新工科背景下未來技術人才培養目標調整與育人新范式

張力

(東南大學 教務處,南京 210093)

高等教育肩負著國家創新人才培養的歷史使命,加快具有敏銳洞察力和前瞻性、世界胸懷和全球視野,能夠把握并引領科學技術未來發展的創新人才培養,是實現國家科技強國戰略的需要。2020年,教育部為推進新工科建設進一步深化拓展、打破人才培養窠臼,從戰略大局出發,推動高等教育加快人才培養體制機制變革,前瞻性培養具有敏銳洞察力并引領未來科學技術創新發展的領軍型、國家戰略性人才,敏銳判斷并搶占未來科學技術發展之先機。經深入調查研究,一些高校培育并建設了一批未來技術學院,著力在重大未來技術領域培養頂尖技術創新人才,探索構建新時代未來技術創新領軍人才培養新范式。因此,深入分析現有未來技術學院的培養目標、育人模式等對于新工科背景下其他高校和學科開展未來技術學院建設有著重要意義。

一、未來技術人才培養目標的調整與改革

1.未來技術人才培養目標與未來技術之間的關系

未來技術是面向科技前沿的,具有可能顛覆行業結構、革新行業生產方式的技術。正因為未來技術對經濟社會發展的巨大推動作用,它不僅僅關系國家科技自立,還與國家安全和戰略、經濟社會發展、人民生活改善等國家未來發展息息相關,具有核心戰略重要性,涉及計算機與人工智能、量子科學與信息、微電子與集成電路、生命科學與健康、腦結構和功能科學、生物及生物育種、航空航天科學與技術、深地深海深空等諸多科技領域。未來技術的主要特征有以下幾方面(如表1所示)。根據未來技術的特征能夠看出,未來技術要求培養具有前瞻性和全球視野,能夠引領未來技術發展的創新型科技領軍人才。其中,“前瞻性”是指對科學技術未來應用的判斷和把握,具有敏銳的科技洞察力,能夠預見未來科技還未應用而又可能大規模應用的事件；“全球視野”是指科技人才的胸懷和格局,能夠把握和深刻認識未來技術領域的國際發展趨勢,對未來科技的探索、研發和應用要具有全行業、全局和全球視野；“創新型”是指科技人員運用創新思維和創新能力探索未來技術研發和應用；“科技領軍人才”是指在未來技術領域造詣深厚、做出突出貢獻,并處于領先地位,能夠在未來技術發展上起到引領和帶動作用的著名專家和知名學者。

表1 未來技術主要特征

2.未來技術人才培養目標與新工科的關系

為了應對以人工智能為代表的新一輪科技革命和伴隨而來的產業變革,我國高等工程教育提出了新工科建設,新的人才培養目標和方案適應新經濟產業形態的要求。

新工科體現了全新的學科建設內涵:繼承與創新、交叉與融合、協調與共享。新工科必須通過人才培養理念的升華、體制機制的改革以及培養模式的創新應對未來不確定的變革挑戰[1]。交叉與融合是工程創新人才培養的著力點,基于多學科交叉、產學研融合,進而將高水平科研優勢和產學研資源轉化為育人優勢。經濟全球化的不斷深入與創新要素的加快流動使得共建共享、合作互補成為高等工程教育發展的共同選擇,以協調推動新工科專業結構調整和人才培養質量提升,以共享推動新工科優質教育資源和教育成果共建共享[2]。就行業和產業發展對工程學科的高度期待和工程學科對國家經濟社會發展應當承擔的重大使命而言,新工科建設的主要目標可以表述為“主動布局、設置和建設服務國家戰略、滿足產業需求、面向未來發展的工程學科與專業,培養造就一批具有創新創業能力、跨界整合能力、高素質的各類交叉復合型卓越工程科技人才”[3]。

未來技術人才正是在研判產業行業未來學科技術發展方向、掌握未來科技人才需求的基礎上,對未來技術學院人才培養提出的更高要求。因此,未來技術學院的建設應貫徹落實習近平總書記關于教育的重要論述,特別是在清華大學考察時的重要講話精神,瞄準未來10～15 年的前沿性、革命性、顛覆性技術,突破常規、突破約束、突破壁壘,強化變革、強化創新、強化引領,培養具有前瞻性、能夠引領未來發展的技術創新人才,推動從“中國制造”到“中國創造”的轉型升級,為建設高等教育強國、服務高質量發展、實現中華民族的偉大復興奠定基礎。

