創新與融合

丁瀟穎　李瑋軻　趙致遠　劉磊

摘要：新一輪科技革命和產業變革向工程教育提出了新要求。面對產業發展需求，如何建立前瞻性的新知識、新技術體系，培養學生解決實際工程問題的能力，成為當前我國工程教育改革的當務之急。以全球新工程教育改革的領跑者麻省理工學院為例，對其“新工程教育改革”計劃進行系統梳理，研究新工程教育改革原則，解析以“項目為中心”的串編課程體系，從教師、學生、社會力量的視角探討

工程教育的治理模式，并重點分析工程教育思維模式、工程教育實踐、師生角色轉變與校企融合等方面的創新舉措，提出適合我國工程教育發展的建議，以期為新時代工程教育改革提供借鑒與啟示。

關鍵詞：新工程教育改革；麻省理工學院；人才培養

中圖分類號：TU－4；G6420 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2023）02-0028-08

傳統工程教育已不能完全適應以人工智能、大數據、物聯網等為特征的新技術、新產業、新業態的快速發展。從工程人才培養方式來看，工程教育以理科教育思維方式為主；從工程人才課程體系來看，教學科研與實際生產脫節；從工程人才治理模式來看，行業企業對人才培養過程參與不足，工科學生缺乏真實實踐環境［1］。因此，文章以全球新工程教育改革的領跑者麻省理工學院為例，系統梳理新工程教育改革計劃的原則、課程體系和治理模式，并總結分析其在培養方式、教學體系、治理模式方面的創新舉措，以期為新時代中國工程教育改革提供借鑒與啟示。

一、麻省理工學院新工程教育改革的原則

新工程教育改革（new engineering education transformation，NEET）是麻省理工學院于2017年發起的一項教育改革計劃。新工程教育改革最突出的特點是以項目為中心，通過跨學科、跨部門的合作，向學生傳播和灌輸新工程人才應具備的思維方式，培養學生成為未來的創造者和發現者，以縮短工程教育理論與實踐之間日益擴大的差距，使教學內容能適應時代的發展需求。

（一）面向新機器和新系統

這里的“機器”和“系統”指的是工程師建造的所有內容，包括基礎設施類、信息類、分子類、機械類和生物結構等。這些新機器和新系統與機器學習、物聯網、機器人和自主系統、新型材料設計制造系統、智能電網、城市和城市基礎設施、可持續材料和能源系統、人工智能驅動的醫療診斷和治療等直接影響城市未來發展的工業產品密切相關。

（二）創造者和發現者

麻省理工學院指出，學生應準備好扮演創造者和發現者的角色，將基礎知識作為未來從事實踐類或研究類工作的基礎。創造者指的是企業中的革新者——他們實際構思、設計、實施和操作，創造出具有價值的系統和產品。發現者是指未來從事研究和研發工作的人群——他們將創造新知識，增加我們對生活現象的理解。

（三）最適宜學生的學習方式

麻省理工學院推出的新工程教育改革主要圍繞學生最適宜的學習方式建立，讓學生更積極地參與課堂，更多地參與項目，創造性地發揮數字學習和專業經驗的作用。

（四）思維模式

新工程教育改革的12種思維模式是專門為幫助學生適應科技快速發展而構思的，其具體內容如圖1所示。為更好地將思維模式整合應用到新工程教育改革項目中，麻省理工學院的多位專家為特定的思維模式開發了獨立模塊，將其設定為項目課程。已開發的模塊包括人文、藝術和社會科學學院、工程學院負責的道德模塊、批判性思維模塊，建筑學院與規劃學院負責的創造性思維模塊，圖書館負責的自學模塊等。

二、以項目為中心的串編課程體系

麻省理工學院新工程教育改革的一個主要特征是以項目為中心的課程體系構建。具體的課程組織形式又被稱為“串編” ［2］，通過一系列與新機器、新系統相關的跨學科項目組織而成（圖2）。串編課程涵蓋物聯網、自主車輛和系統、智能城市和城市基礎設施、大型數據分析系統、可持續材料、低碳能源系統等多個領域。2022年的3個串編課程為：（1）自動化機器（autonomous machines），即機器設計、建造和機電系統、電子器件、軟件、自主算法；（2）氣候和可持續系統的3個類別。整合計算機科學和城市規劃的新興交叉領域的數字城市（digital cities），通過設計和建造綠色能源生產、轉換、儲存和傳輸系統來應對氣候變化的能源轉型（energy transition），研究適用于未來制造業的材料機器（materials machines）；（3）生命機器（living machines），通過生物技術和醫療設備的廣泛應用，發現、構建和設計生命系統。

