面向新工科的工程专业实践赋能教育路径

曹福亮,刘 英,王伊宁,杜闻涛,练锦红,蒙雪江

(南京林业大学 a.林学院;b.机械电子工程学院,江苏 南京 210037)

《新工科建设指南》明确提出“树立创新型工程教育理念,提升学生工程科技创新、创造能力。”[1]这意味着满足未来技术和产业发展新趋势的工科人才必须具备、运用和迁移多学科知识并能复合创新。 “赋能”作为一种已在管理学、心理学等领域有初步研究和应用的理论,“以应对变化、塑造未来为指引,以继承与创新、交叉与融合、协同与共享为主要途径,”[2]为在高等工程教育领域树立创新型、综合化和全周期工程教育理念提供了新思路,即通过在工程专业实践中实施赋能教育机制建设的尝试与实践,让学生能够根据不断变化的行业需求与职业要求,积极主动地不断赋予自己新的能力。

在高等工程教育的全过程里,“赋能”①在积极心理学中,“赋能”(enabling)即赋予能力或能量,旨在通过言行、态度、环境的改变给予他人正能量,以最大限度地发挥个人才智和潜能。这一理念近年进入到企业人力资源管理理论中,此处将“赋能”理念进行教育学转换。即是通过“激励+成就”的方式,以多样化、灵活式的教学手段的综合运用,赋予学生从事未来职业的各方面能力。然而,当前国内部分高校工程教育在实践教学方面,既在改进人才培养模式方面缺乏进一步创新,又在提升学生学习积极性方面遇到瓶颈。传统工程教育模式已无法满足“培养学生终身学习发展、适应时代要求的关键能力”[1]。将已在管理学领域中盛行的“赋能”理论进行教育学转换,通过工程专业实践赋能教育路径机制的设计和建立,丰富、提升学生应对未来职业要求的各方面能力,是不断深入和拓展新工科教育的应有之义。

一、当前国内高等工程教育中实践教学面临的挑战

新工科建设的一个重要缘起是应对新一轮科技革命和产业变革的变化,主动支撑服务新经济、新产业、新业态的发展。这要求专业实践教学必须与产业界的技术变革与创新、工程实践的发展与挑战、工程产品应用与服务形成良性互动,从而体现出社会经济发展与多元化、创新型工程人才培养的强相关性。由此可见,专业实践教学在工科学生能力培养过程中扮演着重要角色。

(一)实践教学中缺乏“实践”

新工科以“应对变化,塑造未来”为建设理念,这使得专业实践不能只依靠理论教学。理论教学的形式包括学生对理论学习进行印证、使他们熟练掌握专业必备知识,或引导学生进一步深入探索与产业发展相联系的理论课程知识内容并在此基础上尝试创新。当然,确保教学环节能够有效培养工科学生工程思维和各项专业能力,离不开对实践类课程的合理设置。然而,在部分行业高校中,工程专业实践环节的设置占比较小,且常以“验证”理论、动眼不动手的“参观”为主,缺乏对学生操作能力、创新思维、专业技能实践和工作能力养成的有效关注,这不仅未能“将产业和技术的最新发展、行业对人才培养的最新要求引入教学过程,”[2]缺失对新工科人才核心素养的有效把握,更缺乏对学生家国情怀、社会责任感、全球视野、跨文化交流沟通能力、法治意识、生态意识和工程伦理意识等“软”能力的培养。部分高校专业实践教学的基本做法是教师带领学生“验证”理论课程的关键知识点,或者仅从技术操作的层面引导学生思考实验的改进措施,而较少关注学生在实验实习中可能会存在对潜藏风险的忽视、对生态可持续发展的忽略、对个人责任践履的淡漠、与合作者难以有效沟通等问题。尤其在实习环节中,学生的“实践”体验往往停留在走马观花的“参观”和“浏览”,即使需要“动手”操作,也是按图索骥、照猫画虎,依照指导手册的规定步骤完成,几乎未能将实习内容与相关行业的生产实际和应用相联系。此外,部分高校的专业实践基地设备供应老旧,实践带训老师的不足更是无法将有效的指导操作传授给每一名学生,无法实现“主动对接地方经济社会发展需要和企业技术创新要求,把握行业人才需求方向”[3]的新工科专业实践要求。

