新工科背景下传统工科专业培养升级实践探索

摘要：新工科建设是我国推动工程教育改革的重大战略决策部署。本文分析了其对传统工科专业在更新教育教学理念、改进教学内容方法、推广国际化实践教学、强化政策人才保障等理念上的新要求，从供给侧角度出发提出了传统工科专业落实新理念过程中亟需构建的“学校—家庭—企业—政府—社会”多维协同体系，进一步就在专业培养中引入课程思政、虚拟仿真技术与人工智能大模型技术的重要意义与形式方法进行了系统阐述，以实现新工科建设理念、资源、范式与技术的有机融合。

关键词：新工科；多维协同；课程思政；虚拟仿真；人工智能

引言

2018年，教育部提出加快新工科建设，改造升级传统工科专业，探索建立工程教育新理念、新标准、新模式、新方法、新技术、新文化。在新工科建设的大背景下，传统工科专业的人才培养工作正在以新工科研究与实践为基本方法论，汇聚工程教育教学新理念，挖掘不同来源的多维育人资源，逐步引入包括课程思政、虚拟仿真技术、人工智能大模型等在内的新范式与技术，实现三全育人理念在传统工科专业中的再创新。本文分析了新工科建设对传统工科专业提出的新要求，提出了传统工科专业在人才培养过程中亟需构建的多维协同培养体系，对专业培养中采用创新手段的重要意义与形式方法进行了阐述，将为今后传统工科专业升级改造提供参考。

一、适应新工科建设的传统工科专业培养新理念

新工科建设是我国为满足新时代经济社会发展需求，推动工程教育改革而做出的重大战略和决策部署。参考国内外经验[1-2]，传统工科专业亟需融入具有时代性和创新性的培养理念，主要包含7方面：

（一）加快知识体系更新拓展

传统工科专业理论知识和实践技术的更新频率不断提升，需要强化跨学科的交叉融合，引入信息技术、人工智能、大数据等，并与传统工科最新的科技成果有机结合，能够显著助力学生综合素质和创新能力的培养。

（二）加强以能力导向的培养

传统工科专业需要从单纯的知识传授转向综合能力培养，加强学生在工程设计、实验操作、项目管理、多学科融合等方面实践能力的训练，同时注重培养学生发现问题、分析解决问题的创新能力以及团队合作和领导能力。

（三）推动教学内容方法变革

传统工科专业教学方法需要从传统的教师讲授转变为互动式、体验式的师生共同参与课堂，鼓励学生主动学习、参与讨论和实践。主动利用现代信息技术丰富教学手段和资源，如多媒体技术、在线课程、虚拟仿真实验室等。

（四）探索产教融合深化模式

传统工科专业应当深入实施校企产学研用合作，培养过程要紧密贴合企业生产实际需求，共同设计课程内容，开展实习实训，使学生能够直接接触行业领域内最前沿的技术和先进的管理理念，提高人才培养针对性和实效性。

（五）拓宽国际化的培养视野

传统工科专业要顺应国际化的发展趋势，主动加强国际交流与合作，通过引进国际先进的教育资源、实施国际联合培养项目、组织学生参加国际竞赛和交流等，培养国际视野和跨文化沟通能力，提升学生的全球竞争力。

（六）建立教育质保评价体系

新工科建设理念的内涵之一便是建立科学的质量保障和动态评价体系，因此，传统工科专业需要完善内部质量监控机制，建立面向学生和企业的人才培养成效全流程评价平台，接受外部对培养质量的评估和认证，确保符合国际标准和社会需求。

（七）建设优秀专业教师队伍

新时代的传统工科专业教师不仅要有深厚的专业理论储备，还要具备较强的实践能力和创新精神，主动接触和吸纳先进的技术成果进入课堂。因此，教师的长期发展变得尤为重要，需要通过大量培训、学术交流等不断提升教学和科研能力。

二、适应新工科建设的传统工科专业多维教育资源协同体系

在上述传统工科专业培养的新理念中，不论是实现知识体系更新、综合能力提升与教育方法变革，还是推广产教融合、国际化培养与强化政策保障，均非仅依赖高校自身的培养模式能够完成。充足且多样的教育资源一旦缺位，再先进的培养理念也难以取得良好的实施效果。因此，从供给侧改革的角度来讲，应尽快建立充分体现新理念的传统工科专业“高校—家庭—企业—政府—社会”多维教育资源协同体系，以服务新工科建设。

高校始终是高等教育的育人主体，是完成高素质工程技术人才培养的第一责任人。高校内部本身就存在众多育人资源，除了传统的教师外，还包括辅导员、研究员、实验员、朋辈学生榜样、行政管理人员、后勤服务人员等。应加强顶层设计，充分激发全员育人动力，确保全体教职员工结合自身岗位和工作特点，将校内育人环节相互串联，贯穿学生在校全过程。

