世界一流大學工科課程設置的特點探析

劉慶 許露

[摘 要]新一輪技術革命和產業革命對工科教育提出了更高的要求，工科教育改革迫在眉睫。本文基于對斯坦福大學新一輪工科課程設置概況的分析，探究其課程設置上體現了聚焦“發展的”學生、扎根基礎學科和基本理論、實現多學科知識關懷、倡導多方“互嵌式”合作等特點。這對我國“新工科”建設課程設置中以學生發展為中心、鞏固基礎學科和基本理論的課程地位、發揮多學科育人效應、釋放產學合作協同育人的活力等，具有一定的借鑒價值。

[關鍵詞]斯坦福大學;工科課程;特點;“新工科”

[中圖分類號]G642.3 [文獻標識碼]A [文章編號]1005-5843（2021）01-0129-06

[DOI]10.13980/j.cnki.xdjykx.2021.01.022

新一輪科技革命和產業革命給工科教育帶來了機遇和挑戰。面對新時代、新任務，我國積極推進“新工科”建設。“復旦共識”“天大行動”“北京指南”作為“新工科”建設“三部曲”，相繼提出高校應引領和支撐“新工科”建設與發展 [1]。“新工科”建設人才培養模式與方法[2]，持續深化工程教育改革[3]。大學肩負人才培養重任，課程是實現人才培養的主要載體，是教育理念付諸實踐和人才培養目標得以實現的橋梁 [4]。葉民等指出“新工科”建設需重構現有工科課程[5]。李良軍等從課程設置角度分析影響工程人才需求的四要素[6]。然而，現有研究對“新工科”建設背景下工科課程設置的探討較少。斯坦福大學是世界一流大學之一，其工科教育因冷戰期間的軍工需求一躍成為典范[7]。基于此，本文通過分析當今斯坦福大學工科課程設置概況，探究其工科課程設置特點，以期為我國高校“新工科”建設課程設置提供有效借鑒。

一、斯坦福大學工科課程設置的概況

斯坦福大學自1891年建立以來尤為注重工科。其中，1/3的教師是工科教授，1/4的學生是工科專業。1925年，工學院成立，其在創建公司、推動技術創新和促進加州科技產業的發展等方面發揮著重要作用[8]。基于其新一輪本科課程計劃（Undergraduate Program， UP）可知，斯坦福大學工科專業幾乎涵蓋主修課程（Major Programs）、輔修課程（Minor Programs）[9]與榮譽學士學位課程（Honors Programs）[10]3個方面。本研究試以U. S. News排名靠前的航空航天專業為例，簡要敘述斯坦福大學工科課程設置的概況。

（一）主修課程

專業特性決定了主修課程的設置。航空航天專業主修課程為學生提供了解航空航天領域問題、掌握航空航天原理和理論，以及熟悉航空航天專業教學和研究人員等機會。其主修課程最低須修滿66學分，占總學分的40.24%，比重較大。根據性質，主修課程分為基礎課程、深度課程、集中選修課程和頂點課程。其中，航空航天專業基礎課程最低須修滿11學分，是工科課程體系的先導和重要組成部分，為學生提供接觸不同工科主題的機會，激發學生學習工科的廣泛興趣，確保學生能廣泛掌握工科入門知識;深度課程是建立在基礎課程之上，相當于專業核心課程。航空航天專業深度課程日漸細化，領域更加專門，不光要學生了解航空航天的發展歷史，還要掌握專業基本理論，進而養成解決航空航天問題的能力。航空航天專業深度課程至少修滿27學分，學生可以從多門課程中進行選擇;集中選修課程須修滿15學分，為學生提供一定的選擇權，學生可以自主構建合理的知識體系;頂點課程建立在深度課程之上，是專為高年級學生開設的綜合性的課程，讓學生整合所知、所學，直接接觸工科實踐和研究前沿。航空航天專業的頂點課程為7學分，學生可以從“航天頂點課程Ⅰ—Ⅱ”和“航空頂點課程Ⅰ—Ⅱ”中任選其一，旨在探索解決航空航天問題的新思路和新方法，開創航空航天新領域。

（二）輔修課程

輔修課程是對主修課程的必要補充，是學生所學知識在廣度上的進一步拓展，其中包括必修課程和選修課程兩部分，各占輔修課程的50%。航空航天專業輔修課程不僅有量的要求，即至少修滿24學分，約占總學分的14.63%。此外，輔修課程還有績點的要求，平均績點不得低于2.0。若出現課程重復或課程沖突的特殊情況，航空航天專業課程顧問需幫助和指導學生，為學生提供替代性課程方案，以滿足學生輔修課程的要求，謹防出現重復計算課程學分的狀況。