(二)实践教学与现实脱节

新工科建设以“新的工科专业”和“工科的新要求”为基本着力点,通过构建多学科交叉融合的知识体系以及变革创新教学组织模式,力求实现“通识+专业+双创”的深度融合,“促进科学教育、人文教育、工程教育的有机融合,培养科学基础厚、工程能力强、综合素质高的人才”[3],而国内部分高校短视的就业导向却与新工科的人才培养要求背道而驰,这使得工程专业实践教学与现实脱节。一方面,因为学校迟钝于国内科技和产业发展变化对工程人才提出了新需求,难以对学生职业规划进行有针对性的引导,尤其缺乏对学生新经济、新产业背景下职业能力养成的关注,这使得大多数学生将专业实践视为“走过场”。即使开设了《就业指导》课程,也只囿于宏观层面的政策宣讲或对功利就业价值观的纠偏,甚至部分高校《就业指导》任课教师由辅导员或其它行政人员兼任,无论其自身的学识背景还是工作经历,都与工程各领域、各行业关涉甚微;加之灌输式教学不仅让学生感觉枯燥无味,而且也无助于学生认知和重视以新技术、新业态、新产业、新模式为特点的新经济所需的职业能力内容。另一方面,部分高校缺乏与时俱进的学生能力评价标准,大多以可供度量的统一的人才培养质量标准衡量毕业生就业或从业能力的高低与否。专业实践教学是高等工程教育中不可或缺的重要环节,它必须回应创新驱动发展、“中国制造2025”“互联网+” “一带一路”等重大战略以及技术创新、行业发展与产业变革的最新趋势,着眼于中国工程行业发展乃至全球创新生态系统对人才的新诉求,面向全球范围内的科技革命和产业变革,锻炼、丰富、提升未来工程人才综合多元的职业能力与复合多样的职业素质。可是部分高校的工程专业实践教学,在知识结构上仅是对课堂理论学习的“检查”,与当前行业最新发展的知识内容严重脱节;而且由于教师缺乏对产业和技术最新发展的持续关注,难以对工程实践主题进行知识迁移,导致在实践教学中呈现的是不连贯的知识“碎片”,这不利于学生跨学科交叉融合知识尝试创新创造。在教学内容上,片面强调专业课程知识的理论扩充和动手操作技能的演示训练,普遍缺失对学生全面发展的考量,这尤其反映不同程度地忽略设计环节的伦理思考、对潜在风险的主动规避、如何进行负责任地合作沟通等工程伦理意识的培养方面。在教学方法上,往往沿袭课堂教学“老师讲授+学生接受”的单向教育模式,只是将课堂搬到了实习现场;“指令性”教学过程缺乏让学生主动思考、自主设计、能动实践、自觉检验并总结规律的相关环节。在能力培养方面,大多数高校的专业实践教学将学生需掌握的多方面能力简单度量为一系列可以达到的标准(分数),然后以分数的多少评判能力的高低,这不仅忽略了对学生使命感和价值观的引领,而且也缺失了对学生批判性思维、想象与创新、知识迁移与关联、宏观思维的培养。

(三)实践教学难以培养学生多方面能力

《“新工科”建设行动路线(“天大行动”)》为高等工程教育的实践教学克服当前实践困境指明了方向。该“行动”提出要“把握新工科人才的核心素养,强化工科学生的家国情怀、全球视野、法治意识和生态意识,培养设计思维、工程思维、批判性思维和数字化思维,提升创新创业、跨学科交叉融合、自主终身学习、沟通协商能力和工程领导力。”[2]这要求实践教学打破相对封闭的知识结构、单向度的教学模式、 “指令性”的教学过程和以分数评价能力的惯性思维,以主动应对新一轮科技革命和产业变革挑战的积极态度,努力克服长期以来形成并固化的专业实践教学模式的片面性和局限性,主动面向行业、面向世界、面向未来,回应人才培养“具有较强行业背景知识、工程实践能力、胜任行业发展需求”[3]和其它核心职业能力的新诉求。探索、建构专业实践教学人才能力培养的新机制。高等工程教育的实质是通过“赋能”使学生成为未来应用型和技术技能型人才的教育。这是一种既顺应全球化浪潮又呈现多元化特征的、促进人全面发展并赋予人追求美好生活①“美好生活”的概念起源于亚里士多德,它指的是人们在拥有某些生活必需品后经过深思熟虑选择的生活方式。在现代性语境中,“美好生活”应当是全面、协调的生活,它意味着人通过工程活动使得自身潜能充分展开,达致人自身多方面的发展,从而增进人类的幸福,促进人、自然、社会和谐发展。能力的“成人”②中国传统教育思想认为,人不是自然天成的,而是人为“造就”的结果,教育的功用就是对人的“造就”;人只有“造就,人才可能成为真正意义的人”。缺乏“造就”的过程,人就不会有“成就”的结果。这种“造就”的过程,就是“成人”的过程。正是在这一意义上,可以说人不是生而成人,而是学而成人。教育。这也说明了工程科技人才培养的卓越质量标准最终是以人才习得的多方面综合能力评价才具有实践性效度。

