[摘要]在分析數智化浪潮下的技術領域變革趨勢與特征以及數智時代應用技術型人才培養模式變革的內在邏輯的基礎上,提出數智時代應用技術型人才培養模式變革的實現路徑:以知識圖譜技術促進課程體系的跨學科、跨專業重構;創新人機協同的智慧教學模式與具身認知的現場教學模式;共建多元性和跨界性的校企技術教育師資庫;構建以現代產業學院為主導的產教命運共同體。
[關鍵詞]數智時代;應用技術型人才;人才培養模式;應用型本科;職業本科
[作者簡介]王佳杰(1985- ),男,江蘇鹽城人,上海工程技術大學校長辦公室主任,講師,博士。(上海" 201620)石偉平(1957- ),男,上海人,華東師范大學職業教育與成人教育研究所名譽所長,華東師范大學終身教授,博士生導師。(上海" 200062)
[基金項目]本文系2024年上海市高等教育學會規劃研究課題“數智時代高等工程教育學習境脈創設研究”(項目編號:1QYB24017)的階段性研究成果和上海市松江區2023年度科普項目“面向青少年的綠色低碳與勞動教育科普通識課程開發”(項目編號:2023SJKPZ042)的研究成果。
[中圖分類號]G717" " [文獻標識碼]A" " [文章編號]1004-3985(2024)23-0047-07
數智化技術對傳統應用技術領域的知識生產方式和應用技術型人才的培養模式產生了巨大沖擊[1]。高等教育承擔著培養高素質應用技術型人才的重任,培養適應數智化技術快速發展的應用型人才,是包括應用型本科、職業本科在內的本科教育人才培養轉型的關鍵目標[2]。為實現這一目標,要充分厘清數智時代應用技術型人才培養模式變革的內在邏輯,探析高質量應用技術型人才的培養路徑。
一、數智化浪潮下的技術領域變革趨勢與特征
數智時代即以數字化、智能化為核心特征,以數字及人工智能新技術的普及應用來提高生產效率、改善生活質量、推動社會進步的新時代。[3]經歷了多輪迭代,以計算機視覺、機器學習和自然語言處理為核心技術的人工智能正以前所未有的速度影響并滲透到技術領域,大數據分析和智能決策成為提升技術研發效率和應用技術質量的關鍵手段,有力推動了產業轉型升級。
1.數據驅動的應用技術項目規劃與決策提高了項目運行的整體水平。結合對大數據的采集、整合和分析,應用技術型人才能夠對復雜技術問題進行高效模擬和結果預測,準確評估技術項目的實際需求,并精準定位潛在風險點,進而制定出更為合理的解決方案,提高應用技術項目的科學性和安全性。
2.生產技術與流程的智能化應用減少了產品生產現場人力資本的投入。智能制造技術的創新突破顛覆了傳統生產制造領域的生產作業及倉儲物流管理模式,大幅度減少了對傳統人力的依賴,一批由智能機器人“當家做主”的“黑燈工廠”應運而生,極大提高了生產效率和產品質量穩定性。應用技術型人才的身份逐漸轉變為機器人背后的“出謀劃策者”和產品生產現場突發狀況的解決者,并將隨著智能化水平的進一步提升而完全轉至幕后。
3.虛擬仿真等新技術、新工具的蓬勃發展極大縮短了技術產品的研發周期。虛擬仿真技術的可視化和實時反饋特性可以提高應用技術型人才的設計決策效率。應用技術型人才通過使用計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助工程(CAE)和計算機輔助制造(CAM)等工具,并利用虛擬現實(VR)、增強現實(AR)和混合現實(MR)等技術,能夠高效模擬各種復雜環境和工況,對產品性能進行有效預測,找到最合適的技術研發路徑,從而加速技術設計領域從概念到產品的轉化周期,提高技術研發產品的市場競爭力。