3.未來技術人才培養目標轉型升級

對現有未來技術學院的培養目標和建設方向進行對比分析,結果見表2。從表中縱向分析可以看出,未來技術人才培養標準有三方面要求:一是能夠支撐實現未來技術人才培養目標,是培養目標的具體化；二是能夠體現辦學特色和優勢,既要符合學校辦學傳統和優勢,又要有所突破和提高；三是可彈性調整并具有廣泛性,一方面未來技術人才能夠適應未來社會需求的不確定性,另一方面人才培養過程需要適應科技經濟社會的飛速變化,并及時對課程體系和教學內容進行修訂[4]。從表中橫向對比可以看出,各未來技術學院在人才培養上更加強調前瞻性、批判性的思維,更加側重人才的動態適應能力和全球勝任力,更加強調德智體美勞全面發展的綜合能力,以及培養社會主義事業建設者、可靠接班人[5]。

表2 未來技術學院培養目標和建設方向總結

二、未來技術人才育人模式的新范式

新工科建設探索工科與其他學科交叉融合規律,推動高校機制體制創新,培養未來科技創新領軍人才,在堅持六個原則的基礎上完成七個任務,其中兩個首要任務就是:培養未來關鍵核心技術領軍人才[6]；探索和研發未來關鍵核心技術,解決關鍵核心領域“卡脖子”問題,形成國家持續性的創新能力。為了完成這兩個關鍵任務,本文對各個高校的育人模式進行了六個方面的詳細研究。

1.科學選才新方法

針對東南大學、清華大學、中國科學院大學、北京航空航天大學、天津大學以及華中科技大學等六個重點研究對象的科學選才方法進行對比分析,發現六所學校中東南大學和華中科技大學采取類似的方法,即從全校的眾多報名者中進行筆試和面試遴選出優秀人才進入未來技術學院培養,東南大學遴選出100名,華中科技大學遴選出120名。清華大學則將培養計劃唯一定位于錢學森力學班,學生規模為30人。北京航空航天大學從全?？茖W選鑒有志趣、有潛質的學生分階段進入,保持每屆60人規模,實施超常規培養和動態流轉機制。中國科學院大學在遴選未來技術人才的同時,在全校精心遴選一支以兩院院士和其他杰出科學家為主的高水平本科生學業導師對學生實施個性化培養。除此之外,天津大學會對入選的未來科技人才進行二次選拔,通過志愿填寫主要了解學生的中學學習情況和發展；筆試環節采取開放式測試方式,學校提供一些數學和物理方面的資料,讓學生理解以后再進行答題,重點考察其思維與邏輯分析能力,而不是簡單記憶和解題技巧；最后的面試由專家隊伍與學生進行充分思想交流,考察其創新能力和溝通能力。

2.本研貫通個性化成長新路徑

東南大學立足“中國特色、全球視野、面向未來、引領發展”的辦學理念,構建了“3+1+X”本研貫通培養體系。華中科技大學立足于未來發展需求,特別突出學校工程醫科交叉結合的優勢,打通本科和研究生的培養,實行8年制本碩博貫通培養,夯實數學、物理、高等量子等基礎學科的基礎,以導師課題為引領和依托,學生以興趣為引導銜接本碩博學習階段[7]。與華中科技大學類似,北京航空航天大學同樣采用8年制的培養方案,本科一、二年級系統修習一流課程,著重強化數理基礎、通識素養和學科認知,奠定堅實知識基礎,激發空天報國情懷,樹立學科交叉融合理念；三、四年級在校內外雙導師團的指導下開展進階式實踐研修,完成從創意到創新的兩次團隊研究項目,探索科技基礎到前沿追蹤之路,達到要求的學生100%保研；后四年(即博士階段)任選研究方向,在導師團的指導下深度開展高階科研項目和科技創新研究,發表高水平論文或取得高水平科研成果,獲得博士學位。清華大學立足于“本博貫通”的長周期培養體系,鼓勵學生心無旁騖地長期投入重大課題,在導師指導下,設計“同軸聚焦、銜接融通、個性優化、學研相長”的“一人一策”培養方案[8]。中國科學院大學立足于本碩博一貫制培養,通過“本碩博”貫通式培養的課程體系豐富跨學科思維,與部分高校類似都以年級為基礎制定成長路徑,本科前三年重點強化數理基礎訓練、“文史哲藝經美”等人文素質培養、專業基礎知識學習,本科四年級開始,選拔學生進入未來技術相關的研究生培養階段,可以提前選擇導師和研究生課程,畢業設計直面領域難題或“卡脖子”問題,實現本研銜接[9]。天津大學立足于貫穿本研的科研實踐,從第四學期開始啟動本研貫通人才培養,建立大師引導的學業導師制度,建立適合學生個性化學習的教學體系和學生管理機制,充分利用共建學院各專業的優質課程資源,鼓勵學生在教師指導下個性化發展。