（三）榮譽學士學位課程

斯坦福大學工科一般設置榮譽學士學位課程。這一類課程主要面向“部分精英群體”[11]，讓卓越的本科生從事獨立的學術研究，激發其從事學術研究的熱情，促使其取得突出的學術成績，獲得榮譽學士學位。航空航天專業榮譽學士學位申請的起點高。其一，課程平均績點高于3.5，并遞交課程申請書;其二，出具非斯坦福大學官方的成績報告單（來自Axess企業）;其三，確定論文指導教師，并呈交一份經專家審核、簽名的研究計劃書;同時，申請修習榮譽學士學位課程有時間的要求，一般是在大三結束之前。一經本科課程委員會審核通過后，申請人即獲得參與榮譽學士學位課程學習的資格。修業期間，申請人必須選擇一名航空航天學術委員會成員擔任指導教師。在教師指導下，兩個季度完成不低于9學分的獨立研究，并始終保持較高的課程績點。

基于對航空航天專業開設課程的簡單分析，可以看出斯坦福大學工科課程設置中，工科課程的組織具有關聯性，工科課程的運行具有協同性。一方面，課程組織的關聯性意指組織、整合內容相關或可相關的學科內容，如基礎課程中就涉及到多個學科專業，開闊學生學科視野，培養學生多學科視角，并運用多學科的知識解決工程實際問題。另一方面，課程運行的協同性是指企業等主體與學校共同參與工科人才的培養和考核，集各方優勢，在有限時間內培養出符合社會發展需求的人才。總之，斯坦福大學工科課程設置是以可持續性為旨歸，即根據社會或行業的需求及時調整課程，確保課程的可持續發展，使之自覺應對社會或行業的挑戰，這基本上符合新工科內涵式發展的要求[12]。

二、斯坦福大學工科課程設置的特點

基于斯坦福大學當前工科課程設置中課程組織的關聯性、課程運行的協同性等概況，我們可探究其工科課程設置的特點。其中，聚焦“發展的”學生、扎根基礎學科和基本理論、實現多學科知識關懷、倡導多方“互嵌式”合作等特點，具有一定的價值。

（一）聚焦“發展的”學生

“學生主體失落”具有極大的危害[13]，而受新一輪技術革命的影響，學生的發展具有巨大空間和彈性。學生學習的渠道日漸多元，掌握信息的方式和方法也發生了巨大改變。對于學生而言，進入大學學習早已不是為了適應固化的課程設置，而是通過學習，提升個人知識和技能，獲得更大的發展空間與更多的發展機遇。斯坦福大學充分意識到這一點，為學生提供相對自主的選擇課程的空間，給予學生自主選擇“課程拼盤”的機會，促成學生全身心地參與課程學習，從課程學習中獲益。斯坦福大學工科課程設置聚焦“發展的”的學生，具體體現在以下幾個方面：

首先，課程設置為學生提供更大的“發展空間”，學生真正成為大學學習的決策者，能夠相對自主地選擇“課程拼盤”。斯坦福大學工科各專業為新生提供詳盡的咨詢服務，學生可據此選擇自己感興趣的課程，進而組成“課程拼盤”。經一段時間的學習后，如若感到某種不適應，也可根據工程路線圖（road map）[14]，向課程顧問或學術咨詢主任咨詢，提交更改“課程拼盤”的個人申請，并提供一年級秋季數學、化學和物理的學業成績，經課程顧問或學術咨詢主任的確認，最終改變或調整原先的“課程拼盤”。其次，豐富的教與學的方式為學生提供更多的“發展機會”，學生充分參與學習過程，融入學習過程，最終成為完善學習過程的關鍵環節。斯坦福大學工科各專業通過探究式教學方法，包括案例教學、研討教學、實驗教學、線上與線下相結合等教的形式，交叉學科融合學習、體驗式學習、理論學習與實踐學習相混合等學習方式，給予學生豐富的學習體驗。例如，計算機科學專業開設的“Unix實用操作系統”課程，其以視頻教程和每周實驗來進行多主題的教學。通過多樣的教與學的方式，學生從知識的被動接受者轉變為學習過程的積極參與者、主動發現者和創新者。再次，學生能夠從學習過程中得到“新的發展”。斯坦福大學工科課程設置中以真實的工程項目或問題為主題，引入并整合工科教育中數學、自然科學、人文社會科學等多學科知識，旨在培養學生掌握工程知識，并在圍繞主題設計過程中工程實踐能力的掌握，以及工程倫理的養成。例如，機械工程專業開設的“設計中人文價值觀概論”即是基于項目的課程，介紹產品設計的核心理念。學生學習如何在技術因素（產品設計的可行性）、商業因素（設計出的產品在市場上的生命力）、人類價值觀（設計此產品的可取性）三者的交叉點上進行創新。通過真實的、基于團隊的項目學習，學生努力掌握以人為中心的設計方法，熟練地設計各種解決方案，從物理產品到數字接口，再到服務和體驗，專注于圍繞核心設計過程和方法來培養個人和團隊能力，并在發現、合成、構思、用戶測試、迭代和展示等方面打下堅實的基礎。