4.柔性化生產模式為客戶提供了更具個性化和定制化的技術服務選項。柔性化生產模式是工業生產領域根據內外環境變化快速轉換與協同生產的新模式,具有高靈活性和技術邊界模糊性的特點。在柔性化生產模式的背景下,應用技術研發人員能夠根據客戶的特定需求,調動技術知識和其他通用知識儲備,快速調整設計方案和生產線,從而實現產品從標準化到個性化的轉變。通過使用先進的信息技術和自動化系統,柔性化生產能夠在不增加過多資金和時間成本的前提下,妥善處理各類復雜的定制需求,體現了數智時代技術領域對市場需求的快速響應能力。
5.對國際領域合作和技術領域可持續發展的關注日益增強。數智時代的快速發展為國際領域的合作提供了新的技術實現工具,極大促進了不同國家和地區的技術研發人員在共享資源和知識、共同解決復雜技術問題等方面開展高效合作。此外,數智時代的產品技術研發項目更加注重碳足跡的減少、能源效率的提高和環保材料的使用,全球技術研發領域正向更加智能、綠色、環保和可持續的方向發展。
二、數智時代應用技術型人才培養模式變革的內在邏輯
數智化浪潮在重塑技術領域的同時,也對應用技術型人才培養模式提出迫切的變革要求。要實現人才的高質量培養,需厘清數智時代應用技術型人才培養模式變革的內在邏輯。
1.邏輯起點:數智時代對應用技術型人才能力結構的新要求。應用技術型人才主要指的是工程技術研究和實施人員,該類人才處于“設計”和“生產”中間環節,目的是實現工程與技術融合,且直接負責產品的技術工藝和流程管理。數智時代對應用技術型人才能力結構的新要求可以歸納為五個方面:一是基于數智化技術學習的產品技術研發項目決策與規劃能力。要求學生以技術知識為基礎,對與技術研發問題密切相關的計算基礎知識、人工智能知識進行及時性、補丁式的學習,在不斷提升科技素養和信息數據素養的同時,增強在技術研發項目和規劃決策中有效篩選、鑒別海量大數據和信息,以及合理評估技術研發風險的能力。二是基于生產技術與流程智能化應用的知識整合能力。數智時代的專業知識界限正逐漸消融,多專業領域知識的交叉融合成為提高應用技術領域智能化應用水平的重要手段。學生應在深入學習自身專業領域知識的同時,拓展學習其他技術領域專業知識以及人文社科、環境保護、法律法規等通識知識,并具備將不同領域的專業知識、方法和技能有效整合為全新知識體系的能力。同時,由于數智化帶來的產品需求變化較快以及應用技術的步伐加快,需要技術研發人員將技術理論知識與技術實踐知識更加緊密結合。技術研發人員要時刻關注客戶對產品的需求變化,及時發現并掌握產品應用的技術實踐知識,并將其與自身所學的技術理論知識整合,從而適應上述變化。三是基于數智化新技術的工具開發和創新使用能力。學生應始終保持對數智化工程技術領域設計、研發、制造工具不斷迭代更新的旺盛學習興趣和快速適應能力,加強對包括虛擬仿真技術在內的工程元宇宙的理解和認知,并具備開發適應新技術發展工具的能力和創新運用不同工具解決工程實際問題的能力。四是基于柔性化生產模式的復雜技術問題解決能力。面對柔性化工業生產的趨勢,學生應具備更為靈活的知識遷移能力、團隊協作及溝通能力、對多樣化觀點的開放包容和共情能力及對一線生產服務領域突發問題的應急處變能力。這些能力可被概括為解決復雜技術問題的核心能力,要求學生掌握數智時代工程項目管理和人機交互協同的工作方法,以應對未來客戶的個性化需求。五是基于國際視野與可持續發展的跨文化交流能力與技術倫理意識。這種能力要求學生不拘泥于對本土技術領域知識的了解,能在“放眼看世界”中理解并尊重不同文化背景差異下的數智化技術變革進程。在開放的國際視野中,學生應清楚認識到產品技術項目設計和實施過程中環境保護、經濟效益、社會責任三方面的統籌協調作用,并具備強烈的技術倫理意識,為綠色、環保、可持續的技術領域發展做出積極貢獻。