新工程教育改革項目包括實驗課程、傳統講座和客座演講，向學生傳授STEM知識和技能。學生在大二即可選擇這些跨院系項目，并根據所在院系開設的課程繼續學習基礎知識。按照年級不同，項目的學習方式有所變化。在大二階段主要以個人項目為主，到大三組成3～5人的小團隊做項目，到大四加入更大的項目團隊。在項目中，學生構思、設計、開發、實施和測試機器和系統，以解決實際工程難題。目前已有建筑學院、城市研究與規劃學院、航空航天學院、化學工程學院在內的十個學院形成合作平臺，各學院在不同項目中分別承擔著主持、參與、協作或開發部分模塊的任務。值得注意的是，以項目為中心的學習方法不同于丹麥奧爾堡大學倡導的基于項目的學習方法（project-based learning，PBL）。PBL是一種教學方法，學生在上課的同時，通過參與一個項目來獲得知識和技能。

根據不同的培養目標，新工程教育改革項目主要分為綜合項目（synthesis projects）和發現項目（discovery projects）兩類［3］。在綜合項目中，學生可根據自身對知識的理解來分析、計算、設計、創建和實驗，以開發一個物理設備或機器，解決一個特定的問題（或一組問題）。一個綜合項目通常有一個明確定義的范圍、目標、終點或結論。在發現項目中，學生被教導識別新的研究領域、定義研究問題、設計實驗，并思考他們需要遵循的道德準則。雖然“發現項目”可能有明確的范圍或目標，但通常沒有定義明確的終點或結論。通過綜合項目或發現項目，使理論知識更接近現實，而不再是抽象的概念。同時，綜合項目和發現項目在課程任務、課程組織形式、成果要求等方面存在差異（表1）。從表1可以看出，綜合項目更強調實踐能力的培養，組織者設置的編程、競賽等內容能充分激發學生興趣和動力，與行業領袖的互動則讓學生更多了解未來的工作角色和行業需求。相比綜合項目，發現項目注重培養學生跨領域跨專業的技術技能，如，計算機科學專業的學生進行細胞培養，而生物工程專業的學生幫助設計微流體裝置。除此之外，學生還要掌握項目、團隊、資源和時間管理技巧以及演講、跨領域交流等技巧。

三、麻省理工學院新工程教育改革的治理模式

新工程教育改革是一項復雜的治理工程，包含的主體多元，涉及方方面面不同的治理職責。筆者對其中關鍵主體“教師、學生、社會力量”的關系和各自的定位與角色進行分析，以系統了解麻省理工學院新工程教育改革的治理模式。

（一）教師在新工程教育改革治理模式中的主導地位

教師是麻省理工學院新工程教育改革的實施主體。新工程教育改革涉及教學理念研發、課程體系構建與組織、教學評價、學生社群建設、服務保障等多方面教育教學要素，而教師在新工程教育改革中的主體地位主要通過上述要素體現。

1.教學理念研發

新工程教育改革教師委員會包含各個院系教師，其核心成員由工程學院領導構成。委員會借鑒全球本科工程教育經驗，確立“新工程教育改革學院”的概念和方法，并不斷明確其目標、范圍和方式，支持高校教師發展。

2.課程體系構建與組織

麻省理工學院新工程教育改革的流程和活動主要包括獲取跨院系的串編課程支持提案、確定即將啟動的串編課程、設計大二學年的項目、規劃大三和大四學年課程、宣傳招募學生、實施試點項目并收集反饋信息。與上述活動并行的還包括每周開會討論可供操作的新工程教育改革計劃，如，制定各類串編課程的開展順序，明確項目融入課程的邊界，確定研討會的詳細議程，討論各任務小組（串編課程組、課程任務組、項目任務組、計劃評估任務組、管理任務組）的報告等，以及與其他高校領導者協議探索跨校交流途徑，并通過跨校合作尋求更多支持以傳播新工程教育改革的思維模式，提升串編課程的跨學科屬性。

