多倫多大學電氣電子信息技術人才培養途徑及對新工科建設的啟示

譚志 曹紅玉

摘要：培養面向產業、面向世界、面向未來，符合新工科要求的一流電氣電子信息技術人才，是中國高校新工科建設過程中面臨的緊迫任務，向教育發達國家學習和借鑒成功經驗是一條有效途徑。多倫多大學信息技術人才培養以提高學生的工程與人文素養為特色，以強化多學科交叉融合、豐富學習體驗、加強多方協同育人體系為途徑，全面貫徹以學生為中心和核心能力培養等教育理念，對新工科建設及卓越工程師培養具有重要啟示。

關鍵詞：世界一流大學;多倫多大學;新工科;協同育人

中圖分類號：G642.0;TN-4???文獻標志碼：A???文章編號：1005-2909（2020）03-0024-09

實現高等教育內涵式發展，建設高等教育強國，全面提升人才培養能力，加快建設高水平本科教育是高水平人才培養體系的基本落腳點[1]。2016年以來，中國工程教育基于“新工科”發展需求，針對人才培養質量提出改革新方向。人工智能、物聯網、云計算、大數據、區塊鏈、虛擬現實等新技術研發，以及“互聯網+”“中國制造2025”“工業4.0”“一帶一路”的建設急需高層次高素質的創新型電氣電子信息技術人才。電氣電子信息技術是經濟全球化的重要推動力量，代表當今先進生產力的發展方向。培養面向產業、面向世界、面向未來，符合新工科要求的一流電氣電子信息技術人才，是高校新工科建設過程中面臨的緊迫任務。從國際形勢看，世界一流大學普遍將本科教育列入學校優先發展戰略，將培養具有全球競爭力的一流本科生作為學校發展的堅定目標和不懈追求，以創新拔尖人才培育作為核心使命，始終對既有人才培養模式進行變革創新以實現既定目標[2]。多倫多大學電氣與計算機工程系在教學與科研中對電氣電子信息技術領域一流人才的培養積累了豐富的經驗，以設置跨學科專業和體驗式專業課程學習、創建體驗式特色研究社區與創新創業集群為途徑，提升學生工程領導能力、跨學科專業技能及創新創業能力。借鑒和學習這些經驗，對推動和促進中國高校新工科建設和發展具有重要意義。

多倫多大學始建于1827年，有悠久的辦學歷史，現已發展為加拿大首屈一指的學習、發現和知識創造機構。學生有機會通過多學科的教學和研究網絡、校友和合作伙伴向杰出的思想領袖學習，50多萬名畢業生的創意、創新行動持續對世界產生積極影響[3]。愛德華·羅杰斯電氣與計算機工程系（The Edward S. Rogers Sr. Department of Electrical & Computer Engineering， ECE）屬于應用科學與工程學院，包含電氣工程和計算機工程兩個專業，

始建于1909年，一直躋身北美頂級行列，

是培養電氣電子信息技術人才的搖籃[4]。1951年后，控制工程、通信工程、電子設備和電路工程專業相繼加入，1962年成立了生物醫學電子學研究所，1965年計算機工程專業并入[5]。ECE擁有一流的研究和教學設施，超過75名教授，研究領域分布于生物醫學、計算機、通信、電磁學、電子、能源系統、光子學和系統控制等領域[6]，體現了電氣電子信息技術領域多學科交叉融合的特點。

一、ECE專業人才培養特色——注重工程與人文素養

計算機工程專業與電氣工程專業在第一年和第二年學習內容完全相同，學習基礎科學和數學、電氣和計算機工程概念等，

奠定專業基礎。在第三年和第四年，根據個人優勢和興趣，課程選擇靈活性增大，有6個領域課程可供選擇，培養學生的綜合素質。在第四年完成一篇論文或設計項目，為學生在其研究領域進行原創工作提供機會，并且在本科階段要求至少600小時的實際工作經歷[7]。