概言之,數智時代要求應用技術型人才對數智化技術及其進化規律有清晰的認知,掌握并使用關鍵和顛覆性技術的新知識、新方法和新工具,善于應對和解決復雜技術問題,在面對技術倫理困境和可持續發展要求時能采取正確的行動。[4]
2.邏輯推演:傳統應用技術型人才培養模式的不足。當前應用技術型人才培養模式主要是依托單一學科或專業知識的內在邏輯去建構和實施的,主要存在以下問題:
第一,專業課程體系與產業發展實際脫節。目前應用型本科和職業本科的課程體系主要由學科理論和專業實踐構成。傳統應用技術型人才培養模式注重對基礎理論知識的學習,選用的教材和課件未能及時吸收新技術、新工藝、新標準和行業發展動態,導致學生的知識體系與數智時代的實際應用技術場景存在明顯差距。由于學科基礎知識固化和對傳統教育路徑的依賴,當面對數智時代新知識和新技術的涌現時,課程體系整體轉向能力不足,加劇了人才培養與產業需求之間的矛盾。此外,對基礎理論知識傳授的“精耕細作”,相對減少了實踐課程在總學時中的比例,使得學生留在理解層面卻不善于學以致用。傳統的實踐課程多為理論驗證性實習實訓,與產業發展結合不緊密,學生很少有機會接觸到真實的技術問題和生產一線場景,理論學習與實踐操作的斷裂一定程度上制約了學生能力的提升。
第二,課堂教學方式與知識特征和學生學習方式失配。數智時代對跨專業領域知識整合能力和復雜技術問題解決能力有更高要求,這就需要基于對新時代學生群體學習規律的把握,以及對一線技術問題情境的系統分析,結合教學方式的創新,培養學生的理實一體化思維和復雜問題解決能力。但從現實來看,一方面,傳統教學方式依賴于課堂“灌輸式”教學和簡單的實踐操作訓練,偏重于線性知識的傳授和理論記憶的強化,缺少真實問題情境的創設,導致學生更習慣于按照教師提供的既定思維框架和傳統方法來思考并解決問題。另一方面,信息化、網絡化時代成長起來的學生對新技術有較高的接受度和適應性,習慣于在多元化、互動性的學習環境中獲取知識。對學生而言,傳統教學方式的單一性和單調性會降低其對學習的熱情和對課堂教學的期待,更傾向于尋求網絡學習環境中的豐富資源,這在一定程度上削弱了正常教學的權威性。
第三,師資隊伍能力與數智化時代人才培養模式改革要求不符。加大力度培育既具備數智時代教育教學能力,又有著技術研發和應用實踐經驗的“雙師型”教師是師資隊伍改革的重點方向。現有師資隊伍能力不足主要體現在:教育理念上對數智時代應用技術型人才培養模式轉變重要性的認識不足;教育視野上對專業技術領域新趨勢的洞察力不夠,忽視對新知識儲備的及時補充,缺少解決真實工程問題的實踐經驗。此外,學校缺少有利于跨學科師資協同參與的激勵與保障措施,也會在一定程度上影響高質量應用技術型人才培養實效。
第四,應用技術型人才的產教融合機制尚不健全。產教融合是數智時代應用技術型人才創新實踐能力培養的重要手段。[5]然而,相關利益主體間職責界定模糊、合作形式表面化、企業方投入動力不足、融合項目可持續發展差等問題導致目前的產教融合機制存在共建簽約“熱”和實際落地“難”的“兩張皮”現象。造成這一現象的主要原因在于未能有效構建起校企間對數智時代應用技術型人才培養的共同愿景,校企在戰略對接、文化融合、資源配置、風險管理和監管評估上的有效機制缺失,“產”和“教”難以高效協同并發揮各自優勢。
3.邏輯旨歸:構建適應數智時代新要求的應用技術型人才培養模式。步入數智時代,應用技術型人才培養模式必須與技術領域變革保持同步,努力突破傳統模式中“重理論輕實踐”“重單一專業領域輕跨專業復合技術領域”的制度設計限制。
