教学过程主要包括两条思路:对电路元素的建模以及解决(实际)问题。为了完成建模过程,我们必须提出所有相关的物理定律,明确并解释数学公式。通常而言,为了解决问题,教学过程主要包括:描述问题,形成可能的解决方案,对结果进行评价并最终执行。
这一单元中每一部分都包含一个以“关注数学”为标题的模块。这些模块从正文里分离出来,总结常见电路元素的建模中所应用的重要数学技巧及程序。这部分的说明由浅入深,解决问题的方法也很系统。
此外,这一单元还提供了许多相关资源以帮助培养学习者和教师的建模技能。
在技术方面,为工程学习资源提供了超文本链接标示语言形式、音频与超文本链接标示语言形式,以及Flash 动画形式。在超文本链接标示语言中加入音频和动画使得在窄带网络连接中打开的网页也很有吸引力。
经过初步的使用测试,网页给人的总体印象是满意的。事实证明,学生能够通过网络学习成功完成任务,并有兴趣再次登录网站。从实用的观点来看,学生可以熟练操作,轻松完成学习任务。
然而,某些缺乏经验的学生更希望网站导航栏里有明确的说明。学生们认为网站在外观上简单、专业、引人入胜,又能够帮助学习者架起数学、自然科学与工程学的桥梁。即便如此,学生们还是更喜欢互动内容,因为这可以让他们保持兴趣,继续浏览。
工程教育:好消息和坏消息
制造业方面的一个预警涉及工程教育——目前印、中等国家培养出的工程学毕业生要远多于美国。杜克大学普拉达工程学院院长Kristina M.Johnson 认为事情并不像看起来那样糟糕。印度每年的工程学毕业生为35万人,中国为64.4万人,与此相对美国仅为7万人。研究发现,印度统计的工程学毕业生的数目包括“大量的三年制专科教育的毕业生”。Johnson 把这一类称为“短期项目”。Johnson 认为,如果加上美国所有的工程和技术专业的毕业生(包括计算机科学、信息技术与工程),美国的毕业生总数与印度相同,而印度人口总数是美国的3倍。
Johnson 认为获得中国教育部授予工程学位的任何工程学毕业生“不论是在专业领域还是在学术严谨度上”都是有充分资格的。但因为教育质量是不同的,所以尽管中国在数量上有优势,但这也并不是一个公平合理的对比。Johnson 强调,美国工程学校依据美国工程教育协会和工程与技术评估委员会制定的标准来培养毕业生。这些以数学和科学为基础的标准具备结构的完整性,能使学生接触在全球化竞争所需的技术能力和为人之道。
Johnson 提出,问题在于美国并没有足够的准备去按照目前的速率继续培养工程师,在很多高校中数学不再是四年制教育的必修科目。再加上其他一些问题,预示着一场“绝对风暴”即将爆发,就算这不能改写美国在技术发展上的领先水平,也很可能动摇其统治地位。
通过“极限重塑”建立工程教育
在过去的两年,“极限重塑:三维印刷终极挑战”竞赛项目已向优胜的高中生和大学生颁发了奖学金和奖状,表彰他们对现存的产品进行“重塑”并提出新的创意。Stratasy 公司旗下的子公司三维印刷集团将再次举办这一赛事,并面向全世界招募参赛者。
“极限重塑”最初目标之一是使更多的学生投入到工程师职业中来。由于竞赛能让他们专注地进行创造性思考,所以越来越受欢迎,学生提出最初的“重塑”并通过竞赛网站上交其.stl 文件。集团用三维印刷技术为他们的设计理念制造一个模型,然后将这个ABS 塑料模型发给学生,使他们接触实体并考虑是否需要改进。
极限重塑竞赛一开始就是一个“全球的三维印刷挑战”,2005年的参赛者中,来自欧洲的学生有100多名,大概占参赛者总人数的1/5。大学生组获胜者之一是一名德国学生。
很多学生都在网站上浏览前几年的获胜作品并试图超越。这就是创新,集团希望开放一个论坛来使那些新的创意活跃起来。