二、工程专业实践“赋能”的内容构成

新一轮科技革命和产业变革的加速演进正在重塑中国高等工程教育,2020年蔓延全球的新冠肺炎疫情又催生一批数字经济、生命健康、新材料等战略性新兴产业,更加促使人才需求向跨领域、多学科、数字化、智能化方向发展,进一步推动新工科建设与技术创新同频共振,与产业发展紧密联系,与工程强国战略相互支撑。第四次工业革命引发全球的技术创新与产业变革,更为关注工程人才工程思维、跨学科思维、跨界整合能力、自主学习能力、沟通协商能力、全球胜任力等职业素养的养成与锻炼。基于此,高校工程专业实践必须积极回应后疫情时代对工程科技人才能力的更新需求,在专业实践教学中丰富内容并细化“赋能”结构,这具体展开为专业能力、专业精神和可持续发展三个维度。

(一)“赋能”的基础内容:专业能力

专业能力是指从事工程职业所特殊需要具备的知识、经验与技能,它构成了新工科视野下工程专业实践“赋能”的基础性内容。从高等工程教育培养的角度来讲,学生专业能力的培养目标应包括扎实的基本功、体系化的领域知识、解决实际问题的能力以及持续自我突破的意识和能力。在实践教学环节,它具体指征为学生工程思维能力、工程实践能力和创新创业能力的涵育和提升。工程思维是成为工程科技人才主导性的思维方式,相较于传统工程教育的认知思维方式,它的“价值功用在于将位于不同联系系统中的实体属性物复合为一个工程整体”[4]。作为一种非逻辑的复合性思维能力,工程思维能力有助于工程科技人才“运用以理论思维为基础产生的工程理论知识全面客观地对工程活动整体加以筹划,进而实现新经济时代背景下的工程活动的创新性发展。”[5]工程实践能力是工程科技人才利用其工程思维对目标指向的工程实体进行整体筹划而表现出的解决实际问题的能力,是专业能力在设计、实施、调试、维护等工程活动环节的具体表现。新工科建设倡导高等工程教育朝着“融合创新范式”转变,要求“强化基础学科知识、工程知识、实践动手能力和创新意识的培养”[6]。在专业实践环节中强化学生工程实践能力培育即是实现高等工程教育范式跨越式发展不可或缺的内容。创新创业能力是工程科技人才创新精神、创业意识及创新创业实践能力的综合化,它既是专业能力的复合体现,更是新技术、新装备、新产业、新业态、新模式对工程科技人才能力提出的新的复合要求。面向新工科建设的专业实践教学,必须着眼于工程活动数字化、信息化、物联化的智能化新形态,推进与强化学生创新精神、创新能力和创业意识的复合培养。