為達到學位要求，需滿足核心課和選修課兩大類學分要求。核心課是列入學校培養方案里的任何一門課程。選修課分為三類：技術選修課、自由選修課和輔助課程。技術選修課用來增強學生在特殊領域的技術知識，自由選修課限制比較少，任何學分課程只要列在應用科學與工程學院、文理學院和研究生院目錄里都可以作為自由選修課，只要這些課程內容沒有重復即可，輔助課程定義比較寬泛，作為技術選修課的補充。學院要求學生建立堅實的工程倫理學基礎，熟悉工程倫理的傳統、歷史，以及其在社會運行情境下的敏感性。為達此目的，除培養學生數學、物理科學和設計方面的能力外，還必須獲得工程人文方面的理解能力。

二、途徑一——強化理論課程的多學科交叉融合

ECE致力于工程和應用科學領域的知識傳播——從具有特殊光學特性的原子級結構到徹底改變世界的技術，如微電子學、計算機系統、軟件和網絡。理論課程設置既有橫跨6個學科領域的廣度，又要在某一領域深度學習，并對工程經濟、輔助課程等提出了明確要求[8]。

（一）廣度要求

不同領域的模塊化課程設置實現了工程專業學科之間的交叉與融合，要求學生在6個不同領域至少選修4門核心課程，涵蓋信息技術的各個方面。領域1：光子學和半導體物理;領域2：電磁學與能源系統;領域3：模擬與數字電子;領域4：控制、通信與信號處理;領域5：計算機硬件與計算機網絡;領域6：軟件。不難看出，這些領域涵蓋了電氣電子類的大部分學科，跨度非常大。

（二）深度要求

在已選擇的核心課程中選擇兩個領域，每一個領域必須選擇2門附加的技術課程，至少從數學/科學領域里選擇1門課程。

（三）個性化的選修課要求

技術選修課要求從6個研究領域里至少選擇3門附加的ECE技術課程，自由選修課要求選擇至少1門技術或非技術課程，輔助課程包括人文科學和社會科學的方法論和思維過程導論、工程經濟學的基本知識、口頭表達和寫作交流能力、技術的社會影響意識四部分[9]。ECE要求學生根據職業規劃選擇輔助課程。學生在三、四年級每個學期選修1門輔助課程學習，在4門輔助課程里，至少選修2門人文學科和社會科學課程，如表1所示。

（1）人文與社會科學。工程師通常要有人文和社會科學背景，而不僅是物理、數學和專業知識，學生需要了解這些學科中使用的思維模式，培養工程和人文素養。不同專業對選修人文和社會科學課程有不同的要求和限制。

（2）口頭和書面的工程交流。溝通和語言課程旨在培養學生建立專業級的交流技能，使學生在畢業前獲得技術交流經驗。工程師必須能與同行、其他專業和大多數公眾有效溝通，

成為高效溝通者。技術上合理的方案需要工程師與公眾和政府機構充分溝通才能被接受，對于工程師來說技術交流是基本的技能。

（3）工程經濟學。培養方案至少包括1門工程經濟學的必修課程。這些課程為學生提供了接觸工程經濟領域的機會，讓他們熟悉評估工程項目經濟可行性的基本工具。必須選擇ECE 472H工程經濟分析與創業（Engineering Economic Analysis & Entrepreneurship）課程，在第三或第四年選修。

（4）技術對社會的影響。所有工程學生必須選修工程策略與實踐I和II（Engineering Strategies & Practices I and II）或工程科學實踐（Engineering Science Praxis I and II）課程，了解工程技術對社會產生的重大影響。

（5）專業工程師認證和許可。加拿大工程認證協會（Canadian Engineering Accreditation Board，CEAB）要求學生在四年時間里必須學習數學、自然科學、工程科學、工程設計等基本課程。成為專業工程師必須滿足授權機構的要求，培養方案定期由加拿大工程認證協會認證和評估。

（四）跨專業學位或證書輔修

ECE學生能選擇跨專業的9個學位輔修課程和10個結業輔修課程，可定制自己的學位，目的是提高個人興趣領域內的技術水平和專業能力。任何工程學科的本科生都可以申請輔修課程，當學生圍繞共同的興趣走到一起時，就會激發創意，推動創新。學生完成6門課程才能獲得輔修學位，3門程課程才能獲得輔修結業證書。工程專業的學生也可以通過文理學院完成輔修課程，如經濟學、數學、社會學、哲學和歷史等。可獲得學位和結業證書的輔修課程如表2所示[10]。