通过学校内部交流(比如竞赛公告)能使教师了解过去几年的竞赛情况,为教师的工程预科教学或者设计课程增色。
也希望职业工程师参与,以帮助培养学生技术职业兴趣,保证下一代工程师的数量。
工程师在哪里
在大众传媒、政要演说和国会报告中已经提到美国每年的工程学毕业生大致是7万人,而中国的毕业生人数是60万人,印度是35万人。甚至连国家科学院和美国教育部都引用这些数字。但是我们在一份薪酬和雇用数据的分析报告中,没有找到任何有关美国工程师数量不足的证据。从在印度和中国经商者那里获得的传闻表明中印两国都缺乏工程师。
三国在工程师定义和统计口径上有不小的差异。
中国教育科研网的数据可能更靠近真实水平,但它仅有两年的统计信息。教育部的数据反映了一个真实的趋势,即在中国毕业生每年都在急剧增长。在对跨国公司和本地科技公司的访谈中,我们获悉他们能从中国的10~15所大学雇用到合适的毕业生。但所有受访者都认为名单以外的学校工程教育的质量已经严重下降。
在印度,工程教育的成长在很大程度上本末倒置并受市场驱策。那里有几家协调机构,比如全印技术教育委员会规定了入学能力底线,但是公共教育系统依旧受政治左右,效率很低。私立大学和训练机构越来越多,其中大多数面临质量问题,但有少量学校提供了好的教育。本地公司和跨国公司都告诉我们,他们愿意雇用多数印度大学里面的尖子生,这与中国的情形不同。即使各个大学毕业生的质量不一,公司领导觉得通过额外培训,在一个合理的期限内,大多数毕业生能适应生产。
我们调查了58家从事外包工程业务的美国公司,发现美国并不缺乏工程师。工程外包出于其他原因。通过我们收集的数据,75%的受访者认为印度有足够多的优质入门级别的工程师供给。
59%的人认为美国有足够供给,54%的人认为中国有足够供给。受访者认为美国、中国、印度的工程师各有不同的优势和劣势。
在工程和技术博士的培养数量和基础研究能力方面,中国走在美国和印度的前面。美国工程教育委员会提供的数据表明,现在每年有近60%的工程博士学位授予外国人,印度和中国留学生是主要的群体。
外国出生的科学家和工程师创造新的工作和财富已经成为美国的全国性现象。在2006年的专利中,24.2%是由侨居美国的外国公民独立或合作发明的,这个数字不包括外国人成为美国公民之后申请的专利。
我们的调查结果表明,在美国成功与否的关键是个人教育水平。外国侨民中的绝大多数创业者拥有数学和自然科学相关领域的硕士和博士学位。大多数的外国企业家先是来美国求学,而毕业后选择留下。毫无疑问,美国高中教育存在问题,并且学校教给孩子们的数学和自然科学知识不够丰富。一个关键的问题是美国缺乏足够的本国学生完成硕士和博士学位。也许美国需要借鉴印度和中国,为自己的硕士生和博士生提供可观的补贴。
大学阶段工程教育的重新评价
大学阶段工程教育的现状可以从工程教师学术经历的四个显着方面(教学、科研、服务、管理)来论述。
关于工程类毕业生应该知道什么和他们在毕业之前通过工程实习应该建立怎样的职业观,Mason 在1994年进行的一项调查收集了许多从事该领域工作的受访者的要求,发现符合这些要求的工程人才的很多能力大都不是在校园里教育和培训出来的。事实上,许多学者(除了已在工厂实践多年并且担任高级管理职务者)或许都不具备必要的知识和经验,更不要说教育学生了。体制、观念、经济的种种限制,则使得年轻的科研人员、刚毕业的博士生而不是有经验的工程师更符合学校的选聘条件。由于放宽了大学教师注册成为专业工程师的条件,海外一些工程教师获得了注册工程师资格,但他们仍然缺乏证书所涵盖的素质。
在研究方面,大学管理者更关注来自高层的科研补助金,学者们则更愿意发表论文。由于赞助机构的倾向,那些对人类的利益有长远和革命性影响的创新性研究和基础性研究往往被牺牲了。