(二)“赋能”的价值导向:专业精神

专业精神是工程科技人才在专业能力养成基础上发展起来的一种对工作极其热爱和投入的品质,它包括从事工程职业应具备的精益求精、刻苦钻研、开拓创新、诚实守信、无私奉献等精神。专业精神赋予了工程专业实践“赋能”的价值导向意义——“坚持立德树人、德学兼修,强化工科学生的家国情怀、国际视野、法治意识、生态意识和工程伦理意识等,着力培养‘精益求精、追求卓越’的工匠精神”[1]。它表现在生态层面上,既凸显出维护人与自然生态和谐共生的生态意识,又体现为坚持节约资源和保护环境的生产方式。在国家层面上,专业精神展现为维护国家利益、追求国家富强和人民幸福的家国情怀;在社会层面上,专业精神又表现为对法律和道德标准的敬畏,以及始终将“公众的安全、健康和福祉”①参见《美国NSPE工程师伦理章程》,转引自查尔斯·哈里斯、迈克尔·普里查德、迈克尔·雷宾斯:《工程伦理:概念和案例(第五版)》,丛杭青、沈琪、魏丽娜等译,杭州:浙江大学出版社,2018年,第289页。放在首位的职业责任感;同时,面向工程领域各行业发展现实及未来,专业精神呈现为工程科技人才实事求是地评估自身能力与业绩并积极进取的务实态度。在具体日常的职业工作中,专业精神又显现为对客户和雇主的忠诚、诚实、正直、谦逊、守信等美德。面向新工科建设的专业实践教学,必须关注未来工程科技人才专业精神的养成和造就,强化学生在未来职业生活中的精神之“钙”。

(三)“赋能”的内驱动力:可持续发展能力

可持续发展能力是指工程科技人才作为个体的人在其职业生涯中连续不断地追求自身能力与素质全面进步的动力。此项能力赋予工程专业实践内驱动力。它着眼于学生个体面向职业生涯的全过程对职业能力多元复合的发展性诉求,现实展开为工程专业实践“赋能”对学生个体职业能力及素质的阶段性提升、完善、融合的教学要求。从教育效果来看,可持续发展能力具体体现为学生不断探索新知、迁移创新、自我表达以实现全面、终身发展的意愿和行为。在工程实践赋能结构中,可持续发展能力可细分为自主学习能力、跨界整合能力和沟通合作能力。

1.自主学习能力外显为个体积极确立学习目标、确定学习内容、选择学习方法和策略的主动行为,并呈现出将外部知识内化的心理特征。它为工程科技人才获得可持续发展提供了基础性内容。第四次工业革命的一个显著特点是知识更新周期大大缩短,技术迭代升级迅速加快。在此态势下,工程技术人才必须通过持续的自主学习才能实现更新知识、改善自我知识结构的职业发展要求,才能面对和适应产业新态势发展对人才的汰选。

2.跨界整合能力展现出工程职业活动中的人突破“人类认识能力的局限性”②德国著名物理学家马克斯·普朗克(Max Planck,1858—1947)在其著述的《世界物理图景的统一性》中,凭着科学家的直觉指出“科学是内在的整体,它被分解为单独的学科不是取决于事物的本身,而是取决于人类认识能力的局限性”。参见闻平:《知识分子问题漫谈》,上海:上海人民出版社,1985年,第111页。的探索勇气和求知态度。它表现为工程科技人才迁移整合多学科知识以达到创新界域的进取意识和实践技能,是工程科技人才可持续发展能力的现实体现。当下大量以交叉学科为背景的新技术、新经济、新产业、新模式的涌现,倒逼工程科技人才必须具备跨学科迁移能力,主动将各领域知识交叉融合和综合运用,在工程实践领域创新创造。

3.沟通合作能力是作为个体的工程科技人才知识、能力、品德等综合素质在职场人际中的重要体现。它表现为与不同领域人员进行团队合作、协调配合,必要时胜任领导角色等能力,为工程科技人才实现可持续发展提供重要途经。当前“一带一路”倡议已进入深耕细作阶段,越来越多的中国工程企业走出国门,必然导致工程项目的跨界与跨文化合作愈发频繁。在专业实践环节中重视培养学生的沟通合作能力,不仅有助于学生“在未来的跨文化职业活动中尊重东道国的文化、风俗、宗教信仰与发展愿景,坚持传统文化的自信与从容,”[7]24而且更有助于学生在未来的职业生活中“谋求与东道国的‘共同利益’,寻找到合作共赢、和谐共进的伦理方案与现实路径。”[7]24

