新工科視域下大學生綜合創新能力提升的教學設計探討

陸興發

（東北電力大學 工程訓練教學中心，吉林 吉林 132012）

眾所周知，高等工程教育以培養面向未來的工程師或工程專業人才（Professionals）為終極目標，與產業發展的關系最緊密、作用最直接，是產業發展的孵化器、推進器和加速器，在面向未來的發展過程中，高等工程教育必須不斷瞄準和對接新興產業，培養高素質的新型工程科技人才，既是當務之急，更是長遠之策.

目前世界范圍內的第四次工業革命不斷以指數級速度推進，一日千里，綜合國力的競爭更趨激烈和白熱化.與此相對應，世界經濟日趨呈現出以新技術、新業態、新產業、新模式為特點的新經濟范式.這種新經濟范式要求未來的工程科技人才必須具備更高的跨界整合集成創新能力，以滿足和助力經濟的升級轉型和持續發展.

為適應新經濟發展和國家發展戰略，教育部于2月18日、4月8日和6月9日分別在復旦大學、天津大學和北京相繼組織召開了“高等工程教育發展戰略研討會”“新工科建設研討會”“新工科研究與實踐專家組成立暨第一次工作會議”，分別形成了“‘新工科’建設復旦共識”（“復旦共識”）、“‘新工科’建設行動路線”（“天大行動”）、“新工科研究與實踐項目指南”（“北京指南”）.三次探討統一了思想、達成了“共識”，確定了行動路線圖，制定了具體工作指南.自此，全面揭開了我國新工科建設的浪潮，奏響了面向未來的人才培養主旋律.

1 新工科釋義及其解讀

新工科（Emerging Engineering Education，3E）一詞是“復旦共識”的一項重要成果，是與傳統工業密切相關的“老工科”對應的概念體系，它是適應并引領面向未來的新經濟、新技術、新業態、新產業、新模式的耦合性、創新性的工程學科專業結構體系，其本質特征是面向未來，強調專業建設與規劃的動態性、靈活性、綜合性、引領性，旨在培養學生具有面向未來的持續學習力、創新力、設計力和實現力.

新工科是我國政府繼“雙一流”之后，在高等工程教育領域開展的又一重大的、專項的和前瞻性的“國家行動計劃”，它是基于國家戰略發展新需求、適應國際競爭新形勢以及新經濟、新技術、新產業、新業態、新模式為突出特征的第四次工業革命的迅猛發展要求未來工程技術人才具備更高的創新創業能力和跨界整合能力的緊迫需要，是應對復雜多變莫測未來的未雨綢繆.新工科也是我國立德樹人新要求特別是工程技術人才隊伍嚴重短缺的客觀要求.

根據教育部“天大行動”計劃[1]，“到2020年，探索形成新工科建設模式，主動適應新技術、新產業、新經濟發展；到2030年，形成中國特色、世界一流工程教育體系，有力支撐國家創新發展；到2050年，形成領跑全球工程教育的中國模式，建成工程教育強國，成為世界工程創新中心和人才高地，為實現中華民族偉大復興的中國夢奠定堅實基礎”.為此，“以應對變化、塑造未來為指引，以繼承與創新、交叉與融合、協同與共享為主要途徑，根據世界高等教育與歷次產業革命互動的規律，面向未來技術和產業發展的新趨勢和新要求，總結技術范式、科學范式、工程范式經驗，探索建立新工科范式.推動思想創新、機制創新、模式創新，實現從學科導向轉向以產業需求為導向，從專業分割轉向跨界交叉融合，從適應服務轉向支撐引領.”

