中美新工科教育典型人才培养模式研究——以欧林工学院和天津大学为例

代 玉，王贺欣

(天津大学 教育学院，天津 300350)

当今世界正处于百年未有之大变局。在新的时代背景下，工程教育范式发生了重要转换，世界各国工程教育实践亟待变革，工程技术人才成为推动工程教育和工业发展的关键力量，培养高质量的工程人才成为高等工程教育的时代使命。“以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养未来多元化、创新型卓越工程人才”[1]的新工科受到了世界范围内的广泛重视，内涵意义上国际实质等效的“新工科运动”已经兴起。以促进人的全面发展、多学科交叉融合、多元主体评价等为特点的新工科教育为当前工程教育改革提供了新的思路与方法。基于此，本文从新工科产生的内外在驱动力入手，选取欧林工学院与天津大学两所具有代表性的工科院校作为研究对象，通过对比两所高校的新工科人才培养模式，分析总结中美两国典型高校在新工科人才培养理念、培养过程、评价机制等方面的成功经验，为推进当前新工科建设提供参考。

一、新工科教育的内外在驱动力解析

新工科的提出有着深层次的理念与实践因素。技术时代回归“人”本身的价值诉求、不同学科与工程技术的深度交叉与融合以及新一轮工业革命与产业变革的加速演进，都为新工科的产生提供了良好的前提条件。

(一)内在驱动力：技术时代回归“人”本身的价值诉求

韦伯(M.Weber)引入“工具理性”的概念以批判技术对人的异化现象，拉开了技术理性批判的序幕[5]。马尔库塞(H.Marcuse)在综合韦伯、霍克海默(M.Horkheimer)等人的观点后，将技术理性上升到意识形态的高度，认为技术理性已扩展为一种政治理性，成为新的社会统治的工具[6]。哈贝马斯(J.Habermas)则继承并发展了马尔库塞的思想，直接将科学技术视为一种新型的意识形态，指出了其相比传统意识形态具有更强的隐蔽性与统治性的特征[7]。尽管技术发展的最初目标是对人性的凸显，但事实上，发达的科学技术已然形成了对人性的压制[8]。在技术理性的神话之下，人被技术所奴役，并逐渐沦为技术的附庸。反观传统的工程教育，其目的异化为培养具有工具理性的技术人才，使学生通过“理性计算”实现对效率和利益的追逐。学生作为“人”的主体价值被漠视，成为物化的“人”[9]。可以说，在传统工程教育中，技术对人的控制已经到了无以复加的地步，这就迫使人们不得不重新思考技术与人的关系。因此，在技术时代回归“人”本身成为当前工程教育改革的内在诉求。

(二)外在驱动力：多学科之间交叉融合与新工业革命加速演进

1.不同学科与工程技术的深度交叉与融合为新工科提供了新的内容与结构。学科的发展经历了从综合到分化再到综合的螺旋式上升过程。我们现在所说的学科起初并不存在，只是人们根据认识和研究的需要人为设定的。在古希腊，一切学问统称为哲学。17世纪以来，随着数学与实验方法的应用，科学才逐渐从哲学中分离出来，形成不同的独立学科[10]。正如英国科学史家丹皮尔(W.C.Dampier)所言：“在古希腊人看来，哲学和科学是一个东西；而在中世纪，两者又与神学合为一体。文艺复兴时，自然科学还是哲学的一个分支。文艺复兴后，采用实验方法研究自然，哲学和科学才分道扬镳。”[11]二战后，随着科学技术的发展以及经济全球化进程的加快，人类社会面临的问题日益复杂化，单一学科已无法满足人们解决现实问题的需要。同时，“以问题为中心”的研究范式逐渐取代了“以对象为中心”的研究范式[12]。因此，尽管学科仍在不断分化与细化，学科之间的壁垒却不断被突破，学科间的交叉与融合日渐深入，多学科交叉融合教育已逐渐成为世界高等教育发展的必然趋势[13]。在工程教育领域，工科与理科、人文社科等其他学科以及工科内部的多个学科之间的交叉与融合，为工程教育提供了新的内容与结构。

