對我國工科教育的認識與思考

◎ 中國工程院院士、上海交通大學校長 林忠欽

非常感謝大會的邀請，讓我來做交流。今天我的報告題目是《對我國工科教育的認識與思考》。我一直在大學工作，也是一直主要從事工科的教育工作，我認為，我國的工科教育經歷了100多年的發展，在不斷的學習再學習過程中，規模和水平已經處于世界領先水平，同時也為國家的發展作出了巨大的貢獻。但在新的時代背景下，面對世界科技的發展，面對建設世界強國和提升國家創新能力的需求，中國的工科教育需要改革。這種改革沒有可參照的模式，既不能參考美國、英國模式，也不能參考德國、日本模式，而是需要創造出屬于我們自己的中國模式。下面，我從三方面來與大家分享我對我國工科教育的認識與思考。

一、我國工科教育的貢獻與成就

1. 我國工科教育的模式轉變與規模發展歷程

中國的工科教育起步于上世紀20年代到40年代，我國的很多大學都是在那段近二十年的時期里建立起了工科教育門類。在那段起步期，我國的工科教育都是以學習歐美為主，無論是學制、教科書還是教學方法，都基本是直接照搬西方模式，很多課程的任課教師也是直接從西方聘請的，赴歐美留學的學子也較多選擇了學習工科。但總體而言，那時工科學生占整體大學生的人數比例是較低的。

在新中國成立后的50年代到60年代，中國工科教育進入了調整期，在那段時期，為了盡快構建獨立和較為完整的國家工業體系，我們在工科教育上學習了前蘇聯模式，該模式的主要特點就是專業劃分非常細，因此在1952年，中國的大學根據專業細分進行了大量的院系調整，中國工科教育的格局與模式也發生了重大變化。通過院系調整，形成了綜合大學、多科性工業大學和單科專門學院三種類型高校。配合當時計劃經濟條件下的對口計劃分配，雖然專業面較窄，但針對性很強，在當時的時代背景下也產生了積極效果。

在改革開放后至今，中國工科教育進入了快速發展期，在這個時期里，中國工科教育再次開始全面學習西方歐美，在培養模式上發生了很多變化，其中特別要提到的變化有兩點：一是逐漸建立起了規范完整的學位制度；二是在90年代后，隨著計劃經濟向市場經濟的轉變，大學生就業也從分配制進入了雙向選擇階段，為了應對這一變化，大學普遍實行寬口徑培養，這既有利于學生就業，也有利于學生的學術培養。進入21世紀以來，中國的高等教育逐漸從精英教育轉向大眾教育，其中工科人才培養規模迅速上升。以2016年為例，在430萬本科以上應屆畢業生中，工學學位的本科畢業生數達到123萬人，工學學位的研究生畢業生數達到約20萬人，工科學生占到了學生總數的三分之一左右。如今，我國每年培養的工科學生人數已經相當于美國、歐盟與俄羅斯培養的工科學生人數之和。

2. 我國工科教育人才培養的重要成就

在建國以后的七十年里，我國培養了數千萬的工科畢業生，這些工科畢業生為我國的工程建設作出了重要的貢獻和成就。

在航空航天領域，中國已建成完整的培養航空航天技術人才的教育體系，并成為世界上繼俄羅斯、美國之后第三個能自主培養航天技術人才的國家，特別是近年來，中國從事航天研制的科技人員中90%以上畢業于國內高等院校。中國“神舟”飛船的總設計師、 總指揮以及各分系統的設計師則全部是由中國高校自己培養的。

在汽車制造領域，中國培養的工程人才在汽車設計、制造等各個階段發揮著積極作用。從2009年到2016年中國汽車產銷量已經連續八年全球第一，相比其他國家具有絕對的優勢，是排名第二的美國的兩倍。

在橋梁制造領域，中國自己培養了大批土木工程學家、橋梁專家，在橋梁領域發揮了重大貢獻。如今，世界10大懸索橋、10大斜拉橋、10大梁橋，中國分別占據了半壁江山或一半以上；在10座世界最高的大橋名單當中，除了第七和第八外，其余8座橋梁都來自中國；港珠澳大橋更是被譽為“現代世界七大奇跡”之一。

在高速鐵路領域，中國的工科教育為中國高鐵的自主研發提供了有力的人才保障。目前，中國高速鐵路里程達1.9萬公里，居世界第一；中國自主研發的高鐵已經出口世界多個國家，成為“行走的中國名片”。

