对我国工科教育的认识与思考

◎ 中国工程院院士、上海交通大学校长 林忠钦

非常感谢大会的邀请，让我来做交流。今天我的报告题目是《对我国工科教育的认识与思考》。我一直在大学工作，也是一直主要从事工科的教育工作，我认为，我国的工科教育经历了100多年的发展，在不断的学习再学习过程中，规模和水平已经处于世界领先水平，同时也为国家的发展作出了巨大的贡献。但在新的时代背景下，面对世界科技的发展，面对建设世界强国和提升国家创新能力的需求，中国的工科教育需要改革。这种改革没有可参照的模式，既不能参考美国、英国模式，也不能参考德国、日本模式，而是需要创造出属于我们自己的中国模式。下面，我从三方面来与大家分享我对我国工科教育的认识与思考。

一、我国工科教育的贡献与成就

1. 我国工科教育的模式转变与规模发展历程

中国的工科教育起步于上世纪20年代到40年代，我国的很多大学都是在那段近二十年的时期里建立起了工科教育门类。在那段起步期，我国的工科教育都是以学习欧美为主，无论是学制、教科书还是教学方法，都基本是直接照搬西方模式，很多课程的任课教师也是直接从西方聘请的，赴欧美留学的学子也较多选择了学习工科。但总体而言，那时工科学生占整体大学生的人数比例是较低的。

在新中国成立后的50年代到60年代，中国工科教育进入了调整期，在那段时期，为了尽快构建独立和较为完整的国家工业体系，我们在工科教育上学习了前苏联模式，该模式的主要特点就是专业划分非常细，因此在1952年，中国的大学根据专业细分进行了大量的院系调整，中国工科教育的格局与模式也发生了重大变化。通过院系调整，形成了综合大学、多科性工业大学和单科专门学院三种类型高校。配合当时计划经济条件下的对口计划分配，虽然专业面较窄，但针对性很强，在当时的时代背景下也产生了积极效果。

在改革开放后至今，中国工科教育进入了快速发展期，在这个时期里，中国工科教育再次开始全面学习西方欧美，在培养模式上发生了很多变化，其中特别要提到的变化有两点：一是逐渐建立起了规范完整的学位制度；二是在90年代后，随着计划经济向市场经济的转变，大学生就业也从分配制进入了双向选择阶段，为了应对这一变化，大学普遍实行宽口径培养，这既有利于学生就业，也有利于学生的学术培养。进入21世纪以来，中国的高等教育逐渐从精英教育转向大众教育，其中工科人才培养规模迅速上升。以2016年为例，在430万本科以上应届毕业生中，工学学位的本科毕业生数达到123万人，工学学位的研究生毕业生数达到约20万人，工科学生占到了学生总数的三分之一左右。如今，我国每年培养的工科学生人数已经相当于美国、欧盟与俄罗斯培养的工科学生人数之和。

2. 我国工科教育人才培养的重要成就

在建国以后的七十年里，我国培养了数千万的工科毕业生，这些工科毕业生为我国的工程建设作出了重要的贡献和成就。

在航空航天领域，中国已建成完整的培养航空航天技术人才的教育体系，并成为世界上继俄罗斯、美国之后第三个能自主培养航天技术人才的国家，特别是近年来，中国从事航天研制的科技人员中90%以上毕业于国内高等院校。中国“神舟”飞船的总设计师、 总指挥以及各分系统的设计师则全部是由中国高校自己培养的。

在汽车制造领域，中国培养的工程人才在汽车设计、制造等各个阶段发挥着积极作用。从2009年到2016年中国汽车产销量已经连续八年全球第一，相比其他国家具有绝对的优势，是排名第二的美国的两倍。

在桥梁制造领域，中国自己培养了大批土木工程学家、桥梁专家，在桥梁领域发挥了重大贡献。如今，世界10大悬索桥、10大斜拉桥、10大梁桥，中国分别占据了半壁江山或一半以上；在10座世界最高的大桥名单当中，除了第七和第八外，其余8座桥梁都来自中国；港珠澳大桥更是被誉为“现代世界七大奇迹”之一。

在高速铁路领域，中国的工科教育为中国高铁的自主研发提供了有力的人才保障。目前，中国高速铁路里程达1.9万公里，居世界第一；中国自主研发的高铁已经出口世界多个国家，成为“行走的中国名片”。