3.教學評價

通過與教學評估專家合作， 教師委員會開發一個測試串編課程有效性的方案，以指導項目長期發展。在實施串編課程的過程中，委員會通過收集數據、分析反饋的方式，不斷完善相關課程，并在此基礎上于新學期發布改善后的課程內容和新增的試點課程。例如，清潔能源系統串編課程在最初發布時并未得到學生的廣泛支持，為此麻省理工學院成立了課程串編咨詢委員會調查了解學生需求。調查結果顯示，學生喜歡實踐課較多、必修課較少的項目，如，微電網項目通過建造新型太陽能光伏板和電池等實踐類活動激發學生學習興趣。在后續的可再生能源機器串編課程制定中，教師委員會根據調查結果將微電網項目融入課程，并探索在低碳能源中心進行項目研究的可能性，以緩解過多必修課對學生的壓力。針對思維模式模塊，教師委員會則通過發放課程問卷的形式，收集學生反饋，并根據結果進行調整，如，提供有針對性的思維模式講授模塊，思維模式講授模塊的時間適當延長并加入小組活動，思維模式講授模塊融入項目等。

4.學生社群建設

教師委員會意識到學生內在參與動機是項目發展和成功的必要因素，為此采取自下而上的方法，鼓勵學生主導和創建新工程教育改革項目。為實現這一目標，教師委員會設立了學生管理員職位，該職位由學生投票決定，并于2017年秋季組建學生會。每個項目有獨立的學生會，其組成包括學術聯絡員、通訊員、社群建設員、行業聯絡員、項目指導員等。學生管理員與他們各自的技術導師、串編課程負責人等緊密合作，為串編課程的實施制定短期和長期的戰略計劃。

5.服務保障

為保證項目的可持續性，教師委員會開發了一種財務模式，并分析了課程改革以來的成本投入。同時，教師委員會通過與學校資源開發部門的討論協商，制定面向捐贈者的建議與計劃，籌集初始資金。

（二）學生在新工程教育改革治理模式中的主體地位

在麻省理工學院新工程教育改革治理模式中，學生居于主體地位，一切教育教學活動都按照“以學生為中心”的理念進行設計和實施。

1.學生反饋機制的建立

針對新工程教育改革的課程體系、教學內容、教學組織等，麻省理工學院建立全周期、全過程的學生反饋機制，并對相應的問題進行改進與完善。以綜合項目為例，根據麻省理工學院的學期制度，學生有14周時間來完成他們的項目。學生的反饋結果顯示，反復試驗的過程或設計—構建—再設計—重建的過程占用太多時間。為此，教師委員會減少學生反復試驗的次數，為他們提供更多的自主開發算法的時間。在發現項目中，教師委員會針對串編課程中范式研討會和講座無法滿足不同學科背景學生要求的問題，設置以需求為導向的學術活動。同時，教師委員會針對學生提出的缺乏短期“里程碑”式的教學考核（如課堂作業、期中考試等）問題，將項目分解為多步驟的實施過程，并以4周為節點確定短期目標，保證學生的長期學習興趣。

2.項目社區的形成

麻省理工學院新工程教育改革強調學生之間的互動，以及學生與更廣泛的學術社群和行業社群之間的聯系。教師委員會認為通過串編課程，已形成多個“社區”，按照規模由小到大包括：以班級為單位的學生群體、參與串編課程的學生群體、參與新工程教育改革項目的群體、麻省理工學院群體、行業內群體、科學界、社會。麻省理工學院層級下的“社區”主要通過日常教學活動、跨專業研討、跨院系講座等活動推動建立。行業社群則依靠企業走訪、企業演講、企業實習、企業導師等活動或計劃建立。與科學界的聯系則是引導學生將成果以視頻教程、博客文章、維基百科文章、同行評議文章等形式發布以獲得科學界的關注。社會層級則要求學生了解社會需求和問題，明確工作的道德準則，并確保他們的解決方案能產生有意義的影響。為了與社會層面的非科學家建立聯系，教師委員會通過專用徽標、網站、社交媒體（包括Twitter、Facebook、YouTube）創建項目在線身份，并要求學生通過創作一組2 min的視頻描述串編課程。同時，教師委員會與麻省理工學院博物館合作開展面向公眾傳播科學知識的項目。這些不同層級的社區讓學生更加清晰地認識到所處行業的真實狀況，社區內以學生為中心的活動也進一步凸顯學生的主體地位。