三、工程专业实践的“赋能”教育路径

《“新工科”建设行动路线(“天大行动”)》鲜明提出通过“更新工程人才知识体系” “创新工程教育方式与手段” “打造工程教育开放融合新生态”“增强学生的就业创业能力,培养大批具有较强行业背景知识、工程实践能力、胜任行业发展需求的应用型和技术技能型人才。”[3]然而,观照新工科建设的具体要求,当前工程专业实践的教育教学还存在不少局限性,突出表现在工程思维和工程伦理意识培养不足、学生实践学习缺乏主动性、考核机制滞后等方面。着眼于“工业4.0”带动的工程发展新趋势,工程科技人才要求具备自主学习、工程实践、跨界整合、沟通合作等多方面能力。而这些能力的有效获得,必须经过工程专业实践的“赋能”过程。 “赋能”,即是在专业实践过程中,通过多种教育实践手段的综合应用,激励学生主动提升各方面能力,并让学生在实践中获得成就感。这种成就感的获得,将会激励学生通过不断努力来涵育未来职业所需的各种能力,从而形成“课内学习(知识积累与精进)→专业实践(能力训练与发展)→自主思考(思维拓展与锻炼)→知行内化(能力获得与增强)”的高效获能的良性循环过程。

图1 工程专业实践的“赋能”教育路径

(一)实现“赋能”的基础环节:课内学习

通过课内学习积累并掌握工程领域各学科的一般性专业知识,是实现“赋能”的基础环节。“中国制造2025”的践行以及“工业4.0”强势推动全球新一轮科技革命和产业变革,要求新工科建设必须关注学生在课内学习阶段拓展相应的工程学科知识,为学生自主打破学科知识壁垒、涵蕴实践创新能力奠定宽厚的理论基础。课程是学生课内学习的必备载体,基础课和专业课、选修课和必修课的设置直接关系到未来工程科技人才能否具备跨界整合、实践创新、沟通合作以及自身职业可持续发展的能力。因此,在课程设置上,既要有提供精深数理理论及相应工程类别专业知识的理论课程,又要有培养动手能力、增强专业技能的实验实训课程;既要有拓宽知识面、激发学习动力、为未来职业可持续发展筑牢基础的专业外延课程和人文素养课程,又要有树立正确职业价值理念、明确家国责任和职业责任底线、规范产品设计和技术创新行为、培育生态和谐发展观的工程伦理课程,更要寻求产业发展趋势与人才培养目标的有效结合,“开设跨学科课程,探索面向复杂工程问题的课程模式”[1],将各类课程间的关联核心知识与综合解决复合工程问题相结合,将课内学习与专业实践乃至技术研发、产品开发相结合,力求达成对学生创新性工程思维、开发创造性解决方案的能力、团队合作与跨文化沟通能力的全方位培养。

(二)实现“赋能”的训练环节:专业实践

专业实践提供了将课内所学知识进行能力转换的途径,是实现“赋能”的训练环节。前面已论及,传统实践教学常以带领学生“验证”课堂知识与理论为其根本目标,不可避免地存在教学内容固化与滞后、忽视学生主观能动性、缺乏对学生动手操作能力、创新思维、专业技能实践和工作能力养成的有效关注等弊端,难以实现“提升学生工程科技创新、创造能力……终身学习发展、适应时代要求的关键能力”[1]这一新工科人才培养目标。此外,新技术、新产业、新业态和新模式背景下的制造业综合性工程问题越来越多地融合了社会、经济、文化等因素,传统实践教学根本无法满足培养未来工程实践人才具备多学科知识和可持续发展能力,产业发展的求“新”与实践教学的守“旧”形成巨大的人才需求与供给的“落差”,让创新工程专业实践模式、落实“赋能”的内容及要求势在必行。

1.进一步加强校企合作,与时俱进地共享企业最新的制造技术和生产设备,聘请企业工程技术人员全方位、全过程参与实践教学活动,深入推进科教结合、产学融合,共同参与多学科交叉融合的工程人才培养工作,解决学生课内理论学习和相关行业(企业)实际需求相脱节的问题。