在新能源領域，中國自主培養的一大批能源領域專家活躍在新能源領域，作出重大貢獻。目前，中國新增風電裝機連續5年領跑全球，光伏發電累計裝機容量全球第一，核電在建規模全球最大，水電裝機容量和年發電量均居世界首位，新能源汽車產銷量連續兩年居世界第一。

除此以外，中國的工科教育還為船舶、電信、建筑、材料等其他工程領域輸送了大批工程人才，如今活躍在很多國家重點建設領域的，都是我們自己培養的學生，在這一方面，我感到特別自豪。

3. 我國工科學科建設水平率先跨入世界先進行列

近年來，各類統計表明，我國的工科學科較其它學科已經率先達到了世界領先水平。

從全球大學ESI學科排名來看，在表征學科水平的百分之一學科、千分之一學科、萬分之一學科中，我國大陸高校學科分別占到了9.8%、15.7%和20.8%，清華大學、上海交通大學、中國科學院大學、哈爾濱工程大學分別已有相關工程學科躋身世界前萬分之一行列。

從工程學科論文發表情況來看，在數量維度上，自2011年起，我國工程學科的論文發表總數已經開始超過美國，2016年已經達到美國的1.4倍；在質量維度上，我國工程學科論文的篇均引用數在2013年起超過了世界的平均值，在2016年首次超過了美國，另外，我國工程學科論文的高被引論文數也在2016年首次超過了美國。

從國內學科大類間的橫向比較來看，根據大家非常關注的“雙一流”建設的一流學科認定標準為參考（包括2012年一級學科評估前2名或參評博士點的前10%、QS等國際權威學科排行榜的前50名、ESI排名前千分之一、國家自科二等獎或技術發明/科技進步一等獎四項認定標準），最終有465個學科入選，而其中有工科學科188個，占到總數的四成。

二、我國工業界與教育界對工科教育的觀點與共識

從歷史發展的維度來看，在工業界，經歷了四次工業革命，分別是蒸汽技術革命、電力技術革命、信息技術革命和智能技術革命；在教育界，工科教育也經歷了四次范式革命：第一次革命是技術范式，重視工程實踐，強調技術應用和實踐操作，以培養現場工程師為目標，以應用手冊和公式為主，第二次革命是科學范式，高度重視數學和科學、強調工程科學和理論分析，工程師的培養模式與科學家的培養模式趨于雷同，第三次革命是工程范式，強調工程教育的系統性和整體性，努力平衡理論和實踐，實現知識、素質、能力的均衡發展，追求工程教育利益相關者的最佳滿意度，目前，工科教育面臨第四次范式革命，為了應對社會與經濟的高速發展，培養面向未來的創新型工科人才，教育界有必要分析目前工業界對工科教育的需求與認識。

1. 工業界對工科教育的認識

下面我將從四個方面來談工業界對工科教育的評價。

從供需關系來講，總體來講我們國家的工科教育供大于求，但與此同時，大部分企業都希望招聘一流大學（985，211大學）的畢業生，普通院校畢業生就業比較困難。造成這種局面的一個重要原因在于，一流大學的畢業生具有更強的數理基礎和學科交叉能力，能夠面對新的工業革命的挑戰，而普通高校的畢業生在這方面則缺少競爭力。以汽車行業為例，汽車行業的從業人員既需要有扎實的理科、力學、機械、動力、電學等基礎知識，更需要能在面對新的發展與挑戰時，具備融合多學科知識的綜合能力。

從知識能力來講，大多數企業希望畢業生到崗以后上手快，而對高校目前培養的畢業生有種不夠滿意的感覺，認為剛畢業的學生缺乏專業性和實踐的能力。對于造成這種局面的原因，有一種觀點認為，當前工科教育的專業知識體系未能與時俱進，未能與工業界的發展同步，在當今時代，隨著無人駕駛、人工智能、量子通信等一大批新技術的井噴式發展，新的科學技術知識大約每兩年就會翻一番，面對這樣的知識更新速度，高校傳授給學生的知識往往是滯后的。

從適應能力來講，越是引領性的企業，就越希望畢業生不僅能夠適應新經濟、新技術的飛速發展，還要能夠引領未來、創造未來。相對而言，當前的工科教育更重視學生基礎理論與專業的學習，而缺乏對學生的開拓精神、創新能力和終身學習能力的培養。二十一世紀發展將會面臨更多重大工程挑戰，要迎接這些重大挑戰，不僅需要能適應新經濟的工科人才，更需要面向未來的工科人才。