3.革新知識與課程體系

選拔優秀人才制定相應成長路徑之后,各高校也進行各自的知識革新,明確本科全階段課程體系。東南大學整合優化電子信息領域大類平臺課程,打造基于未來技術創新項目的研究型課程群。華中科技大學的課程體系在“一方向一方案、一學生一方案”的基礎上個性化打造“單人課表”,實施開放與交叉融通相結合的選課制,學生可以跨專業、跨院系、跨層次選課,前三年重視基礎學科通識教育,大四進入學科交叉模塊學習。與華中科大類似的北京航空航天大學的課程體系同樣采用“一生一案”。由導師團隊結合學生選定的研究方向,定制柔性培養方案。課程體系由科學基礎課、工程基礎課、人文科學素養課三個板塊組成的核心基礎部分,以及學科融合課、創意交流課、項目研討課、科研項目課四個板塊組成的科技進階部分組成,著重體現課程挑戰度,厚實基礎、深度交叉,強化大師引領和學術指導。清華大學在廣泛調研國內外高水平大學及本校學生的學習時間分配結果的基礎上,設計了學分精簡、挑戰度與寬容度并重的“六類四層”特色體系。中國科學院大學的課程體系依托本科教育“一制三化”(導師制,小班化、個性化、國際化)的“三段式”培養模式以及基礎學院完善的核心課程體系,重視數理基礎課程的同時增強人文素養“文史哲藝經美”等課程學習,構建包含普及課、研討課、案例分析課及現場教學實驗課的研究型課程體系,以支持多學科交叉融合教育的開展。天津大學的課程體系以新工科建設方案為依據,根據畢業要求一體化設計課程體系,課程按未來領軍人才培養要求強調基礎性和高階性,以工科數學分析、量子物理、量子化學、量子計算等高階課程為基礎,提升學業挑戰度。專業核心課按多學科交叉人才培養要求進行知識重構,強化共性基礎,突出創新要求。專業課程強調知識前沿性,注重學生思想引領。

4.課程教學新模式與教學場景新形式

課程體系確定后,各高校也相繼推出了對應的教學模式和教學形式,東南大學堅持“立德樹人”根本任務,積極探索人才培養新模式,持續拓展人才培養新平臺,做好集成電路英才班計劃,與國際頂尖大學、研究機構建立合作探索教學新模式,創辦研究聯盟、創新班打造教學新場景。華中科技大學堅持聚焦“大工程、大健康”兩大國家重大戰略方向,增設了創新訓練營、暑期學校等教學場景。清華大學堅持“厚植基礎”的理念基礎,聚焦“力學-X”為核心的基礎研究與產業前沿領域,與相關學科頂尖專家、重點實驗室、產業合作伙伴一起,融入各方資源,共同建設“未來技術領域重大挑戰問題庫”,設計基于重大挑戰問題的研究性學習體系,學生自主組建“未來技術興趣團隊”,與產業合作伙伴合作組織“未來技術創新挑戰賽”等形式[10]。北京航空航天大學堅持學研一體,全部采取小班化研究性教學與學習形式。精心打造為期一年的科研項目課,從服務國家空天戰略需求的重大科研項目選取課題,同步給出需要修讀的課程和研究方法,采用學生自主探索與導師科學指導相結合的方式完成研究性課程,按照未來空天技術方向,動態設置教研室,設置教研室首席責任教授,緊密銜接科學研究和課程教學。中國科學院大學堅持依托重大科研項目、重大平臺,瞄準未來技術發展,革新教學組織形式,鼓勵不同專業背景的學生組成研究小組,建立跨學科的學習模式,讓學生掌握并熟悉各個學科的基本語言,促進學科專業的溝通交流和交叉融合,邀請高年級學生擔任低年級學生的“朋輩導師”,通過高年級同學的指導和幫帶形成一種榜樣效應,基于重點領域科技研究方向或重大科研項目中的關鍵科學問題進行討論、分析或開展科研實踐課程,鼓勵學生提出解決問題的思路和方法[11][12]。天津大學堅持從知識教育為主體向思維和能力培養為主體轉變,圍繞“三類五種”項目式教學,開展“四種學習”(浸潤式、體驗式、探究式、項目式),構建“三個環境”(課堂、書院、實驗室),將傳統、陳舊的教學場景轉變為面向未來的教學場景,鼓勵學生面向未來去提出問題、思考問題和解決問題。

