大环境下，为在国际化人才竞争中处于不败之地，我国的工程师教育也必须走向国际化。因此，发展中国工程师教育，就不得不研究其它国家尤其是发达国家的工程师教育情况，吸取各方优势、经验，总结出客观规律为我所用，从而有力推动我国相关的教育发展。法国的工程师教育已经形成了鲜明的特点，部分院校在国际上享有盛誉。但中法两国文化、历史、国情等不同，我们不可能、也不能完全照搬法国的工程师培养模式。为此，开展中法两国工程师教育比较研究，深入分析两国工程师教育的差异及造成这种差异的原因，可为中国工程师教育的可持续发展和创新提供借鉴意见。本文针对中法两国工程师教

3、育体系中的实验教学进行了比较研究，可为我国高等工程教育的发展和探索国际化合作办学模式提供借鉴和参考。二、定义、范畴和目的改革开放以来，我国的教育事业得到了飞速发展，教育模式也从原来单一的仿苏联模式向欧美模式靠拢，中法两国的教育发展政策表现出一些共同的趋势，然而差异仍然是根本的。具体到实验教学，最典型的差别莫过于定义、涵盖范围和教学目的。中国的教育体制中，实验主要是指一些特定的课程，如物理、化学、电工电子等实验课。在大部分高校，实验特别是基础实验课程，即使是一门独立课程，但仍摆脱不了作为相关理论课程的附属课程的局面，主要原因是实验课的目的是培养动手能力，加深课程理解；对于专业实验，主要目的是培养

4、学生个体的科研和工程实践能力，而在组织能力、团队精神和协作能力培养上力度不足，这一点在实验的组织形式上有较明显的体现。法国的教育体系中，实验是一个非常宽泛的概念，范围几乎涵盖每一门课程的相关方向，包含所有应用性的课程，甚至包括数学实验和计算机的上机编程等。实验以小组为单位，按项目组织的形式进行。实验的目的不仅仅强调个体能力的培养，更注重团队精神和组织能力的培养。对于工程师阶段的实验(相当于我国教学体系中的专业基础和专业实验)，用里昂中央理工大学(ecole centrale de lyon)的教学大纲解释，实验目的为培养项目组织能力，包括倾听团队声音、策划项目方案、解决意见争端、形成有效交流、

5、保持团队热情等。三、实验课比重中国的工程教育和法国的工程师教育体系在实验教学上最直观的差异就在于实验课的教学比重，对此我们做了一些详细的统计对比。中国的大学，以北京航空航天大学为例(抽样调查针对工程类院系的专业课程)，具体结果如表1。结果表明，在中国的工科大学中，实验所占的比重并不高，比例仅仅达到13.7%。按照课时计算，中国的大学中这个比例仅有10%左右。表1 北京航空航天大学主要工科院系课程数专业或院系专业课程总数专业实验课程数材料科学与工程学院5611电子信息工程学院441自动化科学与电气工程学院217能源与动力工程学院5410计算机学院235机械工程及自动化学院132飞行学院292仪器

6、科学与光电工程学院132软件学院102法国的课程安排中，实验是非常重要的部分。预科阶段，每周有2小时的物理实验，2小时的工程科学实验，2小时的信息类实验；数学课程也有实验安排，即课程的应用，一月一次。工程师教学的第一阶段，所有的学生(这一阶段的课程叫做公共课)都参加实验活动(activité expérimentale)，总时间5×6小时，实验内容自选，包括物理、力学、光学、生物等。选择信息计算机专业的，情况稍有不同，第一年和第二年的学习过程中有15小时/年的实验课程安排，内容是对所学课程进行编程。还有特例是一些开放性课程，即针对公司科学的(比如公司管理，市场，战

7、略，工业过程)，这些方向没有真正意义上实验，但是有很多小的项目用来巩固知识并且对一些具体情况进行实际应用(etudes du cas)。作为比较，我们同样抽样统计了法国五所中央理工大学集团中具有工科代表性的马赛中央理工大学(ecole centrale de marseille)，具体结果见表2。表2 马赛中央理工大学课时数统计表学期课时总数有效课时数实验课程时数第一学期411.5211.566第二学期34314436第三学期26555.55由统计分析结果可知，马赛中央理工大学实验课程达到了有效课时数的20.7%。通过对其他四所中央理工大学以及法国邮电大学(télécom)