從實踐能力來講，目前一線生產的技術含量越來越高，需要大量的有知識的技術人才在生產一線，如數控機床等。而目前高校與企業在科研方面的合作互動較多，但在教學方面缺乏深度融合。在這方面，國外的一些頂尖大學已經有了較好的教學改革，比如斯坦福大學有一門新生研討課，要求每12個學生為一組，利用2周的實踐來搭建一臺航空發動機。雖然國內的很多高校在工科學生實踐能力培養上也開展了一些教學改革，但目前還是遠遠達不到企業的實際需求。

2. 教育界對工科教育的改革

近年來，在教育界對工科教育進行改革的過程中，工科教育逐漸形成了以下特點：

一是注重寬口徑教育，加強通識教育，而淡化專業教育。這種培養導向產生了兩方面的結果，一方面，寬口徑教育和通識教育，使得學生的思考能力、溝通能力、判斷能力和認知能力得到了提升；而另一方面，由于增加通識課程的學分，適當壓縮了專業課程，導致了學生的專業能力不足，很難適應企業的需求。不可否認的是，過去的一段時間里，教育界對專業教育的淡化與工業界對工科教育的認識是背道而馳的，因此，如何使基礎教育、通識教育、專業教育三者相輔相成、相得益彰，是目前工科教育改革的重要目標。

二是知識體系不斷更新，基礎性知識學習持續減少。為了適應新的科技發展，過分追求新的專業性知識的更新，導致基礎性知識學習減弱。然而，夯實基礎性知識，實際上更有利于學生快速適應多變的知識更新。對于基礎科學的重要性，丘成桐院士對此曾這樣講過：“沒有基礎科學，就沒有經濟的長遠發展。我們用的大多是國外的成熟技術，知識產權也大都掌握在發達國家手里，形勢不容樂觀。如果基礎科學水平上不去，國家的核心競爭力也不會強起來。比如，IT產業的發展，幾乎全部依靠數學。如果數學水平上不去，IT產業就難以形成核心競爭力。”除此以外，航空領域、大型建設工程、采礦領域、醫療診斷領域、人工智能領域等方方面面的國民經濟重要領域的發展，都需要扎實的數學基礎來做支撐。

三是由于社會組織方式的變化，實踐教學持續減弱。工科教育最早的技術范式，強調實踐的重要性，強調技術應用和實踐操作，以培養現場工程師為目標。然而，隨著社會的發展，科學范式、工程范式的改革，實踐教育有所減弱，不能很好滿足工業界的要求。當然，現在很多高校在工科教育改革中都在做一些努力和嘗試，在實踐教學方面有所進步。

四是各個學科和專業不斷發展，但缺少多學科的交叉融合。工科教育按學科與專業進行劃分，各個專業得到了很好的發展，但這也帶來了新的問題，由于專業壁壘，制約了學科之間交叉融合。然而，新技術的產生，往往需要多學科的交叉，既需要有工科內部的各個學科交叉，也需有理工交叉、醫工交叉，目前來講我們的改革還不夠。

3. 教育界與工業界對工科教育的新共識

可喜的是，目前教育界與工業界都認識到了上述的問題，并對工科教育達成新共識，主要包括以下三方面：

從學生知識體系構建來講，當前產業技術提升快，產業應用技術發展快，教材落后于技術、學校培養的知識落后于產業發展已是無法回避的現狀。因此，有必要通過新工科教育建立新課程體系，以適應科技的新發展。

從學生綜合能力培養來講，我國產業創新不夠的原因，關鍵還在于學校培養的畢業生創新意識和能力不夠。因此，新工科教育不僅需要培養具有專業技能的專業人才，更需要培養具有領導才能、創新能力、終身學習能力等綜合能力的領袖型工科人才。

從學生價值引領導向來講，當前我們存在這樣一個問題，一流的大學工科學生，普遍不愿意在生產一線，缺乏腳踏實地、勇于探索的精神。因此，新工科教育特別應該強調以價值為引領，培養學生的國家使命、行業情懷和社會責任等素養。