（二）扎根基礎學科和基本理論

任何一項重要的工業成就幾乎都離不開對基礎學科的發展和對基本理論的應用。基礎學科和基本理論的學習，不僅可以確保學生具有扎實的基礎知識，還能夠為深度學習做好基礎鋪墊。斯坦福大學工科課程設置注重培養學生學習基礎學科和基本理論，期冀挖掘學生自覺應用基礎學科和基本理論的能力。

一方面，斯坦福大學工科課程設置多數扎根于基礎學科。基礎學科是大學辦

學的基礎，是應用學科發展的知識生長點，更是社會行深致遠的壓艙石[15]。斯坦福大學工科專業對基礎學科有著具體的學分要求。由表1可見，各個工科專業對基礎學科的學分要求大約占總學分的1/4，最高甚至超過1/3。通過基礎學科的積累，確保工科學生具有扎實的學科知識和處理問題的能力。

另一方面，斯坦福大學工科課程設置往往扎根于基本理論。自20世紀80年代以來，工科課程中理論與實踐不平衡帶來的問題愈漸凸顯，工科教育質量低下、工科人才短缺日漸成為全球發展的嚴峻挑戰。工科的應用與實踐脫離不了工科基本理論的指導，工科的未來與發展也脫離不了工科基本理論的指導。斯坦福大學工科各專業的課程體現了基本理論的要求。以生物工程專業（無先修課程學分）為例，畢業要求課程總學分為157分，其中工科須修滿55學分。據不完全統計，工科中基本理論課程為19學分，占工科課程學分的34.55%，占總課程學分的12.10%。此外，這類課程一般都采用考核的形式，給予相應等級;并根據學生所得課程等級，判定是否準許授予該門課程的學分。顯然，斯坦福大學工科專業十分重視基本理論的學習。

（三）實現多學科知識的關懷

隨著社會的發展，工程系統的復雜性越來越高。就工程系統內出現的問題而言，遠非是某一學科或領域內可以完全解決的。斯坦福大學工科課程設置重視多學科知識的涉獵，以期較為全面地認識工程系統，掌握工程系統中的關鍵要素。在多學科知識糅合背景下，培養工科人才立體和整合的視角，尋求最優化方法。斯坦福大學主要以以下兩條途徑來實現多學科知識關懷。

一方面，開設主題式介紹性研討會。主題式介紹性研討會通常是由學生與教師一起在小班中圍繞一個不屬于某一特定專業的主題進行。圍繞某一現實主題，引入所需要的知識、能力，包括工程原理、經濟效益、可持續發展以及工程倫理等問題，培養學生的多學科視角。斯坦福大學開設27個有關工程的主題式介紹性研討會（Introductory Seminars），分別是：5個電氣工程專業研討會、5個材料科學與工程專業研討會、4個航空航天專業研討會、4個計算機科學專業研討會、3個化學工程專業研討會、2個土木環境專業研討會、2個管理科學與工程專業研討會、1個生物工程專業研討會，以及1個機械工程專業研討會。其中，以機械工程專業為例，其涵蓋了生物醫學、計算工程、設計和能源等主題構建的多學科要素，旨在平衡學生的多學科知識與實踐能力，以適應社會多樣要求[17]。另一方面，積極開發交叉學科課程。化學工程專業開設“藝術材料探索，藝術與科學的交匯”課程，將藝術與科學有機結合起來。藝術家為了達到最佳的視覺效果，靈活應用各種技術，科學家、工程師也可創造地運用各種技術，嘗試提升視覺效果。因此，該門課程的設置可以極大地激發學生的創新思維，巧妙融合不同學科的知識，引導學生關注藝術和科學的交叉領域。該門課程的教學方式具有多樣性，兼用課堂教授、現場實習、實地考察等方式，理論聯系實際，使學生對藝術與科學的話語具有一定了解。該門課程的開發引人入勝，從學生的基礎出發，并要求學生以一篇關于藝術與科學交叉問題的論文完成學業考查。此外，化學工程專業為新生開設“當化學遇上工程學”，這一課程采用研討的方式開展。在研討會上，學生從不同的視角探討一些概念和原理，如以工程的視角看待如何分離混合物、提純化合物、生產高效燃料等，或以化學視角看待如何制作新材料、應用新材料和新技術。