在新能源领域，中国自主培养的一大批能源领域专家活跃在新能源领域，作出重大贡献。目前，中国新增风电装机连续5年领跑全球，光伏发电累计装机容量全球第一，核电在建规模全球最大，水电装机容量和年发电量均居世界首位，新能源汽车产销量连续两年居世界第一。

除此以外，中国的工科教育还为船舶、电信、建筑、材料等其他工程领域输送了大批工程人才，如今活跃在很多国家重点建设领域的，都是我们自己培养的学生，在这一方面，我感到特别自豪。

3. 我国工科学科建设水平率先跨入世界先进行列

近年来，各类统计表明，我国的工科学科较其它学科已经率先达到了世界领先水平。

从全球大学ESI学科排名来看，在表征学科水平的百分之一学科、千分之一学科、万分之一学科中，我国大陆高校学科分别占到了9.8%、15.7%和20.8%，清华大学、上海交通大学、中国科学院大学、哈尔滨工程大学分别已有相关工程学科跻身世界前万分之一行列。

从工程学科论文发表情况来看，在数量维度上，自2011年起，我国工程学科的论文发表总数已经开始超过美国，2016年已经达到美国的1.4倍；在质量维度上，我国工程学科论文的篇均引用数在2013年起超过了世界的平均值，在2016年首次超过了美国，另外，我国工程学科论文的高被引论文数也在2016年首次超过了美国。

从国内学科大类间的横向比较来看，根据大家非常关注的“双一流”建设的一流学科认定标准为参考（包括2012年一级学科评估前2名或参评博士点的前10%、QS等国际权威学科排行榜的前50名、ESI排名前千分之一、国家自科二等奖或技术发明/科技进步一等奖四项认定标准），最终有465个学科入选，而其中有工科学科188个，占到总数的四成。

二、我国工业界与教育界对工科教育的观点与共识

从历史发展的维度来看，在工业界，经历了四次工业革命，分别是蒸汽技术革命、电力技术革命、信息技术革命和智能技术革命；在教育界，工科教育也经历了四次范式革命：第一次革命是技术范式，重视工程实践，强调技术应用和实践操作，以培养现场工程师为目标，以应用手册和公式为主，第二次革命是科学范式，高度重视数学和科学、强调工程科学和理论分析，工程师的培养模式与科学家的培养模式趋于雷同，第三次革命是工程范式，强调工程教育的系统性和整体性，努力平衡理论和实践，实现知识、素质、能力的均衡发展，追求工程教育利益相关者的最佳满意度，目前，工科教育面临第四次范式革命，为了应对社会与经济的高速发展，培养面向未来的创新型工科人才，教育界有必要分析目前工业界对工科教育的需求与认识。

1. 工业界对工科教育的认识

下面我将从四个方面来谈工业界对工科教育的评价。

从供需关系来讲，总体来讲我们国家的工科教育供大于求，但与此同时，大部分企业都希望招聘一流大学（985，211大学）的毕业生，普通院校毕业生就业比较困难。造成这种局面的一个重要原因在于，一流大学的毕业生具有更强的数理基础和学科交叉能力，能够面对新的工业革命的挑战，而普通高校的毕业生在这方面则缺少竞争力。以汽车行业为例，汽车行业的从业人员既需要有扎实的理科、力学、机械、动力、电学等基础知识，更需要能在面对新的发展与挑战时，具备融合多学科知识的综合能力。

从知识能力来讲，大多数企业希望毕业生到岗以后上手快，而对高校目前培养的毕业生有种不够满意的感觉，认为刚毕业的学生缺乏专业性和实践的能力。对于造成这种局面的原因，有一种观点认为，当前工科教育的专业知识体系未能与时俱进，未能与工业界的发展同步，在当今时代，随着无人驾驶、人工智能、量子通信等一大批新技术的井喷式发展，新的科学技术知识大约每两年就会翻一番，面对这样的知识更新速度，高校传授给学生的知识往往是滞后的。

从适应能力来讲，越是引领性的企业，就越希望毕业生不仅能够适应新经济、新技术的飞速发展，还要能够引领未来、创造未来。相对而言，当前的工科教育更重视学生基础理论与专业的学习，而缺乏对学生的开拓精神、创新能力和终身学习能力的培养。二十一世纪发展将会面临更多重大工程挑战，要迎接这些重大挑战，不仅需要能适应新经济的工科人才，更需要面向未来的工科人才。