三、途徑二——提供豐富的實踐課程學習體驗

豐富本科學習體驗是多倫多大學本科教育質量卓越的原因之一，強調以政府資源、社會資源、學校和學院資源等開展課外實踐活動，植入學生的能力和技能培養，將“全過程實踐”內化于項目之中。學生的教育從不限于教室、實驗室或工作室，甚至不限于校園或所在城市。多倫多大學頂點課程設計與中國高校大四下學期的畢業設計（論文）不同，時間跨度為整個第四年，除此之外學生還必須具有600小時的實踐經歷。

（一）頂點課程設計

頂點課程設計（Capstone Design Project）是一門重要客戶驅動的開放式設計項目，為工程專業學生提供多學科工程實踐經驗[11]。全學年的設計課程必須在第四年選擇，可以選擇某一學科的頂點課程設計，也可以選擇多學科頂點課程設計（Multidisciplinary Capstone Design Project，MCDP）。MCDP由多倫多大學多學科設計與創新研究所提供，所有項目起源于工業客戶，代表真實的企業需求。這些項目事實上都是多學科項目，使用創造性的迭代設計來滿足利益相關方的需求，成功完成這些項目需要橫跨多學科的綜合能力和知識。設計展是四年級學生的最后一次成果展示，每個小組在設計展上演示自己的作品，與人分享自己的想法，將團隊在設計項目上的成果傳達給學生、教師和業界代表。

（二）實踐經歷

ECE培養方案要求學生畢業前必須具備至少600小時的實際工作經驗，通過專業實踐年實習項目（Professional Experience Year Internship Program， PEY）或工程暑期實習項目（Engineering Summer Internship Program，ESIP）獲得[12]。工程暑期實習項目或專業實踐年實習項目可在入學后至畢業之間的任何時間開展，學生完成和提交必要的實踐經歷認證表格或專業實踐年實習報告，由導師或雇主簽字，在第四年冬季學期獲得學分。

專業實踐年實習項目需要有資格的學生加入公司從事12～16個月全職帶薪連續工作，運用工程知識，將學生與工業實踐連接，也是由工程職業中心提供。實習的長度提供給學生充足的時間，使他們深入大型項目，在畢業之前，與雇主建立聯系，獲得有價值的職業技能和專業經歷。

工程暑期實習項目由工程職業中心提供，向2～3年級在校生開放。4個月帶薪的夏季項目具有職業發展的引導作用，通過正規化、交互式工作坊和個人單獨輔導，為學生介紹實際工作概念和工具。大多數學生在第二學年開始申請，ESIP對就業準備具有特殊的價值。

四、途徑三——建設校內外多方協同育人體系

開展校內外多方的密切合作，包括舉辦特色講座與演講、搭建學習科研社區平臺等途徑，拓展工程實踐教育教學資源，形成多方協同育人的有效機制。學生課外參與國際工程服務和實習，通過與同齡人、教師、導師和校友的聯系，體驗世界各地的教育。

（一）開展特色講座與演講

舉辦工程創業系列講座。工程學院每年都舉辦多次工程創業系列講座，致力于培養創業文化，樹立創業理念，讓真正的企業家走進來，講述成功故事，分享創業經驗。

舉行演講活動。全球市場正以指數級的速度發展，需要超越競爭，引領可持續發展。 ECE經常邀請世界一流的研究人員分享其研究發現，以開闊師生的國際視野，及時了解最新的科學技術成果。

（二）搭建體驗式研究社區與創新創業集群平臺

學習社區是擴大和延伸原有教與學功能的平臺，通過學術或非學術的方式，以各類學習和創新創業形式聚集有共同興趣和期望的學生，搭建超越課堂的多學科綜合平臺。

Myhal工程創新與創業中心（Myhal Centre for Engineering Innovation & Entrepreneurship）是研究社區與創新創業集群的體驗式基礎設施，入駐的有多倫多大學多學科設計與創新研究所、全球工程中心、創業孵化中心、跨學科工程教育與實踐研究所、Troost工程領導力教育研究所等機構，最大限度促進多學科人員合作[13]。研究社區由獨創性、卓越性和創造性驅動的先驅者組成，招募未來的全球技術領導者，與工業、政府和其他利益方一起迎接最復雜的挑戰，解決技術問題，最大限度地影響商業、經濟和社會。創新創業集群包括先進制造、數據分析與人工智能、人類健康、機器人學、可持續發展等，代表多學科先進的研究方向，以應對社會、經濟和產業變革的挑戰。學生、研究人員、校友、行業合作伙伴和員工共同努力，加速創新創業，鼓勵工程師將他們的創新想法和產品推向市場，為今天的工科在校學生和明天的工科領袖創造完美的生態系統。