5.產教學研協同育人新模式

各大高校都十分重視產教學研協同新模式的落地與實施,東南大學實施“三制”(導師制、書院制、完全學分制)和“五化”(小班化、個性化、國際化、卓越化、本研一體化)的育人創新模式,深入推進研究型學習方式,深化產學研合作。華中科技大學發揮“三大平臺”(國家級重大科研平臺、產教融合平臺和國際學術交流平臺)的育人優勢,其中,科教協同育人平臺有武漢光電國家研究中心和國家數字化設計與制造創新中心；產教融合平臺有國家集成電路產教融合創新平臺；國際化育人平臺依托“高校國際化示范學院推進計劃”等國際交流合作項目。清華大學實施產學研協同育人方式,將科研院所作為與高校合作的第一類對象,而將高新技術企業作為第二類伙伴。北京航空航天大學實施以重大科研突破為牽引,全校各類科研實驗室面向學生開放,并結合微課納課授課,將前沿科研成果引入課堂。打造未來科學猜想實驗室,將科研成果轉化為實踐內容。將科研項目與學生科創競賽緊密結合,鼓勵中低年級學生以創意、創新成果參與各類競賽,高年級直接進入實際科研項目或自選項目的研究,逐步促進學生建立勇攀科研高峰的科研自信心。中國科學院大學實施“產教協同”育人新模式,融合產業需求及科技創新,依托政府、企業和學校的科教優勢,發揮企業的實踐應用優勢,例如引入行業高技術企業參與教育教學全過程。天津大學實施聚焦未來科技的培養體系,體現學科交叉、通專結合、產教學融合、產學企協同育人,例如學生也可以進入國際工程師學院,通過法國工程師的教育模式,充分利用企業俱樂部資源,開展企業工程實踐,直接參與企業技術和產品開發,鍛煉解決工程技術實際問題的能力。

6.引領學生創新發展新評價體系

圍繞人才培養目標,未來技術學院對學生的培養是否合格有綜合的評價體系,東南大學采用一流本科教育行動計劃結合書院制在內的“三制五化”培養模式,即“導師制、書院制、完全學分制”,以及“小班化、精英化、國際化、卓越化和本研一體化”對學生進行綜合評價。華中科技大學采用學分制,所修學分為150分,專業課程經過整合優化,將拓展教學內容的廣度和深度,實行淘汰制,學生學習緊迫感強、效率高。清華大學采用以學生創造性成長為中心,由“科研創新挑戰問題(X-idea)”“科研導引”“科研進階(增強版學生研究訓練)”等模塊構成貫穿大學四年的創新能力提升系統對學生進行綜合評價。北京航空航天大學采用為每個學生建立培養質量和發展潛質電子檔案的方式,以大數據跟蹤、人工智能評測等信息技術,結合專家委員會評議,對人才培養成效進行實時評估。未來空天技術學院實施完全學分制,基本學制為8年,最長不超過10年。各階段學制彈性、均設出口,學生可通過考核直接進入下一階段學習,或由動態流轉機制分流對學生進行綜合評價,具體表現為學生滿足八年制本博貫通準出標準且學位論文及相關工作符合學校及學院要求,可授予相關專業博士學位；根據學生個人意愿和選鑒結果,在入學四年后,滿足本科準出標準可授予相關專業學士學位；根據學生個人意愿和選鑒結果,在入學六年后,滿足碩士準出標準可授予相關專業碩士學位。中國科學院大學監測考核學生培養的各環節,對不合格學生進行淘汰分流,學生也可以自主選擇是否繼續學習[13]。通過學業成績、導師綜合評估和科研潛能測試等方式綜合評價學生的成績和能力。天津大學采用預警機制,具體表現為:對于一年級第一學期,若在此時間內學生不能適應或滿足培養要求,將退回原專業學習；對于一年級第二學期,若在此時間內對學生的綜合評價不能滿足要求,則對其進行預警；預警過的學生在第二次考察中若仍不能滿足要求,則會通過學校的轉專業機制轉出學院。

三、總結

綜上所述,新工科背景下人才培養面臨著諸多挑戰:注重學科交叉培育創新思維的同時需要進一步強化基礎學科(數學、物理、化學、生物等)的教育；工科人才培養既要面向未來顛覆性技術又要聚焦當前“卡脖子”技術難題；更加強化知識與技能的同時還要加大人文素養培養力度；統籌學校人才培養特色與面向社會主義接班人培養總目標的關系,落實德智體美勞全面發展的人才培養方案和課程體系。

隨著時代的發展,科技進步日新月異,行業科技需求也在不斷變化,新工科背景下的教育綜合改革持續調整。引領并適應未來科技發展的人才培養,首先要結合學校自身的學科傳統和優勢,依托“雙一流”建設,精準研判國家經濟社會和行業科技發展趨勢,統籌優勢學科、未來技術和專業建設,推進多學科專業間的深度交叉融合,在課程體系設置、評價體系、產教學研協同育人等方面不斷改進革新,才能在未來科技領軍人才的培養中獲得優勢,從而打造引領未來科技發展的高素質人才和創新教學科研高地。