工業4.0數智時代高等工科教育模式的構建

工業4.0數智時代的高等工科教育變革，既是技術驅動的必然選擇，亦是全球競爭力的核心抓手。通過新工科建設與傳統工科升級的雙軌并行，高等工科教育正逐步構建起適應工業4.0的創新生態，中國正構建起“理論—實踐—倫理”三位一體的新工科教育體系。

一、工業4.0催生高等工科教育變革

物聯網、信息物理系統、AI、云計算等工業4.0典型數智技術，實現了物理系統與數字系統深度融合，不僅推動效率提升，更催生了工業生產模式新范式，如智能制造、服務化制造、柔性生產等。誰搶先實現工業4.0轉變，誰將在全球經濟競爭中獲得主導權。德國首先于2013年發布了《工業4.0戰略計劃實施建議》，明確通過數字化、網絡化和智能化重塑制造業;美國于2014年成立了“工業互聯網聯盟”，強調數據驅動的設備互聯；中國于2015年發布了《中國制造2025》戰略，聚焦智能制造、綠色制造和服務型制造。2021年之后，工業4.0浪潮開始全球化滲透。

工業4.0產業變革亟需大量具有創新與協作精神的復合型人才，這首先對高等工科教育帶來了深刻挑戰。傳統工科教育以機械、電氣、自動化等學科為核心，注重理論知識和單一技能培養，但這種模式已難以滿足工業4.0時代企業對復合型、創新型領軍人才的需求。各國適時提出適合本國的工科教育改革方案，旨在培養工業4.0數智時代領軍人才，如美國麻省理工學院（MIT）開設\"智能制造系統工程\"微碩士項目，德國的\"雙元制教育2.0”，我國的\"新工科建設\"等。

二、新工科教育的創新路徑探索

在工業4.0全球產業格局深度重構背景下，新工科建設作為支撐“中國制造2025\"戰略的核心教育工程，已被納入教育強國戰略體系。其核心目標在于培養具有數智化轉型領導力、復雜系統建構能力和全球技術治理視野的復合型工程領軍人才。此類人才不僅能主導AI技術，亦可協同人機共融制造系統，更兼具科技倫理素養與可持續發展訴求。調研總結當前國內新工科教育發展情況發現，我國已初步構建起“理論一實踐一倫理”三位一體的新路徑。

1.學科架構重構：新工科教育的核心與首要任務是打破傳統學科壁壘，構建多學科協同的學科體系，推動以數智技術為主體的多學科交叉融合。為此，亟須新建一批“智能 + \"“綠色 +^; 等新工科專業，構建交叉融合的知識圖譜。自2017年提出新工科建設以來，教育部積極推動成立“人工智能 + ”專業，例如，同濟大學融合BIM（建筑信息建模）機器人施工與大數據管理成立“智能建造\"專業；天津大學融合機械工程、工業設計、物聯網與AI成立“智能制造工程\"專業。截至2023年，中國已有127所高校開設\"人工智能 + ”專業。

2.培養模式革新：新工科教育著力通過項目式教學方法，強化校企合作，整合國際資源，培育創新創業，構建多元開放的\"產學研用創\"五位一體教育模式，培養學生國際化視野，提升學科交叉能力以及解決復雜問題的綜合能力。例如，清華大學“智能車輛設計”課程，學生團隊在一年內完成車輛的軟硬件開發，并參與全國大學生智能車競賽，成果顯著；華為公司聯合高校及產業伙伴共同推出華為“智能基座\"產教融合項目，通過“智能基座\"系列教材及課程學習理論，通過參與企業研發項目獲得實踐；同濟大學與德國TU9高校合作開展“中德雙學位項目”，培養新能源汽車領域人才。

3.價值導向升級：在AI與物聯網技術加持下，如何保障社會平穩運行與可持續發展，涉及人類與地球存亡。因此，新工科教育必須健全價值導向教育，將科技倫理、社會責任與可持續發展理念深度嵌人課程體系，塑造兼具科技硬實力與人文軟實力的未來工程師。例如，北京理工大學將“人工智能倫理\"納入必修課；浙江大學設立“AI倫理實驗室”，要求學生針對自動駕駛算法中的道德困境提出解決方案。

三、傳統工科重構教學模式策略

應對工業4.0，傳統工科教育改革也勢在必行。行之有效的方法是從“傳承與革新\"的雙重視角重構教學模式。

1.重構知識體系：傳統內核 + 前沿外延，給傳統課程煥發新活力。重構傳統工科教學知識體系，找到傳統工科基礎理論與新工科技術的互補點，應用新工科技術代替傳統工科技術，提升解決問題的效率。例如，針對傳統機械設計課程，保留經典力學分析與機構設計理論等核心理論內容，在技術實現層面新增數字化設計或數字孿生技術等知識模塊

2.教學組織創新：模塊化 + 項目式教學，創造活力課堂，激發學習積極性。項目式教學作為一種開放式教學方式，教師由“講授者\"變為“引導者”。學生在參與項目規劃、執行和評估過程中主動學習和應用知識，激發學習主動性及自我管理與溝通等能力。例如，針對傳統機械設計課程，設置基礎模塊和交叉項目模塊。在交叉項目模塊可針對中等復雜程度的實際產品以小組合作形式開展設計。

3.評價體系革新：過程性 + 多元性，雙維立體評價，全面考查學生素質。過程性評價注重從開始到結束整個學習過程中的各方面表現，不僅是評估學生的知識和技能，還包括學習態度、團隊精神以及其他專業和人格素質，評價更具全面性。在過程性評價的每個節點實施多元化評價，例如，評價主體可為教師評價、同伴互評及自我評價，評價方法可為組合試卷、報告、答辯、日志及課上表現等多元評價。

（責任編輯：張若信）