新工科人才培养的目标逻辑和过程逻辑

陈伟 易芬云 吴世勇

摘要：新工科是中国工程教育的改革热点和发展焦点，新工科人才培养的研究必须深入厘清目标逻辑和过程逻辑等基础性理论问题。在新工科人才培养的目标逻辑中，人才素质的复合是前提，创新是关键，工程是要旨，智能是趋势。在新工科人才培养的过程逻辑中，跨界培养是其核心特征。知识操作上要坚持理论与实践的跨界，培养主体方面要坚持政校企跨界，成果导向上要坚持就业与创业跨界。

关键词：新工科;目标逻辑;过程逻辑

在国际竞争日益深入到科技竞争、高科技产品竞争的背景下，工科教育越来越受重视。为了兼顾工科教育扩大规模和提升水平、补足缺失和优化结构等多元双重使命，教育部2006年启动工程教育认证试点;2008年组建CDIO（构思，Conceive;设计，Design;实现，Implement;运作，Operate）试点工作组、成立“CDIO工程教育模式研究与实践课题组”，2016年进而成立“CDIO工程教育联盟”，日益深入地借鉴麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学倡导的工程教育理念，强调以“产品研发—产品运行”的生命周期为载体，培养学生的工程基础知识、个人能力、团队能力和工程系统能力等四个层面的综合素质;2010年实施“卓越工程师教育培养计划”，全面推进工程教育人才培养模式改革;2016年6月，中国正式加入国际工程联盟（International Engineering Alliance）《华盛顿协议》组织，标志中国工程教育认证体系实现国际实质等效。[1]2017年以来，以国际借鉴为基础，逐渐开启具有中国特色的新工科（Emerging Engineering Education，3E）建设，进而凝聚发展成为中国高等工程教育的改革热点和发展焦点。

一、作为改革热点和发展焦点的新工科

建设新工科战略的提出，首先是国际竞争新形势的产物。面对主要发达国家不约而同地实施“再工业化”战略，中国必须在追赶的同时实现超越。其次是我国工程教育对“一带一路”“中国制造2025”“互联网+”等国家重大战略的积极响应，旨在满足国家和产业的创新驱动发展对科技和人才的重大需求。[2]另外，也是适应以新技术、新业态、新模式、新产业为代表的新经济蓬勃发展的必然产物[3]，是满足立德树人新要求的必然选择。[4]2017年以来，在教育部的部署和推动下，先后发布新工科建设的“复旦共识”[5]、“天大行动”[6]、“北京指南”[7]。其中，“复旦共识”主要解决认识问题，明确新工科建设的战略意义和核心理念。“天大行動”主要解决方法论问题，提出“问产业需求建专业、问技术发展改内容、问学生志趣变方法、问学校主体推改革、问内外资源创条件、问国际前沿立标准”等“六问”，讨论新工科建设的行动路径和条件保障。“北京指南”主要解决项目和政策支持问题，提出“更加注重理念引领、更加注重结构优化、更加注重模式创新、更加注重质量保障、更加注重分类发展”，引导各地各高校开展新工科建设的多元探索;确立新工科建设的具体目标，即加快建设“九个一批”：建设一批新型高水平理工科大学，建设一批多主体共建的现代产业学院，建设一批产业急需的新兴工科专业，建设一批体现产业和技术最新发展的新课程，建设一批集教育、培训、研发于一体的实践平台，培养一批工程实践能力强的高水平专业教师，建设一批跨学科的新技术研发平台，建设一批直接面向当地产业的技术服务中心，形成一批可推广的新工科建设改革成果。[8]

从内涵上看，新工科对应的是传统工科。传统工科及其人才培养曾为中国的建设和发展做出了重大贡献，但也存在一些问题。比如，学科导向和投入导向强劲而结果导向不足，教育界与工业界的对接互动严重不足，缺乏评价学生知识、能力的国际实质等效标准，工科教育“理科化”，“重硬轻软”“重事轻人”等。[9]因此，非常有必要系统深入地探索创新卓越工科人才的培养模式。