第一,培養目標體現從“T”型人才到“π”型和“E”型人才特質的轉向。應用型本科和職業本科中傳統的技術教育注重培養“T”型人才(擁有專業寬度與某一專業深度),這類人才往往局限于單一專業領域知識的傳授,難以滿足數智時代對跨專業領域知識融合、技術迭代與工具開發、非技術能力持續提升的現實需要。應用技術型人才培養模式應以培養數智時代的“π”型和“E”型人才為目標。其中,“π”型人才指至少具備兩種專業技能,并能將多專業領域知識融會貫通的復合型人才,其“跨界學習”能力是開發生產技術新領域的強大驅動力。[6]“E”型人才指具備專業技能(Expertise)、執行能力(Execution)和探索能力(Exploration)的高級生產技術及管理人才,他們具有對技術未知領域的強烈好奇心和主動探索意識,有解決復雜技術問題的獨立思考能力,是引領未來生產技術發展的中堅力量。從“T”型人才到“π”型和“E”型人才的培養目標轉向,能夠有效避免人才培養中的“同質化”現象,為未來生產技術領域發展提供源源不斷的高質量人才支撐。
第二,核心理念強調對跨專業領域知識整合能力與復雜技術問題解決能力的協調培養。在數智化浪潮的推動下,生產技術領域中的復雜問題呈現出跨學科、動態性、集成化的特點。應用技術型人才培養模式能夠引導學生靈活運用不同學科的專業知識并合理調用通識知識,以應對復雜多變的生產技術問題和個性化的客戶需求。應用技術型人才培養模式高度重視創新教學方法的運用和虛擬現實技術的使用,借助數智化技術為學生打造真實或高度仿真的技術問題情境,營造了一種“不限于時空、不限于場景、不限于學段”的學習氛圍,幫助學生深入理解跨專業領域知識的內在關聯邏輯,并通過人機交互、國際交流合作等方式迅速提升解決復雜技術問題的能力。
第三,動力機制源于課程體系、教學方法、師資培養與產教融合等要素的協同耦合。協同耦合是高效運行人才培養動力機制、有效推動教育資源優化配置、促進技術教育改革與產業發展變革相向而行的關鍵。其中,課程體系的優化是應用技術型人才培養模式動力機制的基礎,科學合理的課程體系能夠確保學生及時更新知識儲備,緊跟時代發展步伐;教學方法的創新是動力機制的關鍵環節,能夠有效激發學生的學習興趣和實踐意愿,對學生能力的培養至關重要;師資隊伍水平的提升是動力機制的重要保障,打造一支具備國際視野、數智化教學能力和產業實踐經驗的高水平師資隊伍對提高人才培養質量至關重要;產教融合的深化是動力機制的重要支撐,也是實現教育資源與產業資源優勢互補的有效途徑。
三、數智時代應用技術型人才培養模式變革的實現路徑
數智時代應用技術型人才培養應遵循人才培養模式變革的內在邏輯,主動適應時代和產業的變革訴求,以構建高質量應用技術型人才培養模式為總體框架,克服傳統人才培養的不足之處,探索實現變革的創新路徑。
1.以知識圖譜技術促進課程體系的跨學科、跨專業重構。對技術理論知識與技術實踐知識的識別、整合與迭代是構建課程體系的基礎。數智時代的生產技術領域變革涉及多個專業領域的交叉融合。有別于傳統課程體系對單一專業領域知識的過多關注,應用技術型人才培養模式下的課程體系建設強調對跨專業領域知識的整合、對前沿知識的動態更新以及對新知識的創造升級,這為課程體系在知識的捕捉、匯聚、交融和創生方面帶來新的挑戰。
數智時代的知識圖譜技術能夠有效回應挑戰,并助力課程體系構建。知識圖譜技術結合自然語言處理、數據深度挖掘和機器學習技術,從大規模學科文本和資料中自動提取學科領域的知識點,并通過可視化方式呈現同一學科和不同學科知識點間的關聯性,幫助學生更加準確地識別和理解學科領域的知識結構。[7]通過分析知識圖譜中各知識點的連接形式和發展趨勢,課程設計者可以洞察到各專業領域的熱點問題,并預測未來知識增長的新領域,有助于其及時優化和調整課程體系、改革課程方向,確保課程內容的時效性和前沿性,為課程體系構建提供技術層面和知識儲備層面的支持。此外,知識圖譜技術所揭示的知識點關聯性能夠有效指導理論知識教學與實踐操作訓練的課時及資源合理分配,并幫助學生在實踐課程中探索不同的學習路徑、快速定位所需知識點,從而提高課程學習效率。