2.不断提升虚拟仿真实验室的使用效率,充分依托VR与多媒体技术辅助工程实践教学。将VR与多媒体技术引入实践教学,通过融合多种互动硬件设置,对实验教学的各个环节进行模拟仿真。师生共享教学设施,激发学生自主探索和动手操作的兴趣,有助于提高学生实践能力和创新能力。借由模拟真实工程实践活动情境,既引导学生巩固和加深对课内理论知识的理解,又锻炼学生在教学实践中发现问题、分析问题和解决问题的能力。师生共享实践教学各环节,师生成为学习共同体,改变了“师生授受”的单向度教学模式。这种师生交互式教学实践模式有助于拉近师生距离、共享最新知识和观点、研讨实践细节,有助于训练学生的沟通合作能力。

3.健全学生能力评估体系,在专业实践教学中摒弃用简单划一的分数度量学生成绩的传统惯性思维。这就要求教师及时关注学生在实践过程中的各个方面,认真评估学生实践操作表现以及对实践任务的反思、改进等环节,激励学生在实践环节中迸发批判性思维,鼓励学生就当下的实践任务进行知识迁移与关联,并给予必要的想象与创新空间。

(三)实现“赋能”的提升环节:自主思考

自主思考是基于理论知识获取与实践经验积累的思维拓展与锻炼,是实现“赋能”的提升环节。未来科技人才工程科技创新与创造能力的养成及发挥离不开在学期间自主思考行为的训练,然而,当前部分高校在专业实践的具体教学中仍存在以灌输代替引导、以记忆代替思考等习惯性作法,非常不利于学生创新能力与跨界整合能力的发展,更无法“赋能”于未来科技人才的工程实践与职业生活。在专业实践教学中“问学生志趣变方法”[2],激励学生自主思考,不仅可以激励学生积极反思所学内容的内在联系并加以多维度运用,还能密切关注学生作为完整的个体面向“美好生活”的全面发展。例如,增加学生实践途径和方式,可适时引入开放性实验项目,鼓励学生在思考和探索中发展专业兴趣,培养发现问题、思考问题和解决问题的自主学习能力。又如,搭建与课程对应性较强的实践拓展平台,提倡在实践教学过程中以兴趣为导向的学生自主选择、主动思考和积极行动,尤其注重理论素养、操作能力、人文艺术素养、多元文化思维和工程伦理意识在设计理念和思维上的植入与构想。

(四)实现“赋能”的强化环节:知行内化

知行内化打通了从工科学生到成为“德学兼修、德才兼备的高素质工程人才”[1]的成长路径。它体现了学生个体的内心世界与理论知识学习、专业技能训练、跨界创新思维、工程伦理认知之间的协调与整合,并转化为自身独特的知识、经验、专业素质与职业素养,以及未来从事工程职业活动的信念、价值与态度,是实现“赋能”的强化环节。学生经过课内学习、专业实践和自主思考三个阶段的积累,对工程实践活动所需的理论知识、实践技能、创新思维与职业要求的知行内化,决定着个体工程职业多层次、多维度、多方面能力的形成;对工程职业伦理规范及价值体系的知行内化,决定着个体追求美好生活理想的自我形成。可以说,在实践教学中,向学生教授的专业理论、设计原则、操作方法等客观的知识与外部的行业(职业)技术标准、伦理章程或道德规范,只有通过“知行内化”阶段才能转化成为学生个体内部的、具有主观能动性的职业能力。“知行内化”不仅构成了专业实践教学认知转化、知能转化、知行转化综合统一又相辅相成的动态开放系统,而且还激励学生在这一过程中努力做到知、行、能合一,获得从事未来工程职业的实践智慧。

四、结论

高校工程专业实践教学是未来工程师树立专业精神、培育专业实践能力、涵育可持续发展能力的必要途经。然而,工程专业传统实践教学模式通常以理论验证和工作“参观”为主,不利于学生复合性职业能力的锻炼和养成。在新工科建设背景下,高等工程教育必须积极回应我国制造业对人才职业能力的发展诉求,改革传统的工程专业实践教育教学模式。在工程专业实践教学中,可基于“激励+成就”的教育思维,发现和使用多样化、灵活的教学手段并加以综合运用,可对学生综合化职业能力的养成进行“赋能”,以实现个体对所习得专业知识的实践验证、自主思考、知行内化至自我行为的转化。工程专业实践教学的“赋能”教育路径可现实展开为四个阶段,即知识的习得与深入理解、专业能力训练与发展、专业思维拓展与锻炼、专业素质内化与增强。