2.新一轮工业革命与产业变革的加速演进为新工科提供了新的方法与技术。迄今为止，人类社会已经经历了3次工业革命，分别将人类带入“蒸汽时代”“电气时代”和“信息时代”，并逐步实现了生产的机械化、电气化和自动化。2011年，在汉诺威工业博览会上，德国首次提出“工业4.0”的概念，掀起了以智能制造为核心的第四次工业革命的浪潮，人类开始步入“智能化”时代[14]。国际金融危机后，制造业作为实体经济的主体，逐渐成为全球经济增长的强劲动力。随着新一轮工业革命与产业变革的不断演进，以信息技术与制造技术深度融合为特征的智能制造，正逐渐打破传统生产制造的空间，重塑着全球产业分工的模式和体系[15]。世界各国纷纷制订以“重振制造业”为核心的工业发展战略，例如，“美国先进制造业国家战略规划”“德国2020高技术战略”“中国制造2025”等应对生产方式的革命性转变。在工程教育领域，大数据、物联网、云计算、区块链等伴随着新工业革命而来的新方法与新技术推动并促使着工程教育的发展与变革：一方面，新方法与新技术催生了诸如智能电网信息工程、智能医学工程、机器人工程等新兴工科专业[16]；另一方面，新方法与新技术使机械、土木、化工等传统工科专业面临着转型与升级[17]。

新工科正是在上述理念与实践的背景下应运而生。为探索工程教育发展的新途径，改变工程教育的现状，美国富兰克林·欧林基金会于1997年捐资4.6亿美元，建立了欧林工学院(Olin College)[18]。经过20多年的发展，欧林工学院以其独特的人才培养理念与实践，成为推动美国传统工程教育变革的示范性院校[19]。据《美国新闻与世界报道》发布的2019年全美工程本科专业排名，欧林工学院位列第三，成为与麻省理工学院(MIT)、斯坦福大学(Stanford University)等世界名校比肩的新型工科学校。因此，作为新型工科院校的代表，欧林工学院的做法值得关注与借鉴。天津大学前身为北洋大学，“开办时分设法律、土木工程、采矿冶金和机械工程四门学科”[20]，工程教育办学基础扎实。作为传统工科优势高校，天津大学提出“新工科建设路线图”，推动提出“天大行动”，发布实施“新工科建设天大方案-CCII”，建设未来智能机器与系统等新工科人才培养平台，其做法值得研究与思考。

二、中美新工科教育典型人才培养模式分析

人才培养是一流大学的核心任务，高质量的工程技术人才是推动工程教育与工业发展的关键力量[21]。欧林工学院与天津大学各具特色的新工科人才培养模式为世界各国工程教育的改革与发展提供了新的思路。

(一)人才培养理念——培养全面发展的工程人才

人才培养理念是关于“培养什么样的工程人才”的问题。在当前回归“人”本身的价值诉求之下，欧林工学院与天津大学在人才培养理念方面，都注重培养全面发展的工程人才。

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1.欧林工学院新工科人才培养理念。20世纪90年代，美国工程学界先后发表了一系列重要报告，指出美国的工程教育改革需“回归到工程实践上来”，并提出“大工程观”的设想[22]，使工程教育逐渐由“科学范式”转向“工程范式”[23]。在此背景下，欧林工学院以培养学术工程师和副工程师为目标，致力于将学生培养成为杰出的工程创新人才(exemplary engineering innovators)[24]，并提出了著名的“欧林三角”(图1)。

图1 欧林工学院新工科人才培养理念[24]

从图1可以看出，使学生具备卓越的工程学知识是欧林工学院工程人才培养理念的核心，而良好的艺术人文社会素养与基本的创业精神则是其培养理念的重要组成部分。由此，欧林工学院形成了工程教育、艺术人文社会教育与创业教育“三位一体”的培养理念，使学生通过学习获得扎实的工程学知识、创造性解决问题的能力以及将想象付诸实践的企业家精神[25]，从而将学生培养成为全面发展的工程人才。

2.天津大学新工科人才培养理念。中国于2016年正式加入《华盛顿协议》，实现了高等工程教育质量的历史性跨越[26]。随着新工科建设的不断深入，天津大学作为传统工科优势高校，坚持以立德树人为引领，融合新文理教育、多学科工程教育和个性化专业教育，形成了独具特色的新工科人才培养理念(图2)，确立了培养具有天津大学特质的堪当民族复兴大任的卓越工程科技创新者、领军者和领导者的工程人才培养目标[27]。

图2 天津大学新工科人才培养理念[27]

