新工科背景下工程教育人才培養模式的創新性研究

秦璐 ,董羽

(1.南京工程學院 人事處,南京 211167;2.南京航空航天大學a.經濟與管理學院,b.機電學院,南京 211106)

隨著工業4.0時代的來臨,科學技術發展加速,工程、技術和人才的迭代創新逐步成為社會發展的引擎,高校也面臨著人才培養模式轉型和人才質量提升的緊迫局面。新工科正是國家為了應對新經濟發展、新科技革命、新產業需求和新國際競爭而啟動的戰略性和系統性工程教育改革計劃[1],目的是培養在高等工程教育領域的卓越人才,從而助推實現新工科人才培養提質增效最大化,實現人才強國戰略。

自2016年中國正式加入《華盛頓協議》,中國工程教育便迎來了春天。統計數據顯示,2012-2021年高校工科專業數量從169個增至232個,增設智能制造工程、虛擬現實技術和海洋信息工程等63個新工科專業,而與新興產業和未來戰略性產業相關的航空航天類、生物醫學工程類、生物工程類和海洋工程類專業在校生規模僅占工科生總量的2.78%[2]。一言以蔽之,傳統工科專業依然占據工學主體地位,人工智能、新能源、互聯網等核心技術領域的人才缺口仍然較大,新工科的人才培養容量相對偏小。值得關注的是,國家給予政策支持下的新工科的急速發展與伴隨的宏觀教育模式、微觀教學范式不能及時跟進的矛盾逐漸凸顯,從而帶來人才培養中存在所學工程技術與現實脫節、工程實踐匱乏、工程設計能力不足等弊端。培養人才是高等教育的重要使命,而人才培養質量決定了教育目標的達成。如果只側重教育理念和學科建設上的革新,不在人才培養、教學質量上下功夫,勢必會阻礙新工科的良性可持續發展。可見,新工科建設的穩步推進必須重視人才培養環節、注重人才培養模式的調整等內涵方面的建設,才能真正實現新工科建設的人才強國目標。

一、新工科工程教育人才培養的走向分析

新一代科技革命和產業變革催生了一大批新生產業,新工科背景下高等工程教育的使命是改造傳統生產模式和服務業態,加速從科學革命、技術革命到產業革命趨勢變革的時間周期,使得高等工程教育的模式真正實現順應形勢的變革。當前,高校培養的工程科技人才需要適應社會需求,不能僅僅滿足于對學科內部的單向認知,而是應以解決問題為導向,掌控和駕馭復雜工程情境。新工科工程教育人才培養需揚長避短,遵循工程科技實踐的核心理念,在教學內容上注重多學科交融、在教學模式上注重學做貫通、在參與主體上注重多方協同。

(一)在教學內容上注重多學科交融

新工科較之傳統工科對于工程科技人才能力結構、素質規格和質量標準都有新的要求,這是由它的面向新經濟、產業行業和未來工程技術,旨在解決復雜工程問題等目標屬性決定的,新工科培養的人才須具備知識創新、轉化應用及服務社會生產和工程實踐的復雜工程創新能力。當前,我國高校普遍存在工程人才培養模式趨于同質化,高等工程教育改革中在處理交叉學科、多學科融合問題時缺乏整合性思維。德國物理學家普朗克認為“人類認識的局限性”導致了知識的分門別類,面對經濟社會的高速發展和日益增多的社會問題,故步自封的單一學科已經日趨無力,忽視工程師的技術實踐、創新能力與專業素養培育,重視學生的結構化與理論化工程專業知識獲得,這種有悖于工程教育本質和社會人才需求,偏離了工程實踐的培養機制已經沒有生命力了。作為組織化的人才培養內容體系,學科在分化、整合和制度化力量交互下催生了不同的專業分支。傳統的工程人才培養模式以單一學科專業為主導,緣起于傳統的知識生產結構;新工科背景下的工程人才培養模式則是突破學科壁壘,以多學科交叉融合為發展趨勢,這也成了新知識增長的引擎,這一理念指明了高等工程教育在教學內容上的走向。工程學科包羅萬象,內涵豐富,涵蓋科學、技術、通信、管理、社會、人文等多個領域,多學科交叉、多技術滲透、多領域融合是未來工程科技的趨向。新工科背景下的人才培養應具有大工程觀,打破舊的學科制度設計、院系組織壁壘,注重交叉融合、互補協作,再造多學科交叉融合的高等工程教育創新發展新樣態,培養引領未來社會的高質量科技人才,培養符合行業發展需求的復合創新型人才,從而提升工程人才的跨界整合思維、多學科素養和創新行動力。