（三）社會力量在新工程教育改革治理模式中的重要地位

企業是麻省理工學院新工程教育改革社會力量中的重要一方，校企合作則是麻省理工學院新工程教育改革治理模式之一。校企合作既可以幫助高校了解行業對麻省理工學院人才培養和創新孵化的需求，整合更多的外部技術和資源，也可以幫助企業方更直接地了解人才培養情況，增加企業的社會影響力。

與傳統校企合作關系相比，新工程教育改革項目的合作方式更為開放、更注重協作。以新工程教育改革項目長期的合作單位通用汽車公司（General Motors Company，GM）為例，在校企合作期間雙方并未起草協議，也未設置標準化的項目建議，而是強調相互間的適應性和協作能力。在校企合作聯絡員選擇方面，校方選取該公司具有麻省理工學院學習經歷、取得過創新活動冠軍的GM公司

員工。該員工在GM公司中擁有廣泛的人脈，了解通用汽車行業不斷變化的技術和業務需求，能適應在非結構化環境中的工作要求，且是麻省理工學院的校友。這種人員選擇和校企合作方式可以打破將項目視為贊助研究或結構化工程開發工作的模式，避免校企之間產生負面關系。在校企合作課程建設方面，麻省理工學院自動化機器串編課程中各類講座課、項目課、非學分研討會、社區建設活動為企業提供了可以影響學生學習體驗的機會。例如，通用汽車公司已派出高管和學生討論創新和自主軟件工程等內容，并提供職業建議。在課堂環境中，學生擁有他們創建的任何項目的知識產權，從而保持學術獨立性。為切實展示行業現狀，通用汽車公司聯絡員將一款預生產版的自動駕駛汽車帶到校園，并將該汽車系統結合到學生項目中。相較在校園里舉辦的面向所有人的開放活動，這種方式能提高學生的參與度，也有利于提高通用汽車的品牌價值，為其提供了額外的招聘途徑［3］。

四、麻省理工學院新工程教育改革的啟示

（一）培養方式創新：創新思維模式融入項目

隨著人工智能、大數據、物聯網等科學技術的飛速發展，傳統思維模式已無法適應高效率、創造性的新工程教育改革活動，創新思維模式，重構新工程教育人才培養體系成為當務之急。麻省理工學院在改革之初即強調通過學生思維能力

的培養，賦予其應對未來變化的能力。面向麻省理工學院畢業生和40位公司高管開展訪談和問卷調查，獲取工程師所需的思維模式。麻省理工學院教師委員會研究了項目不同階段

所需的思維模式。例如，在項目設計階段最需要創造性思維，而在項目實施和測試階段最需要批判性思維［4］，據此在上述階段教學中培養學生相應的思維能力。

（二）課程體系創新：工程教育融入實踐

麻省理工學院新工程教育改革最直觀的表現是課程體系創新，即將工程教育融入實踐——以項目為中心的串編課程體系。在這一課程體系下，學生獲取知識的方式由以往的“從文本到文本”轉為“從文本到實踐”乃至“從實踐到文本”［5-6］，學生關注的重點既包含對過去知識的繼承，也有對現實和未來的思考。新工程教育改革中每個以項目為中心的串編課程都與全球當下工程專業亟需面對的實踐問題和未來亟需突破的技術難點密切相關，例如，2022年的氣候和可持續系統串編課程，其目的是通過課程所教授的創新材料、設備、流程和網絡系統等內容，逐步實現溫室氣體凈零排放。該課程強調能源、工業、交通和城市系統的去碳化，在能源轉型教學模塊中，提供有關能源生產、轉換、存儲和傳輸技術的教學內容，并引導學生思考如何減少溫室氣體排放。

（三）治理模式創新：師生角色轉變與校企融合

麻省理工學院新工程教育改革治理模式中不同主體角色的轉變推動教育改革的快速發展［7］。其中，教師的核心工作不再是傳授知識，而是與學生一起共同發現、創造知識。作為“合作伙伴”，教師按照項目定位組織開展各項教學活動，為學生提供必要的資源與服務。學生的主觀能動性被充分激發，通過串編課程、項目社區和全過程的反饋機制，學生可深入了解行業現實需求和未來發展，并能及時表達自身訴求。社會力量的合理介入，也推動了新工程教育改革發展。在校企合作中，通過企業一方驗證過的問題領域，探討可行或可實施的解決方案，成為項目的基礎研究。對于企業而言，在大學孵化這些想法為其提供了創新來源，能有效推進企業發展；對麻省理工學院來說，在校企合作中可以明確實際項目需求；對于學生而言，可以了解行業最新動態并得到行業領袖指導。