出版压力使得一些年轻教师把他们那些尚未成熟或者缺乏证明的想法拿去出版,追求论文发表的数量而不是质量。
目前在大学管理中,许多大学为了提高运作效率、削减成本,把一些设施交由私人经营;许多大学进行重构,形成一些独立的和自筹经费的部门,结果,商业组织正式出现在许多大学系统里。
学者、工程师、大学管理者、学生和家长对工程教育者和工程师的各种优缺点有很多误解,包括精英错觉、公众效应、更高的民族标准理念、更好的教师责任、不同的工作种类、创意和实用性之间的矛盾、保护主义等等。
显然,现在的工程教育者实践经验的匮乏会对工程教育的质量产生不利的影响。首先不利于他们进行本科教学,无法教授实践工程学;同时,他们可能使学生对真实的工程应用产生错误的印象,忽视解决问题、工作方案研究、人性因素的考虑、设计的可构造性、与公众沟通、施工管理、合同管理等等,使得大学的工程教育与实际工程应用完全脱节。
因此,目前解决这些基础问题的途径有:各种研究成果指标的识别,增强大学教师的实践经验,增进工程师对工程教育的认识,管理者参与课堂活动,薪酬体系的重新估价,等等。
基于网络的异步博弈及仿真环境应用及其在金融工程教育中的效用
越来越多的金融专业教师已经认识到实验室是教学计划中不可或缺的部分,因为它将理论模型与实际的金融贸易活动和相关投资决策的制定衔接起来。通过这种训练方式,学生不再是缺少实际经验的空谈者。需要面对的最主要问题是:第一,开发一种可信赖的在线电子定价器,它应包含多种估价功能,能够对各种财务合约进行套期保值以及套汇和投资;第二,建立一个虚拟环境,能够模拟具体金融实验室中的真实交易,从而构建一个虚拟交易平台,使用者能够在任何地点登录网络练习操作技能。同时合理的培训课程应该与其金融策略相匹配。最后,根据用户的反馈意见改进这个系统。
设计的定价器包括下列功能和组件:①定价模型;②套期保值参数计算;③贸易策略模拟;④投资组合分析;⑤假设分析;⑥风险评估;⑦网络接口;⑧数据库接口。虚拟交易环境平台包括基于网络的异步博弈及仿真环境工具(AWGSE)、用于金融的信息管理系统、辅助的开发人员、数据库和实时信息。根据这些材料,我们已经建立了五个实验室来整合财务核心课程。
使用AWGSE 的在线金融学院(虚拟)的组成有:教学、金融/经济多层建筑,认证中心,图书馆,交易中心,学生中心和教师中心。还有下列相关的项目:AWGSE 中的交易实践虚拟实验室群、带有金融市场信息广播的虚拟交易大厅、在线认证中心、数字图书馆、虚拟交易中心、学生中心在线论坛、教师中心、评价等级公告板系统、实验室布局、规划和课程。
AWGSE 刚刚应用于台湾大学的网络课程,目前还无法得到对它的广泛评价。对活动参与者进行了问卷调查,参与者包括大学教授、研究生、本科生、金融机构研究员等等,评价很高;几乎所有的参与者都同意AWGSE 是一个有效的、方便使用的系统,能对他们的学习过程提供积极的帮助。
统计结果证明,AWGSE 是应用于远程教育和协作学习中的理想工具。文章讨论了需要完善和发展的方面。
促进工程教育和平:修正AEBT 标准
第二次海湾战争爆发后,一期Prism 杂志发文相当自豪地描述了那些为战争提供支持的由无数工程师开发的先进技术和工程教育的产品,但对与武装、战争不可避免地联系在一起的死亡和破坏却丝毫没有提及。现代武器杀人更加容易,而使用者又没有多少负罪感。正如Lorenz 所认为的,现代远程武器的使用强化了这一点,因为“扣动扳机的人与现场距离相当远,无法看见、听见或者在情绪上感应到行为的结果,因而人可以在自认为完全无罪的状态下完成这一行为”。显然,应该检验一下现代工程教育对武装冲突的态度。
在AEBT 认证标准(2005-2006)的最新修订本中,标准3针对技能、知识和行为提出了一套重要的具体指标,不幸的是它仍未提到促进和平。