（四）倡導多方“互嵌式”合作

“為了適應當前全球化和多元主義相互交織的客觀事實”[18]，大學培養人才無法離開“互嵌式”合作，以互動和交流促成共識。工程涉及的利益相關者眾多，包括學校、企業及政府等多方主體。但不可置否的是，工程教育需以實踐為基礎，需要在真實的或模擬的環境中進行。這種需求僅依靠教師課堂講授理論知識是遠遠滿足不了的，需要打破理論與實踐之間的藩籬，加強學校、企業、政府以及其他利益相關者之間深度的、真實的合作。

一方面，多方的“互嵌式”合作表現為主體間的直接合作，即以培養工科人才為目標，多主體共同參與培養過程。學校根據企業發展實際合理開設新課程，企業適當參與學校課程教學及評價等。如航空航天專業根據業界實際開設“航空航天新興公司的建立”課程，該課程有一半課時集中于通過案例研究，探討近期航空航天新興公司的重要決策。企業代表參與課程教學，在課堂上以航空航天領域發表觀點。由學生的指導教師，即前航空航天企業家基于學生實際項目參與和課堂參與的實況給予課程評價。另一方面，多方的“互嵌式”合作表現為主體間的間接合作，即以產品開發為目標，在開發產品過程中鍛煉工科人才的能力。企業展現工程發展的最新動態，提供學生學習的工程環境，學校根據企業產品開發的需求組織學生實施等。如計算機科學專業開設“CS+社會公益工作室，設計具有社會影響力的項目”課程，該課程指出學生在企業和非盈利領域專家或技術教練指導下，在小型團隊中以工作坊、社區討論等形式，開發企業提供的高影響力的項目，參與項目中整個產品的開發周期，創造社會變革，并在課程結束時與該項目的利益相關者和其他公眾分享該項目理念和展示可行的產品原型。

三、對“新工科”建設課程設置的借鑒

目前，我國正在推進“新工科”建設，這是對新一輪科技革命和產業變革的主動應對，對社會發展訴求和國家發展需要的主動回應，也是自主探索新時代、新形勢下工科教育改革的嘗試。作為世界一流大學，斯坦福大學工科課程設置的特點對我國“新工科”建設背景下工科課程設置具有一定的借鑒意義。

（一）以學生發展為中心

以學生發展為中心是教育意義之所在，是發揮人的價值的體現。斯坦福大學允許學生自主選擇“課程拼盤”以獲得更大的“發展空間”，以豐富的教與學的方式為學生提供更多的“發展機會”，并注重學生在學習過程中獲得“新的發展”等。這些舉措對解決我國目前工科教育課程設置中存在的以傳授書本理論知識為主，學生學習的目的主要是為了通過考試、獲得學分，導致實現人才培養的手段與人才培養目標脫節的問題具有借鑒價值。為了更好地推行“新工科”建設，我們應堅持以學生發展為中心，不斷改良課程設置。

首先，擴大學生的發展空間。學生發展的空間是基于自主選擇課程而言的，這符合“新工科”發展的大勢。“擴大學生自主權、選擇權，允許學生自主選擇專業和課程” [19]。因此，學校或專業應當尊重和保障學生自主選擇課程的機會，組織專業化咨詢人員，并設立指導部門為學生選擇課程提供建議。其次，增加學生發展的機會。教師作為引導者應組織適宜的工程環境和構建真實的工程情境，以多樣的教學方式，激發學生主動學習的興趣，并在學生思考和解決工程問題過程中提供適當幫助。再次，彰顯學生獲得發展的實效。學校或專業以真實的項目或工程問題吸引學生，使學生利用所學知識解決實際問題，并為優秀學生提供追求榮譽學位的機會，促成學生努力解決實際問題，提升學習的獲得感。