家庭是学生三观形成的重要源头之一。传统工科教育中往往忽视家庭的作用，事实上，家庭成员的性格与行事风格、成员间的人际关系和生活氛围对学生有着潜移默化且深刻持久的影响。应将家庭纳入培养体系内，一方面构建家校常态化沟通与反馈渠道，使在校与假期不同阶段培养资源有效衔接；另一方面鼓励学生家长走入校园和就业单位，了解学生所学专业的发展现状与前景，使三观培育与职业规划内容能够与家庭教育资源有机融合。

企业是大多数高校毕业生的就业选择，也是工程技术人才终身学习与价值实现的场所，其在实践育人和产教融合的过程中，掌握着较为丰富的教育资源。为进一步全面提升毕业生的综合素养，企业应尽早切入其培养各环节，将未来工作中所需的职业技能体现在传统工科的培养大纲与课程目标中。采取校企联合培养、产学研深度合作、实践基地培育、企业专家进课堂等多样形式，丰富传道筑基的第一课堂，拓展走入社会的第二课堂，让学生获得更为真实、具体的实践体验，实现学生到职场人转变节点的前移。

政府在人才培养的过程中扮演着制度完善与执行监督的角色。我国各级教育部门已经围绕新时代高校育人工作制定出台了大量针对性政策。然而，随着经济社会发展与时代背景的不断变化，国家和社会对人才的要求也日渐多元，需要政府通过动态调节实现不同类型教育资源的汇聚，并有组织地投入到具体的育人过程中。尤其应制定政策提供专门的政策奖补，以少量政府投入撬动大量社会资本，有效解决人才培养过程中长期存在的资源不足问题。

社会在塑造专业认同、营造重视人才氛围方面具有重要的作用。传统工科专业在与智能化、信息化融合并升级为新质生产力的过程中，需要逐渐培养和积累充足的新鲜血液。这需要全社会客观评价传统工科专业在国家和社会发展中的地位和作用，积极看待与支持新质生产力及其配套专门人才队伍的塑造过程，发挥各行各业人力与技术资源的支持作用，实现跨学科、跨行业、跨地域的提质增效。

在实际的育人过程中，上述五大类教育资源必须在体制机制、育人行为等方面实现多维协同，即育人主体高校在政府的指导下牵头开展具体工作，家庭、企业在政府支持下针对具体育人环节汇聚合力，社会在政府引导下提供稳定且积极的环境，最终实现一切教育资源的同向同行，提升高素质工程技术人才培养的速度与规模。

三、适应新工科建设的传统工科专业教育创新范式与技术

在吸纳了先进培养理念、汇聚了丰富教育资源的前提下，高校应当发挥主观能动性，从校内培养环节出发，探讨新理念和多维资源的融合路径，在传统工科专业教育教学范式与技术等方面开展积极探索与革新。目前，理念和技术较为成熟、需要进一步推广应用的主要包括课程思政、虚拟仿真、人工智能等。

（一）实施课程思政改革，全面塑造学生价值观

课程思政旨在将思想政治教育融入各门专业课程的教学过程中，在传统工科专业教学中具有极其重要的意义[3]。首先是全面塑造价值观和社会责任感。传统工科专业教学通常注重理论和技术的学习，而课程思政能够在此基础上强化社会主义核心价值观的培育，深刻理解工程技术与社会发展的密切关系，激发其为社会进步和国家发展贡献力量的责任感；其次是显著提升综合素质和创新精神。课程思政有助于学生增强法律意识、伦理道德、文化素养等，在学习专业知识的过程中发展批判性思维，培养创新精神和解决问题的能力，从而全面提升个人综合素养；最后是树立宽广的国际视野与民族自信。结合传统工科专业技术不断突破、国家科技实力日益提升的大背景，课程思政能够拓宽学生的国际视野，增强民族自信心和自豪感，培养具有国际竞争力的工程技术人才。

在实施形式上，传统工科专业的课程思政具有灵活多变、效率高、效果好的特点。通过利用好企业、政府等教育资源，引入大量工程领域国之重器的实际案例，通过讲述技术攻关、工程实施等事迹，自然融入思政元素。创设开放性的课堂氛围，通过分析其中的道德、法律、文化等问题，引导学生分组互动讨论，实现专业知识与思政教育的结合。在课程设计和毕业设计中，引入社会责任和伦理道德的要求，鼓励学生就相关话题进行思考与分析，使学生在实践中体会课程思政的内涵。开设工科与管理和人文学科的跨学科课程，如工程伦理、工程师社会责任等，邀请校外专家指导实验、实习、社会实践，让学生在特定情境中体会如何将正确的价值观融入专业技术工作。