新工科之“新”，从根本上讲在于范式创新。在中国近代工程教育体系构建之初，有关工程学科与其他学科之间的关系先后出现了两种范式。一是人文统合范式。它把工程技术知识看作为经世之学，以儒学知识体系重构为要旨，以传统经学为统率，融工程学科与整个知识系统为一体。二是科学分立范式。它强调工程知识的西学特征，突出工程技术的科学理性，以西方学科化的知识分类为基础，把工程技术知识从整个知识系统中分化独立出来，从而与其他学科并列而设。[10]这两种范式尽管基点有异，但都将工程技术知识体系归于“用”“术”，易造成理论与应用的类型分立、学与术的等级分割。与上述传统范式不同的是，新工科坚持“工程统合范式”，一方面接续传统的工程知识观，保证工程知识相对独立，另一方面则以人文之学统摄工程，把工程知识整合到知识体系之中。工程统合范式在逻辑上具有自洽性，但在实践运行中面临着制度与文化的双重困境，需要在新工科建设中探索具体解决对策。

新工科之“新”，在实践中依赖于人才培养模式的变革与创新。教育部高等教育司《关于开展新工科研究与实践的通知》（教高司函〔2017〕6号），对新工科研究和实践提出了“五新”，即工程教育的新理念、学科专业的新结构、人才培养的新模式、教育教学的新质量、分类发展的新体系。在新工科建设中，行业特色型、学科特色型高校被寄予厚望[11]。李培根认为，新工科的内涵之新，一方面在于培养新素质，让学生多一点“形而上”，通过对“超世界存在”的关注而增强使命感和价值感，要构建多学科思维空间、问题空间以及学会在社会空间中思考工程问题，让学生从物理关联、虚拟关联、人际关联等方面增强关联力，多培养想象力、宏思维以及批判性思维;另一方面在于新结构，要重点关注专业结构、课程及知识体系等;还在于新方法，即在教育教学和人才培养中，要多运用关联、非正式学习、去中心化（特别要去除教师中心主义）以及想象学习等新的教学方法。[12]

目前，中国日益深入地厘清新工科的建设目标和工作方向，相关高校正在探索建构多样化的工科人才培养模式。以实践领域的探索为基础，仍需从理论上深入厘清新工科的内在逻辑和基本规律，尤其需要从理论上明晰新工科的目标逻辑和过程逻辑（图1）。

二、新工科人才培养的目标逻辑

新工科要培养什么样的人才？或者说，新工科的培养目标应具有哪些特征？目标是实践的方向指导，目标决定实践模式、引领改革路径、引导发展过程。人才培养目标指的是依据国家的教育目的和各级各类学校的性质、任务而提出的具体培养要求;人才培养目标的内在逻辑，决定人才培养模式的选择、教学内容和课程体系的建设、教学方法的运用以及实验实训手段的搭配。厘定人才培养的目标逻辑，是新工科建设的行动基石。新工科人才培养的目标定位必然包含、必须坚持复合性、创新性、工程性、智能化等逻辑要素;上述逻辑要素的结构性目标则在于实现工科人才培养的“转识成智”，即转化、整合人文、科学、技术、工程以及社会等各类知识，帮助学生达到明体达用、返本开新的“智慧”境界。

（一）复合是前提

工程教育是通过整合、集成而创新，这是西方工程教育研究界的共识。[13]整合、集成，其实是要求新工科所培养的人才能对工程教育系统内部、外部的诸种要素因时而变地进行多元复合。

首先，新工科人才培养要突显出工程教育的内部复合。新工科人才一方面要具有多方面的个人能力，比如知识的学习和应用能力、思维判断与分析能力、工程设计与实践能力以及创造创新能力等;另一方面还要具有良好的团队能力，包括表达与交流能力、团队合作能力、情绪控制和管理能力等;此外，还要求具有全局意识、跨学科思维能力、全球视野和领导力、系统性思考能力等。[14]为了培养上述多元复合能力，工科人才的培養必须突显三大要点。一是知识内容的复合性。对于高等教育而言，“知识就是材料”[15]，支撑新工科人才培养的知识，应以工程类知识为核心，但要突出科学与人文的融合[16]，要兼顾工学、理学和管理学等多个门类的知识[17]，实现新工科人才培养的“知识集群”和“网络创新”[18]，还要协调好科学、技术与工程的关系。二是知识操作过程的复合性。以知识的整合为基础，新工科人才培养要在知识的教、学过程中，把上述知识观贯通于“知识—课程—专业—学科”的复合链条之中。三是知识操作建制的复合性。陆国栋等人发现，新工科不仅仅意味着创设新专业，还必须突破五大瓶颈，即打破学科壁垒、越过专业藩篱、打通本研隔断、消除校企隔阂、唤醒师生淡漠，打造工程教育的“贯通体”“交叉体”和“共同体”。[19]从目前的国内实践看，可供选择的实践方式有三种。一是以单个专业为中心，通过主辅修、二元复合式的双学位、多元复合式的大类培养实现多学科知识的贯通;二是以多个专业为枢纽，通过多专业融合，实现多学科知识的复合型贯通[20];三是通过“工科+”的方式，推进老工科的现代改造[21]。