通过对比发现，欧林工学院与天津大学在工程教育人才培养理念上都体现了新工科对“人”的关怀，强调培养全面发展的人。欧林工学院更侧重发挥工程教育对学生个体发展的作用；天津大学更关注工程人才对社会发展的作用，强调培养学生的家国情怀。

(二)人才培养过程——促进学科之间的交叉与融合

人才培养过程是关于“如何培养工程人才”的问题。欧林工学院与天津大学在人才培养过程中，特别是课程设置与教学方法方面，都体现出了鲜明的学科间交叉与融合的特点。

1.课程设置——模块化课程。欧林工学院的课程设置。欧林工学院的课程是依据其人才培养理念——“欧林三角”进行设置的，共分为四个模块：ENGR(Engineering)课程模块、MTH(Mathematics)课程模块、SCI(Science)课程模块以及AHSE(Arts，Humanities，Social Science，and Entrepreneurship)课程模块。其中，ENGR 课程模块、MTH 课程模块与SCI课程模块对应了“欧林三角”中的工程教育；而AHSE课程模块则对应了“欧林三角”中的艺术人文社会教育与创业教育[24]。模块化的课程设置可以在欧林工学院的课程计划(表1)中得到证实。

表1 欧林工学院的课程计划[28]

欧林工学院采用模块化课程设置，将课程划分为工程学、数学、科学、艺术人文社会创业四个课程模块，每一个课程模块都包含相应的课程，学生每学期可以根据项目和实际工程问题的需要自行选择四个模块课程。此外，欧林工学院设置了一系列必修的设计类课程，以培养学生工程项目设计能力，包括大一第一学期开设的“设计的本质”(Design Nature)以及大二第二学期开设的“面向用户的协同设计”(User-Oriented Collaborative Design)。欧林工学院对学生修习每个课程模块的最低学分进行了规定：学生在校期间共需修满120个学分，其中，工程学课程模块不少于46个学分；数学课程模块不少于10个学分；数学与科学课程模块共不少于30个学分；艺术人文社会创业课程模块不少于28个学分[29]。模块化的课程设置促进了学科之间的交叉与融合，也有利于学生根据工程实践需要进行针对性的学习。

天津大学新工科人才培养平台的课程设置。天津大学新工科人才培养平台设置了多学科交叉的模块化课程体系，包括思政课程、通识教育课程、专业课程等课程模块。其中，思政课程、训练与健康课程等课程模块体现了品格教育的人才培养理念；通识教育课程模块为实现新文理教育的人才培养理念提供支撑；力学、热流体等工程基础课程、高等代数、离散数学等数学课程以及物理、化学等自然科学课程则体现了多学科工程教育的人才培养理念；而专业基础课程模块以及专业必修与选修课程模块则体现了个性化专业教育的人才培养理念。学生每学期修习不同模块的课程，促进了学科之间的交叉与融合。此外，天津大学也设置了与工程实践密切相关的项目设计类课程，为学生开展毕业团队项目设计或研发奠定基础。

通过对比发现，两所高校都在其工程人才培养理念的基础上，设置了模块化课程，为实现学科之间的交叉与融合以及培养新工科背景下的新型工程人才提供了便利的条件。

2.教学方法——项目式教学。欧林工学院的教学方法。欧林工学院采用面向工程实践的项目式教学方法(图3)，在课堂教学之余，为学生提供真实的工程项目，使学生在做项目的过程中，运用所学知识解决实际的工程问题，将理论与实践很好地结合起来。

图3 欧林工学院的项目式教学[30]

从图3可以看出，欧林工学院的课程分为三个阶段：基础阶段、专业化阶段和实现阶段，项目式教学贯穿了整个学习阶段，并逐级递增。基础阶段强调学生从真实的工程项目中掌握与应用基础的工程技术；专业化阶段要求学生在自己选择的专业领域深度学习并参与工程实践项目；实现阶段则要求学生运用所学的知识与技能完成真实的工程项目。欧林工学院项目式教学方法在其高级顶点工程项目(the Senior Capstone Program in Engineering，SCOPE)中得到了充分的展现[31]。该项目涉及医学、工农业、军事等多个领域，由政府和企业包括政府研究实验室、财富500强企业、产品开发公司等委托并赞助，委托方、项目领导小组、学生以及教师等共同参与[28]。这种项目式教学的方法能够使学生将所学的多学科理论知识与工程实际结合起来，在真实的问题情境中提升工程实践能力，促进了学科之间、产教之间的融合。