（二）推广虚拟仿真技术，构建体验式教育场景

在传统工科领域，实际操作往往伴随着一定的风险。虚拟仿真技术可以创建一个无风险的模拟环境，让学生在虚拟环境中进行实验和操作，提供无限次的实践机会[4]，减少了真实材料和设备的消耗，使教学过程更加直观和互动，从而提高学习的主动性和积极性。随着情景模拟算法和三维可视化技术的不断迭代，虚拟仿真技术能够创建完整的工程项目模拟，如桥梁建设、建筑设计等，精确模拟复杂的工程问题和操作过程，让学生在虚拟环境中体验整个项目的实施过程，帮助其更直观地理解抽象概念和复杂原理，培养学生的创新思维和科学研究能力。此外，通过建立远程协作平台，也能够引入企业、政府和社会资源，实现学生与校外技术人员在不同地点共同完成项目的目的，培养团队合作能力。

因此，在传统工科专业的课程设计中，需要进一步整合虚拟仿真技术，将模拟实验和操作作为课程的一部分。利用好校外教育资源掌握的大量代表性的工程案例，构建虚拟仿真教学资源库，通过模拟教学，让学生在分析和解决问题的过程中学习和实践专业知识。建立虚拟仿真教学资源共享平台，面向学校、企业开展专业技能训练，如焊接、机械加工等，提高学生与技术人员的操作技能。此外，需要设置反馈和评估机制，让学生及时了解自己的学习进度和存在问题，设置教师与校外企业技术人员作为双重指导，帮助其不断改进。

（三）探索大模型技术应用，以人工智能赋能教育教学

人工智能大模型是拥有超大规模参数和复杂计算结构的机器学习模型，通过训练海量数据来提高预测性能和处理更复杂任务的能力，在自然语言处理、计算机视觉、语音识别等领域有广泛应用，十分契合工科专业培养的实施场景。一方面，人工智能大模型可根据学生的学习习惯和进度优化教学资源的分配，提供个性化的教学内容和路径，自动批改作业和评估学生的学习成果，帮助每个学生更高效地掌握专业知识，确保优质资源得到最合理利用；另一方面，大模型也能够模拟真实的工程问题，提供丰富的实验和探索环境，让学生在解决问题的过程中进行互动和合作，有助于未来在工作岗位上完成更为复杂的生产赋能任务。

具体而言，高校应与相关技术领军企业这一教育资源进行深度合作，以专业、班级和课程为基础将学生进行划分，建立基于人工智能大模型的智能教学平台，开发在线协作工具，创建虚拟助教和工程实验环境，智能调整课程内容和难度。开发自适应学习系统，根据学习进度和掌握程度，动态调整每一位学生的学习内容，及时向教师给出反馈和建议，便于在教学组织中合理分配重难点知识的授课时间。同时，利用大模型实时分析学习数据，完成教学成效动态智能评价，将学情分析贯穿于课程设计、实施与考核的全过程，基于雨课堂测验、日常作业、阶段考试等了解学生对前序和正教授知识的掌握程度。在此过程中，需要调动企业和社会的教育资源，为高校教师提供针对人工智能大模型技术的使用培训和长期支持，帮助其更好地利用这些新兴技术开展教育教学工作。

结语

新工科建设背景下，传统工科专业需更新教育教学理念、改进教学内容方法、推广国际化实践教学、强化政策人才保障，培养适应未来社会发展需要的高素质工程技术人才。为优化供给侧最为核心的教育资源体系，教育的视角应由单一的高校拓展为“高校—家庭—企业—社会—政府”的多维架构，激发一切资源的内在驱动力，以服务新工科建设。依托充分撬动的校外教育资源，课程思政、虚拟仿真技术、人工智能大模型技术等可引入传统工科专业培养工作中开展革新，实现新工科建设理念、资源、范式与技术的有机融合。

参考文献：

[1]顾佩华.新工科与新范式：概念、框架和实施路径[J].高等工程教育研究，2017，（06）：1-13.

[2]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017，（03）：1-6.

[3]高德毅，宗爱东.从思政课程到课程思政：从战略高度构建高校思想政治教育课程体系[J].中国高等教育，2017，（01）：43-46.

[4]刘德建，刘晓琳，张琰，等.虚拟现实技术教育应用的潜力、进展与挑战[J].开放教育研究，2016，22（04）：25-31.

（作者单位：北京交通大学土木建筑工程学院）

（责任编辑：宋宇静）