（1）培養學生與行業的協同能力。建立多倫多大學多學科設計與創新研究所（University of Toronto Institute for Multidisciplinary Design & Innovation，UT-IMDI），與工業界合作，創造基于項目的學習環境。讓本科生和研究生參與基于行業的項目，為他們提供培訓機會[14]，主要提供多學科頂尖設計課程和行業贊助的項目。學生由工程學院、導師、公司高級技術人員共同指導，獲得課程以外的實踐經驗。

（2）培養學生解決跨學科復雜工程問題的能力，成立全球工程中心（Centre for Global Engineering，CGEN）和跨學科工程教育與實踐研究所（Institute for Studies in Transdisciplinary Engineering Education and Practice，ISTEP），培養學生創造性思考一些重要問題，并確定工程和全球化之間的聯系。CGEN是多倫多大學應用科學與工程學院成立的跨學科研究機構，擁有30多名合作教師[15]。自2009年以來，CGEN一直動員教職工和學生參與具有變革性的項目，以解決最具挑戰性的問題。CGEN專注于食品和營養、水和衛生、健康和住房問題，其范圍跨越所有工程學科。該中心與多倫多大學及世界各地的其他學術機構和非營利組織建立了合作關系。ISTEP是與各院系合作的充滿活力的師生社區，促進工程教育和工程實踐方面的學術研究，為工程教育、課程設計領域的頂尖專家提供一個學術之家[16]。這些師生社區正在影響整個院系教學發展和教學創新，并能進一步提升學生綜合素質與就業創業能力。ISTEP匯集工程項目的優點，旨在培養學生的領導能力、多學科設計和溝通能力，并進一步研究卓越工科師培養的最有效方法及如何促進所學知識轉化為實際經驗。

（3）培養學生的創新創業能力，創立創業孵化中心，提供空間、設備、指導，建立與資助者的聯系，包括相關行業的知名企業家、法律顧問、會計和營銷服務的導師制輔導和指導。孵化中心不僅僅是一個發展創業公司的地方，而是一個體驗式的學習場所，在所有學生和教師中灌輸、培養創業思維，學生在充滿挑戰又充滿支持的環境中體驗創業之旅。

（4）培養學生的工程領導力，依托工程領導力教育研究所（Troost Institute for Leadership Education in Engineering，Troost ILead），幫助ECE學生或其他專業學生成為卓越的新興工程領導者[17]。研究所是應用科學與工程學院成立的加拿大第一家提供課內和課外活動的機構，與ISTEP一起在全校開設了18門領導力培訓課程，提供基于團隊的學習和領導力活動，如表3所示。兩個機構提供的領導力教育和各類項目在工程專業學生培養方面起到關鍵和持久的作用，發展學生的領導技能也可提高學校的國際影響力。

總之，ECE在整個教育經驗和專業背景下，全方位多角度培養和提升學生掌握和運用信息技術的核心能力。第一，除培養學生數學、物理科學和設計方面能力外，還必須獲得工程人文方面的理解能力，包括人文科學、藝術、管理、工程經濟學;第二，培養團隊合作和解決問題能力、溝通能力和批判性創造思維能力等;第三，個人和社會責任意識，包括公民意識和參與意識（地方參與和全球參與）、跨文化知識和能力、終身學習的跨學科基礎和技能;第四，培養學生的行業協同能力、解決跨學科復雜工程問題的能力、創新創業能力、工程領導能力。只有具備這些核心能力的一流人才，才能引領世界信息領域的發展，成為世界一流的工程領導者。

