新工科的专业核心能力探索及课程体系构建

黄英 李保国 雷菁 李为

[摘要]文章研究了新工科的内涵及教育范式架构，探索了工程教育新趋势下人才培养的核心能力。结合工科专业特征，提出了人才培养的专业核心能力，探讨了能力培养与课程体系的关系。依托国防科技大学通信工程专业，提出了新工科背景下的专业课程体系构建的思路，为该校教育改革新形势下培养方案的制订提供依据，也可为其他高校提供借鉴。

[关键词]新工科;教育范式;专业核心能力;课程体系

[中图分类号]G434 [文献标识码]A [文章编号]2095-3437（2020）05-0020-03

从2017年2月形成的“复旦共识”“天大行动”，到同年6月形成的“北京指南”，标志着我国高等工程教育开始了新的篇章。新工科的提出也是我国全面提升学生能力教育的新起点。本文将在这样的背景下，研究新工科的内涵与方向，探索工科学生的专业核心能力，提炼专业核心能力与专业课程体系的关系，并以我校通信工程专业为例，构建新工科背景下的课程体系。

一、新工科内涵与方向研究

新工科是高等工程教育改革的一个新阶段，它与之前的“卓越计划”是什么关系？它的内涵与研究方向是什么？

（一）与“卓越计划”的关系

作为工程教育的重要阶段，不得不提及我国2010年开始的“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）。教育部启动“卓越计划”的目的，就是培养造就创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才。为此，“卓越计划”重视与企业的深度合作，以加强人才工程创新能力的培养。清华大学、上海交通大学、浙江大学等知名院校成为首批参与“卓越计划”的高校。截至目前，“卓越计划”已覆盖全国200多所高校，其在培养模式改革、工科教师队伍建设、校企合作及面向世界的工程教育等方面已取得重要的成果，引起了国际工程教育界的广泛关注。

作为“卓越计划”的升级版，新工科建设基于现有工程教育改革成果，转变观念，调整思路，拓展改革内涵;从适应产业需求转变为引领未来发展与满足产业需求并重，加强多学科的交叉融合;将教育改革提升到国家战略的高度。目前，各高校针对新工科建设，都在进行深度探索，势必形成新一轮的工程教育改革新高度。

（二）内涵分析

新工科指的是emergent or emerging engineering，其“新”则是emergent或者emerging的含义。我们可以从三个层面来探讨“新”的含义，即新兴、新型和新生，如表1所示。从中我们可以看到，新工科建设将以引领性、交融性、创新性、跨界性和发展性等为主要的特征。

另外，针对新工科建设的研究内容，教育部发文明确其所涉及的“五个新”：树立工程教育“新理念”——创新型、综合化、全周期;构建学科专业“新结构”——新兴工科和传统工科相结合;探索实施工程教育人才培养的“新模式”;打造工程教育“新质量”——具有国际竞争力;建立完善中国特色工程教育的“新体系”。这“五个新”包含了新工科的基本内涵。

综上所述，新工科建设和发展以新经济、新产业为背景，需要完成上述“五个新”，实现我国从工程教育大国走向工程教育强国。

（三）改革方向探究

新工科建设和改革的核心任务之一就是构建新工科教育范式（工程教育新范式）。我们可以从上述五大新内涵的分析中看出，新工科体现了多层面的融合，包括学科之间、校企之间、教学研以及产学研等;同时，现代工程教育改革表现出全方位、开放式的协同创新。因此，新工科教育范式的特征体现为“融合创新”，其框架如图1所示。

新工科改革的两大主体方向：一是新工科专业或专业方向的建设;二是依托工程教育新范式框架的现有专业的改造。本文所关注的问题是基于后者，在新工科背景（新理念）下，探索专业核心能力（新的质量标准）及课程体系（新的内容）构建，同时讨论培养模式（新模式）及教學方法（新方法）的改革。

二、新工科背景下专业核心能力的探索

在新工业革命与工程发展趋势下，结合我国工程教育的特点，探索工科学生的专业核心能力，对新工科背景下人才培养模式及课程体系改革均具有重要的现实意义和前瞻价值。

（一）新工科的能力分析

目前，业界和大学都非常重视基于能力的教育（competency-based education，CBE）。美国能力运动发起人McCleHand认为：只有核心能力才是学生成功就业和可持续发展的关键要素。核心能力日益成为人力资源开发和管理的评价标准。目前，国际高等教育界极力倡导基于能力的教育。为确保毕业生能够满足企业与未来社会对高素质人才的需求，大学教育的重点开始由“知识与技能的传授”转向“学生核心能力的培养与测评”。高等工程教育正面临着范式转变，其人才培养标准与培养模式面临着新的严峻挑战。虽然社会各界对核心能力的界定各持己见，但对于新时代下工程教育将致力于提升工科学生一系列创造性解决问题的技能这一点是达成共识的。2012年，美国国家科学院一份研究报告总结了21世纪的技能应由认知、内省和人际三类能力构成：认知能力——涉及推理和记忆;内省能力——为实现目标而管控自我行为和情感的能力;人际能力——包括表达思想、解释和回应他人信息的能力。根据新工科的内涵与特点，可总结出该背景下学生应具备的五大核心能力：个人效能、知识能力、技术能力、学术能力、社会能力。其中，技术能力包括数据与信息的处理分析能力、跨学科能力、设计思维及综合应用技能等;学术能力包括问题解决与决策能力、批判性思维、创新创业能力、自我评估能力等。