天津大学新工科人才培养平台的教学方法。在加快建设与发展新工科的过程中，天津大学在其原有的工程教学实践的基础上进行了改革，采用了项目式教学的方法，构建了以设计、建造、研发为主体，以课程项目、课程组(群)项目、多学科团队项目、本科研究项目以及毕业团队项目为主干的三类五种项目。项目式教学方式使学生能够将课堂上所学的工程知识应用到实际复杂的工程项目中，培养学生设计工程、工程建造、创新创造、团队合作以及项目管理、领导与执行等方面的能力。值得注意的是，天津大学按照“全面推进、重点突破”的原则，以此为模板，在全校建立了校院两级开放式多学科培养平台，打破了传统工程教育的学科壁垒，为学科之间、院系之间的深度交叉与融合以及工程人才的全方位培养创造了良好的条件。

通过对比发现，欧林工学院与天津大学都采用了项目式教学的方法，有助于学生将多个学科的理论知识与工程实践相结合，促进了学科之间的交叉与融合。特别是天津大学新工科人才培养平台的搭建，打破了现有教学组织模式，整合了课程、师资、设备等多方资源，为学科之间的交叉与融合以及学生的全面发展提供了支撑与保障。

(三)人才培养评价——多元主体的过程性评价机制

人才培养评价是关于“如何评价工程人才的培养质量”的问题。欧林工学院与天津大学在新工科建设过程中，都采用了多元主体的过程性评价机制，为培养卓越的工程人才提供了有力的支持。

1.欧林工学院新工科人才培养评价机制。欧林工学院的人才培养评价机制以“竞争力”(Competitiveness)为核心，建立了一套具有欧林特色的教学活动反馈机制(图4)，从学生、教师、学院、社会等不同角度对工程教育活动及所培养的工程人才进行评价。

图4 欧林工学院工程人才培养评价机制[28]

从图4可以看出，欧林工学院采用的是循环的、非线性的人才培养评价机制，主要以代表作选辑、欧林博览会和竞争力档案等形式，对课程及学生的竞争力进行评价。其中，代表作选辑是学生对自己参与的课程活动、研究、实习等的反思；欧林博览会是由校内外专家担任评委，学生展示并接受指导和评估的活动；竞争力档案则是学校建立并持有的，记录学生学术课程的测评结果及雇主信件等重要材料的保密档案[19]。无论代表作选辑、欧林博览会还是竞争力档案，都打破了传统教育评价过分强调甄别与筛选的功能，更加关注学生的学习过程及综合表现。同时，学生、教师、学校、第三方机构等多元主体的参与，使欧林工学院对人才培养质量的评价更加全面和丰富；学生作为评价的主体之一，可以激发其进行自我反思和自我教育的动力。可以说，多元主体的过程性评价保证了欧林工学院工程教育实践的持续性改进。

2.天津大学新工科人才培养评价机制。天津大学在对传统工程教育进行改革的过程中，将学生、教师、学校、用人单位以及社会纳入新工科人才培养的评价反馈系统中，建立了全链条、全要素、全方位的人才培养评价机制(图5)。

从图5可以看出，天津大学对工程人才培养质量的评价是学生、教师、学校、用人单位、社会等多元主体，对教师的教和学生的学两个方面进行评价。其中，对教师教学的评价是对培养目标、课程体系、教学内容等五个方面进行的全链条的评价机制；而对学生学习的评价则主要是以学业综合档案袋的形式，对学生的知识、能力等方面进行的全要素的评价机制；同时，学生、教师、学校、用人单位、社会等多元主体参与到对工程人才的评价过程中，形成了全方位的社会评价机制。无论教师教学评价机制、学生学习评价机制还是社会评价机制都注重了对教学过程和人才培养过程的评价，而多元主体参与评价则有助于实现工程人才的全面发展。

图5 天津大学新工科人才培养评价机制[27]

通过对比发现，两所高校都非常注重对人才培养过程的评价，注重多元主体参与评价，体现了新工科背景下对“人”的关怀，以及培养全面发展的工程人才的培养理念，为更好地建设与发展新工科提供了全链条闭环的质量保障。