五、結語

中國高校無論是本科專業設置還是學科建設方面，都有“窄”“實”“舊”的特點[18]。所謂“窄”，即專業/學科細分，固定在狹窄的專門領域內培養，缺乏學科交叉與融合。所謂“實”，即所有專業/學科都盡可能與現實社會中的某一行業或職業直接對應，根據某一行業或職業要求設定培養方案和教學內容，服務對象比較單一。所謂“舊”，強調傳授已有的系統理論知識，多采用固定的實踐教學模式，學生專業體驗不夠豐富，大部分學生參與國際交流機會偏少，更談不上具有國際視野和工程領導力，對促進創新的跨學科合作教學與科學研究的支持力度不夠等。

21世紀以來，世界各國尤其是發達國家進一步強化大學人才培養的本質職能，“回歸本科教育”已成為國際高等教育的共識和趨勢。越是世界一流的大學，越是重視本科教育，而不僅僅是本科教學，本科教育被這些大學視為保持卓越性的看家本領和成就核心競爭力的制勝法寶[1]。多倫多大學電氣與計算機工程系除開設人文與社會科學、技術交流和工程實踐課程并直接參與解決實際工程問題、加強學生的人文素養教育和工程實踐能力訓練外，還整合學校及學院既有教育資源（社區及創新創業集群），開展體驗式學習的全新工程教育實踐。ECE對本科生工程實踐能力的培養，對教育質量的承諾，對學生核心能力的重視等諸多措施對中國高校新工科建設有一定的借鑒和參考價值。

第一，構建多學科交叉融合的新工科人才培養方案是新工科建設的重要內容。多學科交叉融合貫穿于專業建設和人才培養的全過程，是新工科專業的最主要特征，也是推進新工科建設和發展的重要因素。從多倫多大學電氣與計算機工程系的經驗來看，三四年級通過不同領域模塊化的課程設置進行教學，是實現多學科交叉融合的有效途徑。行業和產業發展對工程學科的高度期待和工程學科對經濟社會發展承擔的重大使命，使新工科建設和發展重點落腳在新工科專業建設及其人才培養上[19]。從多倫多大學創建的特色體驗式研究社區與創新創業集群來看，全方位、多角度培養和提升學生的核心能力是本質任務，培養和提升學生的核心能力也是新工科建設的重中之重。

第二，新工科建設應致力于變革性教學，努力為學生提供優秀的學習體驗，繼續加強本科教育，成為教學發展和教學創新的領導者。加強卓越工程教育理論和實踐課程，提供豐富的多學科合作和國際聚焦機會，培養21世紀有技術變革能力的工程師。根據新工科需求，實現從學科導向到以產業需求為導向的轉變，從專業分割轉向跨界交叉融合，從適應服務轉向支撐引領，從而培養更多高質量的創新創業型人才[20]。

第三，新工科建設應提供嚴謹的工程原理基礎，將多學科設計、溝通、商務、創業、領導力、全球工程等專業能力融入課程，豐富學生的學習體驗。讓學生參與類似國際體驗及專業實踐年（PEY）實習項目，把學到的技術知識應用于所從事的領域。致力于培養下一代的制造商、創新者和工程領導者，無論畢業生是否從事學術界、工業界或公共部門的工作，都需要具備多元化和全球化視野。

第四，新工科建設應增加對跨學科合作教學與科學研究的支持力度，推進多學科合作教育和研究，使其成為大學工科文化的重要組成部分。多機構聯合培養工程領導人才，創造

作為經濟發展引擎的新技術，建立充滿活力、合作和包容的教育生態系統，專注于建設有影響力的技術中心或研究所，反哺本科教育。

總之，中國高等工程院校新工科建設要以最先進的教育理念和國際一流水準服務國家戰略，適應未來需求，瞄準前沿技術領域，以培養影響世界的卓越工程師和下一代工程領導者為己任，致力于解決國家乃至世界發展面臨的嚴峻工程問題。轉換思路，充分發揮基礎理論學科的支撐作用，真正促進大工程學科之間及工程學科之外的深度跨界融合，推動學科專業結構的調整與優化。

參考文獻：

[1]

陳寶生.全面把握新時代要求，全面振興本科教育[EB/OL]. （2018-11-02）[2019-01-18].https：//news.gsau.edu.cn/info/1075/41680.htm.