（二）鞏固基礎學科和基本理論的課程地位

重視基礎學科和基本理論，是課程設置中常談常新的話題。之所以“常談”，是因為重視基礎學科和基本理論對工科的長遠發展具有不可忽視的價值;之所以“常新”，是因為重視基礎學科和基本理論的行動還未落到實處。斯坦福大學是世界一流大學，其工科亦在世界排名中表現出眾，從1901年至2009年，斯坦福大學一共出現6位諾貝爾自然科學獎獲得者[20]，這種成就的獲得，與重視基礎學科和基本理論密切相關。

如今，“新工科”建設為我國大學工科的發展注入了新的活力。在此背景下，應用學科得到前所未有的發展契機。然而，培養符合社會發展需要的人才，不能單一倚重應用學科，還要適當關注基礎學科的發展，關注工科基本理論的發展。若是忽視或排斥基礎學科和基本理論，必然會直接影響“新工科”建設的質量。為此，“新工科”建設應重視基礎學科和基本理論，從基礎學科出發，夯實工科發展的地基;從基本理論出發，完善工科的知識結構和內容。只有重視基礎學科和基本理論，才能正確審視過去、立足當下開展活動，并在未來開創新局面，取得新成就。

（三）發揮多學科育人優勢

為了發揮多學科的優勢，斯坦福大學以開設主題式介紹性研討會、開發交叉學科課程等方式，加強多學科知識的相互聯系，合力培養工科人才。而如今，隨著學科的做大做強，學科之間的壁壘也在增多。如何打破學科壁壘，將不同學科力量引入人才培養的環節中，發揮不同學科的育人優勢，這是一個值得深入思考的難題。

基于斯坦福大學工科課程設置的經驗，我們應因地制宜。如集中優質資源開發精品交叉學科課程，鼓勵工科學生選修其他相近學科或領域的課程，或者以主題的形式聚焦不同工科專業的學生等，充分發揮多學科育人的優勢，拓寬學生的視野，豐富學生的閱歷，使其學會從不同學科視角審視某一實際工科問題，避免“管中窺豹”。

（四）充分釋放產學合作協同育人的活力

斯坦福大學以多方“互嵌式”合作促使學生直面真實工程問題，為工科人才走向社會，為社會解決問題和創造福利提供機會。“新工科”建設需要將工科人才的培養與企業及社會的實際需求相聯系，將教學與生產相結合，以逐步填補我國工科人才在理論知識與實踐能力方面存在的溝壑。

多方“互嵌式”合作的形成，協同育人活力的釋放，重點在于建立良性的利益耦合機制，不斷促進主體間良好的互動。首先，學校作為培養學生的主體，應積極尋找與該專業最佳契合的企業，加強學生對在企業學習或企業人員參與教學重要性的認識，變“被動學習”為“主動學習”;同時，學校應設立專門負責此類學習的管理部門，為學生提供相關指導，并考核學習效果。其次，企業承擔著提供真實運作環境和展現最新產業動態的職責，其前提是要樹立社會責任意識，處理好企業的商業功利性與教育事業公益性的問題，提高在合作中的自覺性和主動性，將學生的“參觀性”學習轉變為“參與性”學習，乃至提供“真實性參與”學習的機會。再次，政府在整個過程中，需要積極從“管評辦”走向“放管服”，給予政策支持，做好宏觀上的管理，使學校成為實踐經驗豐富的專家任教或兼職之地，使企業成為理論知識淵博的教師提升實踐能力的重要基地。

四、結語

當前，我國正在實施創新驅動發展，“中國制造2025”“互聯網+”“網絡強國”“一帶一路”等重大戰略，建設與發展“新工科”已成為新時代國家發展的必然要求。“新工科”建設需要吸收世界先進成果、內化世界成功經驗。斯坦福大學工科課程設置中聚焦“發展的”學生、扎根基礎學科和基本理論、實現多學科知識關懷、倡導多方“互嵌式”合作的4個特點，可以為我國“新工科”建設背景下工科課程設置提供有效的參考和借鑒。通過以學生發展為中心、鞏固基礎學科和基本理論的課程地位、發揮多學科育人效應、充分釋放產學合作協同育人的活力等重構工科課程設置，助力構建“新工科”建設育人新模式，推動“新工科”建設的可持續發展。

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（責任編輯：劉增石）