三、中国新工科教育再深化的关键路径举隅

欧林工学院与天津大学两所具有代表性的工科院校的新工科人才培养模式为新工科建设与发展提供了丰富的借鉴与启示。为更好地发展与建设新工科，应在人才培养理念上兼顾家国情怀与个体发展，在人才培养过程中促进学科之间的交叉与融合，在对人才培养的评价上构建多元主体的过程性评价机制。

(一)兼顾家国情怀与个体发展

欧林工学院与天津大学在人才培养理念上都注重培养全面发展的工程人才，回应了工程教育“将人从技术异化的状态中解放出来”的新趋势。但同时应当看到，欧林工学院致力于将学生培养成为杰出的工程创新人才，强调实现工程教育的个体发展功能；而天津大学则更注重培养学生的家国情怀和工程领导力，强调实现工程教育的社会发展功能。工程教育作为一个完整的系统，其个体功能与社会功能是相互联系的两个方面。因此，在新工科建设中，不仅要注重工程教育对实现学生个体发展的作用，而且要强调工程教育在促进社会发展方面的重要作用，实现家国情怀与个体发展的并重，培养具有卓越的工程实践能力以及高度的工程责任感与使命感的工程人才，加快工程教育强国建设。

(二)促进学科之间的交叉与融合

当前，学科间的交叉与融合已成为工程教育改革的必然趋势。通过对比发现，无论在课程设置还是教学方法方面，欧林工学院与天津大学都体现出鲜明的多学科交叉与融合的特点。两所高校共同采用的模块化课程与项目式教学为学科间的交叉与融合提供了有利的条件。其中，欧林工学院作为一所私人慈善基金会创办的新型工科院校，在与企业的合作上具有独特的优势，学生在企业提供的真实的工程情境中运用所学的多学科理论知识，解决复杂的工程实际问题，促进了学科之间的交叉与融合以及理论与实践的有效结合。天津大学作为一所传统的工科优势高校，办学历史悠久、工科门类齐全，其依托校内多个学院的优质教育资源搭建多学科培养平台的做法，促进了学科之间的交叉与融合。因此，在新工科建设中，应当更加关注学科间的交叉与融合，探索更多样化的学科交叉与融合的方式，为新工科的建设与发展注入新的活力。

(三)构建多元主体的过程性评价机制

评价是对事物价值的判断[32]。20世纪80年代以来，人们开始关注对人才培养过程的评价，而不是仅仅局限于传统的对人才培养结果的评价上[33]，评价主体也日渐多元化。从欧林工学院和天津大学新工科人才培养评价机制上可以看出，两所高校都采用了学生、教师、学校、企业、社会等多元主体对工程人才培养过程进行评价的机制，特别是以档案袋(Portfolio)的形式对学生的知识、能力、情感、态度等进行全面、综合的评价，体现了新工科建设中对“人”的全面发展的基本要求。同时，学生作为评价的主体之一，其自我反思与教育的能力也获得了较大发展。因此，在新工科建设中，不应过分追求人才培养的结果，用统一的标准衡量所有的学生，而是应当关注人才培养的过程，使学生、教师、学校、企业及社会等多元主体参与到对工程人才的评价中，对工程人才进行综合、全面、客观、深入的评价。

结 语

欧林工学院与天津大学作为新型工科院校与传统工科优势高校的代表，其新工科人才培养模式值得思考与借鉴。在工程人才培养理念上，两所高校都体现了技术时代对“人”的回归与关怀，注重培养全面发展的“人”，将欧林工学院对工程教育个体发展功能的强调与天津大学对工程教育社会发展功能的重视结合起来，对于新工科的建设与发展具有重要意义。在工程人才的培养过程中，两所高校都采用了模块化课程设置与项目式教学方法，促进了学科之间的交叉与融合。其中，欧林工学院与企业合作，为学生提供真实的工程实践项目，以及天津大学新工科人才培养平台的搭建，都为学科之间的交叉融合创造了良好的条件。在对工程人才培养质量的评价上，两所高校都构建了多元主体的过程性评价机制，为培养全面发展的工程人才提供了坚实的保障。欧林工学院与天津大学为新工科教育再深化提供了丰富的经验与启示，兼顾家国情怀与个体发展、促进学科之间的交叉与融合、构建多元主体的过程性评价机制是中国新工科教育再深化的关键路径选择。