[2]吳巖.全面把握形勢，全面振興本科教育全面發揮教指委作用[EB/OL].（2018-11-02）[2019-01-18].https：//news.gsau.edu.cn/info/1075/41680.htm.

[3]About U of T [EB/OL]. [2019-01-18]. https：//www.utoronto.ca/about-u-of-t.

[4]About the Department[EB/OL]. [2019-01-18]. https：//www.ece.utoronto.ca/about/department/.

[5]Programs & Focus Areas[EB/OL]. [2019-01-18].https：//www.ece.utoronto.ca/prospective-students/curriculum-streams/.

[6]Department History[EB/OL]. [2019-01-18]. https：//www.ece.utoronto.ca/about/department-history/.

[7]Edward S. Rogers SR. Department of Electrical &Computer[EB/OL]. [2019-01-18]. ?https：// www.ece.utoronto.ca.

[8]Ensure that you are meeting all ECE program requirements [EB/OL]. [2019-01-18]. http：//undergrad.engineering.utoronto.ca/academics-registration/academic-calendar/.

[9]Humanities and Complementary Studies Courses [EB/OL]. [2019-01-18]. https：//www.ece.utoronto.ca/undergraduates/programs/complementary-studies/.

[10]Planning to Graduate inJune？ [EB/OL]. [2019-01-18].https：//www.ece.utoronto.ca/wp-content/uploads/2017/11/Planning-to-graduate-in-June.pdf.

[11]Professional Experience Year Co-op Program （PEY Co-op） [EB/OL]. [2019-01-18]. https：//www.ece.utoronto.ca/prospective-students/pey/.

[12]600Hours Practical Experience [EB/OL]. [2019-01-18].https：//www.ece.utoronto.ca/undergraduates /programs/ug-600-hours/.

[13]Faculty of Applied Science & Engineering. Myhal Center for Engineering Innovation & Entrepreneurship [EB/OL]. [2019-01-18].https：//ceie.engineering.utoronto.ca/.

[14]Message from the Dean [EB/OL]. [2019-01-18].http：//imdi.mie.utoronto.ca/about-imdi/.

[15]University of Toronto. Centre for Global Engineering [EB/OL]. [2019-01-18]. https：//cgen.utoronto.ca/.

[16]Faculty of Applied Science & Engineering. Institute for Studies in Transdisciplinary Engineering Education & Practice （ISTEP） [EB/OL]. [2019-01-18]. https：//www.engineering.utoronto.ca/istep/.

[17]Faculty of Applied Science & Engineering. The Troosts[EB/OL]. [2019-01-18]. https：//ilead.engineering.utoronto.ca/about-ilead/the-troosts/.

[18]徐國興，李梅.一流本科如何建設—基于“雙一流”高校本科課程綜合改革的實證分析[J] .教育發展研究，2018 （17）：28-35.

[19]林健.面向未來的中國新工科建設[J].清華大學教育研究，2017（2）：26-35.

[20]陸國棟，李拓宇.新工科建設與發展的路徑思考[J].高等工程教育研究，2017（3）：20-26.

The path of training first-class electrical and electronic information

technology talents in the ?University of Toronto and its enlightenment

to emerging engineering education

TAN Zhi1， CAO Hongyu2

（1. School of Electrical and Information Engineering， Beijing University of Civil Engineering and Architecture，

Beijing 102616， P. R. China; 2. Beijing Vocational Transportation College， Beijing 102618， P. R. China）

Abstract：

How to train first-class electrical and electronic information technology talents for the industry， the world and the future is an urgent task in emerging engineering education in universities in China. It is an effective way to learn from the successful experience of education-developed countries. Information technology personnel training in University of Toronto is characterized by emphasizing on training students engineering and humanistic literacy， strengthening interdisciplinary integration， enriching students learning experience， and strengthening the multi-disciplinary collaborative education system. It fully implements the educational concept of student-centered and core competence training， and has important enlightenment for the emerging engineering education and outstanding engineers training.

Key words：

first-class universities; University of Toronto; emerging engineering education; cooperative education

（責任編輯?周?沫）