新工科的具體建設目標主要有以下四個方面的內容：“一是響應國家發展戰略需求，支撐服務以新技術、新業態、新產業、新模式為特點的新經濟蓬勃發展，突破核心關鍵技術，構筑先發優勢，培養大批新興工程科技人才，在未來全球創新生態系統中占據戰略制高點，在世界新一輪工程教育改革中發揮全球影響力，將‘中國理念’‘中國標準’注入‘國際理念’‘國際標準’，擴大我國在世界高等工程教育中的話語權和決策權，實現從跟跑并跑到并跑領跑，實現我國從工程教育大國走向工程教育強國；二是推動學科交叉融合和跨界整合，產生新的技術，培育新的工科領域，拓展工科專業的內涵和建設重點，構建創新價值鏈，打造工程學科專業的升級版，大力培養工程科技創新和產業創新人才，服務產業轉型升級，掌握我國未來技術和產業發展主動權；三是完善新工科人才‘創意-創新-創業’教育體系，廣泛搭建創新創業實踐平臺，努力實現50%以上工科專業學生參加‘大學生創新創業訓練計劃’、參與一項創新創業賽事活動，建設創業孵化基地和專業化創客空間，推動產學研用緊密結合和科技成果轉化應用；四是把握新工科人才的核心素養，致力于培養學生最核心的能力——學習而且是快速學習新事物的能力.強化工科學生的家國情懷、全球視野、法治意識和生態意識，培養設計思維、工程思維、批判性思維和數字化思維，提升創新創業、跨學科交叉融合、自主終身學習、溝通協商能力和工程領導力.”

2 工程訓練的獨特功能與核心優勢

工程改變世界,行動創造未來.“教育回歸工程、教學回歸實踐”已成當今全球高等工程教育的主流發展趨勢.新工科作為我國高等教育的又一重大國家行動，無疑精準把握了國際高等工程教育的發展趨勢與脈搏，瞄準了國際高等工程教育的發展前沿，將高等工程教育的著眼點鎖定在工程創新能力與工程實踐能力方面，這就為高校深入開展工程訓練提供了廣闊的舞臺，指明了發展的方向，切合了高校工程訓練的價值所在.

客觀地說，國家自1998年初以來通過實施兩個“項目”（“面向21世紀的教學改革項目、世界銀行貸款—中國高等教育發展項目”）以及2006年的“質量工程”（“高等學校本科教學與質量工程”），國內高校的工程訓練及其工程訓練中心建設已實現了質的轉化，有的甚至達到了很高的水平，為高等工科院校開展系統的工程訓練奠定了堅實的基礎.尤其是以國家原“985”高校為代表的部分高校的“工程訓練已經遠非傳統意義上的純機械制造與加工訓練或單學科及技能訓練，而是由常規的金工實習和電子工藝實習向現代工程實踐教學的轉化，由單機技能培訓向局域網絡條件下技術集成培訓的轉化，由操作技能培訓向技能與綜合實踐、創新實踐相結合的轉化，是以大工程為背景，以學生為中心，以工程技能訓練位基礎，以培養過程能力為目標，以創新思維訓練為核心，多元化、開放型工程實踐創新訓練”[2].由此可見，現代工程訓練在培養大學生綜合創新能力方面具有獨特的功能與核心的優勢[3]：

（1）突出了工程意識和工程創新能力的培養，建構了相對完整的現代“大工程”培養目標和方向；

（2）將常規制造技術訓練、先進制造技術訓練、增材制造技術訓練、綜合創新訓練融為一體，系統整合了機械、電子、信息及其系統等方面的知識內容，著力強化和突出現代大學生的工程設計、制造、管理、創新等的全方位認知與實踐；

（3）突出綜合創新能力，以創新訓練為抓手，實施遞進式綜合訓練；

（4）超越了傳統金工實習的范疇，向生產實習、畢業實習乃至研究生培養方向轉變，實現了從本科生到研究生到博士生的綜合培養通道；

（5）有機整合了教師的啟發引導與學生的主動體驗過程，突顯了學生創新興趣、創新精神和創新能力的培養，把綜合創新能力訓練融入工程訓練全過程.