(二)在教學模式上注重學做貫通

教學是人才培養的主渠道,教學模式是一定理念指導下較為穩定的教學活動結構框架和活動程序。傳統知識生產模式指導的教學理念下,作為知識生產主要承載者的大學學科,多是應用學科,它因社會需求而生,重理論輕實踐的現象普遍存在,尚未適應社會需求的多樣化趨勢。傳統教學模式下,學科專任教師是專業知識的最高權威,老師教、學生學的講授式工程教學模式主導整個教學。新工科在教學模式上應注重師生平等合作關系、教學探究互動及工程知識在社會問題情境中的實踐應用,以方法訓練改造基礎課程,以跨界集成改造專業基礎課程,以聚焦設計改造專業課程,注重培育學生的工程問題思維、創新素質、設計技術和實踐能力。新工科工程教學模式培養需遵循以學生為本,實現工程教學從以教為主到學做貫通的教學模式變遷。一方面,推進學生自主學習,改變教與學的角色地位,普及適應新工科高等工程教育衍生的項目式教學、研究性教學等教學情境多元形式,強調教學中的理論與實踐結合,單一與交叉融合,探究與體驗并重,內容和目標統一,充分對接社會問題、市場需求與工程化實踐需要,利用抓住人才培養方案中規定的實驗實習課程、學術沙龍、學科競賽、學術報告會、創新創業項目、科研學術活動、企業實習實訓等體驗情景教學機會,將學生“做中學”與“學中做”充分融合,學做互促,知行合一,從而助推學生的學習興趣,提高教學質量效度。

(三)在參與主體上注重多方協同

當前,高等工程教育與產業發展的相對割裂成為工程教育改革的掣肘。經濟與教育的發展互為支撐,經濟增長理論認為教育主要通過增加勞動力的人力資本、提升經濟體的創新能力和推動知識的流動,才能促進經濟的增長。高校的發展需要產業界協同創新并提供優質教育資源,才能形成共同體。然而,我國高等工程教育供給側和產業需求側之間在一定程度上存在“兩張皮”的狀況,工程實踐與工程理論知識斷層,人才崗位認知度不高、勝任度不強,工程倫理知識薄弱,人才所學知識與行業匹配度低等現象不可小覷,影響了教育對經濟的貢獻,也制約了教育質量的提升。新工科工程教育人才培養應注重人才培養結構和市場外部需求充分對接,應超越淺層次的校企合作,深度推進政、產、學、研多主體的協同合作,聚集內外各種教育資源,構建政校協同、產學融合、校企合作的新工科專業協同育人模式,使得多主體參與到卓越工程科技人才培養中來,從而形成育人共同體[3]。主動協調多主體之間的關系、對接社會各種需求,主動順應科技與產業革命實踐,致力解決國家和人類社會的重大工程技術理論與實踐問題,拓展同社會企業和行業協會的協同育人關系,通過產、學、研、企等多主體協同增強高等工程人才培養的市場適應性和社會實用性。

二、新工科工程教育人才培養的路徑取向

新工科工程教育人才培養在知識生產模式轉型下具有新的內涵和特征,它要求必須以成果導向教育(OBE)理論創新人才培養模式,以人才培養的結果為基礎設計人才培養的方案,構建工程教育人才培養體系。