其次，新工科人才培养要突显工程教育的外部复合。从国际工程教育研究的发展动向看，日益注重在“大工程观”的视野下，突显课程设计的综合性、前沿性和创新性，并将工程教育的发展置于全球化的宏观空间背景之下，将工程专业知识的建构与社会、经济、文化的发展相融合，由注重理论知识的灌输转向回归工程实践，从而把工程教育置于社会发展、国家强盛乃至人类进步等宏观视界之中。“大工程观”，日益要求新工科的人才培养积极建立“学科—专业—产业—社会”的复合链条，既保证新工科能够体现出“回归工程”的要求，又能回应产业形态和商业模式的要求，建立起新工科的工程教育与产业形态和商业模式彼此融合的范式[22]，具体落实“工程教育系统论”[23]，建构起工程教育生态系统[24]，培养具有“系统工程师”气质的新工科人才。

（二）创新是关键

创新已成为大学毕业生的基本素养要求，是工科人才的关键性能力要求——不仅要体现在思想意识、思维方式上，而且还要能落实到工程实践中。

借助实验室（包括实训室）培养工科人才的创新意识、创新能力，是高校的最佳选择。为此，高校和实验室逐渐与学生培养之间形成了多样化关系。一是传统的包含模式，即本科生由实验室负责培养，实验室由高校负责管理。这种模式的优点是纵向管理效率高，但是三方耦合度较强、规范性控制过多，不易发挥各方的创新潜能。二是相互独立模式，主要是实验室独立于高校之外。美国的贝尔实验室就是典型例证。它在世界各地建立子机构，邀请学者和学生参与合作或独立研究。这种模式有利于保证实验室的独立性，防止来自高校、政府的政策、体制、学科束缚，便于创新性探索前沿问题。但也存在问题，比如，缺少高校的资源、学生等基础性支撑，很难大规模推广。三是三螺旋模式，即高校、实验室和学生三方保持相对独立，在本科生创新活动中密切合作、相互促进，甚至进而催生学生创新实验室、创客中心等混合组织。[25]从我国的实践探索和改革趋势看，高校、实验室和学生之间的三螺旋模式日益受到重视。

（三）工程是主旨

从世界高等教育发展史看，以1747年巴黎路桥学校的建立为开端，工程教育开始在高等院校中出现。纳入高等教育体系的工科类人才培养，核心要旨到底是什么？对此问题的回答，曾经历了两个发展阶段，出现了两次偏差。从工科教育肇始一直到二战之前的百多年时间里，几乎一直是“技术主导范式”。即以培养现场工程师为目标，重视实践，强调技术和动手操作，教育的内容以应用手册和公式为主，教育模式则主要是学徒制。技术主导范式只能满足农业时代和工业时代初期简单的生产需要，“唯技术是从”的偏执导致工科人才培养的低级化。超越技术主导范式的是“科学主导范式”。二战后，美国针对工程人才普遍缺乏科学训练的问题，开始探索实施“科学主导范式”，高度重视数学等自然科学，强调科学和理论分析。由于工程师与科学家的培养模式趋同，20世纪70年代美国的工程教育甚至陷入了“科学化”偏差。[26]在更高层次上回归工科教育的技术特征、扬弃科学范式的“理论化”倾向，则是“回归工程范式”。[27]20世纪90年代，时任麻省理工学院工学院院长的乔尔·摩西提出了“大E工程”（Engineering with a Big E），号召“回归工程”;约瑟夫·波多尼亚提出“整体工程教育”（Holistic Engineering Education），认为工程教育应当综合考虑工程情境，系统重构课程、加强产学联系。[28]

“回归工程”的口号其实旨在突显工科教育的工程特性。首先要彰显工科人才培养的应用目标。我国在改革开放初期曾传颂“学好数理化、走遍天下都不怕”、倡导理科教育，进入21世纪之后日益重视应用理科，近年间国家层面开始高度重视新工科。[29]广东从2015年开始率先实施“高水平理工科大学”建设计划。其次要突显工科人才培养的实践导向。工程是以科学和理论为基石的技术性实践，工程特性就是实践特性，而不是纯粹的理论特性，但也不是低水平的应用特性和技术技能特性。第三，要突显工科人才培养的工程规范、工程伦理——比如“质量至上、以人为本”，等等。目前，许多理科类高校、理科传统深厚的二级学院以及仅具有理科背景的专业教师积极筹办工科专业，尝试推进新工科建设。这些现象明证了工科教育日益重要的地位，但也需要警惕并解决好“工科专业理科化”“工科专业非工程性”等难题和偏差。