截至目前，國內各高校的工程訓練中心已經成高校開展大學生工程技術、工藝實訓與工程創新實踐的重要基地，是國內各大工科院校中教學規模最大、學生受眾人數最多的實踐教學基地，更是在校大學生課外科技創新實踐的主要訓練和活動基地，是在校大學生體驗和完成發明創造和科技競賽作品設計與制作的第一場所[4].實踐證明，工科學生對典型工業產品的結構、設計、制造的基本、完整的體驗和認識對理解、學習和從事現代社會的任何一種高級技術工作都是必需的基礎.這種基礎在大學低年級不可能通過校外認識實習獲得，需要通過校內工程訓練中心的教學獲得.[4]

3 創新工程訓練教學設計架構，提升學生綜合創新能力

盡管近20年來國內高校的工程訓練具有的質的飛越，物質條件日趨先進、齊全，但現代工程訓練的理念就普遍意義而言還遠未建立起來，難以滿足新工科理念下培養學生綜合創新能力的迫切需求，難以滿足新技術、新產業、新業態發展對未來工程技術人才的要求.僅就工程訓練的教學而言還存在諸如知識體系陳舊、缺乏先進性、系統性和前瞻性，綜合創新設計訓練嚴重不足，缺乏真實生產環境、與實際工程實踐距離甚遠以及師資隊伍結構不合理、嚴重缺乏工程師型、工匠型師資等嚴重缺陷.為此，必須以新工科理念為契機和先導，創新工程訓練教學策略，為持續不斷地提升大學生的工程實踐能力和綜合創新能力做出不懈的努力.

（1）轉變觀念，充分認識現代工程訓練對培養面向未來的創新人才的極端重要性.誠如前述，工程訓練在培養新工科人才方面具有獨特功能與優勢，甚至可以說是完全切合新工科人才培養目標的目的要求.但是，客觀地說除了原“985”高校以外的大部分高校，尤其是一些省屬地方高校的工程訓練中心建設還一直“換湯沒換藥”，掛工程訓練之名無工程訓練之實，仍然止步或徘徊在“金工實習”的老路上.對現代工程訓練的價值、功能與核心優勢認識不清、領悟不透、理解不深.一個不爭的事實是，目前許多高校的工程訓練中心屬于學校的“附屬”部門，是各個學科專業的“配角”.有位方能為，位置不清，角色不明，勢必難有作為.因此，必須徹底轉變觀念，尤其在高校校級領導層面徹底扭轉觀念，做好頂層設計，秉持立德樹人的政治高度，從培養符合未來國力競爭戰略需求的高素質工程技術創新人才的戰略高度，以“立知立改”的決心和態度，扭轉工程訓練中心的附屬地位和配角角色.只有徹底轉變觀念，才能真正有效地處理好、建設好、發展好工程訓練中心.

（2）適應新工科建設和新經濟發展要求，加大投入力度，建立功能完備、設施齊全先進的真正綜合型、創新型、開放型的多學科交叉融合的工程訓練中心.就目前來看，國內高校工程訓練教學中大部分工種仍然以“臨摹”練習為主，學生受益面很小，為大部分學生提供的自主創新設計訓練機會很少[5]，多數高校的大學生創新創業教學還僅僅停留在認知層面上[6].即便是在上海這種處于我國發展水平高端的地方，“總體尚處于由傳統單一的技能訓練向現代的工程實踐綜合訓練的發展、提高階段”[7]，根本談不上創新、創造、創業，最終導致“我國工科大學畢業生大多缺乏實踐能力和創新精神，缺乏解決工程實際問題特別是綜合性較強的復雜的工程技術問題的能力”[8].為此，必須充分利用新工科建設的歷史機遇期，從快從速扭轉目前高校工程訓練中心功能單一的局面，乘勢而為，充分挖掘和整合高校內部資源，建設功能完備、設備先進，教學型教師、工程師型教師、工匠型教師結構合理的現代工程訓練創新中心.

（3）整備和調整高校的工程訓練教學計劃，大幅度增加工程訓練教學時數.沒有充足時間保障的計劃無疑是個無效的計劃，形同虛設.不折不扣地按照國家工程訓練示范中心“大學四年不斷線”的建設基準，整備和調整高校工程訓練的教學計劃，保證教學的集中、連續、全面和系統.現實中，目前相當一部分高校的工程訓練（實質上還是傳統的金工實習）課程是離散的、間斷的，是填空型的（看某專業的閑暇見縫插針），況且就是這樣的工程訓練（姑且稱為工程訓練）其總學時在某些個別院校才僅僅40余學時，除了完成教學大綱的授課任務外幾乎談不上任何的綜合訓練，一個專業的工程訓練課哩哩啦啦抻滿一學期.如此訓練，談何訓練，更何談創新！