(一)秉持卓越質量觀人才培養理念,從狹窄的專業教育走向大工程觀教育

高校的辦學使命是構建人才的多元結構,大學的實踐訴求是塑造人才的創新復合能力。新工科人才培養應秉持卓越質量觀人才培養理念,促進人才多元能力結構形成及素質規格優化,力爭從單一的純專業教育走向多元的大工程觀教育。首先,優化人才培養結構,精準定位新工科工程人才培養目標。高校應整合社會經濟發展需求、高校自身定位、學校發展實際、學校特色優勢等各方面條件,全鏈條參與,力圖解決工程科技實踐領域的“卡脖子”問題,合力培養高水平卓越工程科技人才,補足新興產業及重點行業的工程科技人才缺口。其次,在教育實踐中堅持知行互促,知行合一。新工科人才集實踐、創新、卓越和引領于一體,在工程教育實踐中,高校既要關注他們的自主學習能力,又要注重他們的多學科綜合知識結構的形成,以知促行、以行促知、學以致用才能培養適應時代的新工科工程教育人才。再次,教育目標是讓學生建立“大工程觀”。新工科人才培養的理念并不是一味否認工程學科的專業知識價值,而是要讓其明確知識是指導與運用工程實踐的主要載體這一概念,對標社會需求,貫徹教育特征內涵,尊重學生的個性自由和全面發展,立足全球視野、未來發展的長遠定位,深度挖掘學生在動態變化社會中的組織領導力、創造創新力、協調適應力,注重養成批判性思維、勇于創新思維、解決問題意識、團結合作意識、社會責任感、工程倫理道德感、科學與人文統一精神等素質,進而讓工程科技人才逐步形成具備主動尋求問題、分析解決問題、設計開發、實踐應用、組織協調、創新合作等“大工程觀”理念,造就具有競爭力的未來工程領域引領者和實踐者。

(二)構建跨學科多元育人體系,從單一狹窄走向多元復合

新一輪科技革命和產業革命的興起,呼喚適應經濟社會產業的人才,從單一狹窄走向多元復合的跨學科多元育人體系成為工程科技人才質量建設的核心動力。首先,重新梳理單一學科為主導的學科系統,以大工程觀指導學科組織重建。基于學科發展規律、產業人才培養需求和學生自身發展規律出發,設計多元人才培養體系,助推跨學科多元組織結構的成功轉型,促進構建適應社會需求,能夠解決復雜工程問題的學科專業群組,為造就具備跨學科思維、“大工程觀”理念和復雜工程實踐能力的科技領軍人才奠定基礎。其次,引入通識教育理念,將通識教育和專業教育充分融合,實現育人模式的結構性重組。通識教育以“全人”的素養結構為培養宗旨,和新工科的培養目標在一定范圍內不謀而合。疏通大類通識教育課程和專業主干課程結構,分類構建工程科技學科大類課程、專業大類課程,形成通識教育基礎課程、專業基礎課程、專業主干課程、專業實踐課程和創新創業課程等多個課程模塊,有針對性加入或者補足工程研究、工程技術和工程實踐類課程。在大學低年級階段,進行通識課程、學科大類基礎知識學習。在大學高年級階段,進行基于“微專業”課程結構的多維度,交叉、開放式發展方向的專業學習。再次,打造工程項目化教學或設置工程實踐情境,優化新工科交叉育人內容體系。2017年美國麻省理工學院啟動了新工程教育轉型計劃,改變過去培養工程科學家的目標,專注于培養引領未來產業和社會發展的工程師,主要內容是推進以項目/合作學習為主要特征的學習方式變革。而創建于1997年的歐林工學院,則以項目化課程改革為抓手,重新定義了工程和工程師,被譽為全球工程教育改革典范,成為世界各國效仿的榜樣[4]。工程項目化教學是指在教育過程中,將每一個專業項目都看作一個具體的工程,學生基于志同道合、興趣愛好等自發組建團隊,根據工程項目化教學中認定的主題,分工協作,從資料查閱、方案設計、組織實施、運行反饋、項目驗收等各個環節協同遞進。在項目進行過程中,團隊成員自發探究、討論協作、主動設計、動態檢測,各個環節穩步推進,有效提升其工程實踐能力。