三、新工科人才培養新模式的思考

21世紀的工業發展速度是20世紀的上百倍甚至上千倍，因此工業的發展呼喚創新型工科人才。現代技術發展對多學科交叉融合的需求日益迫切，因此技術的發展呼喚創新型工科人才，需要工科學生不僅具有堅實的本專業基礎知識，更應具備跨學科領域的整合能力和終身學習的能力。隨著社會的發展逐漸轉向可持續發展道路，工業、創新和基礎設施的建設，負責任的消費和生產體系建立等成為了新的發展目標，因此社會的發展也在呼喚創新型工科人才。在這樣一個大的背景下，教育部總結了“卓工計劃”的建設成果，分析了新經濟與未來發展的需要，通過對高校、企業的充分調研，提出了“新工科”建設思路，建設目標包含了五個“新”——“新理念、新結構、新模式、新質量、新體系”。2017年2月，教育部在復旦大學召開高等工程教育發展戰略研討會，正式提出“新工科”，并形成共識；2017年4月，教育部在天津大學召開了新工科建設研討會，圍繞工程教育改革的挑戰、機遇與路徑進行了深入研討，形成“新工科”建設的行動計劃；2017年6月，教育部在北京成立“新工科”研究與實踐專家組，發布“新工科”研究與實踐項目指南；隨后，三類高校（工科優勢高校、綜合性高以及地方高校）分別根據各自特點制定了新工科建設計劃和目標；2017年10月，上海交通大學“新工科”人才培養國際論壇。我們組織這個論壇的目的是聚焦工科教育機遇與挑戰，共同探討工科人才培養的新范式，我們邀請了10所國內高校，10所國外高校，還有10家跨國企業共同進行研討，從更廣泛的視角來探討新工科未來的發展之路。

那么新工科具體是什么？我認為在現階段可以從兩方面來講。第一個方面從理科優勢高校角度來講，重點在于將應用理科向工科主動延伸，孕育形成新興交叉學科專業，逐漸形成新興工科，乃至促進新興產業的誕生與發展。第二個方面從工科優勢高校角度來講，重點在于在工科學習的寬度和深度上的同時加強，在寬度上要學習更寬泛的基礎知識，在深度上也要加強專業知識學習和加強工程實踐，既要注重通過傳統工科的融合，產生適應新產業的新工科，又要重視理科與工科的融合，產生引領未來發展的新工科。

下面簡單談一下上海交通大學對“新工科”建設的一些思考與做法。

在建設愿景方面，上海交通大學的工科教育兼顧面向新經濟、新行業與未來創新能力培養，加強基礎與理工交叉、鼓勵工科的課程創新、加強校企合作培養、并努力布局專業新方向，最終形成以學生為中心，通過價值引領、知識探究、能力建設、人格養成四位一體人才培養模式，培養面向未來的創新型工科人才。

在課程改革方面，提出“夯實基礎、注重交叉”的人才培養模式，構建工科創新人才培養平臺，在前1.5年對船、機、電、材等工科學院學生進行平臺培養，統一培養計劃，加強數理化基礎與專業基礎課程的學習；后2.5年，注重交叉融合，包括專業融合、課程融合、教師融合、學生融合。以課程融合為例，我們十分重視交叉課程模塊建設，理工交叉課程模塊有量子模塊、電化學新能源模塊、智能藥物模塊、微納光電子集成模塊等，工科交叉課程模塊有機器人與人工智能模塊、智能制造模塊、大數據與機器學習模塊等。以量子模塊為例，其核心課程是理科的量子物理，通過和工科各專業的交叉融合，形成了不同的交叉模塊：量子力學、量子密碼、量子芯片、量子藥理學、量子信息、量子計算機、量子通信、量子生物學等。

在實踐改革方面，不斷加強與工業界的緊密聯系，一是實踐課程，邀請相當批量的企業界高級技術人才來學校講授最新科技。二是實踐項目，在學生的課程設計和畢業設計中引入企業實際項目。三是實踐競賽，積極引導和鼓勵優秀學生參加企業競賽和國際大賽。四是國際化實踐，加強與國外高校及企業緊密聯系，組建國際化產學研教學平臺。

在新的時代背景下，我們經常問自己，如何培養面向未來的“第一等”工科人才，使他們具有國家情懷、領袖才能、國際視野和創新精神？我想，這項使命需要教育界與工業界深度融合、協同完成。上海交通大學愿意和兄弟院校與企業一起，為建立中國特色的工科教育新范式而努力！