文献[6]提出在新工科背景下，人才培养要以适应产业发展新要求的综合能力素质为目标，工程学科与基础学科结合，工科思维和人文精神交融，从而构建多能力的架构，包括工程思维能力、合作学习能力、跨界整合能力、融合创新能力、互联网思维能力、伦理思维能力、全球思维能力、终身学习能力。其中，工程思维能力的培养是实现工程教育范式跨越式发展的前提;跨界整合能力是一种突破个体认识的局限性进行跨界资源整合的能力，培养新型工程人才的跨界整合能力以适应新经济发展需求已成为新工科建设对人才素质结构规定的发展趋势;融合创新能力的培养可有效提高新工科背景下学生适应变化的能力;互联网思维则是一种嵌入互联网特征的新思维方式，是对整个商业生态进行重新全面审视、系统化的一种思考方式。

（二）专业核心能力探索

笔者团队在文献[7]中提出工科类学生应具备的专业核心能力为工程实践能力、创新能力、自主学习能力，并形成了实践教学模式与核心能力的关系模型。在新工科背景下，对于人才的培养又提出了新的要求，对其专业核心能力进行了扩展：1.工程思维与工程实践能力——借助工程哲学，运用理论思维全面客观地对工程活动进行部署、实施和维护;针对工程活动中的实际问题，设计或开发解决方案的能力。2.创新思维与创新实践能力——具有以新颖独到的方法解决问题的思维过程，可利用反常规方法、视角去思考问题，提出有社会意义的与众不同的解决方案;运用已有知识和技能，通过一定条件下有意识的实践活动，形成新价值成果的能力。3.自主学习能力——以学生为主体，通过学生独立地或以合作的方式分析、探索、实践、质疑、创造等来实现学习目标。为适应社会发展和实现个体发展的需要，具有贯穿于人一生的持续学习的能力。这三种能力的关系如下：自主学习能力是基础，其他两种能力是升华。创新思维与创新实践能力侧重科学研究人员的培养，工程思维与工程实践能力侧重工程师的培养。

三、新工科背景下的专业课程体系构建

本文接下来探索专业课程与核心能力培养的关系，并以此为基础，依托我校通信工程专业，构建新工科背景下的专业课程体系。

（一）专业课程与核心能力培养之间的关系

我们的专业课程一般分为专业理论课程、研讨课程及实践教学环节。不同类型的课程对于能力的培养要求是各有侧重的。实践教学环节对培养创新思维及创新实践能力、工程思维及工程实践能力都有较突出的作用，研讨系列课程可侧重完成创新思维及自主学习能力的培养，专业理论课程则侧重自主学习能力的培养。从能力培养的角度看，自主学习能力主要以专业理论课程中大部分知识点的学习为基础，结合研讨和实践教学来加强;其他两种核心能力都得以扎实的专业知识为基础，同时配合实践教学环节的合理设计。根据学生能力评价的数据分析结果，我们可以得到课程与能力的关系矩阵，如表2所示。

从表2可以看出，自主学习能力有60%来自专业理论课程的学习;实践教学环节对于其他两种能力培养的作用均在40%以上，可见其重要性。从课程设置的角度来看，专业理论课程、研讨课程、实践教学环节的课时安排比例大约为4.5：1：3。因此，我们在开展专业课程体系构建时可以此为依据来设置课程和分配课时。

（二）课程体系构建

新工科建设具有多学科交叉融合的内涵和特征，这就决定着课程体系的构建及教学内容的改革都应是系统的，而不是个体的。也就是说，我们应当从整个新工科专业建设的角度出发，有组织、有系统地进行课程体系设计、课程设置以及教学内容的选择。

基于专业课程与核心能力关系矩阵的探讨，我们对各类课程的课时安排有一个大概的比例分配。实践教学环节比重较大，除了包含專业理论课程配备的课程实验，还有专门独立设课的实验课程、设计、实习等。我校历来重视实验教学环节，对于理论课程，其实验部分占总课时的10%以上。研讨课时比重不大，其设置主要侧重专业通识教育以及新技术教育等，对能力的提升有事半功倍的效果。专业理论课程仍占主体，包含本专业所涉及的基础知识，也是专业核心能力培养的基础。针对我校通信工程专业，新工科背景下的专业课程体系如图2所示，这将为我校新课程改革环境下的人才培养方案制订提供依据。

新的课程体系必须配合新的教学理念及教学方法开展教学，才能收获较好的效果。可以依托在线平台，整合互联网教学资源，并借助MOOC、雨课堂等手段，开展线上线下结合的混合式教学模式。将基于问题的学习、基于项目的学习、体验式教学、探究式学习以及翻转课堂等教学方法灵活地应用于教学中，探讨信息技术基础上新工科的教学设计及内容设计。

在实践教学环节，结合我校通信工程专业“卓越计划”的成果，遵循“工程思维一专业感知一项目锻炼一工程设计及实施运行”这一思路，可形成一套适应工程教育发展趋势、培养工程思维及工程实践能力的教学环节。从大一到大四，分别设置企业认知教育、企业生产实习、工程项目实践及工程设计与实践等环节，其课时可安排在专业设计、专业实习、毕业设计等环节中。

四、结束语

本文依托工程教育改革大背景，深入研究了新工科的内涵及教育范式构建，探讨了该背景下的核心能力;结合工科专业特征，提出了新工科的专业核心能力，即自主学习能力、创新思维与创新实践能力、工程思维与工程实践能力;还探讨了专业核心能力培养与专业课程的关系，并以此为基础构建了我校通信工程专业课程体系。本文的研究成果将为新工科背景下的我校新培养方案的制订提供依据，其合理性与可行性需要进一步完善和修正。