知識圖譜技術在課程體系建設方面的創新應用,催生了以“微專業”課程為代表的課程體系建設新方向。“微專業”是指圍繞某個特定領域、研究方向或核心能力,以精煉實用的課程設計和模塊化的課程內容為核心,有效整合學生職業發展和市場需求的跨學科知識,從而實現教學內容與數智時代生產技術領域發展趨勢同步的課程體系。“微專業”能夠有效解決輔修課程體系學習周期較長和傳統課程體系與產業變革需求不匹配的問題,是主修課程的有力補充。[8]應用型本科和職業本科應考慮將“微專業”納入正規學制教育的課程體系中,通過為學生提供更新度高、操作性強的“微專業”課程組,實現理論與實踐的一體化、跨專業能力的一體化。
2.創新人機協同的智慧教學模式與具身認知的現場教學模式。應用技術型人才培養要從學生的實際體驗和教學成效出發,對傳統課堂教學方式進行顛覆性變革,以人機協同構建一個更加契合數智時代學生需求與學習特點的教學環境。人機協同的智慧教學旨在通過引入虛擬現實、增強現實等數智化技術,為學生打造一個逼真和直觀的智慧課堂。在這一沉浸式、互動式的學習環境中,學生不僅可以獲得更為豐富的多模態感官信息,還能通過仿真模擬和實踐操作,增強對技術相關概念和操作方法的體驗與感知,不斷加深對所學內容的記憶和理解,從而有效地將生產技術領域的隱性知識轉化為解決復雜技術問題的能力。構建人機協同的智慧教學模式有兩個關鍵點:一是采用可靠的人工智能機器與配套軟件,如具有生成式人工智能的機器人、大模型對話平臺等。這些硬件和軟件可以根據學生學習進度和效果的實時反饋,靈活調整教學內容,以滿足個性化的學習需要。[9]對生成式人工智能大模型進行專業技術知識的訓練,推動其形成技術問題的基礎分析能力,能夠有效提升學生人機協同深度學習的效能,實現事半功倍。二是教師搭建促進學生人機協同能力形成的“腳手架”。人機協同應從最基礎的技術問題情境入手,由教師引導學生使用數智化技術設備感知、理解和解決簡單問題,重點讓學生學習與人工智能體有效協作的方法(如提問方式、追問方式等),隨后教師應逐漸撤走輔助學習的“腳手架”,讓學生獨立開展與人工智能體的協作,完成更有難度的學習任務。
除了科學知識技術化形成的穩定性、結構性強的技術理論知識外,應用技術型人才還需掌握大量結構性差、情境性強的技術實踐知識。盡管數智時代很多操作技能被機器人替代,但技術實踐知識并未被取代。相反,技術實踐知識更多體現在人機如何協作、如何設計復雜問題情境的解決思路等。技術實踐知識需要充分扎根工作場所,在實踐中體悟、習得和固定,因此基于具身認知的現場教學模式革新迫在眉睫。企業師傅要基于工作場所中的設備、環境、人員、任務等特點,以學生親自操作為載體,創新基于工作場所的模型教學法、第一視角教學法等,讓技術理論知識與技術實踐知識在具身認知中交織融合,最終促進個體職業能力的形成。
3.共建多元性和跨界性的校企技術教育師資庫。應用型本科和職業本科應致力于通過與企業的緊密合作,將不同行業背景和專業領域的優秀教師資源整合在一起,構建“雙元”素質和“雙元”結構的技術教育師資庫,體現師資隊伍多元性和跨界性的特點。所謂多元性,既指打破師資來源的單一性,也體現在教學方法選擇的多樣化上。學校應積極引進具有豐富實踐經驗和專業技能的企業工程師和技術技能人才,向企業選拔輸送有潛力的教師進行系統培訓和在地實踐,以培育更多的“雙師型”師資 [10]。在“內育外引”的同時,學校應充分發揮校企間不同學科背景師資“善于教學”和“熟悉實踐”的特有優勢,組建具有差異化和協作性的教師創新團隊,并鼓勵校企師資采用多元的教學方法。