从实践能力来讲，目前一线生产的技术含量越来越高，需要大量的有知识的技术人才在生产一线，如数控机床等。而目前高校与企业在科研方面的合作互动较多，但在教学方面缺乏深度融合。在这方面，国外的一些顶尖大学已经有了较好的教学改革，比如斯坦福大学有一门新生研讨课，要求每12个学生为一组，利用2周的实践来搭建一台航空发动机。虽然国内的很多高校在工科学生实践能力培养上也开展了一些教学改革，但目前还是远远达不到企业的实际需求。

2. 教育界对工科教育的改革

近年来，在教育界对工科教育进行改革的过程中，工科教育逐渐形成了以下特点：

一是注重宽口径教育，加强通识教育，而淡化专业教育。这种培养导向产生了两方面的结果，一方面，宽口径教育和通识教育，使得学生的思考能力、沟通能力、判断能力和认知能力得到了提升；而另一方面，由于增加通识课程的学分，适当压缩了专业课程，导致了学生的专业能力不足，很难适应企业的需求。不可否认的是，过去的一段时间里，教育界对专业教育的淡化与工业界对工科教育的认识是背道而驰的，因此，如何使基础教育、通识教育、专业教育三者相辅相成、相得益彰，是目前工科教育改革的重要目标。

二是知识体系不断更新，基础性知识学习持续减少。为了适应新的科技发展，过分追求新的专业性知识的更新，导致基础性知识学习减弱。然而，夯实基础性知识，实际上更有利于学生快速适应多变的知识更新。对于基础科学的重要性，丘成桐院士对此曾这样讲过：“没有基础科学，就没有经济的长远发展。我们用的大多是国外的成熟技术，知识产权也大都掌握在发达国家手里，形势不容乐观。如果基础科学水平上不去，国家的核心竞争力也不会强起来。比如，IT产业的发展，几乎全部依靠数学。如果数学水平上不去，IT产业就难以形成核心竞争力。”除此以外，航空领域、大型建设工程、采矿领域、医疗诊断领域、人工智能领域等方方面面的国民经济重要领域的发展，都需要扎实的数学基础来做支撑。

三是由于社会组织方式的变化，实践教学持续减弱。工科教育最早的技术范式，强调实践的重要性，强调技术应用和实践操作，以培养现场工程师为目标。然而，随着社会的发展，科学范式、工程范式的改革，实践教育有所减弱，不能很好满足工业界的要求。当然，现在很多高校在工科教育改革中都在做一些努力和尝试，在实践教学方面有所进步。

四是各个学科和专业不断发展，但缺少多学科的交叉融合。工科教育按学科与专业进行划分，各个专业得到了很好的发展，但这也带来了新的问题，由于专业壁垒，制约了学科之间交叉融合。然而，新技术的产生，往往需要多学科的交叉，既需要有工科内部的各个学科交叉，也需有理工交叉、医工交叉，目前来讲我们的改革还不够。

3. 教育界与工业界对工科教育的新共识

可喜的是，目前教育界与工业界都认识到了上述的问题，并对工科教育达成新共识，主要包括以下三方面：

从学生知识体系构建来讲，当前产业技术提升快，产业应用技术发展快，教材落后于技术、学校培养的知识落后于产业发展已是无法回避的现状。因此，有必要通过新工科教育建立新课程体系，以适应科技的新发展。

从学生综合能力培养来讲，我国产业创新不够的原因，关键还在于学校培养的毕业生创新意识和能力不够。因此，新工科教育不仅需要培养具有专业技能的专业人才，更需要培养具有领导才能、创新能力、终身学习能力等综合能力的领袖型工科人才。

从学生价值引领导向来讲，当前我们存在这样一个问题，一流的大学工科学生，普遍不愿意在生产一线，缺乏脚踏实地、勇于探索的精神。因此，新工科教育特别应该强调以价值为引领，培养学生的国家使命、行业情怀和社会责任等素养。