8、等学校的不完全统计也证明了法国教育对于实验的重视。四、组织过程组织过程是实验教学的核心部分，也体现出了两国教育体系中最本质的差别。我们主要从学生的组织和考核形式、教师的指导方式、结题和成果表达几个方面进行分析。1.学生的组织和考核形式。对于基础性实验的组织形式，中法两国的差异并不大，主要区别在课程设计、专业实验和毕业设计等方面，中国的高校更强调对学生个体专业素质的培养，一个教师可以带多个学生，完成不同的任务，单独进行考核。在法国的教育体系中，除了专业素质培养外，更强调学生组织能力和团队协作能力的培养。体现在组织形式上，多名学生组成的学生团队由一个教师团队而非单独某个教师指导；教师团队中的不同成

9、员分别担任客户、科学指导和技术指导等角色，而非国内有些高校由指导教师及其助手或学生组成的团队；每个学生之间需要完成的任务的关联性非常强，他们需要通力协作，才能完成预期目标，而考核时采用答辩方式，评审组可以随意指定某个学生回答相关问题，作为最后评分依据，这就需要学生之间互相帮助，因为某个学生的不足可能影响团队中其他成员的成绩；相对随机的组队方式需要学生学会与其他同学合作，即使是他(她)不欣赏的同学，也要为项目的共同目标而共同努力。考核结果由评审组决定，而客户的满意度占很大比重。这种组织和考核方式，充分考虑到学生毕业后在实际工作中将面临的问题，具有很高的训练价值。2.教师的指导方式。中国的许多高校

10、中，基础实验教师在实验课上的指导方式多以讲解为主：每个实验开始之前指导老师都会进行一下演示性操作，在黑板上列出实验步骤、注意事项、报告内容等。法国的预科大学校(préparatoiregrande ecole)中教师则是通过“无为”来实现“有为”性的指导。以采用法国预科教学模式的北航中法工程师学院为例，基础物理实验教师在课堂上的主要职责是向学生讲解实验背景、工程技术上的应用等内容，通过引导式教学方法，使物理实验成为学生对新知识的探索过程，激发学生的学习兴趣；实验教材主要介绍实验目的和基本要求，学生自己设计实验方案和步骤，通过在公共区自选实验设备完成实验内容，从而培养学生的自主实践能力

11、和创新意识；面向工程实际，通过定性、半定量、定量方法实现同一物理量的测量，拉近课堂教学与实际工程需求的距离，增强学生的适应能力和实践探索能力；通过深化实验难度、拓展实验内容，培养学生分析和解决复杂问题的能力。这种多方位的教学方法和教学手段的运用，大大提高了学生的综合素质。工程师阶段(专业)实验的指导方式可以通过巴黎中央理工大学(ecole centrale de paris)的例子得到启示：每次实验课开始之前教师都会发下来一个题目和一些要求。以本校一位学生在巴黎中央理工大学学习时的一个实验为例：题目是三角和方波的发生器，包括一个运算电路，所有资料就是两张纸，包括实验要求和答辩日期。实验室器材间

12、完全开放，实验的设计和取材完全取决于自己。实验过程中遇到问题和困难可以随时找老师咨询，而老师只会指导实验方法，但不会告诉答案；没有实验教材，实验所需所有相关知识均需学生在课前预习中自己掌握。五、差异及形成原因1.差异。中国的实验教学，优势在于对于学生个体动手操作能力的培养。基础实验最主要的目的就在于让学生熟悉实验器材，熟练实验操作；实验过程中教师事必躬亲一方面确实影响了学生的积极性和创造性，但另外一方面，在此过程传授的规范的操作技能也未尝不是实验的必要要求。当然我们也应当看到：过少的实验安排对于工科教学水平的确不是值得信赖的保证；八股文一样的实验报告固然可能涵盖了每个步骤的知识点，但也反映我国