（四）智能是趋势

基于“电子、微电子、光电子理论与工程”的智能芯片，基于“通信工程和网络工程”的智能网络，基于“计算机科学与技术”的智能计算，基于“自动化理论与工程”的智能控制，再加上“智能科学与技术”对上述四者的整合，支撑起信息时代的人工智能特征。[30]在此背景下，一方面，人工智能已进入与产业深度融合发展的新阶段，其中率先被融合的产业有智能制造、自动驾驶、语音图像处理、医疗卫生、金融等，这都对新工科人才培养的智能化、自动化、类人化提出了越来越高的要求[31];另一方面，人工智能科学与技术是工科门类下新的一级学科，它通过成立“机器人学院”[32]、人工智能学院[33]等方式具体担负起智能型工科人才培養的职责，同时通过设置“智能科学与技术”等通识课程或课程模块的方式，向其他几乎所有的工科专业“润物细无声”式地渗透，成为推动新工科建设的核心驱动力。新工科教育快速进行智能化改革，以智能化（智慧教育）为目标，以“智慧点”替代“知识点”[34]，更新教学内容教学方式。

三、新工科人才培养的过程逻辑

新工科人才培养的过程逻辑，关键在于协调平衡知识传授、能力养成等方面的“定界”与“跨界”之间的关系。[35]它所折射出来的变革趋势，是从定界为主走向跨界为主。人文教育，追求文史哲的融会贯通——这是强调知识“无界”的传统学术模式。17世纪兴起的西方近代科学实现快速发展之后，日益按照学科体系进行，甚至不惜陷入“坑道视界”以达到“片面的深刻”——这是以学科为建制工具、高度强调“界”的学术模式。新工科既强调按照产业链、岗位群的要求而定界，也遵循“复合、创新、工程、智能”的目标逻辑，强调跨界借力，形成全新的人才培养过程特征：以定界为前提、以跨界为核心，在灵活协调“定界—跨界”之间的关系基础上，重构人才培养模式。目前国内工科类高校和学术界多以学科划分专业，较少探究新工科的跨界特征。

（一）知识操作：理论与实践跨界

针对工科教育中重学轻术、重理论轻实践的偏差，针对工科类教师绩效评价中“重研究轻教学”“重学理轻工程”的问题，新工科人才培养过程必须从知识操作层面推进理论与实践的跨界，促进课程学习、科研体验、工程实践的有机融合、“三螺旋递进”。[36]为此，一要拓展知识的横截面。除了要拓展本学科门类中的跨学科知识，还要拓展属于不同学科门类、旨在综合培养学生的科学研究、工程研发、运行管理等各种能力的跨学科知识。二要拓展知识的纵向链条。持续打通知识的“科学—技术—工程”链条，使学生具备把科学、技术转化为产业工程、乃至社会工程的能力。知识的建制化载体是课程。新工科人才培养过程中，通过知识的横向、纵向拓展以实现理论与实践的跨界，在课程层面已形成以下三种路径。

一是扩展课程数量。威廉姆斯发现，“工程已经成了极度开放的‘包含一切东西的专业，科学、管理、艺术领域都有它的投影，没有权威的机构为它限定一个总体上的任务范围”，各种相关学科的课程，比如“科学、市场、设计、系统、社会……都在向本已拥挤不堪的课程表上塞课”。[37]这条路径简单、直接，但教育效率和教育效益尚待观察。