(三)推行以學生為中心的產教合作命運共同體模式,從單科獨進走向交叉綜合

利益共生、價值共識、責任共擔、情感共鳴、發展共贏,這些特征讓產教合作命運共同體有其獨特的存在意義和競爭力。產教合作命運共同體在新工科建設中充分發揮其獨特作用,能夠最大程度地促進新工科人才培養從單科獨進走向交叉綜合。高校與行政主管部門、行業企業等聯合形成產學研聯盟,共建實驗室、實習實訓基地、協同創新中心等。校企聯合商討制定人才培養目標和方案,合作開發和建設課程和教材,合力進行師資培養和科學研究,及時向企業行業進行教育教學各環節的信息反饋。在此過程中,充分吸引行業企業廣泛參與到教育活動各環節,促進產業需求與人才培養緊密結合,從根本上推動高等工程教育發展。經濟、科技與教育的深度跨界融合,推動了“教與學的革命”,高等教育治理問題面臨新的機遇與挑戰。首先,以學生為中心,堅持“以學定教”原則設計教學活動。教育者積極創設教學形式和教學主題內容,厚植學生的專業素養、工程思維和通識能力。其次,設置教學情境,創新教學形式。提升教師工程教學業務能力,借助網絡、人工智能等新技術布置工程教學場景,列舉典型案例、構造實踐項目,創新學習方法、變革教學形式,使學生在主動思考和探究中實現知識轉化和能力塑造。最后,以評促學,用過程性評價取代水平性評價。新工科工程人才培養中教學質量的過程性評價是一個動態、多變、起伏的過程,驅動教師教學業績的教育教學評價也相應地從過去的課時工作量、到課率和考試及格率等傳統指標,轉向師生互動、學生評教、學業成果反饋、教改創新等新指標進行考核,從關注書面考試分數轉向偏重課堂參與、小組合作、文獻綜述、項目設計與實施等的考核。

(四)融合外部資源與內部需求,從推進課內、課外走向內外結合

工程人才培養是利益相關者廣泛參與的過程,應向外延伸至社會實踐,聚合多方科研、教學和實踐資源與合作意向,創生高校、政府、企業、科研院所和行業協會深度交互的新工科人才培養系統[5]。首先,爭取政府層面政策支持,鞏固好新工科人才培養的多方協同育人機制。充分了解多方協同育人政策,充分調動政府、社會企業行業、高校學生等多主體的參與,從而保障新工科人才培養育人機制的長效運行。其次,高校結合各自定位情況,籌措新工科實施工作機制,做好新工科建設頂層設計。在政府政策的支持下,高校層面要結合自身定位情況,成立新工科人才培養建設領導工作小組,明確相關責任人,統籌好工作分工,制定反饋對策,監督指導,以保障新工科建設穩步推進、形成整體合力,及時解決新工科建設中遇到的問題。再次,促發產教深度融合,構筑產學研用一體化的實踐平臺。新工科建設的四大宗旨是“服務國家戰略”“對接產業行業”“引領未來發展”“以學生為中心”,在教學實踐中,逐步構建“專業與工程相互支撐、理論與實踐一體化教學、學校與企業高度互補、創新與創業雙創融合”的校內外跨專業實踐創新平臺,可為新工科建設提供有力載體。在教育教學活動安排中,應注重實踐教學,豐富各教學環節的投入,關注校外導師制和提高校外導師比例,著力建設實踐教學場所、實習實訓基地、產品孵化服務等,融入區域經濟與產業行業,應對社會需求導向,結合實際實踐問題和行業“卡脖子”技術難關,開展項目化教學、案例教學等,推進外部需求和內部資源充分融合,提升新工科高等工程教育人才的工程實踐力、社會適應力和可持續發展力。