13、实验教育的教条和对于学生创造性启发的不足；实验安排呈现离散型分布，不能组成有机的系统，对培养学生的整体设计能力确实毫无裨益；实验课程对团队协作的培养远远不够，甚至于最后的毕业设计也是各自为战。法国的预科大学校教育体系则能充分发挥自主性和创新性：无论是老师的“不作为”辅导还是报告向答辩的自主性转变都能为自主性的培养提供更好的平台；高密度的实验安排配以大量的练习对于课程本身的巩固和升华也必定有更好的帮助；小组小项目形式既提升了团队分工协作的水平，同时也是对于大项目分解规划能力的锻炼；答辩的形式让项目的参与者站到台前展示自己和自己的成果，相比于纸质报告更加生动，也更具考察性。当然，这样的形式也不尽完

14、美：太过散碎的实验仪器和必要讲解的缺失势必造成时间的浪费；自主尝试或许真的会有“条条大路通罗马”的结果，但是中间的操作未必悉数规范，在未来的工程师生涯中大量的工作要求最优化的操作和系统工程的设计，其中的每一步都需要规范化操作。2.原因分析。造成这些差异的原因有很多，归根结底是文化历史的差异：对于中国来说，我们的发展历史一直在探索中前进，是在学习别人的基础上进行消化吸收，先苏联之后欧美，大陆文化的包容性使得苏联式的讲台教育与西方独创和协作的精神有机结合在一起。法国的文化则是海洋文明的典型代表，原本的独创性是冒险精神的延续，团队协作则是在冒险中必不可少的生存手段。从历史的角度来看，中国教育历经数次

15、巨大的改革，但这些改革并非针对整个教育体系，其结果造成一些体系上的断层：例如“减负”过程让高中所学的一些章节变成了非大纲要求，高考的大棒让学生彻底地遗忘掉这些内容；大学的教育在稍高一点的平台上开始，很多的东西我们没有也没有时间去重新温习，只能做出一种“就是这样”的选择。法国的预科大学校体制，作为法兰西象征的拿破仑的执政产物，先与军队、后与国有大型企业(比如核电、航天等)的紧密联系让二者自始至终一起有机地发展：法国的教育预科阶段结束以后有一个非常严格的考核(concours)，通过率仅有20%左右，学生为了这个考试不断复习的过程保证了工程师阶段法国实验教学体系的正常运转。还有一个原因是我们不想提

16、起却不得不面对的：现有世界产业结构中，我国是作为一个制造大国存在，无形中为实验教育增加了更多手工操作色彩，也抹去了很多独创性。六、意见和建议从整个体系着手，对于中学教育和大学教育的整合使其达到有机结合是非常必要的，中学所学必须并且首先必须为大学服务，具体到实验教学要求中学教育至少应该包含锻炼学生自己设计实验能力的内容。应该没有什么可以比用一个真实的实验例子来形容这种建议的具体性和必要性更合适的了：在整个研究过程中，作者亲自参与了一次巴黎中央理工大学的实验教学课程，题目是“燃烧的光学诊断”，实验目的是和一个法国学生合作利用em2c实验室的平台对燃烧中各种物质组分、流速、压强以及火焰各个区域的温度

17、进行模拟，四个实验自己设计并且完成一篇综述的科技论文。个人认为两人的协作堪称实验教学的典范法式实验教育的设计思考、中式实验教育的高水平操作以及两者之间的密切配合。笔者相信，这就是中国高等工程实验教育努力的方向。作者简介：郭天鹏，北京航空航天大学法国研究中心研究员；王峥，北京航空航天大学法国研究中心研究员，北京航空航天大学中法工程师学院实验组教师；徐平，北京航空航天大学中法工程师学院副院长、教授。参考文献：1programme des enseignementsm.法国：lyon,2007.2巴黎中央理工大学eb/ol. 2009-5-153巴黎中央理工大学 eb/ol. 4巴黎中央理工大学 eb/ol. 5马赛