三、新工科人才培养新模式的思考

21世纪的工业发展速度是20世纪的上百倍甚至上千倍，因此工业的发展呼唤创新型工科人才。现代技术发展对多学科交叉融合的需求日益迫切，因此技术的发展呼唤创新型工科人才，需要工科学生不仅具有坚实的本专业基础知识，更应具备跨学科领域的整合能力和终身学习的能力。随着社会的发展逐渐转向可持续发展道路，工业、创新和基础设施的建设，负责任的消费和生产体系建立等成为了新的发展目标，因此社会的发展也在呼唤创新型工科人才。在这样一个大的背景下，教育部总结了“卓工计划”的建设成果，分析了新经济与未来发展的需要，通过对高校、企业的充分调研，提出了“新工科”建设思路，建设目标包含了五个“新”——“新理念、新结构、新模式、新质量、新体系”。2017年2月，教育部在复旦大学召开高等工程教育发展战略研讨会，正式提出“新工科”，并形成共识；2017年4月，教育部在天津大学召开了新工科建设研讨会，围绕工程教育改革的挑战、机遇与路径进行了深入研讨，形成“新工科”建设的行动计划；2017年6月，教育部在北京成立“新工科”研究与实践专家组，发布“新工科”研究与实践项目指南；随后，三类高校（工科优势高校、综合性高以及地方高校）分别根据各自特点制定了新工科建设计划和目标；2017年10月，上海交通大学“新工科”人才培养国际论坛。我们组织这个论坛的目的是聚焦工科教育机遇与挑战，共同探讨工科人才培养的新范式，我们邀请了10所国内高校，10所国外高校，还有10家跨国企业共同进行研讨，从更广泛的视角来探讨新工科未来的发展之路。

那么新工科具体是什么？我认为在现阶段可以从两方面来讲。第一个方面从理科优势高校角度来讲，重点在于将应用理科向工科主动延伸，孕育形成新兴交叉学科专业，逐渐形成新兴工科，乃至促进新兴产业的诞生与发展。第二个方面从工科优势高校角度来讲，重点在于在工科学习的宽度和深度上的同时加强，在宽度上要学习更宽泛的基础知识，在深度上也要加强专业知识学习和加强工程实践，既要注重通过传统工科的融合，产生适应新产业的新工科，又要重视理科与工科的融合，产生引领未来发展的新工科。

下面简单谈一下上海交通大学对“新工科”建设的一些思考与做法。

在建设愿景方面，上海交通大学的工科教育兼顾面向新经济、新行业与未来创新能力培养，加强基础与理工交叉、鼓励工科的课程创新、加强校企合作培养、并努力布局专业新方向，最终形成以学生为中心，通过价值引领、知识探究、能力建设、人格养成四位一体人才培养模式，培养面向未来的创新型工科人才。

在课程改革方面，提出“夯实基础、注重交叉”的人才培养模式，构建工科创新人才培养平台，在前1.5年对船、机、电、材等工科学院学生进行平台培养，统一培养计划，加强数理化基础与专业基础课程的学习；后2.5年，注重交叉融合，包括专业融合、课程融合、教师融合、学生融合。以课程融合为例，我们十分重视交叉课程模块建设，理工交叉课程模块有量子模块、电化学新能源模块、智能药物模块、微纳光电子集成模块等，工科交叉课程模块有机器人与人工智能模块、智能制造模块、大数据与机器学习模块等。以量子模块为例，其核心课程是理科的量子物理，通过和工科各专业的交叉融合，形成了不同的交叉模块：量子力学、量子密码、量子芯片、量子药理学、量子信息、量子计算机、量子通信、量子生物学等。

在实践改革方面，不断加强与工业界的紧密联系，一是实践课程，邀请相当批量的企业界高级技术人才来学校讲授最新科技。二是实践项目，在学生的课程设计和毕业设计中引入企业实际项目。三是实践竞赛，积极引导和鼓励优秀学生参加企业竞赛和国际大赛。四是国际化实践，加强与国外高校及企业紧密联系，组建国际化产学研教学平台。

在新的时代背景下，我们经常问自己，如何培养面向未来的“第一等”工科人才，使他们具有国家情怀、领袖才能、国际视野和创新精神？我想，这项使命需要教育界与工业界深度融合、协同完成。上海交通大学愿意和兄弟院校与企业一起，为建立中国特色的工科教育新范式而努力！