（4）科學設計教學培養方案，建立以核心課程為主干的教學體系.目前國內高校普遍存在課程繁雜、門數過多、單門課程學時偏少（俗稱“少學時多門數”），四年大學學生除了上課還是上課，幾乎沒有任何自由選擇或創新創業的空間時間.以吉林省某高校2014版培養方案中的某國家特色專業的培養方案為例，必修課36門，選修課7門（名為選修實為必修），公共實踐教學環節課程4門，專業實踐教學環節課程8門，合計55門課程，平均一學年13.75門課程；四年總學時2418學時，其中必修課學時2197學時，選修課學時221學時，大部分課程的學時為18—36學時，平均43.96學時.在36門必修課中，政治理論類課程累計312學時，英語、體育、軍事理論、創業教育等非專業類課程累計432學時，兩項合計學時744，占必修課總學時的33.86%（不包括為期一周的入學教育、為期一周的畢業教育、為期三周的軍訓以及為期三周的金工實習）；數學類、物理類課程累計445學時，占必修課總學時的20.25%；除此以外還有多達26項（門）各類必須完成的課外“課程”.試想，在這種安排“滿滿”的教學設計架構下，學生哪里有自由想象、自由創新的空間和時間？筆者認為，我們應該以新工科建設為契機，認真重新理順這種不科學的教學設計，真正以學科專業的主干課程為核心來設計培養方案，給學生提供更大的自由空間和時間.如果我們借鑒世界頂級大學的美國斯坦福大學的培養方案似乎可以找到我們的差距之所在.根據斯坦福大學電子工程專業的培養方案[9]，本科生四年取至少180學分，其中數學和科學課程合計不少于45學分，技術課程不少于3學分，工程學課程不少于68學分，其他課程合計不少于60學分（包括人文科學、通識教育、語言課程等），各學期學分適中，每學期控制為12—18學分，近似于每周12—18節課，而其余時間均為學生研討、自學、實踐活動，為學生自由實踐與創新提供了重要的保障.由此我們也可以診斷出中美大學生的能力差距之緣由.

大學生工程訓練綜合創新能力是事關國家、民族未來生存與振興發展的關鍵所在，新工科理念的提出為我國工程教育的理論與實踐探索提供了一個全新的視角，未來對新工科人才的要求既有扎實的專業技能，又具備溝通交流、團隊合作、綜合創新能力、跨學科思維等非專業技能的能力.因此，著力打造和傾力培養大學生具有工程訓練綜合創新能力應該而且必須成為高校達成的目標和拼搏的方向，這是時代賦予高等院校的神圣歷史使命.

〔1〕“新工科”新在哪兒—光明網-《光明日報》．2017-04-03．http//edu．cnr/list/20170403/t20170403_523690794．shtml．

〔2〕張戈，等．智能制造背景下工程訓練中心建設探究[J]．實驗技術與管理，2017,34（2）：209-213．

〔3〕吳慶憲．高等工程教育發展與高校工程訓練中心功能定位[J]．南京航空航天大學學報（社會科學版），2006,8（1）：68-71．

〔4〕梁延德．我國高校工程訓練中心的建設與發展[J]．實驗技術與管理，2013,30（6）：6-8．

〔5〕鞠晨鳴．“卓越工程師”視域下的工程訓練教學發展思路探析[J]．南京理工大學學報（社會科學版），2015,28（4）：73-78．

〔6〕夏人青，羅志敏．論高校人才培養框架下的創業教育目標[J]．復旦教育論壇，2010，8（6）：56-60．

〔7〕吳國興，符躍鳴，李忠唐．上海市高校工程訓練的現狀、問題與發展[J]．實驗室研究與探索，2013,32（9）：149-153．

〔8〕徐建中．創建國內一流的工程訓練中心的建設實踐[J]．實驗技術與管理，2006,8（1）：76-80．

〔9〕School of Engineering Stanford University．Electrical Engineering-Signal Processing&Communications 2011-2012Program Sheet[EB/OL]．http：//www．stanford．edu．2013,4．