跨界性是校企技術教育師資庫教育屬性的體現。第一,學校應鼓勵教師跨越傳統專業領域界限,提高自主學習的內驅動力,主動將不同領域的知識和技能進行有效整合。第二,學校應構建靈活的跨專業教學與研究平臺,為校企師資提供充分的交流與合作機會,促進校企師資共同探討教學問題、分享教學經驗、形成良好的學術氛圍、產生更多有價值的學術成果并反哺到課程建設的持續優化中,推動產學研一體化進程。第三,應用技術大學或職業本科大學應將企業生產或管理經驗作為教師招聘的基本條件,全面考慮師資從業年限、從業單位類型、崗位以及與專業領域的匹配度等要素[11]。
建設高質量的校企技術教育師資庫,還應加強對校企師資數字化技能的培訓,建立與數智時代人才培養要求相符的師資隊伍評價機制,以全面、科學地評價教師在數智化教學方面的效果。此外,學校還應將具有國外產業實踐經驗的技術教育領域專家充實到師資庫中,以提升師資力量的國際化水平。
4.構建以現代產業學院為主導的產教命運共同體。高質量的產教融合是以構建產教命運共同體來實現的。市域產教聯合體、行業產教融合共同體的提出,本質上是將人才培養真正嵌入產業發展的環節或領域之中,構成人力資本、技術資本生產和再生產的內部循環。在產教命運共同體中,政府部門、企業和高校是一個緊密聯系、互相促進的有機整體。其中,政府部門發揮著宏觀指導和政策保障的作用,是區域產教融合整體性資源配置的統籌方和協調方;企業是產教融合的重要主體和實踐平臺,也是融合項目實戰陣地的資源供給方,需要將最新的生產技術領域動態、技術趨勢和行業需求融入專業教材編寫、課程設置、教學計劃和實習實訓設計等環節,并通過實施“住企聯合培養”“新型學徒制”等模式,實現與校方在人才培育層面的“同題共答”;高校則應在為企業輸送具備跨專業領域知識和數智化能力人才的同時,提供技術咨詢和服務,并通過共同研發新技術、新產品,推動科技創新和成果轉化,降低企業深度參與產教融合的單向投入風險,最終實現產教雙方在政府部門引導下的深度融合。產教雙方要在基于人才培養共同愿景的基礎上,打破行業、專業與地域的界限,打通虛擬與現實教學環境的壁壘,促進資源、信息和技術的自由流動與共享,并對產教命運共同體中相互作用的校企師資、學生、教學資源、企業資源和網絡資源等要素進行優化重組,打造集教學、實踐操作、創新研發、互動學習于一體的應用技術型人才培養“場域”。
現代產業學院作為深化產教融合的重要抓手,不僅承載應用技術型人才教育培訓的功能,更是連接政府、企業與高校的橋梁,有效促進各方資源的整合,對于推動我國產業升級和人才培養模式創新起到不可或缺的作用。[12]目前現代產業學院在應用型本科和職業本科中均有較為廣泛的設置和運行,但與產業界形成命運共同體以培養高質量應用技術型人才這一目標仍有較遠距離。未來應進一步完善現代產業學院的建設和運行機制:一是建立健全權責分擔機制,規范產權、收益和責任的承擔主體和方式,保護市場主體參與應用技術型人才培養的積極性;二是始終圍繞人才培養這一核心目標開展現代產業學院建設,注重技術研發項目的積累和教育轉化;三是注重以產業學院為依托,開展技術學科建設,構建專項技術知識體系,把技術學科作為專業內涵發展的重要依托;四是根據合作企業的特征與合作目標,構建以項目為導向的扁平化內部組織結構,提升現代產業學院對一線技術更迭的響應速度和能力。
數智賦能的技術教育改革不僅限于技術層面的革新,更是人才培養理念的根本性轉變。人才培養模式的推陳出新需要緊密結合技術創新趨勢、產業發展方向、教育教學規律和學生學習特點,以實現高質量人才培養的目標。在探索變革的實現路徑時,應用型本科和職業本科必須勇于打破傳統人才培養模式固有的思維和界限,加大對“π”型、“E”型應用技術型人才的培養力度,為職業教育強國建設注入新的活力。
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