二是提高课程质量。与此相关的重要改革就是设置“顶点设计课程”（Capstone Design Course）。针对“很多学生抱怨说在高年级阶段的课程只不过是新增几门课程而已，接着大学生活就结束了”的问题，美国的《博耶报告》呼吁开设顶点设计课程[38]，并得到了重视，成为美国高校高年级学生，特别是临近毕业的学生的综合性课程。[39]顶点设计课程是一种独特的经验学习模式，由“接受—联系—反思—改进—重建”五个逐步递进的目标所组成，强调理论与实践相结合。[40]它有两大特征。一是整合性，即它作为大学生教育生涯的巅峰体验，旨在整合、拓展、批判和应用在学科领域和跨学科领域的学习中所获得的知识[41]，支持学生的深层学习[42]，使学习者在身体、智力、情感、审美、道德和精神等方面获得全面成长。它可以作为一种有效的、综合性学业评价工具。[43]二是从学校到职场的过渡性。顶点设计课程可以获得非常丰富的教育成果，包括学生的交流能力、批判性思维、理解复杂情境的能力、审美能力、专业认同、专业伦理、适应能力、领导能力、终身学习的动机等。[44]作为大学生从在校生转变为毕业生的“生命礼仪”，顶点课程为学生提供向后看和向前看的体验，其中学生向后回顾所学过的大学课程以获得这种体验的意义，又在这种体验的基础上向前展望未来的生活[45]，从而使自己的人生达到新的境界，具备足够的能力直面未来世界的挑战。[46]有研究表明，已经完成顶点设计课程学习的毕业生，往往仅需要更少的培训就能顺利进入工作岗位[47]，且具有更为强劲的职业发展潜力[48]。

三是挖掘课程价值。立足于科学知识，坚持面向并服务于实践，是实践导向课程的精髓。通过研究与探索，已经出现了许多实践导向的教、学模式。比如，源自医学教育的“问题导向学习”（Problem-Based Learning，PBL）模式[49];以“做中学”为核心的“体验式学习”（Experiential Learning）模式[50];以“实践共同体”（Community of Practice）、“合法的边缘性参与”（Legitimate Peripheral Participation）和“学徒制”（Apprenticeship）等新理念为基础的学习模式[51];基于学生发展质量理念和“参与理论”（Theory of Involvement）的参与式学习模式[52]，等等。

顶点课程、实践导向课程，与“基于设计的工程学习”方式具有内在一致性。工程学习的核心要素包括学习环境、动机、设计行动、探究行动、共同体等;其内在机制在于，学习者依托实践共同体，在以问题解决方案搜索策略为基础的“效率”与以专业知识为基础的“创新”之间形成均衡发展，因而具有嵌套情境性、个体反思性、社会交互性和循环迭代性等工程学习特征。[53]

（二）培养主体：政校企跨界

工程教育的兴起，特别是目前新工科人才培养，日益强调以政府的政策鼓励和经费资助为前提和基础，以企业的参与为动力，以满足政府和企业的需求为目标;大学与政府、企业之间不再是彼此定界、互不往来，而且彼此沟通、互相合作。就其跨界合作的形式而言，埃茨科维茨等人认为至少有三种模式：国家、学界和产业彼此分立但交流合作的自由放任模式;产业和学界在国家之中的国家主义模式;国家、学界、产业相对独立但又互相交叉合作的三螺旋模式。[54]三螺旋模式日益受到中国的重视，“产教融合、校企合作、工学结合、知行合一”是中国对这类实践的理论概括和政策阐释。从中国的实践看，不但政府极富创造性地参与政校企合作，而且企业也持续创新其参与政校企合作的方式。有的企业，通过联合科研实施精英研究生计划，培养与AI相关的学术研究型人才，构建了校企协同育人新体系，形成了“新经济下政产学研融合工程教育新生态”。[55]

（三）成果导向：就业与创业跨界

新工科的毕业生至少有三种发展走向，一是就业;二是创业——它的门槛相对较高，因此占比不高，但它能够通过毕业生成功的创业带动更多的就业;三是介于就业与创业之间的组织“内创业”，即就业之后在就业组织内的创业[56]——这是接收工科毕业生的各类组织最为期待的结果，也是真正实现就业与创业跨界的可行途径。基于上述三种走向，新工科人才培养过程往往重视两个方面的培养。一是培养学生的社会责任担当。在2004年世界工程师大会“工程师塑造可持续发展的未来”的主题讨论中，斯特朗指出：“过去的历史证明，工程师对人类的发展起到了至关重要的作用，对人类的未来也会起到至关重要的作用。正因为这样，工程师的职业道德非常重要。”[57]其中最重要的职业道德就是对社会责任的自觉担当意识，包括但不限于自觉承担起保护环境、促进可持续发展的历史使命，重视工程伦理、人文精神、社会责任感、可持续发展观等。[58]二是在校期间适时高效地开展体验式创业教育。[59]这种教育，可以把校内的就业能力培养和毕业之后所需的创业素养有机整合在一起。

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（责任编辑刘第红）