五、 結語

面對人工智能、云計算、大數據等顛覆性創新技術帶來的各種機遇和挑戰，積極主動地探索工程教育的新模式成為當務之急［8-9］。通過對麻省理工學院新工程教育改革的研究及其創新舉措的分析，結合我國工程教育自身的發展定位和特色提出以下建議：

（1）我國教育實踐中傳統的線性思維、整體性思維、經驗性思維及零和思維等雖然推動了教育的發展，但已無法適應現代教育的需求［5，10］，為此，工程教育改革過程中可借鑒麻省理工學院提出的12種思維方式，結合 “立德樹人”的要求，探尋適應中國工程教育的思維模式，采用跨專業、階段化、模塊化的教授方式，通過思維的創新引領學生行動的創新，通過思維的變革重構未來教育新生態以應對未來行業發展的訴求。

（2）我國的工程教育中教學與實踐雖然相關聯，但本質上仍是分離的兩個模塊。在工程教育改革中，需注意實踐與教學的融合，教學內容既要緊跟時代發展的現實需求，例如，對“雙碳”“鄉村振興”“城市更新”等國家戰略的回應［11］，又要緊密結合行業的發展訴求，例如，對未來工作角色的了解、對行業現狀的認知和對行業發展問題的思考等。

（3）校企合作模式已在全國各大高校得到推廣，并取得一定成效。在工程教育改革中，可進一步學習麻省理工學院新工程教育改革經驗，在合作聯絡員選取、企業介入教學的形式、學生知識產權保護等方面保證雙方權益，擴大校企合作影響力。

參考文獻：

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［3］Crawley E， Hosoi A， Long G， et al. Moving forward with the new engineering education transformation （NEET） program at MIT-building community， developing projects， and connecting with industry［C］//2019 ASEE Annual Conference & Exposition Proceedings， 2019： 25447.

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Innovation and integration： Overview and enlightenment of new

engineering education transformation of MIT

DING Xiaoyinga，b，c， LI Weikea， ZHAO Zhiyuana， LIU Leia，b，c

（a. School of Architecture and Art Design; b. Urban and Rural Renewal

and Architectural Heritage Protection Center；c.Hebei Key Laboratory of Healthy Human

Settlements， Hebei University of Technology， Tianjin 300401， P. R. China）

Abstract：The fast growth of a fresh phase of scientific and technical revolution and industrial transformation has prompted new engineering education requirements. Faced with the demands of future industrial development and the weakness of existing engineering education， Chinas new engineering education transformation has made it a top priority to cultivate students with forward-looking new knowledge and technology systems and the ability to solve future problems for new engineering construction. This paper examined MITs New Engineering Education Reform plan in detail， covering the plans guiding principles， project-centered threads， and governance mode， using MIT as an example of a global leader in the new engineering education transformation. In addition， it analyzed innovative methods in training mode， curriculum system， and governance mode， namely integrating thinking mode into NEET project， integrating engineering education into practice， changing roles of teacher and student and integrating school and enterprise， and put forward development suggestions for Chinas engineering education. This paper is to serve as a resource and shed light on Chinas engineering education reform in the new era.

Key words： new engineering education transformation; MIT; talent training

（責任編輯 周 沫）

修回日期：2022-06-07

基金項目：2021年度河北省社會科學發展研究課題“‘城市代謝視角下河北省城鎮生態住區建設模式研究”（20210301194）；教育部產學合作協同育人項目“基于BIM的協同創新實踐基地和社會服務平臺建設”（202102234019）；河北工業大學2021年度本科教育教學改革研究與實踐項目“面向新工程的建筑學專業四年級設計課程教學模式研究”（202101011）

作者簡介：丁瀟穎（1992—），女，河北工業大學建筑與藝術設計學院講師，博士，主要從事工程教育研究，（E-mail）568334000@qq.com。